1、实验原理,1.在只有重力做功的自由落体运动 中，物体的重力势能和动能相互转化， 但总的机械能守恒，若物体某时刻即时 速度为v，下落高度为h，恒有：,2.借助打点记时器，通过纸 带测出重物某时刻高度h和该时 刻的即时速度vt，即可验证机械 能守恒定律。,实验原理,3.测定第n点的即时速度的方法 是：测出第n点的相邻的前、后两段 相等时间T内下落的距离由下列公式 算出：,实验原理,注意事项,(1)实验中打点记时器的安装，两纸带限位孔必 须在同一竖直线上，以减少摩擦力,(2)实验时，必须先接通电源，让打点记时器工 作正常后才松开纸带让重锤下落,(3)打点记时器必须接50Hz交流低压电源.,(4)必须
2、保留纸带上打出点迹的第一点，且第1、 2点间距约为2mm的纸带误差小。,(5)实验中，只要验证gh是否等于v2/2即可，不用测重锤的质量。,误差分析：由于重锤克服阻力作功，所以动能 增加量略小于重力势能减少量。,思维能力训练,为进行验证机械能守恒实验，有下 列器材可选用：铁架台、打点记时器、复写 纸、纸带、秒表、低压直流电源、导线、电 键、天平，其中不必的器材是_ _;缺少的器材是_ _。,秒表、天平,低压直流电源,低压交流,电源、刻度尺、重物,思维能力训练,在“验证机械能守恒”的实验中，已知打点记时器所用的电源的频率50Hz，查得当地重力加速度为g=9.8m/s2,测得所用的重物的质量为1.
3、00kg。实验中得到一条如图所示点迹清晰的纸带，把第一个点记作O，另选连续的4个点A、B、C、D作为测量的点，经测量知道A、B、C、D各点到O点的距离分别为62.99cm、70.18cm、77.76cm、85.73cm，根据以上数据，可知重物由O点运动到C点，重力势能的减少量等于_焦，动能的增加量等于_焦(取3位有效数字)。,7.62,7.57,Vc=3.89m/s,塔式太阳能热电站,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。,太阳能,内能,机械能,电能,光合作用,光能
4、,化学能,思考:,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？,一 能量守恒定律 1 确立的依据 （1）能量的转化,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=I2Rt,一 1（1）能量的转化,焦耳定律：Q=I2Rt,电能光能 、内能,电能内能,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
5、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。,一 1（2）永动机的梦想,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
6、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,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
7、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。,一 2. 能量守恒定律的建立过程 迈尔,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。 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(18141878),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
8、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
9、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（18181889）,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
10、定了坚实的实验基础。,一 2. 能量守恒定律的建立过程 亥姆霍兹,亥姆霍兹（18211894），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，并常在柏林大学旁听。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 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另一种的形式，或者 从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的 过程中
11、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。,二 能源和能量耗散1. 能源分类,能源：凡是能够提供可利用能量的物质统 称为能源。
12、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。,2 、为什么要节约能源 （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。,（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,（2）环境恶化,汽车的尾气,（2）环境恶化,空中死神酸雨,化石燃料 (煤和燃油) 的燃烧,（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。,能量耗
13、散,（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。,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,小结：能量守恒定律与能源,
