物理觀念∶通過學(xué)習(xí)物理學(xué)史，感受建立能量的觀點的過程，樹立能量守恒的世界觀?？茖W(xué)思維∶了解永動機模型，理解永動機不可制成的原因?？茖W(xué)探究：通過學(xué)習(xí)能量概念的建立過程，體驗科學(xué)家探究規(guī)律的艱辛與執(zhí)著。學(xué)習(xí)他們堅韌不拔的精神?？茖W(xué)態(tài)度與責(zé)任∶理解能量守恒定律，能用能量守恒的觀點解釋自然現(xiàn)象，指導(dǎo)實踐活動。體會能量守恒定律是最基本、最普遍的自然規(guī)律之一。
重點：能量守恒定律及其應(yīng)用。難點：能量守恒定律及其應(yīng)用。
讓“飲水小鴨”“喝” 完一口水后，直立起來。直立一會兒，又會慢慢俯下身去，再“喝”一口，然后又會直立起來。如此循環(huán)往復(fù)這種“飲水小鴨”玩具是一架永動機嗎?
一、探索能量守恒的足跡
人類對能量的認識能量的概念是人類在對物質(zhì)運動規(guī)律進行長期探索中建立起來的。所有自然現(xiàn)象都涉及能量，人類的任何活動都離不開能量。能量具有不同的形式，有描述熱運動的內(nèi)能、描述機械運動的機械能、描述光輻射的光能，等等。不同形式的運動對應(yīng)不同形式的能量。
不同形式的能量可以相互轉(zhuǎn)化
3.能量守恒觀念的形成
能量既抽象又以各種不同的形式廣泛存在，所以能量守恒思想的產(chǎn)生不是一蹴而就的。從各種實驗的驗證，再到對實驗結(jié)果的質(zhì)疑，科學(xué)家們付出了大量的努力，體現(xiàn)了科學(xué)前輩們對科學(xué)精神的追尋。從18世紀末到19世紀中葉，不同領(lǐng)域的科學(xué)家從不同角度都提出過能量守恒的思想。人類對能量守恒的認識經(jīng)歷了一個由淺人深、由含糊到清晰的過程。
能量既不會憑空產(chǎn)生，也不會憑空消失，它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，或者從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體，而在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移過程中，能量的總量保持不變。
(1)它與細胞學(xué)說，進化論一起被恩格斯譽為十九世紀自然科學(xué)的三大發(fā)現(xiàn)。
(2)能量守恒定律是在無數(shù)實驗事實的基礎(chǔ)上建立起來的，是最普遍、最重要、最可靠的自然科學(xué)的普遍規(guī)律之一。
(3)自然界一切已經(jīng)實現(xiàn)的過程都遵守能量守恒定律。凡是違反能量守恒定律的過程都是不可能實現(xiàn)的
(4)機械能守恒定律只是能量守恒定律的特例。
小鴨頭部的毛氈“飲水”后，水蒸發(fā)吸熱，導(dǎo)致頭部溫度降低。上段玻璃管中的乙醚蒸汽被液化，壓強減小，液柱上升，小鴨重心上移，直到小鴨傾倒。處于傾倒位置的小鴨，頭部再次被浸濕，上下玻璃球內(nèi)的氣體相通，壓強相等，乙醚流回下玻璃球內(nèi)，重心下移，小鴨站立。如此循環(huán)往復(fù)?？梢?，正是因為小鴨頭部“飲水”后水不斷蒸發(fā)，吸收了察覺不到的空氣的熱量，才使小鴨能夠持續(xù)工作下去。
不消耗任何能量，卻可以源源不斷地對外做功，這種機器叫永動機。
著名科學(xué)家達·芬奇早在15世紀就提出過永動機不可能的思想，他曾設(shè)計過一種轉(zhuǎn)輪。在轉(zhuǎn)輪邊沿安裝一系列的容器，容器中充了一些水銀，他想水銀在容器中移動有可能使轉(zhuǎn)輪永遠地轉(zhuǎn)動，但是經(jīng)過仔細研究之后，得出了否定的結(jié)論。他從許多類似的設(shè)計方案中認識到永動機的嘗試是注定要失敗的.他寫道：“永恒運動的幻想家們！你們的探索何等徒勞無功！還是去做淘金者吧！”
17世紀，英國有一個被關(guān)在倫敦塔下叫馬爾基斯的犯人，他做了一臺可以轉(zhuǎn)動的“永動機”，轉(zhuǎn)輪直徑達4.3米，有40個各重23千克的鋼球沿轉(zhuǎn)輪輻翼外側(cè)運動，使力矩加大，待轉(zhuǎn)到高處時，鋼球會自動地滾向中心。據(jù)說，他曾向英國國王查理一世表演過這一裝置。國王看了很是高興，就特赦了他。其實這臺機器是靠慣性來維持短時運動的。
19世紀有人設(shè)計了一種特殊機構(gòu)，它的臂可以彎曲。臂上有槽，小球沿凹槽滾向伸長的臂端，使力矩增大。轉(zhuǎn)到另一側(cè)，軟臂開始彎曲，向軸心靠攏。設(shè)計者認為這樣可以使機器獲得轉(zhuǎn)矩。然而，他沒有想到力臂雖然縮短了，阻力卻增大了，轉(zhuǎn)輪只能停止在原地。
1681年，英國有一位著名的醫(yī)生弗拉德提出一個建議，利用阿基米得螺旋把水池的水提到高處，再讓升高的水推動水輪機，水輪機除了帶動水磨做功以外，還可使阿基米得螺旋轉(zhuǎn)不斷提水，如此周而復(fù)始，不就可以無需擔心天旱水枯了嗎？一時間，響應(yīng)他的人大有人在，形形色色的自動水輪機陸續(xù)提出，竟出現(xiàn)了熱潮。
大約在1570年，意大利有一位教授叫泰斯尼爾斯，提出用磁石的吸力可以實現(xiàn)永動機。A是一個磁石，鐵球G受磁石吸引可沿斜面滾上去，滾到上端的E處，從小洞B落下，經(jīng)曲面BFC返回，復(fù)又被磁石吸引，鐵球就可以沿螺旋途徑連續(xù)運動下去。大概他那時還沒有建立庫侖定律，不知道磁力大小是與距離的平方成反比變化的，只要認真想一想，其荒謬處就一目了然了。
不需要任何動力或燃料，卻能源源不斷地對外做功。
人類利用和改造自然時，必須遵循自然規(guī)律。
2.第一類永動機失敗的原因與啟示
關(guān)于熱學(xué)現(xiàn)象和熱學(xué)規(guī)律，下列說法中正確的是（　?。〢．布朗運動就是液體分子的熱運動B．用油膜法測分子直徑的實驗中，應(yīng)使用純油酸滴到水面上C．第一類永動機不可能制成是因為它違背了能量守恒定律D．用活塞壓縮汽缸里的空氣，對空氣做功3.0×105J，同時空氣的內(nèi)能增加2.2×105 J，則空氣從外界吸熱5.2×105 J
A．布朗運動是小顆粒的運動，只是間接反映了液體分子的無規(guī)則運動，故A錯誤；B．用油膜法測分子直徑的實驗中，應(yīng)使用油酸溶液滴到水面上，便于稀釋后緊密排列在水面上，故B錯誤；C．第一類永動機違背了能量守恒定律，故C正確；D．由熱力學(xué)第一定律△U=W+Q可知，空氣向外界散出0.8×105J的熱量，故D錯誤；故選C。
高空形成的冰雹加速下落，并有部分熔化，以下說法中不正確的是（　?。〢．只有重力做功，冰雹下落時機械能守恒B．冰雹的勢能轉(zhuǎn)化為冰雹的動能C．冰雹的內(nèi)能增大D．冰雹的機械能不守恒
AD．除了重力做功，還有阻力做功，所以冰雹下落時機械能不守恒，則A錯誤，符合題意；D正確，不符合題意；BC．冰雹的勢能轉(zhuǎn)化為冰雹的動能與內(nèi)能，所以BC正確，不符合題意；故選A。
風(fēng)力發(fā)電是一種環(huán)保的電能獲取方式.圖為某風(fēng)力發(fā)電站外觀圖．假設(shè)當?shù)厮斤L(fēng)速約為10m/s，該風(fēng)力發(fā)電站利用風(fēng)的動能轉(zhuǎn)化為電能的效率約為20％，風(fēng)力發(fā)電機的葉片長度為10m，空氣的密度是1.29kg/m3，某一工廠用電的功率為320kW，則大約需要多少臺這樣風(fēng)力發(fā)電機同時為該工廠供電（ ）A．6 B．8 C．10 D．12
葉片旋轉(zhuǎn)所形成的圓面積為
t秒內(nèi)流過該圓面積的風(fēng)柱體積為
1．判斷（1）各種能量之間可以轉(zhuǎn)移或轉(zhuǎn)化，但總量保持不變。（ ）（2）第一類永動機因違背能量守恒定律，所以不可能制成。（ ）（3）自由擺動的秋千擺動幅度越來越小，減少的機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，但總能量守恒。（ ）
2．第一類永動機違反了什么而不能制成（ ）A．違反了熱力學(xué)第一定律B．違反了機械能守恒定律C．違反了能量守恒定律D．以上說法都不對
3．如圖所示容器中，A、B各有一個可自由移動的輕活塞，活塞下是水，上為空氣，大氣壓恒定。A、B底部由帶有閥門K的管道相連，整個裝置與外界絕熱。原先A中水面比B中高，打開閥門，使A中的水逐漸向B中流，最后達到平衡。在這個過程中，下面說法正確的是（ ）A．大氣壓力對水做功，水的內(nèi)能增加B．水克服大氣壓力做功，水的內(nèi)能減少C．大氣壓力對水不做功，水的內(nèi)能不變D．大氣壓力對水不做功，水的內(nèi)能增加
4．重1000kg的氣錘從2.5m高處落下，打在質(zhì)量為20kg的鐵塊上，要使鐵塊的溫度升高40℃以上，氣錘至少應(yīng)落下多少次？（設(shè)氣錘撞擊鐵塊時做的功有60%用來升高鐵塊的溫度，g取10m/s2，鐵的比熱容c＝4.62×102J/（kg?℃）

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3 能量守恒定律

版本： 人教版 (2019)

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