高中物理 《能量守恒定律与能源》文字素材1 新人教版必修2

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1、《能量守恒定律与能源》一、能量守恒定律建立的过程：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、莱布尼兹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，各种自然现象之间的联系相继被发现。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，磁效应和其它的一些电磁现象。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

2、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做了必要的准备。    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

3、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的联系起来，他认为不可能无中生有的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，彼此独立的研究，却几乎同时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

4、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。   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

5、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l9世纪自然科学的三大发现之一(另两个发现是细胞学说，迭尔文的生物进化论)．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

6、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，所以气目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1km温度降低7℃．飞机在万米高空飞行的时候，舱外气温往往在一50℃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越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

7、体的内能增加，温度上升．如果不用空调，机舱内的温度可能迭到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．1所以开发新能源，替代上述三种传统能源，迅速地遥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