第2節(jié)能量的轉(zhuǎn)化與守恒
機械能守恒定律告訴我們，在一定條件下，系統(tǒng)的動能和勢能可相互轉(zhuǎn)化，且機械能守恒。不同形式能量之間的轉(zhuǎn)化遵循怎樣的規(guī)律呢？本節(jié)我們將進(jìn)一步學(xué)習(xí)能量的轉(zhuǎn)化與守恒的相關(guān)內(nèi)容。
我們知道，能量可從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式。 食物具有化學(xué)能，我們的身體把這種化學(xué)能轉(zhuǎn)化成維持生命所必需的內(nèi)能、機械能等。水電站（ 圖 6-5）一般建在水位落差較大的地方，當(dāng)水傾瀉而下時，水的重力勢能轉(zhuǎn)化 為動能，推動水輪發(fā)電機發(fā)電，將電能輸送到千家萬戶。電能通過電磁爐可轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，通過電視可轉(zhuǎn)化為光能、聲能
圖 6-6 是用一臺蒸汽機和一臺發(fā)電機建立的模型發(fā)電站，將這個模型發(fā)電站與小燈泡連接起來，就可以供電了。 請分析該模型發(fā)電站工作時各種形式的能量是如何轉(zhuǎn)化的，并與同學(xué)交流。
在日常生活中，我們似乎看不到能量的守恒。例如，蕩來蕩去的秋千（ 圖 6-7），如果不能持續(xù)得到外界能量的補充，空氣阻力及秋千受到的摩擦力就會使秋千擺動的幅度逐漸減小，直至停下。在這個過程中，秋千原有的機械能一直在損失。
閉合電路歐姆定律也是能量守恒的一種表現(xiàn)形式。在圖 6-8所示的閉合電路中， 根據(jù)閉合電路歐姆定律，E = U + Ir，公式兩邊同時乘以 I t 可得，EIt = UIt + I2rt。EIt 表示電源提供的總電能，UIt 表示用電器消耗的電能，I2rt 表示內(nèi)電路消耗的電能。從以上公式可見，電源提供的電能一部分消耗在外電路，通過用電器轉(zhuǎn)化為其他形式的能；另一部分消耗在內(nèi)電路，轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，總的能量是守恒的。
大量的實驗和研究都證明，任何形式的能量在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的過程中都遵守如下規(guī)律：在一個孤立系統(tǒng)里，能量既不能憑空產(chǎn)生，也不能憑空消失，它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為其他形式，或者從一個物體轉(zhuǎn)移到其他物體，在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程中，能量的總量保持不變。這就是能量守恒定律（law f cnservatin f energy）
在歷史上，人們曾幻想制造一種機器，它不需要任何動力或燃料就能不停地運動，甚至對外做功，這類裝置被稱為第一類永動機。根據(jù)能量守恒定律，在無外界能量供給的情況下，使機器不斷對外做功是不可能的。能量守恒定律否定了制造第一類永動機的可能性。 能量守恒定律是自然界最普遍、最基本的規(guī)律之一。能量守恒定律的發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用，為不同學(xué)科的聯(lián)系架起了橋梁。
20 世紀(jì) 30 年代，人們發(fā)現(xiàn)在某些原子核反應(yīng)中能量似乎不守恒，據(jù)此，有人提出能量守恒并不是普遍規(guī)律的觀點。1930 年，奧地利物理學(xué)家泡利［W.Pauli，1900—1958，圖 6-9（a）］猜想，之所以觀察到反應(yīng)中能量“ 不守恒 ”，可能是因為存在著一種極其微小的未知粒子，是它帶走了部分能量。意大利物理學(xué)家費米［E.Fermi，1901—1954，圖 6-9（b）］把這種未知的粒子稱為中微子。自此，人們一直在努力尋找中微子。1956 年，人們終于在實驗中找到了中微子。因此，可以說是能量守恒定律直接導(dǎo)致了中微子的發(fā)現(xiàn)。
1.撐竿跳高運動的不同階段，有不同形式的能量發(fā)生轉(zhuǎn)化。撐竿跳高過程涉及哪幾種能量轉(zhuǎn)化？這些能量轉(zhuǎn)化是如何幫助運動員提高跳高成績的？ 2. 查閱資料，了解在發(fā)電過程中能量是怎么轉(zhuǎn)化的。哪種形式的能量損失得最多？這些損失的能量最終去了哪里？請寫出你的結(jié)論。
3. 我們經(jīng)常說“ 節(jié)約能量 ”，如關(guān)掉不使用的燈，空調(diào)溫度不要設(shè)定得太低或太高等。這些說法與本節(jié)所講的“ 能量守恒 ”似乎有些不協(xié)調(diào)。請你就此談?wù)勛约旱目捶?
4. 如圖所示，將小鐵塊綁在橡皮筋中部，并讓橡皮筋穿入鐵罐，使兩端分別固定在罐蓋和罐底上。將該裝置從不太陡的斜面上釋放，會觀察到什么現(xiàn)象？請你做一做，并從能量轉(zhuǎn)化與守恒的角度加以解釋。

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第2節(jié) 能量的轉(zhuǎn)化與守恒

版本： 魯科版 (2019)

年級： 必修 第三冊

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