资源简介

(共22张PPT)
3. 能量守恒定律
第三单元 热力学定律
1物理观念：
知道人类对能量概念的逐步认识过程，并理解能量和能量守恒观念对世界统一性的意义。
2科学思维：
理解能量守恒定律，知道能量守恒是自然界普遍遵从的基本规律。
3科学探究：
知道第一类永动机是不可能实现的。
4科学态度与责任：
具有学习和研究物理的好奇心与求知欲，能主动与他人合作，尊重他人，能基于证据和逻辑发表自己的见解，实事求是有将物理知识应用于生活和生产实践的意识，勇于探索日常生活有关的物理问题。
核 心 素 养
这种“饮水小鸭”玩具是一架永动机吗
一、问题引入
这种“饮水小鸭”玩具运动所需要的能量来自哪里？
饮水小鸭的工作原理是基于蒸发冷却和气压差驱动的循环运动
饮水小鸭（又称“饮水鸟”）是一种利用蒸发冷却和气压差原理实现周期性摆动的经典物理玩具/演示装置。其核心工作原理可分为以下关键步骤：
1. 蒸发冷却与气压变化
当鸭嘴接触水杯时，头部包裹的吸水毛毡被浸湿，水分在空气中蒸发吸热，导致头部玻璃球（上球）温度降低。温度下降使上球内的乙醚蒸气液化，内部气压减小，形成低压环境。此时下球（尾泡）内的乙醚蒸气压强高于上球，推动玻璃管中的液柱上升。
2. 重心变化与倾倒
液柱上升使小鸭整体重心上移，当重心超过支点时，小鸭向前倾倒（抬头状态变为低头状态）。
倾倒后，头部再次浸入水中湿润毛毡，同时上下玻璃球通过细管连通，气压恢复平衡，液态乙醚因重力流回下球。
3. 循环重启
乙醚回流后重心下移，小鸭恢复直立状态，重新开始蒸发冷却过程。这一循环依赖头部毛毡持续“饮水”和蒸发，吸收空气中的热量维持运动。
能量来源：水蒸发吸收环境热量（非永动机，符合热力学定律）。
核心部件：双玻璃球结构、乙醚（低沸点液体）、吸水毛毡、细玻璃管。
现象本质：气压差与重心变化的动态平衡。
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，人类活动离不开能量，能量具有不同的形式。
内能
机械能
光能
（1）能量具有不同的形式
知识点一、探索能量守恒的足迹
知识点一、探索能量守恒的足迹
要用联系的观点去观察自然，我们可以用能量的观念把热、电、光、磁等都统一起来描述。各种能量之间是可以相互转化的。
重力势能与动能转化
热能与电能转化
电能与磁能转化
人类对能量的认识
（2）能量之间的转化
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
18世纪末19世纪中叶关于能量转化的研究
1798年
伦福德的实验表明热的本质是运动
1820年
奥斯特发现电流的磁效应
1831年
法拉第发现电磁感应现象
法拉第
1791.09-1867.08
1836年
盖斯发现化学反应放出的热量与反应步骤无关
1841年
焦耳发现电流的热效应
1842年
迈尔表述了能量守恒定律
（3）能量守恒观念的形成
盖斯
迈尔
焦耳
亥姆霍兹
化学反应放出的热量与反应步骤无关
功热等价
提出能量守恒的思想
概括和总结能量守恒定律
能量守恒不是由某一个人通过某一项的研究而得到的。
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别的形式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中其总量不变。
2.意义：能量守恒定律是自然科学长期发展和进步的结果，是普遍、和谐、可靠的自然规律之一，它揭示了宇宙运行的内在一致性，限制了可能性的边界，同时也为科技创新提供了根本原则。从蒸汽机到量子计算机，其意义始终贯穿于人类探索和改造世界的过程中。
知识点二、能量守恒定律
能量守恒的两种表达：
(1)某种形式的能减少，一定有其他形式的能增加，且减少量和增加量一定相等。
(2)某个物体的能量减少，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。
表达式：(1)，初状态各种能量的总和等于末状态各种能量的总和。
(2)，某些能量的增加量等于其他能量的减少量。
能量守恒定律说明
①自然界存在着多种不同形式的运动，每种运动对应着一种形式的能量。
③能量守恒定律适用于任何物理现象和物理过程。
机械运动———机械能
热运动———内能
化学运动——化学能
电荷运动——电能
生物运动——生物能
原子核内部的运动——原子能
②不同形式的能量之间可以相互转化。
1、 永动机
概念：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）
结果：无一例外地归于失败.
原因：违背了能量守恒定律.
2、 永动机模型
知识点三、永动机不可能制成
视频演示各类永动机
（1）如果没有外界热源供给热量，则有U2－U1＝W，就是说，如果系统内能减少，即U2（2）层出不穷的永动机设计方案，由于违背了能量守恒定律，无一例外地宣布失败，人类制造永动机的企图是没有任何成功希望的。
3.第一类永动机不可能制成的原因
4.永动机给我们的启示
人类利用和改造自然时，必须遵循自然规律.
典例精析
典例1．
下列说法正确的是
A.条形磁体下落过程中穿过闭合线圈，线圈中产生了感应电流，说明电
能是可以被创造的
B.太阳照射到地球上的光能转化成了其他形式的能量，但照射到宇宙空
间的能量都消失了
C.“既要马儿跑，又让马儿不吃草”违背了能量守恒定律，因而是不可
能的
D.有种“全自动”手表，不用上发条，也不用任何形式的电源，却能一
直走动，说明能量是可以凭空产生的
√
典例2．
典例精析
(多选)下列关于第一类永动机的说法正确的是
A.第一类永动机是不消耗任何能量却能源源不断对外做功的机器
B.随着科技的发展，第一类永动机可以制成
C.第一类永动机不可能制成的原因是技术问题
D.第一类永动机不可能制成的原因是违背了能量守恒定律
√
√
典例3．
典例精析
如图所示，内壁光滑的绝热汽缸竖直固定在水平面上，用质量为m的绝热活塞把缸内空气分成两部分。两部分中封闭有相同质量和温度的同种理想气体，活塞用销钉K固定，已知P部分的气体体积小于Q部分的气体体积，拔掉销钉活塞能上、下自由移动。现拔掉销钉，活塞移动一小段距离后再将其固定。下列说法正确的是
A.活塞上升
B.P部分气体温度不变
C.两部分气体内能之和不变
D.两部分气体内能之和增大
√
当堂练习
1． (1)使热力学系统内能改变的方式有做功和热传递。做功的过程是其他形式的能转化为内能的过程，热传递是把其他物体的内能转移为系统的内能。在能量发生转化或转移时，能量的总量会减少吗？
(2)下图为一种所谓“全自动”的机械手表，既不需要上发条，也不用任何电源，却能不停地走下去。这是不是一种永动机？如果不是，维持表针走动的能量是从哪儿来的？
（1）根据能量守恒定律可知，能量在转化或转移的过程中，能得总量是不变的。
（2）手表戴在手腕上时，随之手腕的运动，会为手表指针的走动提供能量，因此它不是“永动机”。
课堂反馈
如图展示了一个极具想象力的设想，其大意是：上面水池中的水流下来，冲击叶轮转动；叶轮带动打磨轮和水泵的轴转动；人利用打磨轮打磨工件，同时，运转的水泵又把流到下面水池中的水抽到上面的水池中……只要一开始在上面水池中注满水，就能通过水的上下循环，使机器不停地工作。
（1）从上面水池中流下来的水，能否被水泵全部抽送到上面水池中？说明理由。
（2）这个设想曾得到不少人的赞许，并把这个装置誉为“永动机”。请运用你掌握的知识，说明这个装置是否真能“永动”。
（1）不能，因为高处水池中水的重力势能，只有部分转化为叶轮的动能；而叶轮的动能部分用来打磨工件及克服摩擦力做功，不会全部供给水泵用来抽水；
（2）否，由于水从上面流到下面水池的过程中，用来打磨工件消耗能量，故流下来的水不能全部被抽送到上面水池中，随着时间的推移，上面的水越来越少，一定时间后便不再有水从上面流下来，所以这个装置不能“永动”。
课堂小结
能量守恒定律
探索能量守恒的足迹
永动机不可能制成：违背了能量守恒定律
能量守恒定律
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别的形式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中其总量不变。
表达式：E初=E末

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