自然界中的能量是守恒的，它既不会凭空产生，也不会凭空消失。例如电能可以转化为光能，光能可以转化为热能，等等。本期，我们就用一个小实验，来验证能量的守恒定律。

实验目的
 

了解热力学第一定律，知道自然界的能量是守恒的，探究能量的转换过程。
培养同学们的科学探究精神和动手实践能力。
 

实验材料
 

电钻、打气筒、轮胎气门嘴、空塑料瓶、水或酒。

注意事项

因为实验过程中需要用到电钻，所以请同学们一定要在家长或老师的帮助下操作相关步骤，以免误伤自己。
 

实验步骤
 

1.家长或老师用电钻小心地在实验瓶瓶盖上钻出一个小孔。

2.将瓶盖套在轮胎气门嘴上，并调整孔洞大小，使两者之间无缝隙契合。

3.将少量水或者酒倒入实验瓶内。

4.将套好气门嘴的瓶盖拧在实验瓶瓶口上，注意要拧紧。

5.用打气筒慢慢地往实验瓶中打气。同学们注意不要过量充气，以免发生危险。

6.松开打气筒，然后将瓶盖突然打开，看看会发生什么？

哇！好神奇！实验瓶中突然出现了浓浓的白雾，但是只要一会儿，这雾气就慢慢散去了。细看，瓶口竟然还会冒出缕缕白烟呢，就像香槟一样。
 

实验原理

同学们可不要以为这是什么特异功能，这一实验与热力学第一定律有关。
 

热力学第一定律是能量守恒原理的一种表达方式。自然界的一切物体都具有能量，能量有各种不同形式，它能从一种形式转化为另一种形式，从一个物体传递给另一个物体，在转化和传递过程中，能量的总和是不变的。
 

根据这一定律，瓶内的水与空气所增加的内能，等于水与空气从外界吸收的热能。加上外界对瓶内所做的功（压缩活塞运动可以对瓶内做功），使瓶内的水及空气内能增加，所以水面上具有极高动能的水分子，它们非常活跃，可以脱离水面，成为水蒸气。
 

同时，瓶内气体的温度也会上升。我们突然打开瓶盖，瓶内的气体会瞬间爆开，产生一个热能膨胀过程。在膨胀过程中，气体对外界做功，因此气体的内能逐渐减少，温度瞬间下降，使得水蒸气再度变身，冷凝成为液态的水，这就是我们所看到的白烟。

能量守恒定律发展史

能量守恒定律是在5个国家、由各种不同职业的10余位科学家从不同侧面各自独立发现的。其中迈尔、焦耳、亥姆霍兹是主要贡献者。
 

迈尔是德国物理学家、医生，他从新陈代谢的研究中得出这一结论。1840年2月到1841年2月，迈尔作为船医远航到印度尼西亚。他从船员静脉血的颜色的不同，发现体力和体热来源于食物中所含的化学能，便提出如果动物体能的输入同支出是平衡的，那么所有这些形式的能在量上就必定是守恒的。
他由此受到启发，去探索热和机械功的关系。1842年，迈尔发表了题为《论无机自然界的力》的论文，进一步表达了物理化学过程中能量守恒的思想。他是历史上第一个提出能量守恒定律并计算出热功当量（单位热量的功的数量）的人。
 

焦耳是英国物理学家，1843年，他钻研并测定了热能和机械功之间的当量关系。1847年，他做了迄今确定热功当量的最好实验，此后不断改进实验方法。1878年其得出的精确的实验结果为能量守恒定律的确立，提供了无可置疑的实验证据。焦耳真不愧为真正的实验大师。

亥姆霍兹是德国物理学家、生理学家，于1847年出版了《论力的守恒》一书，第一次系统阐述了能量守恒原理。他给出了对不同形式的能的数学表示式，并研究了它们之间相互转化的情况。这部著作是能量守恒定律论证方面影响较大的一篇历史性文献。

该定律发现的过程中，除了上述3位外，法国卡诺、德国莫尔、法国塞甘、瑞士赫斯、德国霍耳兹曼、英国格罗夫、丹麦柯耳丁以及法国伊伦，都曾独立地发表过有关能量守恒方面的论文，对能量守恒定律的发现做出了贡献。

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