人教版必修二物理课件：7.10 能量守恒定律与能源.ppt

1、能量守恒定律与能源 塔式太阳能热电站塔式太阳能热电站 电站有一个高塔，塔顶上装有锅炉，塔的周围装电站有一个高塔，塔顶上装有锅炉，塔的周围装 有平面反射镜，它把阳光反射后集中在锅炉上，把锅有平面反射镜，它把阳光反射后集中在锅炉上，把锅 炉内的工作物质水加热成高温高压蒸汽。高温高压蒸炉内的工作物质水加热成高温高压蒸汽。高温高压蒸 汽通过管道输送到汽轮发电机。汽通过管道输送到汽轮发电机。 塔式太阳能热电站塔式太阳能热电站 电站有一个高塔，塔顶上装有锅炉，塔的周围装电站有一个高塔，塔顶上装有锅炉，塔的周围装 有平面反射镜，它把阳光反射后集中在锅炉上，把锅有平面反射镜，它把阳光反射后集中在锅炉上，把锅

2、炉内的工作物质水加热成高温高压蒸汽。高温高压蒸炉内的工作物质水加热成高温高压蒸汽。高温高压蒸 汽通过管道输送到汽轮发电机。汽通过管道输送到汽轮发电机。 太阳能太阳能 内能内能 机械能机械能 电能电能 雷电雷电是大气中的一是大气中的一 种放电现象。雷雨云在种放电现象。雷雨云在 形成过程中，一部分积形成过程中，一部分积 聚起正电荷，另一部分聚起正电荷，另一部分 积聚起负电荷，当这些积聚起负电荷，当这些 电荷积聚到一定程度时，电荷积聚到一定程度时， 就产生放电现象。就产生放电现象。 打雷放电时间极短，但电流异常强大。放电打雷放电时间极短，但电流异常强大。放电 时产生的强光，就是闪电。闪电时释放出的大

3、量时产生的强光，就是闪电。闪电时释放出的大量 热能，能使局部空气温度瞬间升高热能，能使局部空气温度瞬间升高1万万2万摄氏万摄氏 度。度。 雷电雷电是大气中的一是大气中的一 种放电现象。雷雨云在种放电现象。雷雨云在 形成过程中，一部分积形成过程中，一部分积 聚起正电荷，另一部分聚起正电荷，另一部分 积聚起负电荷，当这些积聚起负电荷，当这些 电荷积聚到一定程度时，电荷积聚到一定程度时， 就产生放电现象。就产生放电现象。 打雷放电时间极短，但电流异常强大。放电打雷放电时间极短，但电流异常强大。放电 时产生的强光，就是闪电。闪电时释放出的大量时产生的强光，就是闪电。闪电时释放出的大量 热能，能使局部空

4、气温度瞬间升高热能，能使局部空气温度瞬间升高1万万2万摄氏万摄氏 度。度。 电能电能 光能、光能、 声能、声能、 内能内能 光合作用光合作用 光合作用光合作用 光能光能 化学能化学能 思考思考: 在一定条件下，系统内的动能和势能在一定条件下，系统内的动能和势能 相互转化，但其和保持不变，即服从机械相互转化，但其和保持不变，即服从机械 能守恒定律。能守恒定律。 当其它形式的能量如电能、内能、化当其它形式的能量如电能、内能、化 学能、光能等参与转化时，是否服从类似学能、光能等参与转化时，是否服从类似 的规律呢？的规律呢？ 一一 能量守恒定律能量守恒定律 1 确立的依据确立的依据 （1）能量的转化）

5、能量的转化 一一 1（1）能量的转化）能量的转化 电动机电动机 电能电能机械能机械能 发电机发电机 机械能机械能电能电能 一一 1（1）能量的转化）能量的转化 焦耳定律：焦耳定律：Q=I2Rt 一一 1（1）能量的转化）能量的转化 焦耳定律：焦耳定律：Q=I2Rt 电能电能光能光能 、内能、内能 电能电能内能内能 一一 1（1）能量的转化）能量的转化 一一 1（1）能量的转化）能量的转化 化学能化学能内能内能机械能机械能 水能水能(动能、重力势能动能、重力势能) 电能电能 一一 1（1）能量的转化）能量的转化 一一 1（1）能量的转化）能量的转化 水果电池水果电池 化学能化学能电能电能 机械能

6、机械能内能内能 一一 1（1）能量的转移）能量的转移 一一 1（1）能量的转移）能量的转移 刚煮好的鸡蛋放入凉水中刚煮好的鸡蛋放入凉水中 内能：内能：鸡蛋鸡蛋凉水凉水 动能：动能：风风帆船帆船 一一 1（2）什么是永动机）什么是永动机 蒸汽机消耗煤炭，内燃机消耗汽油或柴油，电蒸汽机消耗煤炭，内燃机消耗汽油或柴油，电 动机消耗电力，有没有一种机器，它不消耗任何燃料动机消耗电力，有没有一种机器，它不消耗任何燃料 或动力，却可以不停地运转，源源不断的对外做功或动力，却可以不停地运转，源源不断的对外做功 呢？这种机器被称为永动机。呢？这种机器被称为永动机。 据说很久很久以前，在印度有一个被地主压迫据说

7、很久很久以前，在印度有一个被地主压迫 的可怜人，他每天被迫干好多活，终于有一天，的可怜人，他每天被迫干好多活，终于有一天， 这个这个 可怜的年轻人厌倦了这种生活，他就想可怜的年轻人厌倦了这种生活，他就想 ：有没有一种：有没有一种 机器可以代替我干活呢机器可以代替我干活呢? 它只干活不休息，也不需要它只干活不休息，也不需要 什么能量什么能量 ，要是有的话就太好了。，要是有的话就太好了。 据说这个就是最早的关于永动机的想法据说这个就是最早的关于永动机的想法 。这个。这个 思想的火思想的火 花在花在1200年前从印度出发，年前从印度出发， 传到了伊斯兰传到了伊斯兰 教世界，教世界， 并传到了西方。并

8、传到了西方。 一一 1（2）永动机的梦想）永动机的梦想 大约在大约在1570年，意大利有一位教授叫泰斯年，意大利有一位教授叫泰斯 尼尔斯，提出用磁石的吸力可以实现永动机。尼尔斯，提出用磁石的吸力可以实现永动机。 他的设计如图所示，他的设计如图所示，A是一个磁石，铁球是一个磁石，铁球C受磁受磁 石吸引可沿斜面滚上去，石吸引可沿斜面滚上去， 滚到上端的滚到上端的E处，从小处，从小 洞洞B落下，经曲面落下，经曲面BFC 返回，复又被磁石吸引，返回，复又被磁石吸引， 铁球就可以沿螺旋途径铁球就可以沿螺旋途径 连续运动下去。连续运动下去。 一一 1（2）永动机的梦想）永动机的梦想 上世纪上世纪20年代德

9、国的一张明信片，拿爱因年代德国的一张明信片，拿爱因 斯坦开玩笑，想想看这个永动机为什么不行？斯坦开玩笑，想想看这个永动机为什么不行？ 一一 1（2）永动机梦想的破灭）永动机梦想的破灭 此外，人们还提出过利用轮子的惯性、此外，人们还提出过利用轮子的惯性、 细管子的毛细作用、细管子的毛细作用、 电磁力、流水等获得有电磁力、流水等获得有 效动力的种种永动机设计方案，但都无一例效动力的种种永动机设计方案，但都无一例 外地失败了。外地失败了。 层出不穷的永动机设计方案，都在科学层出不穷的永动机设计方案，都在科学 的严格审查和实践的无情检验下一一失败了。的严格审查和实践的无情检验下一一失败了。 1775年

10、，法国科学院宣布年，法国科学院宣布“本科学院以后不本科学院以后不 再审查有关永动机的一切设计再审查有关永动机的一切设计”。 一一 1（2）永动机的启示）永动机的启示 制造永动机的美好梦想虽然破灭了，但制造永动机的美好梦想虽然破灭了，但 是，反思这一失败的探索过程，它从反面给是，反思这一失败的探索过程，它从反面给 人类以启迪：永动机不可能制成，是不是说人类以启迪：永动机不可能制成，是不是说 明自然界存在着一条法则，它使我们不可能明自然界存在着一条法则，它使我们不可能 无中生有地获得能量？也就是说自然界各种无中生有地获得能量？也就是说自然界各种 能量之间存在着一定的转化关系。能量之间存在着一定的转

11、化关系。 一一 2. 能量守恒定律的建立过程能量守恒定律的建立过程 迈尔迈尔 迈尔在迈尔在1814年年11月月25日生于日生于 德国。他的父亲是位药剂师。少年德国。他的父亲是位药剂师。少年 时代的迈尔，经常跟着父亲去看制时代的迈尔，经常跟着父亲去看制 作各种药品的试验。作各种药品的试验。1838年，迈尔年，迈尔 在蒂宾根大学获得学位。在蒂宾根大学获得学位。25岁的迈岁的迈 尔正式在汉堡开业行医。尔正式在汉堡开业行医。 1840到到1841年初，迈尔在一年初，迈尔在一 艘海轮上当了几个月的随船医生。艘海轮上当了几个月的随船医生。 这段旅程成为了他在物理学上作出这段旅程成为了他在物理学上作出 成就

12、、从医学的途径得出能量守恒成就、从医学的途径得出能量守恒 的结论的起点。的结论的起点。 迈尔迈尔(18141878) 1840年年2月月22日，迈尔跟着船队来到印度尼西亚，当日，迈尔跟着船队来到印度尼西亚，当 时很多船员患了肺炎，在医治中迈尔发现他们的静脉血不时很多船员患了肺炎，在医治中迈尔发现他们的静脉血不 像生活在温带国家中的人的静脉血那样颜色暗淡，而是像像生活在温带国家中的人的静脉血那样颜色暗淡，而是像 动脉血那样新鲜。这一现象引起了迈尔的深思。迈尔认为动脉血那样新鲜。这一现象引起了迈尔的深思。迈尔认为 人的血液之所以是红的是因为里面含有氧，而人的血液之所以是红的是因为里面含有氧，而食物

13、中含有食物中含有 化学能，被氧化时像机械能一样可以转化为热化学能，被氧化时像机械能一样可以转化为热，维持人的，维持人的 体温。体温。在热带高温情况下，在热带高温情况下，人要维持体温，人要维持体温，机体只需要吸机体只需要吸 收较少的热量，所以机体中食物的燃烧过程减弱了，因此收较少的热量，所以机体中食物的燃烧过程减弱了，因此 静脉血中留下了较多的氧。迈尔认为，静脉血中留下了较多的氧。迈尔认为， 热能、化学能、机热能、化学能、机 械能都是等价的，而且是可以相互转化的。械能都是等价的，而且是可以相互转化的。1842年迈尔从年迈尔从 “无不生有，有不变无无不生有，有不变无”和和“原因等于结果原因等于结果

14、”的观念出的观念出 发，表述了物理、化学过程中各种力发，表述了物理、化学过程中各种力(能能)的转化和守恒的的转化和守恒的 思想。迈尔是历史上第一个提出能量守恒定律的人。思想。迈尔是历史上第一个提出能量守恒定律的人。 一一 2. 能量守恒定律的建立过程能量守恒定律的建立过程 焦耳焦耳 英国物理学家。英国物理学家。1818年年12月月24日生于索日生于索 尔福。他父亲是酿酒厂的厂主。焦耳从小体尔福。他父亲是酿酒厂的厂主。焦耳从小体 弱不能上学，在家跟父亲弱不能上学，在家跟父亲 学酿酒，并利用空闲时间学酿酒，并利用空闲时间 自学化学、物理。他很喜自学化学、物理。他很喜 欢电学和磁学，对实验特欢电学和

15、磁学，对实验特 别感兴趣。后来成为英国别感兴趣。后来成为英国 曼彻斯特的一位酿酒师和曼彻斯特的一位酿酒师和 业余科学家。业余科学家。 焦耳（焦耳（18181889） 1840年，他发现年，他发现 将通电的金属丝放入将通电的金属丝放入 水中，水会发热，通水中，水会发热，通 过精密的测试，焦耳过精密的测试，焦耳 发现了电热之间的关发现了电热之间的关 系系焦耳定律。焦耳定律。 焦耳从焦耳从1840 1878年近年近40年的时间里，研究了电流热效应，年的时间里，研究了电流热效应， 研究了空气压缩时温度的升高，以及化学，机研究了空气压缩时温度的升高，以及化学，机 械作用之间的联系，他做了械作用之间的联系

16、，他做了400多次实验，为多次实验，为 能量守恒定律的确立奠定了坚实的实验基础。能量守恒定律的确立奠定了坚实的实验基础。 一一 2. 能量守恒定律的建立过程能量守恒定律的建立过程 亥姆霍兹亥姆霍兹 亥姆霍兹亥姆霍兹（18211894），德国物理学家和生），德国物理学家和生 理学家理学家。1821年年10月月31日生于柏林波茨坦的一个中学日生于柏林波茨坦的一个中学 教师家庭。中学毕业后在军队服役教师家庭。中学毕业后在军队服役8年，取得公费进年，取得公费进 入在柏林的皇家医学科学院，并常在柏林大学旁听。入在柏林的皇家医学科学院，并常在柏林大学旁听。 1842年获医学博士学位后，被任命为波年获医学博

17、士学位后，被任命为波 茨坦驻军军医。茨坦驻军军医。 1847年他在新成立的德国物理年他在新成立的德国物理 学会发表了著名的学会发表了著名的“关于能量的守关于能量的守 恒恒”的讲演，第一次用数学方式系的讲演，第一次用数学方式系 统地阐述了能量守恒原理。统地阐述了能量守恒原理。 一一 3. 能量守恒定律的内容能量守恒定律的内容 能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，能量既不会凭空产生，也不会凭空消失， 它只能从一种形式转化为另一种的形式，或者它只能从一种形式转化为另一种的形式，或者 从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的 过程中其总量不变过程中其总量不变 。

18、 某种形式的能减少，一定有其他形式的能某种形式的能减少，一定有其他形式的能 量增加，且减少量和增加量一定相等某个物量增加，且减少量和增加量一定相等某个物 体的能量减少，一定存在其他物体的能量增体的能量减少，一定存在其他物体的能量增 加，且减少量和增加量一定相等。加，且减少量和增加量一定相等。 一一 4. 能量守恒定律的意义能量守恒定律的意义 能量守恒定律能量守恒定律同同生物进化论、细胞的发现生物进化论、细胞的发现被被 恩格斯誉为恩格斯誉为19世纪的三个最伟大的科学发现。世纪的三个最伟大的科学发现。 能量守恒定律是在无数实验事实的基础上建能量守恒定律是在无数实验事实的基础上建 立起来的，是自然科

19、学的立起来的，是自然科学的普遍规律普遍规律之一。之一。 自然界一切已经实现的过程都遵守能量守恒自然界一切已经实现的过程都遵守能量守恒 定律。凡是违反能量守恒定律的过程都是不可能定律。凡是违反能量守恒定律的过程都是不可能 实现的，例如实现的，例如“永动机永动机”只能以失败而告终。只能以失败而告终。 机械能守恒定律只是能量守恒定律的特例。机械能守恒定律只是能量守恒定律的特例。 二二 能源和能量耗散能源和能量耗散 1. 能源分类能源分类 能源：凡是能够提供可利用能量的物质统能源：凡是能够提供可利用能量的物质统 称为能源。称为能源。 能源可分为常规能源和新能源两类。能源可分为常规能源和新能源两类。 常

20、规能源：煤、石油和天然气等。常规能源：煤、石油和天然气等。 新能源新能源 太太 阳阳 能能 新能源新能源 新新 疆疆 达达 坂坂 风风 力力 发发 电电 厂厂 风风 能能 新能源新能源 水能水能 三峡水电站三峡水电站 新能源新能源 深深 圳圳 大大 亚亚 湾湾 核核 电电 站站 核核 能能 新能源新能源 西藏羊八井地热电站西藏羊八井地热电站 温泉温泉 地热能地热能 二二 2. 人类对能源的利用经过了三个时期人类对能源的利用经过了三个时期 柴薪时期柴薪时期 出现年代：出现年代： 五六十万年前五六十万年前 火的使用是人类在能源利用上的第一个火的使用是人类在能源利用上的第一个 里程碑，它使人类脱离了

21、茹毛饮血的时代。里程碑，它使人类脱离了茹毛饮血的时代。 二二 2. 人类对能源的利用经过了三个时期人类对能源的利用经过了三个时期 蒸汽机的广泛使用，带动了工业革命和蒸汽机的广泛使用，带动了工业革命和 资本主义社会的成长。资本主义社会的成长。 煤炭时期煤炭时期 出现年代：出现年代： 2000年前年前 二二 2. 人类对能源的利用经过了三个时期人类对能源的利用经过了三个时期 石油时期石油时期 出现年代：出现年代：19世纪世纪80年代年代 内燃机的发展推动了内燃机的发展推动了19世纪末，世纪末，20世纪世纪 初开始的机械化和电气化进程。初开始的机械化和电气化进程。 三三 3 为什么要节约能源为什么要

22、节约能源 （1）能源短缺 2004年世界能源统计年鉴的最新数据显年世界能源统计年鉴的最新数据显 示，世界石油总储量为示，世界石油总储量为1.15万亿桶，仅供开采万亿桶，仅供开采 41年；全球天然气储量为年；全球天然气储量为176万亿立方米，仅万亿立方米，仅 供开采供开采63年。日本权威能源研究机构也申明，年。日本权威能源研究机构也申明， 全球煤炭埋藏量全球煤炭埋藏量10316亿吨，可开采亿吨，可开采231年。年。 二二 3（2）环境恶化）环境恶化 温室效应使全球气候变暖温室效应使全球气候变暖 1999年北极拍摄年北极拍摄 两极冰山融化两极冰山融化 二二 3（2）环境恶化）环境恶化 汽车的尾气汽

23、车的尾气 二二 3（2）环境恶化）环境恶化 空中死神空中死神酸雨酸雨 化石燃料化石燃料 (煤和燃油煤和燃油) 的燃烧的燃烧 二二 3（2）环境恶化）环境恶化 大气污染大气污染 燃料的化学燃料的化学 能一部分转化为能一部分转化为 食物的内能，最食物的内能，最 终都转化为周围终都转化为周围 环境的内能。环境的内能。 能量耗散能量耗散 二二 3（3）能量耗散）能量耗散 能量耗散表明，在能源的利用过程中，能量耗散表明，在能源的利用过程中， 即在能量的转化过程中，能量在数量上并未即在能量的转化过程中，能量在数量上并未 减少，但在可利用的减少，但在可利用的品质品质上却降低了，从上却降低了，从便便 于利用于

24、利用变成不变成不便于利用便于利用的了，这是能源危机的了，这是能源危机 更深层次的含义，也是更深层次的含义，也是“自然界的能量虽然自然界的能量虽然 守恒，但还是要节约能源守恒，但还是要节约能源”的根本原因。的根本原因。 一、能量守恒定律一、能量守恒定律 1. 能量守恒定律确立的依据能量守恒定律确立的依据 （1）能量的转化与转移）能量的转化与转移 （2）永动机不可能制成）永动机不可能制成 2. 能量守恒定律的建立过程能量守恒定律的建立过程 迈尔迈尔 焦耳焦耳 亥姆霍兹亥姆霍兹 3. 能量守恒定律的内容能量守恒定律的内容 4. 能量守恒定律的意义能量守恒定律的意义 二、能源和能量耗散二、能源和能量耗散 1. 能源的分类能源的分类 2. 能源与社会发展能源与社会发展 3. 为什么要节约能源为什么要节约能源 （1）能源短缺）能源短缺 （2）环境恶化）环境恶化 （3）能量耗散）能量耗散 作业：考一本作业：考一本 小结：能量守恒定律与能源小结：能量守恒定律与能源