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(共33张PPT)
3.3 能量守恒定律
高中物理选择性必修第三册课件
主讲老师：xxx
高中物理选择性必修第三册
探寻能量守恒的足迹
能量守恒定律
永动机不可能制成
总结提升
问题？
00.
高中物理选择性必修第三册
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？
探寻能量守恒
的足迹
第一部分
人类对能量的认识
01.
高中物理选择性必修第三册
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。在科学史上人们真正以“能量”的观念来探索各种运动形式本质的过程却是非常曲折的。
高中物理选择性必修第三册
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。也就是说，我们可以用能量的观念把热、电、光、磁等都统一起来描述。
能量之间的转化
02.
高中物理选择性必修第三册
能量守恒观念的形成
03.
1.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。这表明一个系统（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。
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能量守恒观念的形成
04.
2.焦耳：他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。
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能量守恒观念的形成
05.
3.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。
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能量守恒观念的形成
06.
4.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。
能量守恒观念的形成
07.
高中物理选择性必修第三册
1836年
盖斯发现化学反应放出的热量与反应步骤无关
1842年
迈尔表述了能量守恒定律
1841年
焦耳发现电流的热效应
1831年
法拉第发现电磁感应现象
1820年
奥斯特发现电流的磁效应
1843年
焦耳测定做功与传热的关系
1798年
伦福德的实验表明热的本质是运动
1821年
塞贝克发现温差电现象
1847年
亥姆霍兹在理论上概括和总结能量守恒定律
能量守恒定律
第二部分
能量守恒定律
01.
高中物理选择性必修第三册
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：能量守恒定律不仅是一条物理规则，更是人类理解自然秩序的重要基石。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。
高中物理选择性必修第三册
1.热力学领域：ΔU=Q+W
能量守恒定律的具体体现
02.
2.在力学中：机械能守恒定律
3.在电学中：闭合电路欧姆定律
4.在电磁学中：楞次定律
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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。
如：机械能、内能、电能、化学能、生物能、原子能等
2.不同形式的能量之间可以相互转化。
3.能量守恒定律适用于任何物理现象和物理过程。
能量守恒定律的说明
03.
永动机
不可能制成
第三部分
饮水小鸭不是永动机
01.
高中物理选择性必修第三册
“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。那么，它是靠什么来维持工作的呢？
原来小鸭头部的毛毡“饮水”后，水蒸发吸热，
导致头部温度降低。
高中物理选择性必修第三册
上段玻璃管中的乙醚蒸气被液化，压强减小，液柱上升（图 甲），小鸭重心上移，直到小鸭倾倒。处于倾倒位置的小鸭，头部再次被浸湿，上下玻璃球内的气体相通，压强相等，乙醚流回下玻璃球内（图乙），重心下移，小鸭站立。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。
饮水小鸭不是永动机
02.
思考与讨论
03.
高中物理选择性必修第三册
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”。然而，为此目的的任何尝试都失败了。这是为什么呢？
历史上一种永动机的设计
历史上的永动机
04.
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问题与思考
05.
高中物理选择性必修第三册
图中为一种所谓“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？
【分析】这不是永动机.手表戴在手腕上，通过手臂的运动，机械手表获得能量，供手表指针走动.若将此手表长时间放置不动，它就会停下来.
总结与启示
06.
高中物理选择性必修第三册
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U22.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。
总结提升
第四部分
高中物理选择性必修第三册
课堂小结
例题1
例题精选
01.
【参考答案】BC
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（多选）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
解析
例题解析
02.
高中物理选择性必修第三册
【解析】A．利用磁场能可能使磁铁所具有的磁场能转化为动能，但由于摩擦力不可避免，动能最终转化为内能，使转动停止，故A错误；
BC．让船先静止在水中，设计一台风力发电机使船获得足够电能，然后把电能转化为船的动能使船逆水航行；另外帆船就是利用风能转化成船的动能使船逆水航行；同理可利用太阳能电池板将光能转化成电能，电能可储存，电能转化为飞机的动能，实现飞机起飞，故BC正确；
D．设计水坝利用河水的重力势能发电，一部分重力势能通过水轮机转化为水的内能、另外电能也可转化为内能使水升温，故D错误。故选BC。
例题2
例题精选
03.
【参考答案】A
高中物理选择性必修第三册
下列关于能量守恒定律的认识，不正确的是（　　）
A．石子从空中落下，最后停止在地面上，说明石子的能量消失了
B．对物体做功，物体的内能可能减小
C．某个物体的能量减少，必然有其他物体的能量增加
D．某种形式的能量减少，一定存在其他形式的能量增加
解析
例题解析
04.
高中物理选择性必修第三册
【解析】A．根据能量守恒定律可知，石子从空中落下，最后停止在地面上，石子的能量并没有消失，石子的机械能转化成了内能，故A错误；
B．做功与热传递可以改变物体的内能，对物体做功的同时，如果物体向外释放热，则物体的内能可能减小，故B正确；
C．根据能量守恒定律可知，某个物体的能量减少，必然有其他物体的能量增加，故C正确；
D．根据能量守恒定律可知，某种形式的能量减少，一定存在其他形式的能量增加，故D正确。本题选不正确的，故选A。
例题3
例题精选
05.
【参考答案】A
高中物理选择性必修第三册
如图所示，这是中国传统玩具饮水鸟。在鸟的面前放上一杯水，用手把鸟嘴浸到水里，小鸟“喝”了一口后，又直立起来。之后，无需人的干预，小鸟直立一会儿就会自己俯下身去使鸟嘴浸入水中“喝”水，然后又会直立起（ ）
A．饮水鸟上下运动的能量来源于周围空气的内能
B．水杯中的水干了之后，小鸟还能点头“喝”水
C．这种玩具饮水鸟是一架永动机
D．此现象违背了热力学第一定律
解析
例题解析
06.
高中物理选择性必修第三册
【解析】A．玩具饮水鸟的内部结构如图所示，其原理是先在鸟嘴上滴一些水，水分蒸发过程中吸热，温度降低，压强减小，使得头部气压小于肚子中的气压，从而使肚子中的部分液体压入头部，使重心上移，鸟的身体变得不稳定而发生倾斜，倾斜的过程中肚子中的玻璃管口脱离液面，从而使头部的液体又回流到肚子中，使鸟的身体再回到开始的竖直状态，而刚才倾斜的过程中鸟嘴刚好又沾到了水，之后鸟回到竖直状态后，鸟嘴的水分蒸发，重复前面的运动过程，即饮水鸟上下运动的能量来源于周围空气的内能，A正确；B．根据上述分析可知，当水杯中的水干了之后，不能蒸发制冷，不能形成头部和肚子内空气的压强差，
小鸟不能再上下运动，即小鸟不能点头“喝”水，B错误；CD．这种玩具饮水鸟
仍然遵循能量守恒定律，此现象没有违背热力学第一定律，不是一架永动机，
CD错误。故选A。
例题4
例题精选
07.
【参考答案】1.58×105kW
高中物理选择性必修第三册
瀑布从20m高处以103m3/s的流量竖直落下，流进底部的水轮机后再以2m/s的速度流出，水轮机再带动发电机发电。如果水的机械能转化为电能的效率是80%，那么发电机发出的电功率有多大？（瀑布在山顶的速度可忽略不计，g取10m/s2）
解析
例题解析
08.
高中物理选择性必修第三册
【解析】设t时间内流下的水的质量为m，以m为研究对象，竖直下落后减少的机械能为
转化为电能的功率为
代入数据可得
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