第二十章、第一节:   能量的转化与守恒  姓名：    

 [学习目标]

1.通过实例了解能量及其存在的不同形式。能说出一些常见的能量名称，知道自然界有多种形式的能量。

2.知道能量守恒定律。知道永动机不可能制成。并能自觉利用能量守恒定律分析有关问题。

3.能解释一些常见现象中的能量转化问题。

4.能独立或采取合作的形式完成实验探究内容。

[重点]：通过实例了解能量及其存在的不同形式，能说出一些常见的能量的名称，知道自然界有多种形式的能量。

[难点]：理解能量守恒定律。

 [学习器材]：能量的转化实验装置、单摆、小车、软弹簧等

[课前准备]：

1、 请同学们阅读课本P155页，了解各种形式的能，理解什么是化学能和核能？

2、 请同学们阅读课本P156页后回答，地球上的能量归根到底来源于什么？

 [学习过程]：

一、引入新课：

1、展示预习成果：交流你的思考和成就。

①、你所理解的化学能和核能：

自然界中能量展现的形式形形色色、多种多样，其中化学能是由于化学反应，物质的__________变化而产生的能量，而核能则是由于核反应，物质的__________发生变化而产生的能量。

②、自然界中的能量不但可从一个物体转移到另一个物体，还可以从一种形式转化为另一种形式。

③、“永动机”能够制造出来吗？

二、根据刚才的讨论，我们深入的探讨一下有关能量的一些问题。

1、现代人类的生活离不开能量，并且种类多样，如（1）电能 （2）太阳能 （3）化学能 （4）核能等。下列是生活中用到的一些器具或生产工具，其中分别用到了哪种能量， 填入序号。

a．太阳能热水器__________________；  b ．煤气灶_______________

c．电冰箱________________________；  d．原子弹_______________

2、请同学们完成课本P155页“交流和讨论”部分的内容。

3、能量的转移和转化

   .   ①、课本图20－8说明了什么？

②、实验探究：能量的转化

  实验器材：电机、电源、灯泡、重物、导线、细绳、转轴以及开关等物品

  实验过程：①探究机械能与电能和内能的转化 

②探究电机通电后能的转化

实验后认真完成P157页实验后习题

4、能量守恒定律

  看书P158页内容，用自己的语言总结出能量转化的规律。

⑴关于能量守恒定律，下列说法中错误的是[   ]

A．能的转化和守恒定律只适用于物体内能的变化

B．能的转化和守恒定律是人们认识自然和利用自然的有力武器

C．只要有能的转化和转移，就一定遵从能量守恒定律

D．任何一种形式的能在转化为其他形式的能的过程中，消耗多少某种形式的能量，就能得到多少其他形式的能量，而能的总量是保持不变的

   5、把你们本节课所掌握到的知识小结一下。

三、[课后思考]：每个同学完成一篇小论文：“永动机”能够制造出来吗？

四、补充资料

焦耳

焦耳（James　Prescort　Joule,1818～1889）英国杰出的物理学家。研究电与热。1818年12月24日生于曼彻斯特附近的索尔福德。父亲是个富有的啤酒厂厂主。焦耳从小就跟父亲参加酿酒劳动，学习酿酒技术，没上过正规学校。16岁时和兄弟一起在著名化学家道尔顿门下学习，然而由于老师有病，学习时间并不长，但是道尔顿对他的影响极大，使他对科学研究产生了强烈的兴趣。1838年他拿出一间住房开始了自己的实验研究。他经常利用酿酒后的业余时间，亲手设计制作实验仪器，进行实验。焦耳一生都在从事实验研究工作，在电磁学、热学、气体分子动理论等方面均做出了卓越的贡献。他是靠自学成为物理学家的。

从1840年起，焦耳开始研究电流的热效应，写成了《论伏打电所生的热》、《电解时在金属导体和电池组中放出的热》等论文，指出：导体中一定时间内所生成的热量与导体的电流的二次方和电阻之积成正比。此后不久的1842年，俄国著名物理学家楞次也独立地发现了同样的规律，所以被称为焦耳－楞次定律。这一发现为揭示电能、化学能、热能的等价性打下了基础，敲开了通向能量守恒定律的大门。他强调了自然界的能是等量转换、不会消灭的，哪里消耗了机械能或电磁能，总在某些地方能得到相当的热。这对于热的动力说是极好的证明与支持。因此引起轰动和热烈的争议。

焦耳不愧为真正的实验大师，1850年焦耳被选为英国皇家学会会员。此后他仍不断改进自己的实验。恩格斯把“由热的机械当量的发现（迈尔、焦耳和柯尔丁）所导致的能量转化的证明”列为19世纪下半叶自然科学三大发现的第一项

迈尔

　　迈尔（Julius　Robert　Mayer，1814～1878）德国医生，物理学家，热力学的先驱，能量守恒定律的发现者之一。迈尔1814年11月25日生于符腾堡的海尔布隆。曾就学于蒂宾根大学医学系，1838年获医学博士学位，毕业后在巴黎行医。

　　18世纪末19世纪前半叶，自然科学上完成的一系列重大发现，广泛地揭示出自然界的各种运动之间的普遍联系和转化，使得这一时期的科学家们力图在“自然力的统一”的哲学思想指导下来研究各种运动。而且由于工业革命伴随生产技术的进步和发展，为能量守恒定律的发现创造了物质条件。在这种背景下，从1837年开始的10年内，西欧的四、五个国家，从事七、八种专业的10多位科学家分别通过不同的途径各自独立地发现了能量守恒定律。其中最突出的是迈尔、焦耳和亥姆霍兹三人。迈尔作为一个医生，受当时自然科学和生产技术发展的影响，在自然哲学思想的指导下，从动物的新陈代谢活动和能量的关系开始研究能量守恒定律。1840年2月到1841年2月，迈尔作为船医远航到印度尼西亚。在航行中他从考察人体消耗食物化学能与热能的等价性受到启发，去探索热和机械功的关系。航行结束后，他将自己的发现写成《论力的量和质的测定》一文，文中指出“力”（即能）是自然界运动变化的原因，而因等于果，所以“力”在量上是不灭的，只是质（即形式）发生变化。由于他的观点新颖又缺少精确的实验论证，不易被人接受，并且存在用质量和速度的积来表示“运动力”（即动能）的缺陷，论文没能发表（直到1881年他逝世后才发表）。迈尔很快觉察到了这篇论文的缺陷，并且发奋进一步学习数学和物理学。在此基础上于1842年发表了《论无机性质的力》的论文。他从“无不生有，有不变无”和“原因等于结果”的观念出发，表述了物理、化学过程中各种力（能）的转化和守恒的思想。论证了“力（能）是不可灭的、可转化的、无重量的客体”。他指出，落体力（重力势能）可转化为运动，运动一消失就转化为热，而蒸汽机则把热转化为功。他利用比定压热容与比定容热容之差计算出了不同力（能）之间的当量关系，他的热功当量的计算方法实际上就是公式，因而称之为迈尔公式。由上可见，迈尔是历史上第一个提出能量守恒定律并计算出热功当量的人。但1842年发表的这篇科学杰作当时未受到重视。以后焦耳、亥姆霍兹等人又各自独立地发现了能量守恒定律。

　　1848年迈尔又出版了《通俗天体力学》一书，将他的热功理论运用到宇宙，讨论了宇宙中的能量循环，解释了陨石发光是由于它们在大气中损失了动能，并运用能量守恒定律解释了潮汐的涨落。

　　迈尔注重科学以理服人。马赫回忆说：有一次在海德尔堡和迈尔仓促相遇时，约利稍带嘲讽地说，如果迈尔的理论是正确的话，水就能够被晃动而加热。迈尔没有答一句话就走了。几个星期以后，……他跑到约利那里喊道：‘正是那样！正是那样！’只有在经过很多的说明以后，约利才明白迈尔说话的意思。”

　　迈尔一生屡遭挫折。他从行医开始转而研究物理学，通过无数的艰辛取得的杰出成果，却长期被埋没，得不到应有的承认，甚至受到粗暴的、侮辱性的攻击。这使他精神上受到很大刺激，加上1846～1848年间他的3个孩子相继夭亡，他于1849年5月28日跳楼自杀，幸免于死。康复后成了一个跛子，留下终生残疾。但他仍以顽强的精神坚持能量守恒问题的研究，于1851年出版了《论热的机械当量》一书，详细地总结了他的工作，并且很有分寸地保护自己发现能量守恒定律的优先权：“我深信焦耳发现了热和力。但并不知道我的发现；我承认，这位著名物理学家贡献很多，令我非常尊敬；但我仍然认为我有充分理由重申，热能和动力的当量定律及其数量表述是我首先宣布的（1842年）。”

　　七、八年后迈尔的科学成就逐渐为社会公认。1858年瑞士巴塞尔自然科学院接受他为荣誉院士。1871年他晚于焦耳一年获得英国皇家学会的科普利奖章。以后他还获得蒂宾根大学的荣誉哲学博士、巴伐利亚和意大利都灵科学院院士等称号。恩格斯在《自然辩证》中高度评价了迈尔的工作：“运动的量的不变性已经被笛卡儿指出了，……而运动形式的转化却直到1842年才被发现，而且新的东西正是这一点，而不是量方面不变的定律。”恩格斯所指的1842年的发现即是迈尔的工作。