能量守恒定律及其應(yīng)用 課件 高中物理新粵教版選擇性必修第三冊（2022年）

1、第三章 熱力學(xué)定律第二節(jié) 能量守恒定律及其應(yīng)用高中物理新粵教版選擇性必修第二冊一、能量守恒定律【實(shí)驗探究】在常見的機(jī)械運(yùn)動中，摩擦發(fā)熱是難以避免的，因此機(jī)械能會有一部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。如圖3-2-1所示是利用數(shù)據(jù)采集器，通過溫度傳感器與泡沫或者毛巾摩擦所測出的溫度隨時間的變化曲線。請選用不同的材料分別做實(shí)驗，觀察由數(shù)據(jù)采集器得到的溫度隨時間的變化曲線，看看使用哪一種材料能使溫度變化較快。由此能得出什么結(jié)論？【實(shí)驗總結(jié)】由上述實(shí)驗可知，機(jī)械能可以通過摩擦生熱轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。其實(shí)不僅機(jī)械能，其他形式的能量也可以和內(nèi)能互相轉(zhuǎn)化。例如，通電導(dǎo)體溫度升高，電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能；燃料燃燒過程中，化學(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能；熾熱的

2、物體發(fā)光，內(nèi)能轉(zhuǎn)化為光能大量事實(shí)證明，各種形式的能量都可以相互轉(zhuǎn)化，并且在轉(zhuǎn)化過程中守恒。能量既不會憑空產(chǎn)生，也不會憑空消失，它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為其他形式，或者從一個物體轉(zhuǎn)移到別的物體；在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移過程中其總量不變。這就是能量守恒定律。熱力學(xué)第一定律實(shí)際上就是內(nèi)能與其他形式的能量發(fā)生轉(zhuǎn)化時的能量守恒定律。能量守恒定律不是由某一個人通過某一項研究得到的，在歷史上，能量及其守恒的思想有著悠久的淵源，人類對于能量及其守恒的認(rèn)識經(jīng)歷了由淺入深、由模糊到清晰的過程，很多科學(xué)家為此做了大量基礎(chǔ)性的工作。目前，科學(xué)家公認(rèn)的能量守恒定律的奠基人是德國醫(yī)生邁耶、英國物理學(xué)家焦耳和德國科學(xué)家亥姆霍茲。能量守恒定

3、律于1860年前后得到了科學(xué)界的普遍承認(rèn)，并成為全部自然科學(xué)和工程技術(shù)的基礎(chǔ)，它是自然界的一條普遍規(guī)律，不僅適用于無機(jī)界，也適用于生命過程，一切違背能量守恒定律的觀點(diǎn)，都被實(shí)踐證明是錯誤的。因此，恩格斯把這一定律稱為“偉大的運(yùn)動基本定律”，并把這一定律和細(xì)胞學(xué)說、達(dá)爾文的生物進(jìn)化論一起稱為19世紀(jì)自然科學(xué)的三大發(fā)現(xiàn)。二、第一類永動機(jī)不可能制成【實(shí)驗探究】能量守恒定律的發(fā)現(xiàn)具有重大的實(shí)踐和理論指導(dǎo)意義。歷史上，人們曾幻想制造這樣一種機(jī)器，它不需要任何動力或燃料卻能不斷對外做功，這種機(jī)器被稱為第一類永動機(jī)。如圖3-2-2所示是一臺“永動機(jī)”構(gòu)想圖，其設(shè)計思想如下：在水輪上方的水箱內(nèi)裝入一定量的水，

4、水流下時沖動水輪轉(zhuǎn)動，水輪通過皮帶帶動抽水機(jī)不斷地把水從下方的水池中抽到上方水箱中，這樣，水不停地循環(huán)，水輪機(jī)將永久地轉(zhuǎn)動下去。思考：這樣的“永動機(jī)”能實(shí)現(xiàn)嗎？為什么？歷史上提出“永動機(jī)”設(shè)想的人，他們對能量守恒定律的發(fā)現(xiàn)有何貢獻(xiàn)？【實(shí)驗總結(jié)】由熱力學(xué)第一定律可知，如果物體不與外界進(jìn)行熱傳遞，則有Q=0，U=W。物體對外做功(W0)是必須以減少內(nèi)能(U0)，才能對外做功。所以，不消耗任何能量，卻可以源源不斷對外做功的第一類永動機(jī)是不可能制成的。能量守恒定律的確立，使人們走出了制造第一類永動機(jī)的幻想，人們更加專注于探究實(shí)現(xiàn)各種能量形式相互轉(zhuǎn)化的具體條件，從而有效利用自然界的各種能源。能量守恒定律

5、的發(fā)現(xiàn)為物理學(xué)理論的發(fā)展提供了一個有力的支柱。在哲學(xué)上，這個定律的發(fā)現(xiàn)，為辯證唯物主義自然觀提供了一個堅實(shí)的自然科學(xué)基礎(chǔ)，它揭示了自然界各種不同的運(yùn)動形式不是相互孤立、毫無聯(lián)系的，它們在一定的條件下可以相互轉(zhuǎn)化，并且在數(shù)量上保持守恒。因此，能量守恒定律有力地揭示了物質(zhì)運(yùn)動的不滅性和統(tǒng)一性。【例題】一天，小程瀏覽到了一則關(guān)于“節(jié)能電熱水器”的廣告，對于廣告中提到的“用一小時熱水僅耗一度電”的宣傳產(chǎn)生了懷疑，如何驗證這則廣告的真實(shí)性？你能夠利用所學(xué)知識進(jìn)行判斷嗎?水的比熱容c約為4.2kJ/(kg)【分析】根據(jù)能量守恒定律，如果單位時間內(nèi)電熱水器提供的熱量不足以提升水的溫度至有熱感，則可判斷廣告是

6、虛假廣告?！窘馕觥坑靡恍r熱水耗一度電，說明電熱水器的功率為1kW，即每秒提供W=1kJ的電功。而以一般熱水器出水量為0.1L/s、水溫提升10計算，則每秒流出的水所需吸收的熱量為Q=cmt=4.20.110kJ=4.2kJ。顯然QW，故該廣告為虛假廣告。1.內(nèi)容：能量既不會憑空產(chǎn)生，也不會憑空消失，它只能讓從一種形式轉(zhuǎn)化為其他形式，或者從一個物體轉(zhuǎn)移到別的物體，在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程中，能量的總量保持不變。2.能量守恒定律是自然界普遍適用的最基本規(guī)律，其成立是不需要條件的，任何自然現(xiàn)象（包括宏觀和微觀世界）都必須遵守。3.理解：熱力學(xué)第一定律體現(xiàn)了功、熱量和物體內(nèi)能的變化滿足一種守恒關(guān)系。熱力學(xué)

7、第一定律實(shí)際上是內(nèi)能轉(zhuǎn)移或與其他能量發(fā)生轉(zhuǎn)化時的能量守恒定律。1.能量守恒定律1.內(nèi)容：能量既不會憑空產(chǎn)生，也不會憑空消失，它只能讓從一種形式轉(zhuǎn)化為其他形式，或者從一個物體轉(zhuǎn)移到別的物體，在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程中，能量的總量保持不變。2.能量守恒定律是自然界普遍適用的最基本規(guī)律，其成立是不需要條件的，任何自然現(xiàn)象（包括宏觀和微觀世界）都必須遵守。3.理解：熱力學(xué)第一定律體現(xiàn)了功、熱量和物體內(nèi)能的變化滿足一種守恒關(guān)系。熱力學(xué)第一定律實(shí)際上是內(nèi)能轉(zhuǎn)移或與其他能量發(fā)生轉(zhuǎn)化時的能量守恒定律。1.能量守恒定律1.關(guān)于以下四幅圖有關(guān)說法中不正確的是（ ）A圖一為中間有隔板的絕熱容器，隔板左側(cè)裝有溫度為T的理想

8、氣體，右側(cè)為真空?，F(xiàn)抽掉隔板，氣體的最終溫度小于TB圖二中繩子對玻璃板的拉力一定大于玻璃板的重力C圖三中液體表面層的分子間距離較大，則分子間的引力和斥力都比液體內(nèi)部的大D圖四中的永動機(jī)的設(shè)計違背了熱力學(xué)第二定律ACD2.關(guān)于熱力學(xué)定律，下列說法正確的是（ ）A做功和熱傳遞都能改變系統(tǒng)的內(nèi)能B空調(diào)機(jī)在制冷過程中，從室內(nèi)吸收的熱量少于向室外放出的熱量C一定質(zhì)量的某種理想氣體，從外界吸收熱量，其溫度一定升高D一定質(zhì)量的某種理想氣體，在等壓膨脹過程中，內(nèi)能一定增大E在熔化過程中，晶體要吸收熱量，但溫度保持不變，內(nèi)能也保持不變ABD3.關(guān)于氣體的內(nèi)能和熱力學(xué)定律，下列說法正確的是（ ）A在絕熱過程中，對

9、氣體做功可以改變其內(nèi)能B質(zhì)量和溫度都相同的理想氣體，內(nèi)能一定相同C熱量不可能從低溫物體傳到高溫物體D一定量的理想氣體在等溫膨脹過程中，一定吸收熱量E一定量的理想氣體，溫度越高，氣體分子運(yùn)動越劇烈，氣體內(nèi)能越大ADE4.下列關(guān)于能量守恒定律的認(rèn)識正確的是（ ）A某種形式的能量減少，一定存在其他形式的能量增加B某個物體的能量減少，必然有其他物體的能量增加C不需要任何外界的動力而持續(xù)對外做功的機(jī)械（第一類永動機(jī)）不可能制成D樹葉從空中落下，最后停止在地面上，說明能量消失了ABC5.關(guān)于熱力學(xué)及其相關(guān)現(xiàn)象，下列說法正確的是（ ）APM2.5在空氣中的運(yùn)動屬于布朗運(yùn)動B氣體對器壁的壓強(qiáng)是由氣體分子之間的排斥力產(chǎn)生的C一定質(zhì)量的理想氣體發(fā)生絕熱壓縮，氣體分子的平均動能增大D空氣的相對濕度越大，空氣中水蒸氣的壓強(qiáng)越接近同一溫度時水的飽和汽壓E其他形式的能量在向內(nèi)能轉(zhuǎn)化過程中存在“能量耗散”，所以能的總量減少了ACD6.如圖所示，水平放置的密封汽缸內(nèi)的氣體被一豎直隔板分隔為左右兩部分，隔板可在汽缸內(nèi)無摩擦滑動，右側(cè)氣體