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第四章 能源与可持续发展
第1节 能量 能量守恒定律
教学目标
新课引入
历史上有很多人挖空心思想发明一种不消耗能量，却能不断对外做功的机器—永动机
魔轮永动机
滚珠永动机
磁力永动机
阿基米德螺旋永动机
水塔式永动机
软臂永动机
你认为永动机可能制成吗？
你听说过永动机吗？
一、机械能的守恒与不守恒
交流与讨论：
1.系统机械能守恒的条件是什么？
2.弓箭的机械能最终哪里去了？
3.落石的机械能哪里去了？
只有重力或弹力做功
转化为其他形式的能
转化为其他形式的能
1.条件：只有重力或弹力做功。
2.其他力：①系统以外的物体对系统内物体的作用力。
②系统内物体间除重力或弹力外的其他相互作用力，（如滑动摩擦力）。
如果还有其他力做功，系统机械能不守恒。
3.其他力做正功，系统机械能增加；其他力做负功，系统机械能减少。
4.如果一个系统内有其他内力（如滑动摩擦力）做功，系统机械能减少量等于所生成的热量。
1.根据研究对象划分
力学研究宏观物体的运动
二、能量的分类
机械能
热学研究微观粒子组成的热力学系统
内能（分子动能和分子势能）
电磁学主要研究电场、磁场及其与电荷、电流的相互作用
电磁能
2.根据学科领域
太阳能
化学能
电能
风能
热能
潮汐能
地热能
核能
能量守恒定律的历史发展过程
科学家们一直在关注自然现象之间的普遍联系
1801年 戴维发现电流的化学效应（电和化学的联系）
1820年 奥斯特发现电流的磁效应（电和磁的联系）
1821年 塞贝克发现温差电现象（热和电的联系）
1831年 法拉第发现电磁感应现象（电和磁的联系）
三、能量守恒定律
1840年 焦耳发现电流的热效应（电和热的联系）
1842年 迈尔表述了能量守恒定律，并计算出热功当量的数值（力和热）
1843年 焦耳测定了热功当量的数值（力和热的联系）
1847年 亥姆霍兹在理论上概括和总结能量守恒定律
……
使得能量守恒定律最后确立的两类重要事实是：
①确认了永动机的不可能性
②发现了各种自然现象之间的相互联系与转化
历史上关于能量守恒定律的确定，迈尔、焦耳、亥姆霍兹的工作最有成效
迈尔
焦耳
亥姆霍兹
表述了能量守恒定律，并计算出热功当量的数值（力和热的联系）
测定了热功当量的数值（力和热的联系）
在理论上概括和总结能量守恒定律
在能量守恒定律发现之后，曾有人怀疑某种过程“能量不守恒”。但是，进一步研究又发现，原来是漏掉了人类尚不认识的一种新形式的能量。如果把这种新形式的能量计算在内，总能量依然守恒。
能量守恒定律经受住了新的检验
1.内容：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形式，或从一个物体转移到另一个物体，在转化或转移的过程中其总量不变。
2.意义：①是整个自然科学的基本规律，是19世纪自然科学的三个伟大发现之一。
②永动机之所以不可能成功，就在于它违背了这条基本规律，企图不消耗任何能量而做功。
典例分析
【例1】对能量的认识，下列说法正确的是（ ）
A.新能源汽车不需要任何能量
B.只有化学变化才有能量的转化
C.燃烧，只将化学能转化为热能
D.植物的光合作用将太阳能转化为化学能
【分析】根据能量守恒定律可知，能量的转化过程中能量的形式发生变化，但总能量不变。
【解析】A、新能源汽车的驱动需要汽车配备的新能源，需要能量，故A错误；B、在物理变化过程中也有能量变化，如浓硫酸溶于水放出大量的热量，故B错误；C、因在燃烧时可能伴随有发光、发热现象，则燃烧中化学能也会转化为光能，故C错误；D、植物光合作用，是利用太阳能来实现化学反应的，是太阳能转化为化学能，故D正确；故选D。
【例2】(多选)能的转化和守恒定律的认识正确的是（ ）
A.某种形式的能减少，一定存在其他形式的能增加
B.某个物体的能减少，必然有其他物体的能增加
C.不需要任何外界的动力而持续对外做功的机器――永动机是不可能制成的
D.石子从空中落下，最后静止在地面上，说明机械能消失了
【分析】能量的转化和守恒定律是指能量在转化和转移中总量保持不变；但能量会从一种形式转化为其他形式。
【解析】A、根据能量守恒定律得知，某种形式的能减少，其它形式的能一定增加，故A正确；B、某个物体的总能量减少，根据能量守恒定律得知，必然有其它物体的能量增加，故B正确；C、不需要任何外界的动力而持续对外做功的机器―永动机，违反了能量的转化和守恒定律，不可能制成的，故C正确；D、石子在运动和碰撞中机械能转化为了物体及周围物体的内能，能量并没有消失；故D错误；故选：ABC。
【例3】(多选)如图所示，质量为M的木块放在光滑的水平面上，质量为m的子弹以速度v0水平射中木块，并最终留在木块中与木块一起以速度v运动。已知当子弹相对木块静止时，木块前进距离L，子弹进入木块的深度为s。若木块对子弹的阻力f 视为恒定，则在此过程中产生的热量( )
CD
解：分别对子弹、木块由动能定理分析
对子弹
对木块
联立得
由能量守恒和转化得
f
f '
相对位移
1.机械能的守恒与不守恒
2.能量的分类
3.能量守恒定律
①按研究对象分
②按学科领域分
课堂小结
①系统机械能守恒条件
②有其他力做正功，机械能增加，做负功，机械能减少
如图所示，质量为m 的物体（可视为质点）以某一初速度由底端冲上倾角为30°的固定斜面，上升的最大高度为h，其加速度大小为g，在这个过程中有关该物体的说法中正确的是（ ）
A．重力势能增加了mgh
B．动能损失了mgh
C．动能损失了
D．机械能损失了
跟踪练习
A
谢谢
大家

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