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高中物理选择性必修第三册 第三章：热力学定律 第3节: 能量守恒定律
第3节：能量守恒定律
一、探索能量守恒的足迹
1、人类对能量的认识
能量的概念是人类在对物质运动规律进行长期探索中建立起来的。所有自然现象都涉及能量，人类的任何活动都离不开能量。
⑴能量具有不同的形式
风能
水能
光能
电能
描述热运动的内能
描述机械运动的机械能
描述光辐射的光能
描述电现象的电能
不同形式的运动都可以用能量来描述
可以用能量的观念把热、电、光、磁等都统一起来描述
导入新课 复习势能的概念
⑵各种形式的能量之间可以相互转化
电能与磁能的转化
电能与内能的转化
电和磁可以相互转化
热和电也可以相互转化
在认识自然的进程中，科学家慢慢知道了要用联系的观点去观察自然。
机械能的各种形式之间可以相互转化
⑶能量转化的研究成果
机械能转化为内能
电场能转化为磁场能
内能转化为电能
磁场能转化为电能
导入新课 复习势能的概念
一、探索能量守恒的足迹
2、能量守恒观念的形成
俄国化学家盖斯：任何一个化学反应，不论是一步完成，还是分几步完成，放出的总热量相同。表明一个系统（即参加化学反应的几种物质）存在着一个与热量相关的物理量，在一个确定的化学反应中这个量是不变的。
德国医生迈尔通过比对不同地区人血颜色的差异，认识到食物中化学能与内能的等效性，即生物体内能量的输入和输出是平衡的。另外，他还通过海水在暴风雨中较热的现象，猜想热与机械运动的等效性。他在1841年和1842年连续写出“论‘自然力’（指能量）守恒”的论文，并推算了多少热与多少功相当。因此，迈尔是公认的第一个提出能量守恒思想的人。
人类对能量的认识过程，体现了科学前辈们对“守恒”这一科学思想的追寻。
焦耳的实验精确地测量了做功与传热之间的等价关系，从而为能量守恒定律奠定了牢固的实验基础，也为能量守恒的定量描述迈出了重要的一步。
德国科学家亥姆霍兹在不了解迈尔和焦耳研究的情况下，从永动机不可能制成这一事实出发，考察了自然界不同的“力”（指能量）之间的相互关系，提出了“张力”（即势能）与“活力”（即动能）的转化。他还分析了在电磁现象和生物机体中能量的守恒问题。
一、探索能量守恒的足迹
2、能量守恒观念的形成
力学中：机械能守恒定律
电学中：闭合电路欧姆定律
电磁感应中：楞次定律
热学中：热力学第一定律
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其他形式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中，能量的总量保持不变。
1、能量守恒是自然界的普遍规律
能量守恒的观点也在不断地发展，相对论建立以后，基本粒子的研究使我们认识到，能量其实是与质量相关联的一个物理量。在20世纪30年代初，奥地利物理学家泡利根据能量守恒定律预言了中微子。
2、能量是与质量相关联的一个物理量
二、能量守恒定律
如此循环往复。可见，正是因为小鸭头部“饮水”后水不断蒸发，吸收了察觉不到的空气的热量，才使小鸭能够持续工作下去。
“问题”栏目中的饮水小鸭不是永动机。
小鸭的头和身由两个玻璃球构成，并通过细玻璃管相连。下球盛有一些乙醚，上球连同尖嘴被吸水毛毡包起来。
1、饮水小鸭的结造
2、饮水小鸭的工作原理
⑵小鸭头部的毛毡“饮水”后，水蒸发吸热，导致头部温度降低。上段玻璃管中的乙醚蒸气被液化，压强减小，液柱上升，小鸭重心上移，直到小鸭倾倒。头部被浸湿；
⑴外力使小鸭处于倾倒位置后立即撤去外力
①头部被浸湿；
②上下玻璃球内的气体相通，压强相等，乙醚流回下玻璃球内，重心下移，小鸭站立。
三、永动机不可能制成
1.永动机：不消耗任何能量，却可以源源不断地对外做功，这种机器叫永动机。
（人们把这种不消耗能量的永动机叫第一类永动机）
2.历史上的永动机：
螺旋永动机
达·芬奇
滚球永动机
马尔基斯
软臂永动机
19世纪设计
三、永动机不可能制成
2.历史上的永动机：
螺旋永动机
弗拉德
磁力永动机
泰斯尼尔斯
三、永动机不可能制成
任何动力机械的作用都是把其他形式的能转化为机械能。内燃机把燃料的化学能转化为燃气的内能然后再转化为机械能，电动机把电能转化为机械能......如果没有燃料、电流或其他动力的输入，能量从哪里来呢！
永动机的思想违背了能量守恒定律，所以是不可能制成的。
17 18世纪，许多人致力于制造一种机器，它不需要任何动力或燃料，却能不断地对外做功，史称“第一类永动机”。图展示了其中的一种设计。然而，为此目的的任何尝试都失败了。这是为什么呢？
任何动力机械的作用都是把其他形式的能转化为机械能。内燃机把燃料的化学能转化为燃气的内能然后再转化为机械能，电动机把电能转化为机械能......如果没有燃料、电流或其他动力的输入，能量从哪里来呢！
永动机的思想违背了能量守恒定律，所以是不可能制成的。
三、永动机不可能制成
1．“第一类永动机”是不可能制成的，这是因为（　　）
A．它不符合机械能守恒定律
B．它违背了能量守恒定律
C．它做功产生的热不符合热功当量
D．暂时找不到合理的设计方案和理想材料
B
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2．下列关于能量转化的现象的说法中，正确的是（　　）
A．用太阳灶烧水是太阳能转化为电能
B．电灯发光是电能转化为光能
C．核电站发电是电能转化为内能
D．生石灰放入盛有凉水的烧杯里，水温升高是动能转化为内能
B
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3．某次蹦极时，跳跃者站在悬崖的平台上，把一端固定的一根长长的橡皮条绑在踝关节处，然后两臂伸开，双腿并拢，头朝下跳下去，仿若掉入无底洞，整个心脏仿佛要跳出，约5s时突然往上反弹，反复持续4-5次，定神一看，自己已安全悬挂于半空中。在人从跳出到静止的过程中（　　）
A．只有动能和势能的相互转化，机械能的总量保持不变
B．减少的机械能转化为其他形式的能，转化过程中能的总量减少了
C．减少的机械能转化为其他形式的能，转化过程中能的总量是守恒的
D．其他形式的能转化为机械能，转化过程中能的总量增加
C
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4．有一种叫作“压电陶瓷”的电子元件，当对它挤压或拉伸时，它的两端就会形成一定的电压，这种现象称为压电效应。一种燃气打火机，就是应用了该元件的压电效应制成的。只要用大拇指压一下打火机上的按钮，压电陶瓷片就会产生10KV-20KV的高压，形成火花放电，从而点燃可燃气体。在上述过程中，压电陶瓷片完成的能量转化是
（　　）
A．化学能转化为电能
B．内能转化为电能
C．化学能转化为光能
D．机械能转化为电能
D
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5．下面设想符合能量守恒定律的是（　　）
A．利用永久磁铁间的作用力可以制造一台永远转动的机器
B．做一条利用风能逆水航行的船
C．通过太阳照射使飞机起飞
D．不用任何燃料，河水就一定不能升温
BC
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6．下列关于能量守恒定律的认识正确的是（　 　）
A．某种形式的能量减少，一定存在其他形式的能量增加
B．某个物体的能量减少，必然有其他物体的能量增加
C．不需要任何外界的动力而持续对外做功的机械（第一类永动机）不可能制成
D．树叶从空中落下，最后停止在地面上，说明能量消失了
ABC
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7．下列对能量守恒定律的认识正确的是（　　）
A．某种形式的能量减少，一定存在其他形式的能量增加
B．某个物体的能量减少，必然有其他物体的能量增加
C．不需要任何外界的动力而持续对外做功的机器——永动机是可能制成的
D．石子从空中落下，最后静止在地面上，说明能量消失了
AB
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8．一铜块和一铁块，质量相等，铜块的温度T1比铁块的温度T2高，当它们接触在一起时，如果不和外界交换能量，则（　　）
A．从两者开始接触到热平衡的整个过程中，铜块内能的减少量等于铁块内能的增加量
B．在两者达到热平衡以前的任意一段时间内，铜块内能的减少量不等于铁块内能的增加量
C．在两者达到热平衡以前的任意一段时间内，铜块内能的减少量都等于铁块内能的增加量
D．达到热平衡时，铜块的温度比铁块的低
AC
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