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能量守恒定律与能源
电站有一个高塔，塔顶上装有锅炉，塔的周围装有平面反射镜，它把阳光反射后集中在锅炉上，把锅炉内的工作物质水加热成高温高压蒸汽。高温高压蒸汽通过管道输送到汽轮发电机。
塔式太阳能热电站
太阳能
内能
机械能
电能
雷电是大气中的一种放电现象。雷雨云在形成过程中，一部分积聚起正电荷，另一部分积聚起负电荷，当这些电荷积聚到一定程度时，就产生放电现象。
打雷放电时间极短，但电流异常强大。放电时产生的强光，就是闪电。闪电时释放出的大量热能，能使局部空气温度瞬间升高１万
—2万摄氏度。
雷电
电能
光能、
声能、
内能
光合作用
光能
化学能
在一定条件下，系统内的动能和势能相互转化，但其和保持不变，即服从机械能守恒定律。
当其它形式的能量如电能、内能、化学能、光能等参与转化时，是否服从类似的规律呢？
：
内容提要
一、能量守恒定律
1.能量守恒定律确立的依据
（1）能量的转化与转移
（2）永动机不可能制成
2.能量守恒定律的建立过程
迈尔
焦耳
亥姆霍兹
3.能量守恒定律的内容
4.能量守恒定律的意义
二、能源和能量耗散
1.能源的分类
2·能源与社会发展
3.为什么要节约能源
（1）能源短缺
（2）环境恶化
（3）能量耗散
一
1（1）能量的转化
电动机
电能
机械能
发电机
机械能
电能
一
1（1）能量的转化
焦耳定律Q=I
Rt
电能
内能
2
电能
光能
、内能
一
1（1）能量的转化
化学能
内能
机械能
水能（动能、重力势能）
电能
一
1（1）能量的转化
水果电池
化学能
电能
机械能
内能
一
1
（1）能量的转移
刚煮好的鸡蛋放入凉水中
内能：鸡蛋
凉水
动能：风
帆船
一
1（1）能量的转化
两个相同的铅球在光滑的水平面上相向运动，碰撞后粘在一块。并静止在地面上
？
动能
内能
一
1（2）什么是永动机
蒸汽机消耗煤炭，内燃机消耗汽油或柴油，电动机消耗电力，有没有一种机器，它不消耗任何燃料或动力，却可以不停地运转，源源不断的对外做功呢？这种机器被称为永动机。
据说很久很久以前，在印度有一个被地主压迫的可怜人，
他每天被迫干好多活，终于有一天，
这个可怜的年轻人厌倦了这种生活，他就想
：有没有一种机器可以代替我干活呢
它只干活不休息，也不需要什么能量
，要是有的话就太好了
据说这个就是最早的关于永动机的想法
。这个思想的火
花在1200年前从印度出发，
传到了伊斯兰教世界，
并传到了西方。
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C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。
一
1（2）永动机的梦想
一
1（2）永动机的梦想
上世纪20年代德国的一张明信片,拿爱因斯坦开玩笑，想想看这个永动机为什么不行？
一
1（2）永动机梦想的破灭
此外，人们还提出过利用轮子的惯性、细管子的毛细作用、
电磁力、流水等获得有效动力的种种永动机设计方案，但都无一例外地失败了
层出不穷的永动机设计方案，都在科学的严格审查和实践的无情检验下一一失败了。1775年，法国科学院宣布“本科学院以后不再审查有关永动机的一切设计”。
一
1（2）永动机的启示
制造永动机的美好梦想虽然破灭了，但是，反思这一失败的探索过程，它从反面给人类以启迪：永动机不可能制成，是不是说明自然界存在着一条法则，它使我们不可能无中生有地获得能量？也就是说自然界各种能量之间存在着一定的转化关系。
　　
迈尔在1814年11月25日生于德国。他的父亲是位药剂师。少年时代的迈尔，经常跟着父亲去看制作各种药品的试验。1838年，迈尔在蒂宾根大学获得学位。25岁的迈尔正式在汉堡开业行医。
　　
一
2.
能量守恒定律的建立过程
迈尔
1840到1841年初，迈尔在一艘海轮上当了几个月的随船医生。这段旅程成为了他在物理学上作出成就、从医学的途径得出能量守恒的结论的起点。
迈尔(1814－1878)
1840年2月22日，迈尔跟着船队来到印度尼西亚，当时很多船员患了肺炎，在医治中迈尔发现他们的静脉血不像生活在温带国家中的人的静脉血那样颜色暗淡，而是像动脉血那样新鲜。这一现象引起了迈尔的深思。迈尔认为人的血液之所以是红的是因为里面含有氧，而食物中含有化学能，被氧化时像机械能一样可以转化为热，维持人的体温。在热带高温情况下，人要维持体温，机体只需要吸收较少的热量，所以机体中食物的燃烧过程减弱了，因此静脉血中留下了较多的氧。迈尔认为，
热能、化学能、机械能都是等价的，而且是可以相互转化的。1842年迈尔从“无不生有，有不变无”和“原因等于结果”的观念出发，表述了物理、化学过程中各种力(能)的转化和守恒的思想。迈尔是历史上第一个提出能量守恒定律的人。
　
一
2.
能量守恒定律的建立过程
焦耳
英国物理学家。1818年12月24日生于索尔福。他父亲是酿酒厂的厂主。焦耳从小体弱不能上学，在家跟父亲学酿酒，并利用空闲时间自学化学、物理。他很喜欢电学和磁学，对实验特别感兴趣。后来成为英国曼彻斯特的一位酿酒师和业余科学家。
焦耳（1818－1889）
　　1840年，他发现将通电的金属丝放入水中，水会发热，通过精密的测试，焦耳发现了电热之间的关系－焦耳定律。　　
焦耳从1840－1878年近40年的时间里，研究了电流的热效应，研究了空气压缩时温度的升高，以及化学，机械作用之间的联系，他做了400多次实验，为能量守恒定律的确立奠定了坚实的实验基础。
亥姆霍兹（1821—1894），德国物理学家和生理学家。1821年10月31日生于柏林波茨坦的一个中学教师家庭。中学毕业后在军队服役8年，取得公费进入在柏林的皇家医学科学院，并柏林大学旁听。1842年获医学博士学位后，被任命为波茨坦驻军军医。
1847年他在新成立的德国物理学会发表了著名的“关于能量的守恒”的讲演，第一次用数学方式系统地阐述了能量守恒原理
。
一
2.
能量守恒定律的建立过程
亥姆霍兹
一
3
能量守恒定律的内容
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
。
某种形式的能减少，一定有其他形式的能量增加，且减少量和增加量一定相等．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。
一
4
能量守恒定律的意义
能量守恒定律同生物进化论、细胞的发现被恩格斯誉为19世纪的三个最伟大的科学发现。
能量守恒定律是在无数实验事实的基础上建立起来的，是自然科学的普遍规律之一。
自然界一切已经实现的过程都遵守能量守恒定律。凡是违反能量守恒定律的过程都是不可能实现的，例如“永动机”只能以失败而告终。
机械能守恒定律只是能量守恒定律的特例。
练习
在夏季的时候，假如打开冰箱门来使房间温度降低，是否可行？为什么？
不可行。冰箱工作时要消耗电能，而这些电能最终转化为房间的内能，所以房间的温度不降反升。
能源的分类
能源：凡是能够提供可利用能量的物质统称为能源
能源可分为常规能源和新能源两类
常规能源：煤、石油和天然气等
新能源
太阳能
新能源
风能
新疆达坂
风力发电厂
新能源
水能
三峡水电站
新能源
核能
深圳大亚湾核电站
新能源
西藏羊八井地热电站
温泉
地热能
二
2
人类对能源的利用经过了三个时期
柴薪时期
出现年代：五六十万年前
火的使用是人类在能源利用上的第一个里程碑，它使人类脱离了茹毛饮血的时代。
二
2
人类对能源的利用经过了三个时期
煤炭时期
出现年代：2000年前
蒸汽机的广泛使用，带动了工业革命和资本主义社会的成长。
二
2
人类对能源的利用经过了三个时期
石油时期
出现年代：19世纪80年代
内燃机的发展推动了19世纪末，20世纪初开始的机械化和电气化进程。
二
3（1）能源短缺
2004年世界能源统计年鉴的最新数据显示，世界石油总储量为1.15万亿桶，仅供开采41年；全球天然气储量为176万亿立方米，仅供开采63年。日本权威能源研究机构也申明，全球煤炭埋藏量10316亿吨，可开采231年。
二
3（2）环境恶化
温室效应使全球气候变暖
1999年北极拍摄
两极冰山融化
二
3（2）环境恶化
汽车的尾气
二
3（2）环境恶化
化石燃料
(煤和燃油)
的燃烧
空中死神――酸雨
二
3（2）环境恶化
大气污染
燃料的化学能一部分转化为食物的内能，最终都转化为周围环境的内能。
二
3（3）能量耗散
能量耗散表明，在能源的利用过程中，即在能量的转化过程中，能量在数量上并未减少，但在可利用的品质上却降低了，从便于利用变成不便于利用的了，这是能源危机更深层次的含义，也是“自然界的能量虽然守恒，但还是要节约能源”的根本原因。第十节
能量守恒定律与能源
【巩固教材－稳扎稳打】
1．在一间隔热很好的密闭房间中，把正在工作的电冰箱门打开，室内空气温度将
(
)
A．升高．
B．不变．
C．降低
D．不可能升高．
2．以今天的开采和消耗速度，煤炭和石油的储蓄将在大约多少年耗尽？
(
)
A．未来50年内
B．未来100年内
C．未来300年内
D．未来500年内
3．能量耗散是指
(
)
A．在能源的利用过程中，能量在数量上减少了。
B．在能源的利用过程中，能量完全不能利用了。
C．在能源的利用过程中，能量可利用的品质降低了。
D．在能源的利用过程中，能量在数量上增多了。
4．能把电能转化为机械的装置是
(
)
A．电灯
B．发电机
C．水轮机
D．电动机
【重难突破—重拳出击】
1．在下列能源中，属于一次可再生能源的是
(
)
A．太阳能
B．石油
C．风能
D．天然气
2．在下列能源中，属于二次能源的是
(
)
A．水能
B．电能
C．焦炭
D．核能
3．在下列能源中，属于未来的理想清洁能源的是
(
)
A．氢能
B．核能
C．太阳能
D．风能
4．20世纪80年代初，科学家们发明了硅太阳能电池。如果在太空设立太阳能卫星电站，可24h发电，这不仅不受昼夜气候的影响，而且太阳辐射强度大，利用微波――电能转换装置，可将电能转换成微波向地面发送。预计在21世纪初地球上空将会升起卫星电站，硅太阳能电池实现的能量转换方式是
(
)
A．光能→微波
B．光能→热能
C．电能→微波
D．光能→电能
5．近年来，在公交车和出租车中推行用天然气代替汽油作燃料的改革，取得了显著的进展，走上街头你会发现不少公交车和出租车上印有“CNG”的标记，代表它们是以天然气作为燃料的汽车则推广这一改革的主要目的是
(
)
A．延长发动机的寿命
B．促进地方经济和西部发展
C．减少大气污染
D．节约能源
6．如图5-31，有两个同样的球，其中a球放在不导热的水平面上，b球用细线悬挂起来，现供给a、b两球相同的热量，则两球升高的温度
(
)
A．△ta＞△tb
B．△ta＜△tb
C．△ta=△tb
D．无法比较．
7．图5-32中容器A、B各有一个可自由移动的轻活塞，活塞下面是水，上面是大气，大气压恒定。A、B的底部由带有阀门K的管道相连。整个装置与外界绝热。原先，A中水面比B中的高。打开阀门，使A中的水逐渐向B中流，最后达到平衡。在这个过程中，
(
)
A．大气压力对水做功，水的内能增加
B．水克服大气压力做功，水的内能减少
C．大气压力对水不做功，水的内能不变
D．大气压力对水不做功，水的内能增加
8.关于能源,以下说法不正确的是
(
)
A．煤、石油、天然气等燃料的最初来源都可以追溯到太阳能
B．柴草燃烧时释放的能量是生物能
C．核能和地热能来自地球自身
D．潮汐能来源于月球引力做的功
【巩固提高—登峰揽月】
1．水平马路上行驶的汽车，在发动机熄火后，速度越来越慢，最后停止，这一现象符合能的转化和守恒定律吗？如果符合，汽车失去的动能变成了什么？
2．2001年9月11日，恐怖分子劫持波音757飞机以900km/h的速度撞击纽约世界大厦，已知波音757飞机质量为7t，携带航空汽油质量为30t，汽油的燃烧值为4.62×104kJ/kg，飞机长80m，求：（结果保留两位有效数字）
⑴飞机撞击世贸大厦释放多少能量？
⑵试估算飞机对世贸大厦的平均冲击力是多大？（设机尾恰好插入大楼）
【课外拓展—超越自我】
1．历史上有不少人都设计一种机器，他们希望这种机器不消耗任何能量和燃料，却能源源不断地对外做功，这种机器被称为：“永动机”，图5-33就是一个“永动机”的设计方案。
轮子中央有一个转动轴，轮子边缘安装着12个可活动的短杆，每个短杆的一端装有一个铁球。方案的设计者认为，右边的球比左边的球离轴远些，因此，右边的球产生的转动力距要比左边的球产生的转动力距大。这样，轮子就会永无休止地沿着箭头所指的方向转动下去，并且带动机器转动。请分析这种永动机可能吗？为什么
第十节
能量守恒定律与能源
【巩固教材－稳扎稳打】1.A
2.B
3.C
4.D
【重难突破—重拳出击】1.AC
2.BC
3.ABCD
4.D
5.C
6.B11.D
7.BC
【巩固提高—登峰揽月】1．汽车发动机熄火后，汽车要克服阻力做功，当所克服阻力做的功等于其熄火时的动能时，汽车即停止运动。在这一过程中，汽车克服阻力做的功要转变或轮胎的内能，所以在这个过程中能量还是守恒的，是机械能转变成内能了。
2．解答⑴飞机撞击世贸大厦释放的能量等于飞机及汽油的动能与汽油燃烧放出的化学能：
△E＝(m+M)+QM=×(7×103+30×103)×252+30×103×4.62×107J
≈30×103×4.62×107J≈1.4×1012J
⑵飞机撞击世贸大厦时，速度由v0变为零，飞机长80m看作作用距离，所以飞机对世贸大厦的平均冲击力为：＝
EQ
\F(（m+M）,2S)＝N≈1.4×107N
说明
能源和高新技术一旦被恐怖分子所掌握，就会成为人类的灾难，纽约世贸大厦就是被飞机携带的航空汽油燃烧释放的化学能而转化为内能，融化了世贸大厦的钢结构导致坍塌。世界各国在积极开发和利用能源的同时，也十分注意能源的使用安全问题。
【课外拓展—超越自我】1．虽然右边每个球产生的力矩大，但是球的个数少，左边的每个球产生的力矩虽然小，但球的个数多，于是，轮子不会持续下去而对外做功，只会摆动几下，便停在图中所画的位置上。
图5 31
图5 32
图5 33

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