高中物理 备课资料10《能量守恒定律与能源》 新人教版必修1.docVIP

人教版高一物理必修1备课资料10《能量守恒定律与能源》 一、能量守恒定律的建立过程 能量守恒定律是建立在自然科学发展的基础上的，从16世纪到18世纪,经过伽利略、牛顿、惠更斯、莱布尼茨以及伯努利等许多物理学家的认真研究，使动力学得到了较大的发展，机械能的转化和守恒的初步思想，在这一时期已经萌发.18世纪末和19世纪初，各种自然现象之间联系相继被发现.伦福德和戴维的摩擦生热实验否定了热质说.把物体内能的变化与机械运动联系起来.1800年发明伏打电池之后不久，又发现了电流的热效应、磁效应和其他的一些电磁现象.这一时期，电流的化学效应也被发现，并被用来进行电镀.在生物学界，证明了动物维持体温和进行机械活动的能量跟它所摄取的食物的化学能有关，自然科学的这些成就，为建立能量守恒定律作了必要的准备. 能量守恒定律的最后确定，是在19世纪中叶由迈尔、焦耳和亥姆霍兹等人完成.德国医生迈尔是从生理学的角度开始对能量进行研究的.1842年，他从“无不生有，有不变无”的哲学观念出发，表达了对能量转化和守恒思想，他分析了25种能量的转化和守恒现象，成为世界上最先阐述能量守恒思想的人.英国物理学家焦耳从1840年到1878年将近40年的时间里,研究了电流的热效应，压缩空气的温度升高以及电、化学和机械作用之间的联系，做了400多次实验，用各种方法测定了热和功之间的当量关系，为能量守恒定律的发现奠定了坚实的实验基础.在1847年，当焦耳宣布他的能量观点的时候，德国学者亥姆霍兹在柏林也宣读了同样课题的论文.在这篇论文里，他分析了化学能、机械能、电磁能、光能等不同形式的能的转化和守恒，并且把结果跟永动机不可能制造成功联系起来，他认为不可能无中生有地创造一个永久的推动力，机器只能转化能量，不能创造和消灭能量.亥姆霍兹在论文里对能量守恒定律作了一个清晰、全面而且概括的论述，使这一定律为人们广泛接受. 在19世纪中叶，还有一些人也致力于能量守恒的研究.他们从不同的角度出发，彼此独立地研究，却几乎同样发现了这一伟大的定律.因此，能量守恒定律的发现是科学发展的必然结果.此时，能量转化和守恒定律得到了科学界的普遍承认.这一原理指出：自然界的一切物质都具有能量，对应于不同的运动形式，能量也有不同的形式，如机械运动的动能和势能，热运动的内能,电磁运动的电磁能，化学运动的化学能等，他们分别以各种运动形式特定的状态参量来表示.当运动形式发生变化或运动量发生转移时，能量也从一种形式转化为另一种形式，从一个系统传递给另一个系统;在转化和传递中总能量始终不变.恩格斯曾经把能量转化和守恒定律称为“伟大的运动基本规律”，认为它的发现是19世纪自然科学的三大发现之一(另两个发现是细胞学说，达尔文的生物进化论). 二、高空的气温为什么低 研究大气现象时常常用到热力学第一定律.通常把温度、压强相同的一部分空气作为研究的对象，叫做气团，直径上千米.由于气团很大，边缘部分和外界的热交换对整个气团没有明显的影响，所以气团的内能的增减只等于外界对它做功或它对外界做功的多少. 阳光烤暖了大地，地面又使得下层的气团温度升高，密度减小，因而上升.上升时气团膨胀，推挤周围的空气，对外做功，因此内能减小，温度降低.所以，越高的地方，空气的温度越低.对于干燥的空气，大约每升高1 km温度降低7 ℃. 飞机在万米高空飞行的时候，舱外气温往往在-50 ℃以下.由于机上有空调设备，舱内总是温暖如春.不过这时空调的作用不是使空气升温，而是降温.高空的大气压比舱内气压低，要使舱内获得新鲜空气必须使用空气压缩机把空气从舱外压进来.在这个过程中，空气压缩机对气体做功，使气体的内能增加，温度上升.如果不用空调，机舱内的温度可能达到50 ℃以上！ 三、人类将优先开发的五种新能源 20世纪人类使用的能源主要有三种:原油、天然气和煤炭.根据国际能源机构的统计,假使按目前的势头发展下去,不加节制,那么,地球上这三种能源供人类开采的年限,分别只有40年、50年和240年了. 所以开发新能源,替代上述三种传统能源,迅速地逐年降低它们的消耗量,已经成为人类发展中的紧迫课题.核能在今后一段时期内还将有所发展,但是核电站的最大使用期只有25年—30年,核电站的建造、拆除和安全防护费用也不低,过多地建设核电站是否明智可取,还有待今后实践和历史来检验.那么,人类将向何处寻找新能源呢?先进国家的能源专家认为,太阳能、风能、地热能、波浪能和氢能这五种新能源,在今后将肯定会优先获得开发利用. 太阳能 太阳能利用的形式很多,例如:太阳能集热为建筑供暖、供热水,用太阳能电池驱动交通工具和其他动力装置等等,这些都属于太阳能小型、分散的利用形式.太阳能大型、集中的利用形式,则是太空发电.在距离地面三万多千米高空的同步卫星上,太阳能电池每天24小时均可以发电,而且