普通高中物理选择性必修三 第三章第3节 能量守恒定律
内容来源|普通高中教科书 物理 选择性必修第三册 人民教育出版社 软件|亿图脑图MindMaster
让“饮水小鸭”“喝”完一品水后，直立起来，直立一会儿，又会慢慢俯下身去，再“喝”一口，然后又会直立起来。如此循环往复¼¼这种“饮水小鸭”玩具是一架永动机吗？
人类对能量的认识
能量的概念
能量的概念是人类在对物质运动规律进行长期探索中建立起来的。
所有自然现象都涉及能量，人类的任何活动都离不开能量。
能量的形式
我们可以用能量的观念把热、电、光、磁等都统一起来描述。
在认识自然的进程中，科学慢慢知道了要用联系的观点去观察自然。
在科学史上人们真正以“能量”的观念来探索各种运动形式本质的过程是非常曲折的。
人类对能量的认识过程，体现了科学前辈们对”守恒“这一科学思想的追寻。
由于能量既抽象又以各种不同的形式广泛存在，所以能量守恒思想的萌芽及产生并不是一蹴而就的。
从各种实验的验证，再到实验结果的被质疑，科学家们付出了大量的努力。
自18世纪末至19世纪中叶来自不同国家和地区、不同领域的十几位科学家，以不同的方式，完成了关于能量转化的研究成果。
能量守恒 观念的形成
俄国化学家盖斯的研究
任何一个化学反应，不论是一步完成，还是分几步完成，放出的总热量相同。
表明一个系统（即参加化学反应的几种物质）存在着一个与热量相关的物理量，在一个确定的化学反应中这个量是不变的。
焦耳的实验
精确地测量了做功与传热之间的等价关系，从而为能量守恒定律奠定了牢固的实验基础，也为能量守恒的定量描述迈出了重要的一步。
德国医生 迈尔的贡献
迈尔通过比对不同地区人血颜色的差异，认识到食物中化学能与内能的等效性，即生物体内能量的输入和输出是平衡的。
迈尔通过海水在暴风雨中较热的现象，猜想热与机械运动的等效性。
迈尔在1841年和1842年连续写出“论‘自然力’（指能量）守恒“的论文，并推算了多少热与多少功相当。
德国科学家亥姆霍兹
从永动机不可能制成这一事实出发，考察了自然界不同的“力”（指能量）之间的相互关系，提出了“张力”（即势能）与“活力”（即动能）的转化。
半个多世纪人类对能量以及能量守恒的研究的历史，预示着人们把各分立的领域连成一体质一时刻已经到来。
能量守恒定律
在力学领域
当系统只有重力和弹力做功时，系统的动能与势能会发生相互转化，而动能与势能的总量保持不变，这就是机械能守恒。
在热力学领域
做功和热传递可以改变系统的内能，即系统内能与系统外的能量会发生转化或转移，但能的总量不会改变。
热力学第一定律，实际上就是内能与其他能量发生转化时的能量守恒定律。
能量守恒定律可以表述为：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中，能量的总量保持不变。
能量守恒是自然界的普遍规律
在20世纪30年代，奥地利物理学家泡利根据能量守恒定律预言了中微子。这个预言后来得到了证实，能量守恒定律经受住了新的检验。
能量守恒的观点也在不断地发展，相对论建立以后，基本粒子的研究使我们认识到，能量其实是与质量相关的的一个物理量。
能量守恒定律的发现是科学史上的重大事件。恩格斯所它与细胞学说、生物进化论一起列为19世纪的三大发现。
能量守恒定律是自然科学长期发展和进步的结果，是普遍、和谐、可靠的自然规律之一。
饮水小鸭
结构
小鸭的头和身由两个玻璃球构成，并通过细玻璃管相连。
原理
小鸭头部的毛毡“饮水”后，水蒸发吸热，导致头部温度降低。
上段玻璃管中的乙醚蒸气被液化，压强减小，液体上升，小鸭重心上移，直到小鸭倾倒。
处于倾倒位置的小鸭，头部再次被浸湿。
上下玻璃球内的气体想通，压强相等，乙醚流回下玻璃球内，重心下移，小鸭站立
正是因为小鸭头部“饮水”后水不断蒸发，吸收了察觉不到的空气的热量，才使小鸭能够持续工作下去。
思考与讨论 17~18世纪，许多人致力于制造一种机器，它不需要任何动力或燃料，却能不断地对外做功，史称“第一类永动机”。图中展示了其中的一种设计。然而，为此目的的任何尝试都失败了。
永动机是不可能制成的
任何动力机械的作用都是把其他形式的能转化为机械能。
永动机的思想违背了能量守恒定律，所以是不可能制成的。
制造永动机的千万次失败使人们的头脑冷静下来，开始在更深层次寻找失败的原因。
1775年法国科学院宣布“不再审查有关永动机的一切设计”。
曾任中国物理学会理事长的冯端教授指出：除了要为焦耳、亥姆霍兹和迈尔这些作出杰出贡献的科学家树碑立传外，还应建立一个无名英雄纪念碑，其上最合适的铭文将是“纪念为实现永动机奋斗而失败的人们”。
