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引言能量守恒定律的发现历经了几个世纪,一大批著名物理学家为此做出贡献,利用这一定律能解决许多实际问题,例如否定永动机的存在,为不同能量之间的转化提供理论支持等等.因此,对能量守恒定律的研究无论在理论上还是在实际上都很重要.1.能量守恒定律发展的主要历程以及为此做出主要贡献的科学家1.1 德国的罗伯特迈尔通过对动物热的研究二发现能量守恒罗伯特迈尔生于德国的海尔布隆，他的父亲是位药剂师，在父亲的影响下，他走上了学医的道路，1840年到1841年初，迈尔在一艘海轮上为了几个月随船医生，这段船上的生活虽然不长，却开阔了迈尔的视野，激发了他的科学联想，更重要的是，这段历程使他从医学的途径得出了能量守恒的结论，位海轮驶经热带海域时，很多船员患了肺炎，在医治中迈尔发现，他们的静脉血不像生活在热带国家的人的静脉血那样暗淡，而是像动脉血那样鲜艳。
当地医生告诉他这种现象在当地是到处可见的他还听海员说，下雨时海水比较热，看到这些现象迈尔想到食物中含有化学能，它可以转化为热，在热带高温情况下，机体只需要吸收食物中少许的热量，所以机体中食物的燃烧过程减弱了，应此静脉血中留下了较多的氧。
迈尔还认为，除了人体体热来自食物转化而来的化学能之外，人体动力也来自同一能源。
1841年初，迈尔结束了海轮上的行医生活，回到了海尔布隆，工作之余他对自己在海轮上的发现继续进行研究，写成了一篇题为《论力的量和质的测定》的论文，投给德国当时最具权威性的刊物《物理学和化学年检》，但是该杂志的主编根道夫十分厌恶黑格尔的思辨哲学，他认为迈尔的文章引进了思辨的内容和缺少精确的实验，迈尔在初次受挫之后，并不气馁，继续努力，后来他又写成《论无机界的力》一文。
这篇文章在1842年5月被一向注意各种自然力的著名化学家李比希发表于他主编的《化学和数学》的刊物上，在这篇文章中，迈尔从”无不生又，有不生物”原因等于结果等哲学观念出发，表达了物理，化学过程中力的守恒的思想。
能量守恒定律是如何得来的被恩格斯称为“伟大的运动基本规律”――能量守恒和转化定律，是19世纪自然科学的一块重要理论基石。
它是由迈尔、焦耳和亥姆霍兹几乎同时提出的，能量转化和守恒定律揭示了机械、热、电、磁、化学等各种运动形式之间的统一性，不仅是继牛顿力学之后完成的物理学的第二次大综合，而且为马克思主义哲学的辩证唯物主义自然观的创立奠定了坚实的自然科学基础。
它正式宣告了“永动机”是不可能制造出来的。
同任何一个伟大科学发现一样，能量守恒和转化定律也有一个潜在的孕育阶段，也经历了一番曲折的提出及论证过程，而后才为人们所普遍承认和接受。
能量守恒定律最早是由被称为“疯子”的德国医生迈尔（1814-1878）开始研究的。
1840年迈尔开始在汉堡独立行医，他对万事总要问个为什么，而且必亲自观察、研究、实验。
1840年2月22日，他作为一名随船医生跟着一支船队来到了印度尼西亚。
一天，船队在加尔各达登陆，船员因水土不服都生起病来，于是迈尔依老办法给船员们放血治疗。
在德国，医治这种病时只需在病人静脉血管上扎一针，就会流出一股黑红的血来，可是在这里，从静脉里流出的是鲜红的血。
于是，迈尔开始思考：人的血液所以是红色的，是因为里面含有氧，氧在人体内燃烧产生热量，维持人的体温。
这里天气炎热，人要维持体温不需要燃烧那么多氧，所以静脉里的血是鲜红的。
那么，人身上的热量到底是从哪来的？心脏顶多只有500克，它的运动根本无法产生如此多的热量，无法只靠它维持人的体温。
那体温是靠全身血肉维持的了，而这又靠人吃的食物而来，不论吃肉吃菜，都一定是由植物而来，植物是靠太阳的光热而生长的。
太阳的光热呢？太阳如果是一块煤，那么它只能烧4600年，这当然不可能，那一定是别的原因了，是一种我们未知的能量了。
他大胆地推出，太阳中心约2750万度（现在我们知道是1500万度），迈尔越想越多，最后归结到一点：能量如何转化（转移）？他一回到汉堡就写了一篇《论无机界的力》，并用自己的方法测得热功当量为365千克（力）米/千卡。
19世纪的三大科学发现,即细胞学说19世纪自然科学的三大发现是：细胞学说，进化论，能量守恒定律。
19进纪自然科学三大发现是指证明了自然界的各种物质运动形式，都可以在一定的条件下互相转化的重大发现，同时证明了自然界中物质运动的统一性，为辩证唯物主义自然观的创立奠定了基础，在19世纪中叶，自然科学有了突飞猛进的发展，特别是其中的三大发现具有决定的意义。
1、细胞学说的发现和提出。
是1838至1839年间由德国植物学家施莱登和动物学家施旺最早提出。
细胞学说论证了整个生物界在结构上的统一性，以及在进化上的共同起源。
因此恩格斯将其誉为19世纪自然科学的三大发现之一。
2、能量守恒定律的发现和提出。
最初是由德国物理学家J.迈尔在实验的基础上于1842年提出来的。
1847年德意志科学家H.亥姆霍兹对其进行了严格的数学描述并明确指出能量守恒定律是普遍适用于一切自然现象的基本规律之一。
至1850年在科学界已经得到公认。
3、生物进化论学说的提出。
该学说最早是由布丰和拉马克最早提出，达尔文为公认的集大成者。
1859年达尔文在出版的《物种起源》一书中系
统地阐述了该进化学说。
能量守恒定律谁提出的具体内容是什么
能量守恒定律是的思想最初是由德国物理学家J.迈尔在实验的基础上于1842年提出来的。
在此之后英国物理学家J.焦耳做了大量实验，用各种不同方法求热功当量，发现所得的结果都是一致的，即热和功之间有一定的转换关系。
1能量守恒定律发现经过1798年，C·伦福特向英国皇家学会提交了由炮筒实验得出的热的运动说的实验报告。
1800年，D·戴维用真空中摩擦冰块使之溶化的实验支持了伦福特的报告。
1801年，T·杨在《论光和色的理论》中，称光和热有相同的性质，强调了热是一种运动。
从此，热的运动说开始逐步取代热质说。
18世纪与19世纪之交，各种自然现象之间的相互转化相继发现：在热向功的转化和光的化学效应发现之后，1800年发现了红外线的热效应。
电池刚发明，就发现了电流的热效应和电解现象。
1820年，发现电流的磁效应，1831年发现电磁感应现象。
1821年发现热电现象，1834年发现其逆现象，等等。
世纪之交，把自然看成是“活力”的思想是德国“自然哲学”的主要观点。
这
种哲学把整个宇宙视为某种根源性的力而引起历史发展的产物。
当时这种哲学思想在德国和西欧一些国家占支配地位。
最早提出热功转换的是卡诺，他认为：“热无非是一种动力，或者索性是转换形式的运动。
热是一种运动。
对物体的小部分来说，假如发生了动力的消灭，那幺与此同时，必然产生与消灭的动力量严格成正比的热量。
相反地，。
能量概念的发展及能量守恒定律的发现能量是物质运动的一种量度，是人们认识客观世界的主要对象之一。
19世纪中期发现的能量守恒定律表明能量是个守恒量，它可以由一种形式转化为另一种形式。
能量守恒定律深刻地揭示了各种形式能量的相互联系和自然界的统一性，被恩格斯称为伟大的运动基本定律，19世纪自然科学三大发现之一。
[1]能量守恒定律的发现以及能量概念的形成经历了漫长的历史过程，它是人类在生产实践和科学实验的基础上对自然界的运动转化长期认识的结果。
从研究机械能守恒到得出广义的能量守恒定律其间经历了大约一百五十年的孕育时期。
从历史上考察，能量原理是从力学留传下来的。
意大利物理学家伽利略(Galileo，1564—1642)在1638年出版的《关于力学和局部运动两门新科学的谈话和数学证明》(简称《两门新科学》)中，讨论了自由落体运动和物体沿斜面的运动，提出了这样的假设：静止的物体不论是沿竖直方向自由下落还是沿不同倾斜度的斜面从同一高度下落，它们到达末端时具有相同的速度，这就是“等末速度假设”。
[2]伽利略利用一个简单的实验检验了这个假设。
摆球沿圆弧运动可看作是沿着一系列不同倾斜度的斜面的下落和上升运动。
实验表明：使单摆由一侧开始摆动，当它经过最低点而到另一侧时，会升到几乎相同的高度，如果摆线中途为钉子E或F等所阻，则摆球将沿新的弧线上升，但仍达到相同的高度。
这说明沿不同倾斜度的斜面对于下落速度没有任何影响。
[2]物体下降时所得的速度正好等于能够把它送到原来高度的那个速度，一个物体下降的速度只决定于下降的竖直高度而与下降时实际经过的路程的形状无关。
伽利略的这个假设为后来揭示重力场的保守性，即在重力场作用下物体的机械能守恒开了先河。
德国数学家、哲学家莱布尼兹(G.W.Leibniz,1646—1716)提出了“活力”概念及“活力”守恒原理。
1686年，莱布尼兹在他的论文《关于笛卡尔和其他人在确定物体的运动力中的错误的简要论证》中提出mv不宜作运动的原动力的量度，应把mv2作为原动力的量度。
焦耳定律能量守恒从古至今，人们探究自然界现象的真理性，一直是人类文明发展的动力之一。
在众多科学研究中，焦耳(James Joule)能量守恒定律的发现占据了重要的位置，该定律表明，每个物理系统之间的能量平衡是由物理规律驱动的，可以有效地预测和控制物理系统中的变化。
焦耳定律由美国科学家焦耳于1843年提出，这个定律指出，能量在一个系统中总是保持不变，即能量不可流失也不可增加。
该定律的发现被认为是力学的基本原理，它为许多现代物理理论的发展奠定了基础，如动能定律、牛顿动力学定律和热力学定律。
根据焦耳定律，能量的守恒可以用数学表达为：E = Eo + Eg，其中E表示总能量，Eo表示初始能量，Eg表示机械能的变化值。
在一个物理系统中，如果能量不发生变化，则总能量E将保持不变，即E = Eo。
而当系统中发生机械能的变化时，总能量会发生变化，即E = Eo + Eg。
此外，根据焦耳定律，任何能量的转换都是由另一种能量来代替的，并且总能量并不会发生变化。
如果机械能发生变化，其中机械能所变化的物理系统可以变成热能、光能或者化学能，不管它们之间有多大的差别，能量总是保持守恒的。
此外，能量守恒定律还对发电厂的运行产生了巨大的影响。
发电厂的运行是由能量守恒定律驱动的，根据它，乙醇及其他燃料实体被燃烧，释放出的热量便给电动机提供动力。
电动机的运转把生产的能量转变为机械能，而机械能转化为电能，最终产生可用的电能。
焦耳定律的发现对于现代物理学研究起到了重要的作用，它能有效地控制物理系统中的变化，为更深入的理解及研究提供了可能性。
它不仅为科学研究制定了规范和标准，也为能源的可持续利用提供了有力的支撑，它还是推动人类文明发展的重要动力之一。
综上所述，焦耳定律表明，能量在系统内变化，但总量保持不变。
任何物理系统中发生的机械能变化，都可以被认为是由另一种替代能量代替，因此，能量守恒定律被认为是现代物理学中最重要的基础原理之一，它不仅是实现可持续发展的基础，也是许多科学研究的动力之一。
能量守恒定律的发展脉络
能量守恒定律是自然科学中的基本定律之一，指出在一个封闭系统中，能量总量是不变的。
这个定律的发展历程可以追溯到18世纪初约翰·贝恩斯坦的实验，他发现了热量和机械能之间的等价关系。
然而，直到19世纪末，能量守恒定律才被完全阐述和证明。
在19世纪中叶，赫尔曼·冯·亥姆霍兹提出了能量守恒原理的现代形式，即能量可以从一种形式转化为另一种形式，但总能量不变。
同时，威廉·汤姆森(开尔文勋爵)提出了热力学第一定律：能量守恒定律也适用于热力学系统。
20世纪初，阿尔伯特·爱因斯坦提出了著名的质能方程E=mc，揭示了质量和能量之间的等价关系。
这个方程的发现，无疑对能量守恒定律的理解和应用产生了深远的影响。
随着科技的发展和实验技术的进步，能量守恒定律在不同领域的应用也得到了不断拓展和深化。
例如，在粒子物理学领域，通过对粒子的能量守恒的精确测量，揭示了许多重要的物理现象，如质子和中子的结合能等。
总之，能量守恒定律的发展脉络从贝恩斯坦到爱因斯坦，历经了两个世纪的演化和完善。
今天，这个定律已经成为自然科学中的基本原则之一，为科研工作者提供了有效的理论和方法。
- 1 -。
能量守恒定律的发现过程能量守恒定律是能量学中的一条重要定律，它表明在封闭系统内，能量的总量是恒定的，能量既不会被创造也不会被破坏，只会在不同形式之间进行转换。
能量守恒定律的发现是一个经历了长期发展的过程，下面将从机械能守恒的发现、热能守恒的发现以及广义能量守恒的发现三个方面来介绍其发现过程。
首先，机械能守恒的发现是能量守恒定律的最早发现。
17世纪初，伽利略、伯努利等科学家进行了一系列关于物体运动的研究。
他们观察到，当物体在没有外力作用下从一个位置运动到另一个位置时，物体的机械能（包括动能和势能）的总量保持不变。
这个发现引发了科学家的兴趣，他们开始将这个规律用于研究物体的运动规律。
然后，热能守恒的发现是能量守恒定律的第二个重要发现。
18世纪末，开尔文（Kelvin）和卡诺（Carnot）等科学家开始研究热力学，他们发现在热力学系统中，热能和机械能之间有着紧密的关系。
开尔文提出了热力学第一定律，即内能的变化等于系统对外做功和吸收热量之和。
这一定律表明能量在热力学系统中的转换是平衡的，总能量保持不变。
卡诺进一步发展了开尔文的理论，提出了卡诺循环，证明了能量守恒定律在热力学系统中的普遍适用性。
最后，广义能量守恒的发现是能量守恒定律的最终系统化。
19世纪末，爱因斯坦提出了相对论理论，将质能关系等纳入了能量守恒定律中。
根据相对论理论，质量也是能量的一种形式，质能关系E=mc²揭示了质量与能量之间的转换关系。
爱因斯坦的理论将能量守恒定律推广到了广义相对论的范畴，将其应用于更广泛的物理学领域。
总结起来，能量守恒定律的发现经历了机械能守恒、热能守恒和广义能量守恒三个阶段。
这一定律的发现是在科学家们对物体运动、热力学和相对论等领域的长期研究中逐步积累和发展的结果。
能量守恒定律的发现为人们认识和理解能量转化和利用提供了重要的基础，并在能源领域的应用中起到了关键作用。
本章以能量为主线，研究热力学第一定律，展示能量守恒定律的发现过程和意义；在自然过程的方向性和理想热机研究的基础上，探讨热力学第二定律，并通过揭示宏观过程方向的微观实质，认识熵的概念和意义。
通过本章的学习，了解热力学第一定律和能量守恒定律的发现过程，体会科学探索中的挫折和失败对科学发现的意义；会用能量守恒的观点解释自然现象；通过自然界中宏观过程的方向性，理解热力学第二定律。
,本章的重点是热力学第一定律、热力学第二定律及能量守恒定律的理解和应用。
第1节能量守恒定律的发现一、常见的能量形式自然界中能量形式很多，常见的能量形式有：机械能、化学能、电磁能、内能、核能及太阳能等。
各种形式的能在一定条件下，可以相互转化，且转化过程中遵循一定规律。
二、能量守恒定律发现的历史背景1．蒸汽技术证明了内能可以转化为机械能。
2．各种基础运动形式之间可以相互联系及转化。
3．永动机研制的失败，从反面为能量守恒定律的提出提供了证据。
三、能量守恒定律的发现与确立1．迈尔观点体力和体热必定来源于食物中的化学能，内能、化学能、机械能都是等价的，是可以相互转化的，如果动物体内的能量输入与支出是平衡的，那么，所有这些形式的能在量上必定是守恒的。
2．焦耳的研究(1)确定了电能向内能转化的定量关系。
(2)用了近40年的时间，不懈地钻研热功转换问题，为能量守恒定律提供了无可置疑的证据。
3．亥姆霍兹的贡献从理论上把力学中的能量守恒原理推广到热、光、电、磁、化学反应等过程，揭示了它们之间的统一性。
4．能量守恒定律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另一种形式，或者从一个系统(物体)转移到另一个系统(物体)，在转化和转移的过程中其总量不变。
1．判断：(1)某个物体的能量减少，必然有其他物体的能量增加。
()(2)石子从空中落下，最后停止在地面上，说明机械能消失了。
()(3)自由摆动的秋千摆动幅度越来越小，减少的机械能转化为内能，但总能量守恒。
能量守恒定律的发现热力学第一定律是在人类积累的经验和大量的生产实践、科学实验基础上建立起来的。
首先是德国医生迈尔(Robert Mayer, 1814〜1878)和英国物理学家焦耳(Janes Prescott Joule, 1818-1889)各自通过独立地研究做出了相同的结论。
迈尔于1845年出版的《论有机体的运动和新代》一书，描述了运动形式转化的众多情况。
焦耳直接求得热功当呈的数值，给能量守恒和转化定律奠定了坚实的实验基础。
1847年亥姆霍兹(Hermann Helmholtz, 1821〜1894)在有心力的假设下，根据力学定律全面论述了机械运动、热运动以及电磁运动的''力”互相转换和守恒的规律。
在这段历史时期，由于蒸汽机的制造、改进和广泛采用，以及对热机效率、机器中摩擦生热问題的研究，对热力学第一定律的建立起到了推波助澜的作用。
1、能的概念的形成法国物理学家笛卡尔(R. Descartes, 1569〜1650)最早提出"运动呈”守恒(即动量守恒)的思想。
他给人们留下最深刻的印象是：一个粒子体系在不受外力作用时，它们的总运动量保持不变；粒子相互碰撞产生的力通过它们的运动量的改变来量度。
不久，德国物理学家莱布尼兹(G. W. F. Leibniz, 1646-1716)对笛卡尔提出挑战，他引入"活力"(Vis Viva)的概念。
他所指的''活力"，是物体的质量与它的速度的平方之积，是一个标量；而笛卡尔的“运动量”是矢量。
莱布尼兹认为"活力”才是“力”的真正呈度；物质受的力和它所通过的距离之积等于活力的增量。
莱布尼兹的''活力”实质相当于物体的动能，其数值等于动能的两倍。
后来J.伯努利(J. Bernoulli, 1667-1748)将''活力守恒”当作莱布尼兹的“活力"原理的一个推论提出，他认为当活力消失后，它并没有丧失作功的本领，而是变成了另一种形式。
能量守恒定律的发现
能量守恒定律是的思想最初是由德国物理学家J.迈尔在实验的基础上于1842年提出来的。
在此之后英国物理学家J.焦耳做了大量实验，用各种不同方法求热功当量，发现所得的结果都是一致的，即热和功之间有一定的转换关系，经过精确实验测定得知1卡=4.184焦。
迈尔是最早进行热功当量实验的学者，在1842年他用一匹马拉机械装置去搅
拌锅中的纸浆，比较了马所做的功与纸浆的温升，给出了热功当量的数值。
他的实验比起后来焦耳的实验来，显得粗糙，但是他深深认识到这个问题的重大意义，并且最早表述了能量守恒定律。
1847年德意志科学家H.亥姆霍兹对热力学第一定律进行了严格的数学描述并明确指出，能量守恒定律是普遍适用于一切自然现象的基本规律之一，到了1850年在科学界已经得到公认。
库尔特原理
库尔特原理，又称为能量守恒定律，是一个基本的物理定律，它表明在一个封闭系统中，能量的总量是不变的。
这一定律是由德国物理学家朱利斯·冯·库尔特在19世纪提出的。
根据库尔特原理，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。
在一个封闭系统中，包括对外界封闭，内部没有任何能量的交换的理想条件下，能量的总量是不变的。
这意味着系统中的能量转化是相互平衡的，当一种形式的能量增加时，另一种形式的能量必然减少。
能量转化的形式包括机械能、热能、电能、化学能等等。
无论是机械运动、燃烧、能量传导还是能量转化，都需要遵守库尔特原理。
库尔特原理是物质和能量守恒定律的重要基础，也是研究热力学和物理学中许多问题的基础。
在能源利用和转化方面，库尔特原理提供了重要的指导和约束，使我们能够更好地理解能量的转化过程，从而更有效地利用能源资源。
总之，库尔特原理是一个基本的自然定律，它揭示了能量守恒的原则，对于理解和研究能量转化过程具有重要意义。
1 从18世纪末到19世纪中叶这段时期里，人类在积累的经验和大量的生产实践、科学实验基础上建立了热力学第一定律即能量守恒和转换定律．在此过程中，德国医生J．R．迈尔和英国物理学家J．P．焦耳做出了重要贡献，他们各自通过独立地研究做出了相同的结论．1842年迈尔在《论无机界的力》一文中，曾提出了机械能和热量的相互转换原理，并由空气的定压比热容同定容比热容之差计算出热功当量的数值．1845年出版的《论有机体的运动和新陈代谢》一书，描述了运动形式转化的25种情况．焦耳从1840年起做了大量有关电流热效应和热功当量方面的实验．于1840－1845年间陆续发表了《论伏打电池所生的热》、《电解时在金属导体和电池组中放出的热》、《论磁电的热效应及热的机械作用》以及《论由空气的胀缩所产生的温度变化》等文章．他通过各种精确的实验，直接求得了热功当量的数值，其结果的一致性，给能量守恒和转换定律奠定了坚实的实验基础．除了迈尔和焦耳之外，还有许多科学家也对热力学第一定律的建立做出过贡献．如1839年M．塞甘做出了论过热化学中反应热同中间过程无关的定律的文章；1843年L．A．科耳丁发表了测定热功当量的实验结果；1847年H．von亥姆雷兹在有心力的假设下，根据力学定律全面论述了机械运动、热运动以及电磁运动的“力”互相转换和守恒的规律等等．在这段历史时期内，各国的科学家所以能独立地发现能量守恒和转换定律，是由当时的生产条件所决定的．从18世纪初到18世纪后半叶，蒸汽机的制造，改造和在英国炼铁业、纺织业中的广泛采用，以及对热机效率、机器中摩擦生热问题的研究，大大促进了人们对能量转换规律的认识．2 自然科学中最基本的定律之一。
它科学地阐明了运动不灭的观点。
它可表述为：在孤立系统中，能量从一种形式转换成另一种形式，从一个物体传递到另一个物体，在转换和传递的过程中，各种形式，各个物体的能量的总和保持不变。
整个自然界也可看成一个孤立系统，而表述为自然界中能量可不断转换和传递，但总量保持不变。
学习中的趣味历史探索能量守恒定律的发现和应用学习中的趣味历史探索：能量守恒定律的发现和应用在学习过程中，我们常常被枯燥的教科书及繁琐的知识所困扰，容易失去对知识的兴趣。
然而，如果我们能够通过趣味的探索来学习历史中的重要定律，如能量守恒定律，不仅可以增加对知识的理解和记忆，更能够培养我们的学习兴趣和动手能力。
本文将通过讲述能量守恒定律的历史发现和实际应用，来展示学习中的趣味历史探索。
1. 能量守恒定律的历史发现能量守恒定律是伟大的科学家伽利略于16世纪末发现的。
当时，他进行了一系列的实验研究，其中包括小球滚动的试验。
通过这些试验，伽利略发现物体在滚动过程中，无论是上坡还是下坡，总是保持一定的动能。
他得出了一个重要结论：能量在物体的运动过程中是守恒的，即能量既不可以凭空生成，也不会消失。
2. 能量守恒定律的实际应用能量守恒定律是一项非常基础却又极其重要的定律，在日常生活和科学研究中都有广泛的应用。
以下是一些能量守恒定律的实际应用案例。
2.1 机械能转换在机械工程中，能量守恒定律可以帮助我们理解和应用机械能转换的原理。
例如，当我们使用杠杆原理来举起沉重的物体时，我们可以通过能量守恒定律计算所需的输入力和工作距离，以及转换后的输出力和工作距离。
2.2 热力学系统在热力学领域，能量守恒定律被广泛应用于热能转换系统的分析和设计中。
例如，我们可以通过能量守恒定律来计算蒸汽汽轮机中的热能输入和输出，从而评估其效率和性能。
2.3 能源管理能量守恒定律对于能源管理也具有重要意义。
通过合理利用能源，并通过能量守恒定律来分析和评估能源的转换和利用过程，可以有效地提高能源利用效率，并减少能源浪费。
3. 学习中的趣味历史探索为了使学习过程更有趣和富有挑战性，我们可以将历史发现与实际应用联系起来，并通过一些趣味探索的方式来学习和理解能量守恒定律。
3.1 历史实验重现通过重现伽利略的实验，例如小球滚动的实验，学生可以亲自进行实验并观察物体在不同条件下的运动情况。
能量守恒定律的产生及发展能量守恒定律的确立揭示了机械能、热能、电能、化学能等各种运动形式之间相互联系并相互转化的统一性,从而把表面上最遥远的现象彼此联系起来。
一、机械能守恒定律是能量守恒定律的萌芽伽利略首次提出小球速度与高度的关系:物体在下落过程中所达到的速度能使它回到原来的高度而绝不能超过它原来的高度。
这个结论在不计阻力的情况下可谓机械能守恒定律的萌芽。
惠更斯得到了机械能守恒定律的具体形式,但仅限于完全弹性碰撞却可以称得上是能量守恒定律的原始形态。
二、各种自然现象之间普遍联系的发现是能量守恒定律转化思想的来源拉瓦锡和李比希先后提出动物的体热和它的机械活动的能量来自食物中的化学能。
朗福德用钝钻头加工炮筒,戴维做了两块冰相互磨擦而使之完全熔化的实验说明了机械能向热能的转化。
1784年,瓦特的往复式蒸汽机说明了热能向机械能的转化。
1800年,尼科尔逊和卡莱尔通过电解水的实验证明电能向化学能的转化。
1807年,戴维发现电流可以电解出含有金属的溶液中的金属说明电能向化学能的转化。
1800年,伏打发明了以他的名字命名的伏打电池,表明化学能可以向电能转化。
1822年,安培发现平行通电导线相互作用,证明了电能可以转化为磁能。
1831年,英国科学家法拉第的电磁感应实验证实磁能可以转化为电能。
1821年,德国科学家塞贝克制成温差电隅从而证明热能可以转化为电能。
1840年,焦耳研究了电流的热效应证明电能可以向热能转化。
三、蒸汽技术的成就是能量守恒定律建立的基本物质前提认识源于实践,18世纪,资本主义在欧洲不断巩固和扩大,迎来了生产的大革命,许多行业都采用了机械,蒸汽机的研究为能量守恒定律的建立打下了理论基础。
四、有关能量守恒定律的基本概念和规律的逐渐形成使能量守恒定律的建立拥有了物理学基础任何理论的诞生都伴随着一些新概念的建立。
早在1686年,莱布尼兹就已经提出用相当于现在的动能来表示活力;1807年托马斯?扬在他的著作《自然哲学讲义》中第一次提出了能量的概念;伽利略所用的“矩”的概念常含有力和路程的乘积的意义;1829年蓬瑟勒在《技术力学引言》一书中坚决支持“功”这一术语;瓦特定出功率的单位;1834-1835年间,英国的哈密顿在《论动力学的一般方法》一文中,引入“力函数”;1828年格林提出“位函数”,并应用于静电学和静磁学,到了十九世纪四十年代,高斯的工作使“位函数”得到了普遍的应用。
《能量守恒定律的发现》讲义在我们探索自然科学的漫长历程中，能量守恒定律的发现无疑是一座闪耀着智慧光芒的丰碑。
这一定律不仅深刻地改变了我们对自然界的认识，也为现代物理学的发展奠定了坚实的基础。
要了解能量守恒定律的发现，我们首先得从早期的科学研究说起。
在古代，人们已经对能量的形式有了一些初步的认识。
比如，利用水力来驱动磨坊，利用风力来推动帆船，这些都是对自然能量的简单利用。
但那时，对于能量的本质和其转化规律，人们还处于懵懂的状态。
直到 18 世纪，随着工业革命的兴起，科学研究也进入了一个新的阶段。
科学家们开始更加系统地研究各种物理现象，为能量守恒定律的发现积累了大量的实验数据和理论基础。
在这个过程中，许多科学家都做出了重要的贡献。
其中，德国医生迈尔是最早提出能量守恒思想的人之一。
他在 1840 年左右，通过对病人血液颜色的观察，联想到食物的化学能与身体的机械能之间的转化。
他大胆地提出了“力是不灭的，可转化的，无重量的客体”的观点。
然而，由于他的理论缺乏足够的实验证据和严谨的数学推导，在当时并没有得到广泛的认可。
几乎在同一时期，英国物理学家焦耳也在进行着与能量相关的研究。
焦耳以其坚持不懈的实验精神而闻名。
他通过一系列精确的实验，测量了电流通过电阻时产生的热量，从而得出了著名的焦耳定律。
这个定律表明，电流通过导体所产生的热量与电流的平方、导体的电阻以及通电时间成正比。
焦耳的实验结果为能量守恒定律提供了有力的证据。
除了迈尔和焦耳，德国物理学家亥姆霍兹也对能量守恒定律的形成起到了关键作用。
亥姆霍兹在 1847 年发表了《论力的守恒》一文，系统地阐述了能量守恒定律。
他从数学上论证了各种形式的能量之间的等价性和守恒性，使得这一定律更加完善和严谨。
能量守恒定律的核心内容是：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。
能量守恒定律的发现热力学第一定律是在人类积累的经验和大量的生产实践、科学实验基础上建立起来的。
首先是德国医生迈尔（Robert Mayer，1814～1878）和英国物理学家焦耳（Janes Prescott Joule，1818～1889）各自通过独立地研究做出了相同的结论。
迈尔于1845年出版的《论有机体的运动和新陈代谢》一书，描述了运动形式转化的众多情况。
焦耳直接求得热功当量的数值，给能量守恒和转化定律奠定了坚实的实验基础。
1847年亥姆霍兹（Hermann Helmholtz，1821～1894）在有心力的假设下，根据力学定律全面论述了机械运动、热运动以及电磁运动的“力”互相转换和守恒的规律。
在这段历史时期内，由于蒸汽机的制造、改进和广泛采用，以及对热机效率、机器中摩擦生热问题的研究，对热力学第一定律的建立起到了推波助澜的作用。
1、能的概念的形成法国物理学家笛卡尔（R．Descartes，1569～1650）最早提出“运动量”守恒（即动量守恒）的思想。
他给人们留下最深刻的印象是：一个粒子体系在不受外力作用时，它们的总运动量保持不变；粒子相互碰撞产生的力通过它们的运动量的改变来量度。
不久，德国物理学家莱布尼兹（G．W．F．Leibniz，1646～1716）对笛卡尔提出挑战，他引入“活力”（Vis Viva）的概念。
他所指的“活力”，是物体的质量和它的速度的平方之积，是一个标量；而笛卡尔的“运动量”是矢量。
莱布尼兹认为“活力”才是“力”的真正量度；物质受的力和它所通过的距离之积等于活力的增量。
莱布尼兹的“活力”实质相当于物体的动能，其数值等于动能的两倍。
后来J．伯努利（J．Bernoulli，1667～1748）将“活力守恒”当作莱布尼兹的“活力”原理的一个推论提出，他认为当活力消失后，它并没有丧失作功的本领，而是变成了另一种形式。
显然，J．伯努利扩大了莱布尼兹的“活力”所指的范围，把势能也列入了活力的范畴。
笛卡尔和莱布尼兹的争论持续了半个世纪，最后调合双方的是数学家达朗贝尔（J．L．D’Alembert，1717～1783）。
他指出这场争论只不过是术语的问题，实质问题是统一的，因为笛卡尔的“运动量”是力对时间的积分，而莱布尼兹的“活力”是力对空间线度的积分。
这里面蕴藏有冲量积分的思想。
1787年，法国数学家拉格朗日（J．L．Lagranage，1736～1813）在《分析力学》一书中证明，在某些粒子系统中，每一个粒子相对于参照系的位置和速度的函数，不管发生什么运动总是保持不变。
这个函数是两部分之和，一部分表示运动的动能，另一部分表示势能（当时还没有“动能”和“势能”这两个术语）。
这个函数是拉格朗日函数，它对速度的偏微商等于笛卡尔的“运动量”，即现在所称的动量。
由此可见，“活力”守恒或机械能守恒原理，就是由拉格朗日等一些数学家和力学家提出来的。
1807年，杨（T．Young，1773～1829）创造了“能”这个词。
1826年，蓬瑟勒（J．V．Poncelet，1788—1867）又创造了“功”一词。
从此以后，机械能守恒定律就不仅是数学家著作中那种抽象的、广义的函数形式，而是物体的具体运动形式和规律的直观写照了。
伏打电池的发明（1800年）给揭示能量转化和守恒现象开拓了更广阔的前景，热、光、电、磁和化学结合，生物的生命力在能量概念的基础上开始逐步统一起来。
卡里斯尔（A．Carlisle）和尼柯尔逊（W．Nicholson）电解水的实验（1800年）表明电能和化学能可以相互转化；奥斯特（H．Oersted）发现的电流磁效应（1820年）表明电能和磁能存在某种可转化的关系；法拉第的电磁旋转现象（1821年）第一次揭示了电磁能转化为机械能的可能性；塞贝克发现的温差电（1822年）证明热能可以转化为电能、法拉第在1831年发明第一台直流发电机，第一次实现了机械能向电磁能的转化。
焦耳测量焦耳热的实验，以精确的结论总结了化学能、电能和热能之间的关系。
1845年法拉第发现的磁致旋光现象，更深刻地揭示了电、磁、光三者之间的作用关系……所有这些表明，19世纪的能（或力）的概念已不像17世纪那样仅仅局限于机械能的范畴，也不像18世纪那样局限于机械能和热两项内容。
因此，这就要求物理学家收集各个领域的发现，归纳它们的数据，从中抽象出一个既能表征各种现象的基本特点，又能表示各种力（或能）相互转化的精确形式。
在这方面，卡诺、迈尔、焦耳、威廉·汤姆孙、克劳修斯，特别是亥姆霍兹做出了主要贡献。
2、迈尔的贡献1840年，德国医生和生理学家迈尔（Julius Robert von Mayer，1814—1878）作为一次航行的随船医生，在印度尼西亚的爪哇做了一次静脉切开手术实验。
他发现流出的血十分红艳，以致误认为错动了人体的动脉。
但经过反复检查，证明流出的血仍是静脉血。
迈尔由此认为，热带人的静脉血比寒带人的静脉血要红些。
理由是：热带环境温度高，人体消耗热量比寒带人相对低得多，静脉血管中红血球还携带有大量剩余的氧成分。
他把有机体的这种化学过程和无机的物理现象联系起来，从而产生了第一个热和机械运动的当量概念。
1842年，迈尔发表了《论无机自然界的力》，第一次提出了力（即我们所说的能量）不灭和可转化性原理以及热功当量的计算。
迈尔从无机自然界中的各种能量形式中抽象出一个“力”（Krafte），指出“力”的可转化性。
他根据哲学中的因果律，将“力”等效于哲学语言中的“原因”，将某一“力”的产生效果或它的变化形式称为“效应”，用“原因等于效应”（causa aequeat effectum）这句话简明地概括能量守恒原因。
图5-4罗伯特·迈尔他说：“力是原因，对于它们可以直接使用这样的基本原理：原因等于效应。
如果原因c产生的效应是e，那么c＝e。
如果e接着又是另一效应f的原因，就有e＝f，如此类推：c＝e＝f＝……。
”迈尔认为，“力”跟物质都是客观存在的物质实体，其区别仅在于一个无重量，另一个有重量。
为了把“力”类比于物质，以便从物质的质量守恒的定律之中平行地推出能量守恒定律，他就把物质定义为无机界中的第一种“原因”，把“力”定义为第二种“原因”。
他说：“在自然界中我们找到了两类原因，我们从经验得知，它们中间不发生转换。
一类由那些有重性和不可入性的性质的原因组成，即我们通常所说的物质。
另一类则由那些不具备这些性质的原因构成——这些是力。
根据原因等于效应的哲学原理，我们就可以认为，‘力’是不可灭的、可转化的和无重的实体”。
迈尔通过这些事实分析，断定热属于他的“力”或“原因”的范畴。
最为可喜的是，迈尔根据空气被压缩后温度升高的事实推论热是物质中的粒子的运动。
他倾向于这样的观点：当物体中的粒子的距离缩短后，物体的热量增加。
他还把落体和地球当作一个整体，认为一个重物从高处落到地面，使它们的距离变成零（按他的话来说，地球的体积缩小），结果就要产生热量。
从下面的一段话我们便能看出，作为医生的迈尔对热运动性质的理解已达到相当惊人的程度。
他说：“我们可以设想在落体力、运动和热之间自然存在着联系。
我们知道。
如果一个物体的单独粒子间运动得更接近时，热就会出现，即压缩产生热。
那种束缚着最小的粒子的力和分隔这些粒子的最小的空间，必定在大质量和可测量的空间方面清楚地得到使用。
一个重物的落下实际是地球体积的减少，因此必然和产生的热有某种关系。
这种热必定精确地正比于重量的大小和它距离地面的原来的距离。
根据这种考虑，我们很容易导出上述联系落体力、热和运动的关系。
”这里的“落体力”、“运动”可译成现代语言的势能和动能。
迈尔接着指出：“如果落体力和运动等价于热，那么热自然要等价于落体力和运动。
”迈尔在这里将他的因果律娴熟地用于分析热和机械运动的关系，第一次提出了热功当量的概念。
他并根据落体的势能全部转化为热作了初步估计：“重量从大约365米的高度落下（所产生的效应）对应于给相同质量的水从0°C 到1°C 所加的热。
”这个值显然是不够精确的。
到了1845年，他就根据压缩空气产生热的实验给出了热功当量的推导和计算方法，那时他利用了气体的等压比热和等容比热的差的实验结果，并借用了理想气体的内能和体积无关的假设。
迈尔在1842年的论文中把无机界所有能量形式归纳为五类“力”，即“落体力”（重力势能）、“运动”（动能）、热（包括光的辐射能）、电（电能和磁能）、以及化学亲合力（化学能）。
他认为“力”是以“不可灭性和可转化性的统一”为特征的，力的转化意味着“运动的停止不可能不引起另一种运动”，“一种力一旦处于运动就不可能消灭，仅可转化为另一种形式”，一种力和它所转化成的形式是“同一个实体的两种不同的表现”，这种实体有一个最终的形式，即所谓的“原始力”（Urkraft ）。
“原始力”的大意是指，任何形式的力都由它在相当条件下转变而来。
由此可见，能量转化和守恒原理的最初的形式是迈尔提出的。
3、焦耳的工作焦耳出生于曼彻斯特一家酿酒作坊的家庭，对作坊中的热机和直流电机效率进行过长期观察，由此对机械功、化学能和电能和热能的转化产生了浓厚兴趣。
当时他研究了一磅锌获得的电池能量来转动一台直流电动机所得的效益；他通过反复实验发现，在1840年12月就得出了这样的结论：导线的热量损失和所通过的电流强度的平方成正比，和导线的电阻成正比。
后来人们就把这种热损失称为“焦耳热”。
“焦耳热”的发现无疑使焦耳认识到，隐蔽在神秘的自然界中任何复杂的转化都可以通过实验来确立起定量关系。
从1841年到1843年1月，他连续进行实验，试图掌握热能和化学能的当量关系。
焦耳解决问题的方法是，他把测量化学能和电能之间的关系转换为测量机械能和热能的关系转换。
于是他设计了一种特殊发电机，其电枢插在一个盛有水的密封玻璃管内，让电枢在一对固定电磁极内高速旋转，经过一定时间，包围电枢的水的温度升高。
通过计算水中热量增加和所耗去的机械功算出了第一个热功当量值。
但由于电枢内部的磁滞涡流（当时还不知道有这种现象）和反感应现象，致使所测得的数值不十分精确。
经过这次实验，焦耳确信热不是法国人所说的那种热质，而是机械运动的结果。
加上他早年受到道耳顿的原子论思想的教育，再联想到隆福德伯爵的实验，就深刻地认识到热是物质粒子的振动的宏观表现。
1845年，焦耳不再通过电流的媒介而直接测量机械功转化为热量的情况。
他做了两个实验，一是通过压缩空气使空气温度升高来测量热功当量，二是人们所熟悉的浆轮实验。
在他的浆轮实验中，他使一个浆轮浸在盛水的密封圆筒中，用重物使之转动。
当重物下落时，带动浆轮旋转，浆轮搅拌水使水温升高。
焦耳根据重物质量下降的距离及水温的升高测得热功当量为781.5英尺磅（如图2-3）。
