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第三章 热力学定律
3.3 能量守恒定律
目
录
CONTENTS
1 学习目标
2 新课导入
3 新课讲解
4 课堂小结
5 当堂小练
1.理解能量守恒定律，知道能量守恒定律是自然界普遍遵从的基本规律.
2.知道第一类永动机是不可能制成的.
学习目标
让“饮水小鸭”“喝” 完一口水后，直立起来。直立一会儿，又会慢慢俯下身去，再“喝”一口，然后又会直立起来。如此循环往复....
这种“饮水小鸭”玩具是一架永动机吗
新课导入
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，人类的任甸活动都离不开能量。能量具有不同的形式，有描述热运动的内能、描述机械运动的机械能、描述光辐射的光能，等等。不同形式的运动都可以用能量来描述。
人类对能量的认识
1798年
1831年
1821年
1820年
伦福德的实验表明热的本质是运动
奥斯特发现电流的磁效应
塞贝克发现温差电现象
法拉第发现电磁感应现象
一、探索足迹
新课讲解
能量守恒观念的形成
能量守恒观念的形成由于能量既抽象又以各种不同的形式广泛存在，所以能量守恒思想的萌芽及产生并不是一蹴而就的。从各种实验的验证，再到实验结果的被质疑，科学家们付出了大量的努力。应该说，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。从18世纪末到19世纪中叶，不同领域的科学家从不同角度都提出过能量守恒的思想。人类对能量守恒的认识经历了一个由浅人深、由含糊到清晰的过程。
1836年
1843年
1842年
1841年
盖斯发现化学反应放出的热量与反应步骤无关
焦耳发现电流的热效应
迈尔表述了能量守恒定律
焦耳测定做功与传热的关系
1847年
亥姆霍兹在理论上概括和总结能量守恒定律
探究活动1：
观察手机无线充电的过程，思考能量是如何变化的？
探究活动2：
观察下列图片，思考能量是如何变化的？
鸡蛋的内能
水的内能
A球的动能
B球的动能
煮熟的鸡蛋放进冷水里
牛顿摆
探究活动3：
观察下列图片，思考能量从何而来的？
电灯为什么会发光
电能转化为内能和光能
能量可以从一种形式转化为另一种形式
能量可以从一个物体转移到另一个物体
能量不会凭空产生，也不会凭空消失
思考：通过上述图片，你可以得出什么结论？
二、能量守恒定律
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 、表达式：E初=E末
3 、意义：能量守恒定律是自然界最普遍，最重要，最可靠的自然规律之一，它与细胞学说，进化论一起被恩格斯誉为十九世纪自然科学的三大发现。
三、第一类永动机
2、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.
1、 第一类永动机
概念：不需要任何动力或燃料，却能源源不断地对外做功.
结果：无一例外地归于失败.
原因：违背了热力学第一定律.
著名科学家达· 芬奇早在15世纪就提出过永动机不可能的思想，他曾设计过一种转轮，如图所示.
在转轮边沿安装一系列的容器，容器中充了一些水银，他想水银在容器中移动有可能使转轮永远地转动，但是经过仔细研究之后，得出了否定的结论.他从许多类似的设计方案中认识到永动机的尝试是注定要失败的.他写道：“永恒运动的幻想家们！你们的探索何等徒劳无功！还是去做淘金者吧！”
达·芬奇设想的永动机
滚球永动机 17世纪，英国有一个被关在伦敦塔下叫马尔基斯的犯人，他做了一台可以转动的“永动机”，如图所示.
转轮直径达4.3米，有40个各重23千克的钢球沿转轮辐翼外侧运动，使力矩加大，待转到高处时，钢球会自动地滚向中心.据说，他曾向英国国王查理一世表演过这一装置.国王看了很是高兴，就特赦了他.其实这台机器是靠惯性来维持短时运动的.
滚球永动机
软臂永动机 19世纪有人设计了一种特殊机构，如图所示.
它的臂可以弯曲.臂上有槽，小球沿凹槽滚向伸长的臂端，使力矩增大.转到另一侧，软臂开始弯曲，向轴心靠拢.设计者认为这样可以使机器获得转矩.然而，他没有想到力臂虽然缩短了，阻力却增大了，转轮只能停止在原地.
软臂永动机
把水池的水提到高处，再让升高的水推动水轮机，水轮机除了带动水磨做功以外，还可使阿基米得螺旋转不断提水，如此周而复始，不就可以无需担心天旱水枯了吗？一时间，响应他的人大有人在，形形色色的自动水轮机陆续提出，竟出 现了热潮.
1.水沟
2.阿基米得螺旋
3.水轮
4.水磨
阿基米得螺旋永动机
阿基米得螺旋永动机 1681年，英国有一位著名的医生弗拉德提出一个建议，利用阿基米得螺旋.
磁力永动机 大约在1570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.他的设计如图所示.
A是一个磁石，铁球G受磁石吸引可沿斜面滚上去，滚到上端的E处，从小洞B落下，经曲面BFC返回，复又被磁石吸引，铁球就可以沿螺旋途径连续运动下去.大概他那时还没有建立库仑定律，不知道磁力大小是与距离的平方成反比变化的，只要认真想一想，其荒谬处就一目了然了.
磁力永动机
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.（不吃草的马）
根据能量守恒定律，任何一部机器，只能使能量从一种形式转化为另一种形式，而不能无中生有地制造能量，因此第一类永动机是不可能制成的.
课堂小结
1．关于热学现象和热学规律，下列说法中正确的是（　　）
A．布朗运动就是液体分子的热运动
B．用油膜法测分子直径的实验中，应使用纯油酸滴到水面上
C．第一类永动机不可能制成是因为它违背了能量守恒定律
D．用活塞压缩汽缸里的空气，对空气做功3.0×105 J，同时空气的内能增加2.2×105 J，则空气从外界吸热5.2×105 J
当堂小练
解析：A．布朗运动是小颗粒的运动，只是间接反映了液体分子的无规则运动，故A错误；
B．用油膜法测分子直径的实验中，应使用油酸溶液滴到水面上，便于稀释后紧密排列在水面上，故B错误；
C．第一类永动机违背了能量守恒定律，故C正确；
D．由热力学第一定律△U=W+Q可知，空气向外界散出0.8×105J的热量，故D错误；
故选C。
答案:C
2.高空形成的冰雹加速下落，并有部分熔化，以下说法中不正确的是（　　）
A．只有重力做功，冰雹下落时机械能守恒
B．冰雹的势能转化为冰雹的动能
C．冰雹的内能增大
D．冰雹的机械能不守恒
解析：AD．除了重力做功，还有阻力做功，所以冰雹下落时机械能不守恒，则A错误，符合题意；D正确，不符合题意；
BC．冰雹的势能转化为冰雹的动能与内能，所以BC正确，不符合题意；
故选A。
答案:A
3. 风力发电是一种环保的电能获取方式.图为某风力发电站外观图．假设当地水平风速约为10m/s，该风力发电站利用风的动能转化为电能的效率约为20％，风力发电机的叶片长度为10m，空气的密度是1.29kg/m ，某一工厂用电的功率为320kW，则大约需要多少台这样风力发电机同时为该工厂供电（ ）
A．6 B．8 C．10 D．12
解析：叶片旋转所形成的圆面积为
t秒内流过该圆面积的风柱体积为
风柱体的质量为
风柱体的动能为
转化成的电能为
发出的电功率为
故需要
故选B。
THANKS

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