高二物理课件：4.1《能量守恒定律的发现》（教科选修3-3）

欢迎进入物理课堂 4 1能量守恒定律的发现 一 能量守恒定律 1 能量守恒定律的内容能量既不会消灭 也不会创生 它只会从一种形式转化为其他形式 或者从一个物体转移到另外一个物体 而在转化和转移的过程中 能量的总和保持不变 2 能量守恒定律的建立有何重大意义 能量守恒定律的建立过程 是人类认识自然的一次重大的飞跃 是哲学和自然科学长期发展和进步的结果 它是最普遍 最重要 最可靠的自然规律之一 而且是大自然普遍和谐性的一种表现形式 和谐美是科学的魅力所在 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 这样的机器能不能制成 为什么 不能违背了能量守恒定律 能量守恒定律的建立过程 从16世纪到18世纪 经过伽利略 牛顿 惠更斯 莱布尼茨以及伯努利等许多物理学家的认真研究 使动力学得到了较大的发展 机械能的转化和守恒的初步思想 在这一时期已经萌发 18世纪末和19世纪初 各种自然现象之间联系相继被发现 伦福德和戴维的摩擦生热实验否定了热质说 把物体内能的变化与机械运动联系起来 1800年发明伏打电池之后不久 又发现了电流的热效应 磁效应和其他的一些电磁现象 这一时期 电流的化学效应也被发现 并被用来进行电镀 在生物学界 证明了动物维持体温和进行机械活动的能量跟它所摄取的食物的化学能有关 自然科学的这些成就 为建立能量守恒定律作了必要的准备 能量守恒定律的最后确定 是在19世纪中叶由迈尔 焦耳和荄姆霍兹等人完成 德国医生迈尔是从生理学的角度开始对能量进行研究的 1842年 他从 无不生有 有不变无 的哲学观念出发 表达了对能量转化和守恒思想 他分析了25种能量的转化和守恒现象 成为世界上最先阐述能量守恒思想的人 英国物理学家焦耳从1840年到1878年将近40年的时间里 研究了电流的热效应 压缩空气的温度升高以及电 化学和机械作用之间的联系 做了400多次实验 用各种方法测定了热和功之间的当量关系 为能量守恒定律的发现奠定了坚实的实验基础 在1847年 当焦耳宜布他的能量观点的时候 德国学者荄姆霍兹在柏林也宜读了同样课题的论文 在这篇论文里 他分析了化学能 机械能 电磁能 光能等不同形式的能的转化和守恒 并且把结果跟永动机不可能制造成功联系起采 他认为不可能无中生有地创造一个永久的推动力 机器只能转化能量 不能创造和消灭能量 荄姆霍兹在论文里对能量守恒定律作了一个清晰 全面而且概括的论述 使这一定律为人们广泛接受 在19世纪中叶 还有一些人也致力于能量守恒地研究 他们从不同的角度出发 彼此独立地研究 却几乎同耐发现了这一伟大的定律 因此 能量守恒定律的发现是科学发展的必然结果 此时 能量转化和守恒定律得到了科学界的普遍承认 自然界的一切物质都具有能量 对应于不同的运动形式 能量也有不同的形式 如机械运动的动能和势能 热运动的内能 电磁运动的电磁能 化学运动的化学能等 他们分别以各种运动形式特定的状态参量来表示 当运动形式发生变化或运动量发生转移时 能量也从一种形式转化为另一种形式 从一个系统传递给另一个系统 在转化和传递中总能量始终不变 恩格斯曾经把能量转化和守恒定律称为 伟大的运动基本规律 认为它的发现是19世纪自然科学的三大发现之一 另两个发现是细胞学说 达尔文的生物进化论 能量守恒定律的建立过程 是人类认识自然的一次重大的飞跃 是哲学和自然科学长期发展和进步的结果 它是最普遍 最重要 最可靠的自然规律之一 而且是大自然普遍和谐性的一种表现形式 和谐美是科学的魅力所在 课堂训练 下列对能的转化和守恒定律的认识正确的是 A 某种形式的能减少 一定存在其他形式的能增加B 某个物体的能减少 必然有其他物体的能增加C 不需要任何外界的动力而持续对外做功的机器 永动机是不可能制成的D 石子从空中落下 最后惨止在地面上 说明机械能消失了 解析 A选项是指不同形式的能量间在转化 转化过程中是守恒的 B选项是指能量在不同的物体间发生转移 转移过程中是守恒的 这正好是能量守恒定律的两个方面 转化与转移 任何永动机都是不可能制成的 它违背了能量守恒定律 所以ABC正确 D选项中石子的机械能在变化 比如受空气阻力作用 机械能可能要减少 但机械能并没有消失 能量守恒定律表明能量既不能创生 也不能消失 故D是错的 例1 一小滑块放在如图所示的凹形斜面上 用力F沿斜面向下拉小滑块 小滑块沿斜面运动了一段距离 若已知在这过程中 拉力F所做的功的大小 绝对值 为A 斜面对滑块的作用力所做的功的大小为B 重力做功的大小为G 空气阻力做功的大小为D 当用这些量表达时 小滑块的动能的改变 指末态动能减去初态动能 等于多少 滑块的重力势能的改变等于多少 滑块机械能 指动能与重力势能之和 的改变等于多少 解析 根据动能定理 动能的改变等于外力做功的代数和 其中做负功的有空气阻力 斜面对滑块的作用力的功 因弹力不做功 实际上为摩擦阻力的功 因此 Ek A B C D 根据重力做功与重力势能的关系 重力势能的减少等于重力做的功 因此 Ep C 滑块机械能的改变等于重力之外的其他力做的功 因此 E A B D 小结 能量守恒定律1 能量守恒定律的内容2 能量守恒定律建立的意义3 永动机不能制造成功的原因 同学们 来学校和回家的路上要注意安全 同学们 来学校和回家的路上要注意安全