(教师用)2013-2014学年高中物理 第七章第10节 能量守恒定律与能源备课参考素材 新人教版必修2.doc

PAGE  PAGE 6 第10节? 能量守恒定律与能源备课参考 备课参考 科学概念的作用在于它具有概括多种自然现象的能力，能量就是从千差万别的各种自然现象中抽象出来的概念。能量从更深的层次上反映了物质运动和相互作用的本质。能量守恒定律是人们认识自然的重要工具。能量关系到人们的衣食住行，关系到国家的兴旺发达。能源的开发和利用，是关系人类生存和发展的一个重大的社会问题。我们应竖立科学的世界观，形成可持续发展的意识。 ?各种形式能量的相互转化 现实生活的经验告诉我们，各种形式的能量是可以相互转化的。例如：在摩擦生热的现象中，克服摩擦力做多少功，就有多少机械能转化成等量的内能；通过电流的导线变热，电能转化成内能；燃料燃烧生热，化学能转化成内能；灼热的灯丝发光，内能转化成光能。实验证明，在这些转化过程中，能量都是守恒的。 ?科学家对能量守恒的探索 对于能量守恒，科学家进行了长期的探索：1801年，戴维发现了电流的化学效应；1820年，奥斯特发现了电流的磁效应；1821年，塞贝克发现了温差电现象；1831年，法拉第发现了电磁感应现象；1840年，焦耳发现了电流的热效应；1842年，迈尔表述了能量守恒定律，并计算出热功当量的数值；1843年，焦耳测定了热功当量的数值。从而，确立了电化学、电和磁、电和热、力和热等自然现象之间的联系。1847年，亥姆霍兹在理论上概括和总结了能量守恒定律。…… 发现能量守恒定律的历史表明，能量守恒定律的发现不是偶然的它是人类对自然认识发展到一定阶段的产物；除了物理学外，别的学科对能量守恒定律的发现也有贡献。 ?关于能量守恒定律 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一个物体，而在转化和转移的过程中，能量的总量保持不变。这就是能量守恒定律。 能量守恒定律是经过人类的长期探索在19世纪确立的。恩格斯曾经把这一定律称为“伟大的运动基本规律”，认为它的发现是19世纪连同细胞学说、达尔文的生物进化论在内的自然科学的三大发现之一。 能量守恒定律自建立以来，??是人们认识自然、改造自然的有力武器。这个定律把广泛的自然科学技术领域联系起来使不同领域的科学工作者具有了一系列的共同语言，并取得了许多重大成就。现在，能量守恒定律仍然是我们研究自然科学的强有力的武器之一。 ?为什么要节约能源 教材在本节“思考与讨论”栏目中提出了这样的问题：“既然能量是守恒的，不可能消灭，为什么我们还要节约能源？”这一问题值得讨论。其实，节约能源主要是出于以下两方面的考虑： ①?能源短缺 在近二三百年以来，人类相继发明了蒸汽机、内燃机、电动机等动力机械，使生产力得到了飞速发展。但是，能源的消耗也急剧增长。研究人员估计，按照目前的石油开采和消耗速度，地球上的石油储藏将在百年内用尽；煤的储量稍多一些，但也将在二百多年的时间内采完。可以想象，如果没有了石油和煤炭，汽车、飞机、轮船和铁路上的内燃机车都不能开动，火力发电厂将停止发电，人类的社会生活将会瘫痪。 ②?能量耗散 宏观过程具有一定的方向性，例如：两种气体放在一个容器内，总会均匀地混合到一起，但不会再自发地分离开来。在能量的转化和转移过程中也是如此，例如：摩擦力做功的过程，要损耗机械能而生热，产生的热不可能全部用来做机械功；热量只能自发地从高温物体传给低温物体，而不可能从低温物体传向高温物体又不产生其他影响；燃料燃烧时一旦把自己的热量释放出去，它就不会再次自动聚集起来供人类重新利用；电池中的化学能转化为电能，它又通过灯泡转化为内能和光能，我们也无法把这些内能收集起来重新利用。这些实例说明，在能量的转化和转移过程中，能量的总量是守恒的，但能量的品质却降低了，可被人类直接利用的能量在逐渐减少，这就是能量耗散现象。所以。能量虽然守恒，但我们还要节约能源。 ?能量转化和能量转移方向性的进一步说明 在物理学中，能量转化和能量转移的方向性是用热力学第二定律来表述的。热力学第二定律有多种表述，两种最常见的表述形式是： 开尔文表述——不可能从单一热源吸热，使之完全变成有用的功，而不引起其他变化。 克劳修斯表述——不可能把热量从低温物体传到高温物体，而不引起其他变化。 热力学第二定律使人们认识到，自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性。可见，不消耗任何能量而能不断做功，或者少消耗能量而能做更多功的机器（第一类永动机）是不可能的；从单一热源吸热，使之完全变成有用的功而不产生其他影响的机器（第二类永动机）也是不可能的。前者违背了能量守恒定律，后者尽管不违背能量守恒定律，但是却违背反映能量转化和能量转移方向性的规律——热力学第二定律。 对于热力学第二定律，以及反映功、热量跟内能变化之间定量关系的热力学第一定律，我们将在物理选修模块中深入研究。 ?能