1、4.6 能源的开发与利用能量守恒定律第四章第四章 机械能和能源机械能和能源221kxEP重力势能重力势能弹性势弹性势能能动能动能势能势能机械能机械能mghEP221mvEk一、能量的概念 一个物体能够对外做功，我们就说这个物体具有能量。二、能量的多样性对应于不同的运动形式，能的形式也是多种多的 内能 内能(internal energy)是物体或若干物体构成的系统（简称系统）内部一切微观粒子的一切运动形式所具有的能量总和。内能常用符号U表示，内能具有能量的量纲，国际单位是焦耳（J）注：由于分子在不停的做不规则的运动所以内能不能为0（这个运动叫做分子热运动）宏观上影响内能的是物体的体积和温度，平
2、时我们说摩擦生热的热，其实指的就是转化成物体的内能，当物体内能增大时表现形式之一就是温度升高。它的对外表现就是物体温度和物体状态。同一个物体温度越高，说明内能越大；同样温度的同一物体，在气体状态时内能最大，液体状态时小一些，固体状态时内能最小。比如相同质量的0的冰、水、水蒸气，相比，水蒸气的内能最大，冰的内能最小。任何物体无论温度高低，都具有内能。自我理解：内能其实和食物里面的热量（含多少卡路里）差不多。一、能量的转化一、能量的转化 光合作用光合作用 光能光能 化学能化学能 雷电是大气雷电是大气中的一种放电现中的一种放电现象。雷雨云在形象。雷雨云在形成过程中，一部成过程中，一部分积聚起正电荷，
3、分积聚起正电荷，另一部分积聚起另一部分积聚起负电荷，当这些负电荷，当这些电荷积聚到一定电荷积聚到一定程度时，就产生程度时，就产生放电现象。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，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万高万 2万摄氏度。万摄氏度。雷电雷电电能电能 光能、光能、声能、声能、内能内能 电站有一个高塔，塔顶上装有锅炉，塔的周围装有平面反电站有一个高塔，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
4、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。发电机。塔式太阳能热电站塔式太阳能热电站太阳能太阳能内能内能机械能机械能电能电能电动机电动机 电能电能 机械能机械能发电机发电机 机械能机械能 电能电能一、能量的转化一、能量的转化 焦耳定律焦耳定律Q=I Rt 电能电能 内能内能2 电能电能 光能光能、内能内能化学能化学能 内能内能 机械能机械能 水能（动能、重力势能）水能（动能、重力势能）电能电能 水果电池水果电池化学能化学能 电能电能机械能机械能 内能内能刚煮好的鸡蛋放入凉水中
5、刚煮好的鸡蛋放入凉水中内能：鸡蛋内能：鸡蛋 凉水凉水动能：风动能：风 帆船帆船能量形式能量形式涵涵 义义实实 例例机械能机械能机械能是与物体的运动或位置的机械能是与物体的运动或位置的高度、形变相关的能量，表现为高度、形变相关的能量，表现为动能和势能。动能和势能。流动的河水、被拉开流动的河水、被拉开的弓、声音等的弓、声音等内能内能内能是组成物体的分子的无规则内能是组成物体的分子的无规则运动所具有的动能和势能的总和运动所具有的动能和势能的总和一切由分子构成的物一切由分子构成的物质质电能电能电能是与电有关的能量电能是与电有关的能量电器设备所消耗的的电器设备所消耗的的能量都是电能能量都是电能电磁能电磁
6、能电磁能是以各种各样的电磁波的电磁能是以各种各样的电磁波的形式传播的能量形式传播的能量可见光、紫外线、微可见光、紫外线、微波和红外线等波和红外线等核能核能核能是一种储存在原子核内部的核能是一种储存在原子核内部的能量，原子核发生核反应时，会能量，原子核发生核反应时，会释放出巨大的能量释放出巨大的能量核潜艇、核电站、核核潜艇、核电站、核武器等武器等化学能化学能化学能是指储存在化合物的化学化学能是指储存在化合物的化学键里的能量键里的能量巧克力、燃料等都储巧克力、燃料等都储存有化学能存有化学能例例1、指出下列现象中能量的转化或转移情况：、指出下列现象中能量的转化或转移情况：（1）人在跑步时，身体发热（
7、）人在跑步时，身体发热（）（2）风吹动帆船前进（）风吹动帆船前进（）（3）放在火炉旁的冷水变热（）放在火炉旁的冷水变热（）（4）电流通过灯泡，灯泡发光（）电流通过灯泡，灯泡发光（）（5）植物进行光合作用（）植物进行光合作用（）化学能转化为内能化学能转化为内能风的机械能转移到帆船上风的机械能转移到帆船上内能由火炉转移给水内能由火炉转移给水电能转化为光能电能转化为光能光能转化为化学能光能转化为化学能 请你说说自己一天的生活、学习中会与哪些能量及请你说说自己一天的生活、学习中会与哪些能量及其转换有关？其转换有关？我们所消耗的能量，无论是食物还是电，大部分是太我们所消耗的能量，无论是食物还是电，大部分
8、是太阳能辐射到地球后转化而来的。阳能辐射到地球后转化而来的。三、能的转化三、能的转化不同形式的能量之间的转化是通过做功实现的。不同形式的能量之间的转化是通过做功实现的。不同形式的能之间可以在一定条件的情况下不同形式的能之间可以在一定条件的情况下相互转化，而且在转化过程中总量保持不变。相互转化，而且在转化过程中总量保持不变。四四.功是能量转化的量度功是能量转化的量度重力做功：重力势能和其他能相互转化重力做功：重力势能和其他能相互转化弹力做功：弹性势能和其他能相互转化弹力做功：弹性势能和其他能相互转化1、能量守恒定律的内容：2、导致能量守恒定律最后确立的两类重要事实是什么?导致能量守恒定律最后确立
9、的两类重要事导致能量守恒定律最后确立的两类重要事实是确立了实是确立了永动机永动机的不可能性和发现了各种自的不可能性和发现了各种自然现象之间的相互联系与转化然现象之间的相互联系与转化 能量既不会能量既不会凭空产生凭空产生，也不会，也不会凭空消失凭空消失，它只能，它只能从一种形式从一种形式转化转化为另一种形式，或者从一个物体为另一种形式，或者从一个物体转移转移到另一个物体，而在转化或转移过程中，其到另一个物体，而在转化或转移过程中，其总量保持总量保持不变不变 3.3.能量守恒定律的意义能量守恒定律的意义能量守恒定律同生物进化论、细胞的发现被恩能量守恒定律同生物进化论、细胞的发现被恩格斯誉为格斯誉为
10、1919世纪的三个最伟大的科学发现。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。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律。凡是违反能量守恒定律的过程都是不可能实现的，例如实现的，例如“永动机永动机”只能以失败而告终。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。机械能守恒定律只是能量守恒定律的特例。亥姆霍兹亥姆霍兹（18211894），德国），德国物理学家和生理学家物理学家
11、和生理学家。1821年年10月月31日生于柏林波茨坦的一个中学教师家庭。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中学毕业后在军队服役8年，取得公费年，取得公费进入在柏林的皇家医学科学院进入在柏林的皇家医学科学院，并柏林并柏林大学旁听。大学旁听。1842年获医学博士学位后，年获医学博士学位后，被任命为波茨坦驻军军医。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年他在新成立的德国物理学会发表了著名的“关关于能量的守恒于能量的守恒”的讲演，第一次用数学方式系统地阐述了的讲演，第一次用数学方式系统地阐述了能量守恒原理能量守恒原理。能量守恒定律的建立过程能量守恒
12、定律的建立过程 亥姆霍兹亥姆霍兹什么是永动机？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，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。运转，源源不断的对外做功呢？这种机器被称为永动机。很久很久以前，在印度有一个被地主压迫的可怜人，他每天很久很久以前，在印度有一个被地主压迫的可怜人，他每天被迫干好多活被迫干好多活，终于有一天，终于有一天，这个可怜的年轻人厌倦了这种生活，这个可怜的年轻人厌倦了这种生活，他就想他就
13、想：有没有一种机器可以代替我干活呢：有没有一种机器可以代替我干活呢?它只干活不休息，它只干活不休息，也不需要什么能量也不需要什么能量，要是有的话就太好了。，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据说这个就是最早的关于永动机的想法。这个思想的火。这个思想的火 花在花在1200年前从印度出发，年前从印度出发，传到了伊斯兰教世界，传到了伊斯兰教世界，并传到了西方。并传到了西方。上世纪上世纪20年代德国的一张明信片年代德国的一张明信片,拿爱因斯坦开玩笑拿爱因斯坦开玩笑，想想看这个永动机为什么不行？想想看这个永动机为什么不行？人们还提出过利用轮子的惯性、细管子的毛细作用、人们还提出过利用
14、轮子的惯性、细管子的毛细作用、电磁力、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，败了，17171818世纪许多机械专家就已经论证了永动机是不可能的。世纪许多机械专家就已经论证了永动机是不可能的。法国科学院在法国科学院在17751775年就正式决定，不再研究和试验任何永动机！年就正式决定，不再研究和试验任何永动机！历史上有很多人不相信能量守恒定律的人，挖历史上有很多人不相信能量守恒定律的人，挖空心思想发明空心思想发明一种不消耗能量，却能不断对外做一种不消耗能量，却能不断对外做功的机器功的机器永动机永动机 历史上曾
15、有人设想制造一种不需要消耗任何能源历史上曾有人设想制造一种不需要消耗任何能源就可以不断做功的机器，即永动机，这样的机器能不就可以不断做功的机器，即永动机，这样的机器能不能制成？为什么？能制成？为什么？请你分析一下，高处水槽中水请你分析一下，高处水槽中水的势能共转变成哪几种形式的能，的势能共转变成哪几种形式的能，说明这个机器是否能够永远运动说明这个机器是否能够永远运动下去下去 滚珠永动机滚珠永动机 软臂永动机软臂永动机 阿基米德螺旋永动机阿基米德螺旋永动机 磁力永动机磁力永动机水塔式永动机水塔式永动机一一 能量守恒定律能量守恒定律:1.1.能量守恒定律确立的依据能量守恒定律确立的依据（1 1）能量的转化与转移能量的转化与转移 （2 2）永动机不可能制成永动机不可能制成 2.2.能量守恒定律的建立过程能量守恒定律的建立过程 迈尔迈尔 焦耳焦耳 亥姆霍兹亥姆霍兹
