自然界中的守恒定律
能量守恒定律
三、能量守恒定律 - 重要意义
能量守恒定律，是自然界最普遍、最重要的基 本定律之一。从物理、化学到地质、生物，大到宇 宙天体。小到原子核内部，只要有能量转化，就一 定服从能量守恒的规律。从日常生活到科学研究、 工程技术，这一规律都发挥着重要的作用。人类对 各种能量，如煤、石油等燃料以及水能、风能、核 能等的利用，都是通过能量转化来实现的。能量守 恒定律是人们认识自然和利用自然的有力武器。 “能量的转化和守恒定律”的三种表述反映了人类 认识这一自然规律的历程。这三种表述一种比一种 更深刻，一种比一种更接近客观真理。人类正是这 样一步一步地认识物质世界的。
（4）永动机的不可能
据说永动机的概念发端于印度，在公元12世纪传入欧洲。 据记载欧洲最早、最著名的一个永动机设计方案是十三 世纪时一个叫亨内考（Villand de Honnecourt）的法国人提 出来的。如图所示：轮子中央有一个转动轴，轮子边缘安装 着12个可活动的短杆，每个短杆的一端装有一个铁球。 随后，研究和发明永动机的人不断涌现。尽管有不少学 者研究指出永动机是不可能的，研究永动机的人还是前赴后 继。 文艺复兴时期意大利伟大学者达 芬奇（Leonardo da vinc，1452－1519）曾经用不少精力研究永动机。可贵的是 他最后得到了永动机不可能的结论。 与达 芬奇同时代还有一位名叫卡丹的意大利人 （Jerome Cardan ，1501-1576），他以最早给出求解三次 方程的根而出名，也认为永动机是不可能的。
1. 能量守恒定律发现的准备
能械能和热能有较深入的研究。我们现在就这 两方面来叙述。
（1）活力与死力的论战
1644年笛卡尔（Rene Descartes,1596－1650）在他所著的《哲学原理》 中讨论碰撞问题时引进了动量的概念，用以度量运动。1687年牛顿(Isac Newton,1642－1727)在他的《自然哲学的数学原理》中把动量的改变来 度量力。与此不同的是莱布尼兹（Gottfried Wilhelm Leibniz,1646－ 1716）在1686年的一篇论文中抨击笛卡尔，主张用质量乘速度的平方来 度量运动，莱布尼兹称之为活力。把牛顿由动量所度量的力也称为死力。 莱布尼兹的主张正好和1669年惠更斯关于碰撞问题研究的结论一致，该 结论说“两个物体相互碰撞时，它们的质量与速度平方乘积之和在碰撞 前后保持不变。” 从莱布尼兹挑起争论起，形成了以笛卡尔和莱布尼兹两大派的论争。 这场论战延续了近半个世纪，许多学者都参加了论战，并且各有实验佐 证。一直到1743年法国学者达朗贝尔（Jean le Rond d'Alembert,1717 －1783）在他的《论动力学》中说：“对于量度一个力来说，用它给予 一个受它作用而通过一定距离的物体的活力，或者用它给予受它作用一 定时间的物体的动量同样都是合理的。”在这里，达朗贝尔揭示了活力 是按作用距离力的量度，而动量是按作用时间力的量度。这场争论终于 尘埃落定了。活力才作为一个正式的力学名词为力学家们普遍接受。
角动量守恒公式mvl
角动量守恒公式mvl角动量是物体运动状态的重要属性之一，它描述了物体的旋转运动状态。
角动量的大小与物体的质量、速度和与旋转轴的距离有关，它的方向垂直于物体的运动平面。
在自然界中，角动量守恒定律是一个重要的物理定律，它描述了一个封闭系统中总角动量的守恒。
角动量守恒公式可以用数学表达为mvl=常量，其中m是物体的质量，v是物体的速度，l是物体与旋转轴的距离。
这个公式表明了封闭系统中总角动量的保持不变的关系。
在这个关系中，当一个物体增大其角动量时，另一个物体必须减小其角动量，以保持总角动量不变。
角动量守恒公式的实际应用非常广泛。
在天文学中，利用角动量守恒原理可以解释行星和卫星的运动。
例如，当一个行星远离太阳时，它的速度会减小，但由于距离的增加，它的角动量保持不变。
这就解释了行星在轨道上的稳定运动。
在物理学中，角动量守恒公式也可以解释许多其他现象。
例如，在旋转体力学中，当一个旋转体绕固定轴线旋转时，其角速度的改变会导致角动量的变化。
根据角动量守恒公式，如果旋转体的惯性矩减小，那么它的角速度将增加，反之亦然。
角动量守恒公式还可以解释许多实际生活中的现象。
例如，当一个滑冰运动员旋转时，他的角动量保持不变。
如果他收紧身体，减小了与旋转轴的距离，那么他的角速度将增加，从而使他旋转得更快。
这也是为什么滑冰运动员在旋转时会收紧身体的原因。
角动量守恒公式mvl是自然界中一个重要的物理定律。
它描述了封闭系统中总角动量的守恒关系，可以应用于解释天文学、物理学以及日常生活中的许多现象。
通过理解和应用角动量守恒公式，我们可以更好地理解和解释物体的旋转运动，并且在实际应用中能够更准确地预测和计算相关的物理量。
自然法则三大定律内容是什么
自然法则三大定律内容
自然法则是宇宙中普遍存在的规律和原则，它们支配着整个宇宙的运行。
在自然界中，存在着许多定律，其中最重要的就是自然法则的三大定律。
第一定律：能量守恒定律
能量守恒定律是自然法则中最基本的定律之一。
它规定了在一个封闭系统内，能量是不会减少或增加的，而只能从一种形式转变为另一种形式。
简单来说，能量无法创造也无法毁灭，只能转化形式。
这一定律适用于所有能量形式，包括动能、势能、热能等。
第二定律：熵增定律
熵增定律是自然法则中另一个重要的定律。
它指出了在一个封闭系统中，熵（混乱度）的总量永远会增加，而不会减少。
熵是描述系统无序程度的物理量，也可以理解为系统的混乱程度。
按照熵增定律，系统总是趋向于更高的熵状态，即趋向于更大的混乱度。
这一定律解释了为什么自然界中出现了各种不可逆的过程，如热传导、自发拓展等。
第三定律：热力学第三定律
热力学第三定律是自然法则中与热力学相关的定律。
它规定了在绝对零度下，系统的熵值为零。
绝对零度是温度的零点，也是热力学上的极限。
根据这一定律，任何系统在绝对零度下都会达到最低的能量状态，其熵值为零。
热力学第三定律对于研究低温物理和热力学性质有着重要意义。
以上就是自然法则中三大定律的内容。
这些定律揭示了宇宙中能量转化、混乱度增加以及温度趋向绝对零度等重要规律，为科学研究和技术应用提供了基础理论支持。
在探索自然规律的过程中，我们不断认识和理解这些定律，推动着人类文明的发展进步。
五大守恒定律
五大守恒定律引言在自然界中存在着一系列的守恒定律，它们描述了能量、质量和动量在各种物理过程中的守恒规律。
这些守恒定律是物理学领域中的关键概念，无论是在研究基础物理学还是应用物理学中，都具有重要的作用。
本文将对五大守恒定律进行深入探讨，分别是能量守恒定律、质量守恒定律、动量守恒定律、角动量守恒定律和电荷守恒定律。
一、能量守恒定律能量守恒定律是自然界中最基本的定律之一，它描述了能量在物理系统中的转化和转移过程中总是保持不变。
根据能量守恒定律，一个系统的总能量在任何时刻都保持不变，只能从一种形式转化为另一种形式。
这意味着能量既不能被创造也不能被销毁，只能从一处转移到另一处。
1. 能量的形式能量可以存在于多种形式，主要包括： - 动能：物体由于运动而具有的能量。
- 势能：物体由于位置或状态而具有的能量。
- 热能：物体内部分子或原子的热运动所具有的能量。
- 光能：电磁波的能量形式。
- 电能：带电粒子相互作用所具有的能量。
2. 能量转化与转移能量的转化和转移是指能量从一种形式转化为另一种形式或在物体之间进行传递的过程。
在这个过程中，能量的总量保持不变。
例如，当一个物体从高处下落时，其势能逐渐转化为动能；在机械工作中，电能可以转化为机械能；光能可以被太阳能电池转化为电能等等。
3. 能量守恒定律的应用能量守恒定律在现实生活中有广泛的应用。
例如，工程领域的能源管理需要考虑能量的转化和利用效率；在交通运输中，通过改进动力系统以实现更高的能量利用效率来降低能源消耗；在环境保护中，能源的合理利用可以减少对环境的影响等等。
二、质量守恒定律质量守恒定律描述了在任何物理或化学过程中，一个封闭系统中的总质量保持不变。
这意味着在一个封闭系统中，质量既不能被创建也不能被销毁，只能在物质之间进行转移或转化。
1. 可逆反应与不可逆反应质量守恒定律适用于可逆反应和不可逆反应。
可逆反应指的是反应物转化为生成物的过程可以逆转，反应物和生成物之间可以达到平衡；而不可逆反应指的是反应物转化为生成物的过程不能逆转。
能量守恒定律的应用实例
能量守恒定律的应用实例能量守恒定律是自然界中一个重要的物理定律，它表明在一个系统中能量的总量保持不变。
这个定律不仅在物理学中有广泛的应用，而且在其他领域也有一些实际应用的例子。
本文将介绍一些能量守恒定律的应用实例。
1. 机械能守恒定律在摩擦力系统中的应用在经典力学中，机械能守恒是一个重要的能量守恒定律。
它表明在一个只受保守力的系统中，机械能（动能和势能的总和）保持不变。
这个定律在摩擦力系统中有一些重要的应用。
例如，考虑一个物体在平面上的滑动运动，有一个与速度成正比的摩擦力作用在物体上。
根据能量守恒定律，物体的机械能在运动过程中应该保持不变。
因此，随着摩擦力的作用，物体的动能逐渐减小，而势能逐渐增加，以保持机械能的总量恒定。
2. 能量守恒定律在化学反应中的应用能量守恒定律在化学反应中也有重要的应用。
化学反应通常会涉及能量的转化，包括热能、化学能等的转化。
根据能量守恒定律，化学反应中的总能量应该保持不变。
例如，考虑一个燃烧反应，如木材燃烧产生的火焰。
在这个反应中，木材的化学能被释放为热能和光能。
根据能量守恒定律，这些能量的总和应该等于木材的化学能。
因此，通过测量燃烧过程中释放的热量和光能，可以验证能量守恒定律，并计算木材的化学能。
3. 能量守恒定律在生态系统中的应用能量守恒定律在生态系统中也有一些应用。
生态系统中的能量流动通常涉及能量的转化和传递。
根据能量守恒定律，生态系统中能量的总量应该保持不变。
例如，考虑一个食物链中的能量流动。
能量从植物通过光合作用获取，再通过食物链传递给消费者，最终被返回到环境中。
根据能量守恒定律，食物链中能量的总量应该保持不变。
因此，通过测量生态系统中各个层次的能量流动，可以验证能量守恒定律，并研究生态系统的能量平衡。
总之，能量守恒定律是自然界中一个普适而重要的定律。
它在物理学、化学以及生态学等领域都有一些实际应用的例子。
通过研究这些应用实例，我们可以更好地理解和应用能量守恒定律，进一步拓展我们对能量转化和传递的认识。
物质守恒定律和能量守恒定律
物质守恒定律和能量守恒定律
质量守恒定律：在化学反应中,参加反应前各物质的质量总和等于反应后生成各物质的质量总和.这个规律就叫做质量守恒定律能量守恒定律：能量既不会凭空产生,也不会凭空消灭,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另一个物体,在转化或转移的过程中,能量的总量不变。
能量守恒定律是自然界普遍的基本定律之一。
一般表述为：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其它物体，而能量的总量保持不变。
也可以表述为：一个系统的总能量的改变只能等于传入或者传出该系统的能量的多少。
总能量为系统的机械能、内能（热能）及除机械能和内能以外的任何形式能量的总和。
如果一个系统处于孤立环境，即不可能有能量或质量传入或传出系统。
对于此情形，能量守恒定律表述为：“孤立系统的总能量保持不变。
”。
自然界中不变的规律
自然界中不变的规律介绍如下：
自然界中存在许多不变的规律，以下是其中一些例子：
1.万有引力定律：物体之间的引力与它们的质量和距离成正比。
2.热力学第一定律：能量守恒，能量不会被创造或消失，只能从一种形式转换为另一
种形式。
3.热力学第二定律：熵的总量在封闭系统中总是增加的，不可能把热量从低温物体转
移到高温物体。
4.光速不变原理：光在真空中的速度是不变的，与光源的运动状态无关。
5.生物进化论：物种通过基因变异和自然选择逐渐演化，以适应环境变化。
6.波动方程：许多自然现象都可以用波动方程描述，例如声波、光波等。
这些规律都是通过科学实验和观察所得出的结论，它们在自然界中被普遍遵循，并且为我们提供了理解和预测自然现象的基础。
自然界两大基本定律
自然界两大基本定律自然界中存在着许多基本定律，其中最为重要的两大基本定律是热力学第一定律和热力学第二定律。
这两个定律对于描述能量转化和热力学过程起着至关重要的作用。
热力学第一定律，也被称为能量守恒定律。
它表明，在一个封闭系统中，能量既不能被创造也不能被毁灭，只能从一种形式转化为另一种形式。
换句话说，能量的总量在一个系统中是恒定的。
这个定律反映了自然界中能量守恒的普遍性。
能量转化的过程是无法避免的，而热力学第二定律则描述了这些能量转化的方向性。
热力学第二定律表明，在一个孤立系统中，自然趋向于能量从高温区域向低温区域传递的方向进行转化。
换句话说，自然界中热量总是从高温物体流向低温物体，而不会相反。
这个定律也被称为热量不可逆定律。
热力学第一定律和热力学第二定律共同揭示了能量在自然界中的转化规律和方向性。
通过这两个定律，我们可以理解为什么热量会自动从热水杯流向冷空气、为什么汽车引擎会产生废热等现象。
热力学第一定律的应用非常广泛。
在能源转化和利用过程中，我们需要根据能量守恒定律来设计和优化能量转化装置，以提高能源利用效率。
比如，通过改进汽车引擎的热力学循环，可以减少燃料的消耗，提高汽车的燃油经济性。
热力学第二定律则对自然界中的各种过程进行了限制。
根据热力学第二定律，我们知道热量不会自动从低温物体流向高温物体，这就限制了一些能量转化的效率。
比如，热机的热效率是受到热力学第二定律限制的，无法达到100%。
因此，我们需要根据热力学第二定律来优化能量转化过程，以减少能量的浪费和损失。
除了热力学第一定律和热力学第二定律，自然界中还存在着许多其他的基本定律，如牛顿运动定律、质量守恒定律等。
这些定律共同构成了自然界的基本规律，为我们理解和探索自然界提供了重要的指导。
热力学第一定律和热力学第二定律是自然界中两个基本的定律，它们揭示了能量转化和热力学过程的规律和方向性。
通过研究和应用这两个定律，我们可以更好地理解和利用能量，为能源转化和利用提供科学依据，推动科技和社会的发展。
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自然界中的守恒定律
一、设计思想
1.以机械能守恒定律、动量守恒定律在“时间平移”、“空间平移”及“空间转动”交换下
其机械能、动量保持不变的事实阐述守恒与不变的关系。
从而进一步理解所学过的守恒定律内容。
2.对比自然界中的对称美的图片和物理定律的对称性，并分析对称性与守恒定律的相关
性，激发学生的兴趣。
3.对称与守恒定律之间的对应关系已成为现代人们探索自然规律的基本出发点，据此了解
和学习科学家探索真理的方法
二、课标要求及教学对象分析
了解守恒与不变的含义，理解以前学过的守恒定律。
知道对称和守恒的对应关系，且从中体会守恒与对称之间的和谐统一。
本节内容有一定的综合性，用相对论的观点进一步说明守恒定律，对学生有一定的难度，因此首先讲清对称：自然中的对称、物理学中的对称，再说明期间对称和守恒的关系从而认识科学家利用其关系探索新规律的方法。
三、教学目标
1知识技能
理解所学过的守恒定律内容，从守恒定律中认识到其本质是某种物理量保持不变。
2 过程与方法
通过分析推论，认识科学世界的美丽，体会物理公式反映出的自然界的秩序与规律。
3 情感态度与价值观
通过自然界中的守恒定律，体会自然界的和谐统一性，发展对科学的好奇心和求知欲。
四、重点与难点
认识守恒定律的本质，守恒与对称的对应关系，并了解根据对称和守恒的对应关系探索自然规律的方法。
五、教学过程
新课引入
问：我们刚学过动量守恒定律以前还学过哪些守恒定律？
答：能量守恒定律、机械能守恒定律、电荷守恒定律
师：这些守恒定律都有着重要的应用，那么科学家是怎样探索这些规律的呢？
自然界是瞬息万变的，而在这千变万化中寻找其中的不变规律是科学家的目的。
今天我们一起学习和了解科学家探索守恒定律的方法。
新课
1守恒与不变
问：还记得机械能守恒定律的条件吗？
学生：只有重力（或弹力）做功
问：在重力做功的过程中什么在变？什么量不变？
学生讨论思考回答时间在变、动能、势能在变，总机械能不变
师：若把上述的一段时间称时间的平移，动能、势能、机械能可称作用量，机械能称守恒量，那么机械能守恒定律就是机械能在时间、动能、势能的变化中保持不变的那个量即守恒量！
科学家麦克斯韦通过大量实验得出的方程组在“时间平移”、“空间平移”及“转动交换下其形式保持不变，这意味着无论在今天还是在明天，无论在这里还是在那里，无论实验
装置取何种方向，通过实验所得到的基本规律是一样的，恒定的，并指出时间空间的相对性。
刚学过的动量守恒定律，系统在发生碰撞前后不变的量是动量，即动量守恒。
结论：守恒定律本质上是某种物理量保持不变。
这就是守恒与不变的关系
观察课本图1-5-1 讨论（物理的美反映的是一个真实的世界，而艺术的美可以虚幻） 自然界中的四大基本守恒定律：能量守恒定律、动量守恒定律、质量守恒定律、电荷守恒定律中能量守恒是最重要的守恒形式。
师：应用守恒定律可以判断某个变化是否可能发生，但可不必考虑整个过程的具体细节，给解决问题带来很大方便。
那么科学家是怎样探寻各种守恒定律的呢？
2 守恒与对称
师：科学家在研究中发现对称与守恒定律之间存在对应关系，现代物理学可以证明对称与守恒定律是密切相关的。
什么是对称？通常指左右对称，如人体，各种建筑，特别是古代建筑、花瓶等等。
看1-5-2几个图
广义的理解，一物体发生一平移后若仍和原来相同，这物体就具有空间平移对称性，如：一长直线。
若使物体绕某一转动轴转动一个角度后仍与原来相同这叫做转动对称，如球体。
（有级次之分 解释）
人们对于对称美的体验，来自客观物体的外形的对称（还有哪些？举些例子）
自然界中的对称美
（展示图片）
这些各种对称物给人以匀称、均衡、流畅的感受。
物理学中的对称美
物理学家追求的是所研究的宇宙结构的对称性和物质运动的对称性
物理规律的对称性有：物理定律的空间平移对称性（物理实验从这里到那里其规律都一样）、物理定律的转动对称性（将实验整个转个角度规律一样）、物理定律的时间平移对称性（什么时间开做的实验结论都一样）。
物理概念的对称性有：正电子和负电子、粒子与反粒子、南北磁极、平面镜成像、电场与磁场、光的可逆性等等。
物质结构、运动形式上的对称美有：作用力与反作用力、动量定理与动能定理的对称、电流产生磁场与电磁感应的对称、万有引力定律与库仑定律的对称等等，均体现了简洁、统一和谐的美。
无论是自然界的对称还是物理学中的对称都是一样的美，而每一种对称性（即不变性）在物理学中通常都相应于一种守恒定律。
例如能量守恒对应着某种时间变换中的不变性，动量守恒则是对应着某种空间变换下的不变性。
德国杰出女科学家若特研究事实证明：作用量的每一种对称性都对应着一个守恒定律，有一个守恒量，对称和守恒这两个重要概念是紧密地联系在一起的。
现代物理更表明守恒定律来源于对称。
这就告诉科学家在新的领域中的守恒定律，守恒量，由此确定其中的对称性获得对称量。
反之通过作用量的对称变换可以知道相应的守恒定律，守恒量。
前面提到的机械能守恒定律中，重力做功的过程只有机械能这个量是对称的，因而它是守恒的。
事实上一些科学的重大发现正是基于“对称观点”。
对称性与守恒定律之间的对应关系已成为人们探索自然规律的基本出发点。
六阅读思考
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物理学研究方法的辩证统一美
物理学家追求真理的精神美
什么是和谐？举出你学过的和谐的物理现象
科学家在创造中怎样追求美学价值？
七板书
第五节自然界中的守恒定律
1 守恒与不变
守恒定律本质上是某种物理量保持不变。
这就是守恒与不变的关系
在自然界中的四大基本守恒定律能量守恒定律、动量守恒定律、质量守恒定律、电荷守恒定律中能量守恒是最重要的守恒形式。
2守恒与对称
对称：一物体发生一平移后若仍和原来相同，这物体就具有空间平移对称性，若使物体绕某一转动轴转动一个角度后仍与原来相同这叫做转动对称。
自然界中的对称美
物理学中的对称美
无论是自然界的对称还是物理学中的对称都是和谐统一的美，而每一种对称性（即不变性）在物理学中通常都相应于一种守恒定律。
诺特定理
八、课后思考
相对论中的时间、空间的相对性比较抽象，对称的概念也较难理解，更需要简单的例子去说明，在这个基础上才能更好的理解对称和守恒的对应关系。
若这样，一节课时间较紧张，只有逐步到位。