能量的转化与守恒+知识清单 高二下学期物理鲁科版（2019）选择性必修第三册.docxVIP

《能量的转化与守恒》知识清单

一、能量转化与守恒定律的发现背景

1、**早期对能量的认识**

-在古代，人们就已经开始对能量有了一些模糊的认识。比如，钻木取火就是人们利用机械能转化为热能的一个例子。人们通过不断地转动木棒（这就是机械能），使木头之间摩擦生热（转化成了热能），最终产生火焰。那时候的人们虽然不知道什么是能量转化，但是已经在不自觉地运用这种原理啦。

-在工业革命之前，像风车利用风能转动，水车利用水能推动石磨等，都是能量利用的简单形式。不过，当时人们还没有形成系统的能量概念，只是知道这些东西能干活，能带来一些有用的效果。

2、**科学家们的探索历程**

-焦耳是一个很重要的人物。他做了好多有趣的实验来研究热和功的关系。比如说，他通过重物下落带动叶片搅拌容器里的水，发现重物的机械能（就是因为它有高度和重量，有做功的能力）在这个过程中转化成了水的热能，而且他还精确地测量出了一定量的机械能可以转化成多少热能。他的这个发现就像在黑暗中点亮了一盏灯，让人们开始逐渐明白能量之间是可以相互转化的。

-迈尔也对能量转化与守恒定律有很大的贡献。他是一个医生，在一次航海旅行中，他发现船员的静脉血比在欧洲时要红。他就开始思考这是为什么呢？后来他意识到这可能和人体在热带地区新陈代谢变慢有关，而新陈代谢其实就涉及到能量的转化。他提出了能量守恒的初步想法，不过他的理论在当时受到了很多人的质疑，因为他的表述不是很严谨，但是他的想法为后来能量守恒定律的建立奠定了基础。

二、能量转化与守恒定律的内容

1、**能量的多种形式**

-机械能：这是我们比较熟悉的一种能量形式。比如说一个正在滚动的球，它具有动能，因为它在运动。而一个放在桌子上的球，它相对地面有一定的高度，就具有重力势能。如果把这个球用弹簧压缩起来，它就具有弹性势能。这三种能量都属于机械能的范畴。

-热能：也就是我们平常说的热量。当我们烧水的时候，燃料燃烧把化学能转化成热能，使水的温度升高。我们能感受到水变热了，就是因为热能在增加。

-电能：我们家里的电器都离不开电能。像电灯，电能转化成光能，让我们能够看清周围的环境；而电热水器则是把电能转化成热能，用来加热水。

-化学能：我们吃的食物里面就含有化学能。当我们把食物吃进肚子里，经过一系列的化学反应，化学能就会转化成我们身体需要的能量，比如维持我们的体温（热能），让我们能够走路、跑步（机械能）等。

-光能：太阳光是光能的一个巨大来源。植物通过光合作用，把光能转化成化学能储存起来。太阳能电池板也是把光能转化成电能的一个例子。

-核能：这是一种非常强大的能量形式。核电站就是利用核反应堆中原子核的裂变反应，将核能转化为热能，再进一步转化为电能。不过，核能如果使用不当也会带来很大的危险，就像切尔诺贝利核事故，那是一场非常严重的灾难，大量的放射性物质泄漏，对环境和人类健康造成了巨大的危害。

2、**能量转化**

-在生活中，能量转化的例子无处不在。就拿汽车来说吧，汽车发动机里燃烧汽油，汽油中的化学能转化成热能，然后热能再转化成机械能，使汽车能够行驶。汽车的刹车系统则是把机械能转化成热能，当我们踩下刹车踏板的时候，刹车片和刹车盘之间剧烈摩擦，汽车的动能（机械能的一种）就转化成了热能，让汽车停下来。

-我们的手机也是一个能量转化的小天地。当我们给手机充电的时候，电能转化成化学能储存在手机电池里。当我们使用手机的时候，电池里的化学能又转化成电能，电能再进一步转化成光能（屏幕发光）、热能（手机使用时会发热）和机械能（手机震动）等。

3、**能量守恒定律**

-这个定律简单来说就是能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只会从一种形式转化为另一种形式，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。就像我们之前说的焦耳的实验，重物下落的机械能转化成水的热能，在这个过程中，总的能量是不变的。

-假设我们有一个封闭的系统，比如说一个绝热的盒子里面装着一些小球。如果我们给这些小球一个初始的机械能，让它们在盒子里碰撞、滚动。在这个过程中，小球的动能可能会转化成势能，或者因为碰撞产生热能（小球之间以及小球和盒子壁之间的摩擦），但是不管怎么转化，这个系统里面的总能量始终是保持不变的。

三、能量转化与守恒定律的应用

1、**工程技术方面**

-在发电站中，不管是火力发电站、水力发电站还是风力发电站，都离不开能量转化与守恒定律。火力发电站中，燃料燃烧把化学能转化成热能，热能再转化成机械能推动发电机发电（机械能转化成电能）。水力发电站是利用水的机械能（水的动能和重力势能）转化成电能。风力发电站则是把风能转化成电能。工程师们在设计这些发电站的时候，就要精确地计算能量的转化效率，尽量减少能量在转化过程中的损失，提高发电效