4.3_能量的转化与守恒(沪科版必修2)

§4.3能量转化和守恒定律一、从机械能的变化看能的转化和守恒21kkkWEEE由能定理：1、功能原理推导：G其他而：12GpppWEEE点的特由重力做功：2211()()kpkpWEEEE其他可得：21WEEWE其他其他或即：内容：重力和弹力以外的其他力对物体做的功，等于物体机械能的增量讨论：210WEE其他若：机械能增加210WEE其他若：机械能少举例说明：如图水平地面光滑，木块以初速速度v0滑上小车，当木块与小车相对静止时，共同速度为v,木块相对小车的位移为d，小车相对地面的位移为s，木块与车之间的摩擦力大小为f。（1）小车对木块做的功是多少？(2)木块对小车做的功是多少？(3)木块与小车组成的系统机械能如何变化？变化了多少？2、从一对滑动摩擦力做功看机械能向内能的转化1）一对滑动摩擦力做功的代数和不为零,且总为负值；2）一对滑动摩擦力做功不但使机械能转移，还伴随着内能的产生。3）转化为内能的量等于系统机械能的减少,也等于滑动摩擦力与相对路程的乘积，即：Q=fS相对。sMmMmdff/v0v0已知：如图水平地面光滑，木块以初速速度v0滑上小车，当木块与小车相对静止时，共同速度为v,木块相对小车的位移为d，小车相对地面的位移为s，木块与车之间的摩擦力大小为f。（1）小车对木块做的功是多少？(2)木块对小车做的功是多少？(3)木块与小车组成的系统机械能如何变化？变化了多少？（1）小车对木块做的功为：（2）滑动摩擦力对小车做的功为：MmMmdff/s解析：这一对滑动摩擦力做功的和是（3）由动能定理得：()fWfds木fWfs车+=fff木车22011()=22fdsmvmv对木块：21=02fsMv对小车：2220111()=222Mvmvmvfd两式相加：-QEfSfd减相对而产生的内能等于减少的机械能：EW其他可由功的原理得出小汽车的部分结构示意图车灯发动机蓄电池发电机电动机空调音响排气管二、能的转化和守恒定律1、从小汽车行驶中的能量转化蓄电池探究小汽车的能量转化情况部件相关的能量转化/转移车灯电能光能转化蓄电池电能化学能转化发动机化学能机械能转化发电机机械能电能转化电动机电能机械能转化空调内能内能转移音响电能声能（机械能）转化排气管内能内能转移原子弹爆炸能量的相互转化：氢弹爆炸核爆炸核能光、热辐射冲击波人类的食物动植物体的生物质能人体内的生物质能生物质能实际上是以化学能的形式存在的。雷电电能光能声能太阳能热电站的光反射板塔式太阳能热电站光能热能能（内能）电能不是，人们对能量守恒的探索源远流长。目前科学界公认，迈尔、焦耳、亥姆霍兹在这方面做出了突出贡献，被誉为“能量守恒定律的奠基者”。三、能量守恒定律的确立阅读课本有关能量守恒定律的确立过程，并回答以下问题：1.能量守恒定律是一个人发现的吗?2.能量守恒定律的内容是什么?能量既不能凭空产生，也不能凭空消失，它只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到另一个物体，在转化或转移的过程中其总量不变。迈尔(1814－1878)迈尔在1814年11月25日生于德国。1838年，迈尔在蒂宾根大学获得学位。迈尔的研究迈尔分析了25种能量的转化和守恒现象，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，成为历史上第一个阐述能量守恒思想的人。英国物理学家。1818年12月24日生于索尔福。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。焦耳（1818－1889）焦耳的研究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。亥姆霍兹的研究（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。中学毕业后进入在柏林的皇家医学科学院，并在柏林大学旁听。1842年获医学博士学位。1847年亥姆霍兹在新成立的德国物理学会宣读了他的论文《论力的守恒》。他总结了许多人的工作，分析了化学、机械、电磁、光等不同形式的能的转化和守恒。他坚信“永动机”是不可能实现的；任何机器都不可能提供多于能源供给的能量；当能源用尽时机器就停止工作；机器只能转化能量，不能创造和消灭能量。在论文中，提出了普遍的能量守恒原理，对能量守恒做了清晰、全面的论述，为人们深入的理解自然界的统一性提供了有力武器。他的思想用现代的话来概括，就是：能量既不能凭空产生，也不能凭空消失，它只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到另一个物体，在转化或转移的过程中其总量不变。上面这段话后来被称为能量守恒定律。三、第一类永动机的不可能性历史上有不少人希望设计一种机器，这种机器不消耗任何能量，却可以源源不断地对外做功。这种不消耗能量的机器叫第一类永动机。人们提出了很多种永动机的制作方案，经过多种尝试，做了多种努力，但永动机无一例外地归于失败第一类永动机违背了能量守恒定律，所以是不可能制成的。案例分析历史上有很多人不相信能量守恒定律的人，挖空心思想发明一种不消耗能量，却能不断对外做功的机器——永动机。右图便是当时人们设计的一种永动机方案——没有免费的午餐17～18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1775年就正式决定，不再研究和试验任何永动机。能量转化的基本规律左边=mgl+mgR右边=mg(l+R)=“重力型”永动机也不可能制成。O例题下列说法正确的是（）A.随着科技的发展，永动机是可以制成的B.太阳照射到地球上的光能转化成了其他形式的能量，但照射到宇宙空间的能量都消失了C.“既要马儿跑，又让马儿不吃草”违背了能量转化和守恒定律，因而是不可能的D.有种“全自动”手表，不用上发条，也不用任何形式的电源，却能一直走动，说明能量可以凭空产生为什么既让马儿跑又让马儿不吃草是不可能的了吗？马儿跑要消耗自身的生物能转化成动能，要想维持生命，必须通过吃草把植物的生物能转化为自身的生物能，所以既让马儿跑又让马儿不吃草是不可能的，它违背了能量守恒定律。“宝马”虽然不吃草，但要行驶必须消耗汽油的化学能才能转化成自身的机械能，否则也不能行驶，所以这个马儿要“喝油”。C能量守恒定律是19世纪最伟大的科学发现之一。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。事实证明，一切违反能量守恒定律的过程都是不可能实现的。“机械能守恒定律”只是能量守恒定律的特例。信息浏览20世纪30年代，人们发现在某些原子核反应中能量似乎不守恒，当时有人提出能量守恒并不是普遍规律的观点。1993年，奥地利物理学家泡利（W.Pauli，1900—1958）猜想，之所以观察到能量“不守恒”，可能因为存在着一种极其微小的未知粒子，是它带走了一小部分能量。因此，可以说是能量的转化与守恒定律引导科学家发现了中微子。中微子的发现与能量守恒定律意大利物理学家费米（E.Fermi，1901——1954）把这种未知的粒子叫做中微子。从此，人们一直在努力中微子。直到1956，人们才在实验室找到了中微子。作业课本P70：3、4、5题