高中粤教版 (2019)第三章 热力学定律第二节 能量守恒定律及其应用精品课件ppt

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在常见的机械运动中，摩擦发热是难以避免的，因此机械能会有一部分转化为内能。
如图3-2-1所示是利用数据采集器，通过温度传感器与泡沫或者毛巾摩擦所测出的温度随时间的变化曲线。请选用不同的材料分别做实验，观察由数据采集器得到的温度随时间的变化曲线，看看使用哪一种材料能使温度变化较快。由此能得出什么结论？
由上述实验可知，机械能可以通过摩擦生热转化为内能。其实不仅机械能，其他形式的能量也可以和内能互相转化。例如，通电导体温度升高，电能转化为内能；燃料燃烧过程中，化学能转化为内能；炽热的物体发光，内能转化为光能……大量事实证明，各种形式的能量都可以相互转化，并且在转化过程中守恒。
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；在转化和转移过程中其总量不变。这就是能量守恒定律。
热力学第一定律实际上就是内能与其他形式的能量发生转化时的能量守恒定律。能量守恒定律不是由某一个人通过某一项研究得到的，在历史上，能量及其守恒的思想有着悠久的渊源，人类对于能量及其守恒的认识经历了由浅入深、由模糊到清晰的过程，很多科学家为此做了大量基础性的工作。目前，科学家公认的能量守恒定律的奠基人是德国医生迈耶、英国物理学家焦耳和德国科学家亥姆霍兹。
能量守恒定律于1860年前后得到了科学界的普遍承认，并成为全部自然科学和工程技术的基础，它是自然界的一条普遍规律，不仅适用于无机界，也适用于生命过程，一切违背能量守恒定律的观点，都被实践证明是错误的。因此，恩格斯把这一定律称为“伟大的运动基本定律”，并把这一定律和细胞学说、达尔文的生物进化论一起称为19世纪自然科学的三大发现。
二、第一类永动机不可能制成
能量守恒定律的发现具有重大的实践和理论指导意义。历史上，人们曾幻想制造这样一种机器，它不需要任何动力或燃料却能不断对外做功，这种机器被称为第一类永动机。
如图3-2-2所示是一台“永动机”构想图，其设计思想如下：在水轮上方的水箱内装入一定量的水，水流下时冲动水轮转动，水轮通过皮带带动抽水机不断地把水从下方的水池中抽到上方水箱中，这样，水不停地循环，水轮机将永久地转动下去。
思考：这样的“永动机”能实现吗？为什么？历史上提出“永动机”设想的人，他们对能量守恒定律的发现有何贡献？
由热力学第一定律可知，如果物体不与外界进行热传递，则有Q=0，∆U=W。
物体对外做功(W<0)是必须以减少内能(△U<0)为代价的。反之，如果不消耗内能，则有∆U=0，Q= -W
物体必须从外界吸收热量(Q>0)，才能对外做功。所以，不消耗任何能量，却可以源源不断对外做功的第一类永动机是不可能制成的。能量守恒定律的确立，使人们走出了制造第一类永动机的幻想，人们更加专注于探究实现各种能量形式相互转化的具体条件，从而有效利用自然界的各种能源。
能量守恒定律的发现为物理学理论的发展提供了一个有力的支柱。在哲学上，这个定律的发现，为辩证唯物主义自然观提供了一个坚实的自然科学基础，它揭示了自然界各种不同的运动形式不是相互孤立、毫无联系的，它们在一定的条件下可以相互转化，并且在数量上保持守恒。因此，能量守恒定律有力地揭示了物质运动的不灭性和统一性。
一天，小程浏览到了一则关于“节能电热水器”的广告，对于广告中提到的“用一小时热水仅耗一度电”的宣传产生了怀疑，如何验证这则广告的真实性？你能够利用所学知识进行判断吗?[水的比热容c约为4.2kJ/(kg·℃)]
根据能量守恒定律，如果单位时间内电热水器提供的热量不足以提升水的温度至有热感，则可判断广告是虚假广告。
用一小时热水耗一度电，说明电热水器的功率为1kW，即每秒提供W=1kJ的电功。而以一般热水器出水量为0.1L/s、水温提升10℃计算，则每秒流出的水所需吸收的热量为Q=cm∆t=4.2×0.1×10kJ=4.2kJ。显然Q>W，故该广告为虚假广告。
1.有关能量的转化和守恒定律，下列说法正确的是（       ）A．只适用于机械能与内能的相互转化B．只适用能量转化过程C．“摩擦生热”是创造了热，它不符合能量守恒定律D．根据能量守恒定律，字宇宙中的能量总和不变
2.第一类永动机违反了什么而不能制成（　　）A．违反了热力学第一定律B．违反了机械能守恒定律C．违反了能量守恒定律D．以上说法都不对
3.下列说法中正确的是（   ）A．由于能量的转化过程符合能量守恒定律，所以不会发生能源危机B．随着低温技术的发展，我们可以使温度逐渐降低，并最终达到绝对零度C．第一类永动机违背热力学第一定律D．自然界中涉及热现象的宏观过程都具有方向性
4.以下说法正确的是（　　）A．当分子间距离增大时，分子间作用力减小，分子势能增大B．某物体温度升高，则该物体分子热运动的总动能一定增大C．液晶显示屏是应用液晶的光学各向同性制成的D．自然界发生的一切过程能量都守恒，符合能量守恒定律的宏观过程都能自然发生
5.如图所示为冲击摆实验装置，一飞行子弹射入沙箱后与沙箱合为一体，共同摆起一定高度，则下面有关能的转化的说法中正确的是（　　）A．子弹的动能转变成沙箱和子弹的内能B．子弹的动能转变成了沙箱和子弹的势能C．子弹的动能转变成了沙箱和子弹的动能D．子弹的动能一部分转变成沙箱和子弹的内能，另一部分转变成沙箱和子弹的机械能
6.“第一类永动机”是不可能制成的，这是因为（　　）A．它不符合机械能守恒定律B．它违背了能量守恒定律C．它做功产生的热不符合热功当量D．暂时找不到合理的设计方案和理想材料
7.物理学的发展丰富了人类对动物世界的认识，推动了科学技术的创新和革命，促进了物质生产的繁荣与人类文明的进步，下列表述正确的是（　　）A．牛顿发现了万有引力定律，并通过实验证实了万有引力定律B．能量耗散说明能量在不停地减少，能量不守恒C．相对论的创立表明经典力学在一定范围内不再适用D．能量守恒说明人类不用担心能源的减少，不必节约能源
8.下列关于能量转化现象的说法，正确的是（　　）A．用太阳灶烧水是太阳能转化为电能B．电灯发光是电能转化为光能和内能C．核电站发电是电能转化为内能D．生石灰放入盛有凉水的烧杯里，水温升高是动能转化为内能
9.在阳光的照射下、太阳能小风扇快速转动。这说明（　　）A．动能可以凭空产生B．可以制造出不消耗能量的永动机C．太阳能可以转化为其他形式的能D．太阳可以是供无穷无尽的能量，不需要节约能源
10.以下关于能量和能源的认识，正确的是（  ）A．“永动机”违反了能量的转化和守恒定律B．因为能量不会消失，所以我们没必要节约能源C．石油、天燃气都是自然界自主生成的可再生能源D．我国煤炭和石油的资源丰富，不需要大力开发新能源
1.内容：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能让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。2.能量守恒定律是自然界普遍适用的最基本规律，其成立是不需要条件的，任何自然现象（包括宏观和微观世界）都必须遵守。3.理解：热力学第一定律体现了功、热量和物体内能的变化满足一种守恒关系。热力学第一定律实际上是内能转移或与其他能量发生转化时的能量守恒定律。
（1）特点：不需要任何动力或燃料，却能不断地对外做功的机器。（2）不可能制成的原因：违背能量守恒定律，不可能制成。
1.关于以下四幅图有关说法中不正确的是（　　）A．图一为中间有隔板的绝热容器，隔板左侧装有温度为T的理想气体，右侧为真空。现抽掉隔板，气体的最终温度小于TB．图二中绳子对玻璃板的拉力一定大于玻璃板的重力C．图三中液体表面层的分子间距离较大，则分子间的引力和斥力都比液体内部的大D．图四中的永动机的设计违背了热力学第二定律
2.关于热力学定律，下列说法正确的是（　　）A．做功和热传递都能改变系统的内能B．空调机在制冷过程中，从室内吸收的热量少于向室外放出的热量C．一定质量的某种理想气体，从外界吸收热量，其温度一定升高D．一定质量的某种理想气体，在等压膨胀过程中，内能一定增大E．在熔化过程中，晶体要吸收热量，但温度保持不变，内能也保持不变
3.关于气体的内能和热力学定律，下列说法正确的是（　　）A．在绝热过程中，对气体做功可以改变其内能B．质量和温度都相同的理想气体，内能一定相同C．热量不可能从低温物体传到高温物体D．一定量的理想气体在等温膨胀过程中，一定吸收热量E．一定量的理想气体，温度越高，气体分子运动越剧烈，气体内能越大
4.下列关于能量守恒定律的认识正确的是（　　）A．某种形式的能量减少，一定存在其他形式的能量增加B．某个物体的能量减少，必然有其他物体的能量增加C．不需要任何外界的动力而持续对外做功的机械（第一类永动机）不可能制成D．树叶从空中落下，最后停止在地面上，说明能量消失了
5.关于热力学及其相关现象，下列说法正确的是（　　）A．PM2.5在空气中的运动属于布朗运动B．气体对器壁的压强是由气体分子之间的排斥力产生的C．一定质量的理想气体发生绝热压缩，气体分子的平均动能增大D．空气的相对湿度越大，空气中水蒸气的压强越接近同一温度时水的饱和汽压E．其他形式的能量在向内能转化过程中存在“能量耗散”，所以能的总量减少了