能量的守恒与耗散.ppt

第二章 能量的守恒与耗散 2.1能量守恒定律 教学目标 v知识与能力： v1、掌握功的概念及变力做功的计算方法。 v2、掌握保守力的特征及势能的概念，并会 计算各种势能。 v3、掌握质点和质点系的功能转换关系，并 能灵活运用解决有关问题。 v4、掌握机械能守恒定律及其适用条件。 v5、理解势能曲线及其基本特征。 v二、重点、难点分析 v1重点内容是量守恒定律，强调量守恒定律是自 然科学中最基本定律。 v学习运用量守恒原理计算一些物理习题。 v2运用量守恒定律对具体的自然现象进行分析， 说明能是怎样转化的，对学生来说是有难度的。 v三、教 具 v幻灯、幻灯片，其内容是： v1反映电能、机械能、化学能与内能相互转化的 实例插图。 v2反映自然界各种形式能相互转化的实例插图。 v3历史上有人设计的“永动机”插图。 能量可以将自然界中各种不同的运动联系在一起， 并且可以互相转换。 能量守恒定律能量守恒定律 一、恒力的功：一、恒力的功： 动动能和功能和功 该守恒量的变化与功联系在一起。 能量守恒定律能量守恒定律 一、恒力的功：一、恒力的功： 二、变力的功：二、变力的功： 能量守恒定律能量守恒定律 元贝驾考 元贝驾考2016科目一 科 目四 驾考宝典网 / 驾考宝典2016科目 一 科目四 例题例题 一物体在外力 F=3x+2 （SI）作用下，从 x=0 移动到x=4m 处，求该力对物体所做的功。 能量守恒定律能量守恒定律 解：这是一维变力做功的问题 四、动能定理：四、动能定理： 能量守恒定律能量守恒定律 三、功率：三、功率： 例题例题 一个外力作用在 m=3 kg的物体上，其运动方 程为 x=3t-4t2+t3 （SI）求最初4秒内该力对物体所做 的功。 能量守恒定律能量守恒定律 势势能能 一、重力做功的特点一、重力做功的特点 保守力：保守力： 做功大小与路径无关-保守力，其基本特点如 下： 常见的保守力有：重力、弹性力、万有引力和 静电力等 能量守恒定律能量守恒定律 四种基本力均为保守力，摩擦力为非保守力，而摩擦四种基本力均为保守力，摩擦力为非保守力，而摩擦 力属于电磁力，为什么不是保守力？力属于电磁力，为什么不是保守力？ 摩擦力是一种严格的宏观现象，而宏观现象中是不 考虑微观上的原子或分子的内能变化； 摩擦力是由于动量被迁移给原子或分子而产生，宏 观上的动能变成了微观上分子、原子的内能。 摩擦力是耗散力，但非保守力不一定是耗散力 能量守恒定律能量守恒定律 二、二、势势能能：（位置函数）：（位置函数） 保守力所做的功等于势能增量的负值 分析重力势能及弹 性势能 能量守恒定律能量守恒定律 势能的基本性质：势能的基本性质： 势能属于系统（是一种相互作用能）； 大小上只有相对意义，主要是其变化值； 势能是位置的能量，动能是运动的能量，两者之间可 以相互转换； 只有保守力作功，才有势能。 能量守恒定律能量守恒定律 能量守恒定律能量守恒定律 一、机械能守恒定律：一、机械能守恒定律： 对于开放系统的动能定理可写成 能量守恒定律能量守恒定律 分析书上例1、例2 二、能量守恒定律：二、能量守恒定律： 能量既不能产生，也不能消灭，它只能从一种形式 转换到另 一种形式，但总能量是守恒的。 能量守恒定律能量守恒定律 能量守恒定律能量守恒定律 分析书上例3 一维势能曲线一维势能曲线 可以定性地分析各种运动的特征 2.2热力学第一定律 教学目标 v知识与能力： v1.认识物质的运动形式有多种，对应不同运动形式 的运动有不同形式的能，各种形式的能在一定条件 下可以相互转化 v2. 进一步掌握能的转化和守恒定律，并了解能的转 化和守恒定律的意义 v3运用公式UWQ分析有关问题并具体进行 计算 v教学重点：热力第一定律 v教学难点：能量守恒 v教 具：多媒体课件 分子因热运动而具有的能量 同温度下各个分子的分子动能K 不同 分子动能的平均值仅和温度有关 分子 动能 分子间因有相互作用力而具有的、由它 们相对位置决定的能量 rr0时,rP;0时,rP; 0时，P 最低 P 随物态的变化而变化 分子 势能 物体内所有分子的K 和P 总和 物体的内能与温度和体积有关，还和物体所 含的分子数有关。 物体 内能 1、下列说法正确吗? A、物体所有分子的动能的总和=物体的动能 B、速度快的分子比速度慢的分子温度高 C、温度高物体中的分子运动速度大于温度低的物体 中的分子运动速度. 10Kg 500C 水分子的平均动能_1Kg 500C 水分 子平均动能 10Kg 500C 水的内能_ 1Kg 500C 的水的内能 等于 大于 3、关于内能，下列说法正确的是 A、温度相同的物体内能一样多 B、一罐气放在卡车上随卡车做加速运动，罐中气体 动能越来越大，所以内能也越来越大 C、一定质量的物体的内能，由温度和体积决定 D、某物体的内能为E，含分子数为n个，那么每个分 子的内能为E/n 机械能增大 C 改变内能的两种方式 做功热传递 对内对外 吸热放热 内能增加内能增加内能减少内能减少 （外界对物 体做功） （物体对外 界做功） （物体从外 界吸热） （物体对外 界放热） （3）做功和热传递在改变内能效果上是等效的 做功和热传递的区别 （1）做功改变内能：实质上是其它形式的能和内能 之间转化 （2）热传递：实质上是各物体间内能的转移 内能是一个状态量，一个物体在不同的状态下 有不同的内能 内能与热量的区别 热量是一个过程量，它表示由于热传递而引起 的变化过程中转移的能量，即内能的改变量。 如果没有热传递，就没有热量可言，但此时仍有内能 1、下列说法中正确的是: A、做功和热传递是改变物体内能的两种不同的物理 过程 B、做功和热传递在改变物体内能上是等效的，因此 对物体做功就是对物体传热 C、热量是在热传递中，从一个物体向另一个物体或 物体一部分向另一部分转移的内能的多少 D、高温的物体具有热量多，低温的物体具有热量少 E、冷和热的物体混合时，热的物体把温度传给冷的 物体，最后温度相同 （A，C） 2、关于物体内能，下列说法中正确的是: A、手感到冷时，搓搓手就会感到暖些，这是利用做 功来改变物体内能 B、将物体举高或使它们的速度增大，是利用作功来 使物体内能增大 C、阳光照晒衣服，衣服的温度升高，是利用热传递 来改变物体内能的 D、用打气筒打气，筒内气体变热，是利用热传递来 改变物体的内能 （A，C） 10Kg1000C水的内能_10Kg1000C的水蒸气的内能 10Kg 00C 水的内能_10Kg 00C 的冰的内能 小于 大于 对于物态发生变化的过程，由吸热或放热来 分析物体内能的增减是一种很简便的判断方法. 分子势能？ 热力学第一定律 U=W+Q 外界对物体做功（对内） W为正 物体对外界做功（对外）W为负 物体从外界吸热（吸热） Q为正 物体对外界放热（放热）Q为负 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别的形式，或者 从一个物体转移到别的物体，在转化或转移 的过程中其总量不变。 第一类永动机 不消耗能量的机器 第一类永动机不可能制成 改变内能的两种方式 做功 热传递 对内对外吸热放热 内能增加 内能增加 内能减少内能减少 （W为正值）（W为负值） （Q为正值） （Q为负值） 2.3热机的 工作原理 教学目标 1、蒸汽机的工作原理 工作物质：水蒸气 能量变化：化学能内能机械能 、内燃机和燃气轮机 、制冷机 一、蒸汽机 蒸汽机的出现曾引起了18世纪的工业革命。 纽可门 瓦特 蒸汽机的改良者 19世纪末，随着电力应用的兴起，蒸汽机曾一度作为电站中的 主要动力机械。1900年，美国纽约曾有单机功率达五兆瓦的蒸 汽机电站。 1829年创造了“火箭”号蒸汽机车，该机车拖带一节载有30位乘 客的车厢，时速达46公里/时，引起了各国的重视，开创了铁路 时代。 至1807年，美国的富尔顿制成了第一艘实用的明轮推进的蒸汽 机船“克莱蒙脱”号。 直到20世纪初，它仍然是世界上最重要的原动机，后来才逐渐 让位于内燃机和汽轮机等。 自18世纪晚期起，蒸汽机不仅在采矿业中得到广泛应用，在冶 炼、纺织、机器制造等行业中也都获得迅速推广。 17世纪蒸汽提水机 1、蒸汽机的工作原理 锅炉中的水受热变成水蒸气,水蒸气经管道进 入汽室,通过滑动阀控制,蒸汽轮流着从两汽路 进入汽缸,驱动活塞往复运动,对外做功. 2、工作物质：水蒸气 3、能量变化：化学能内能机械能 二、内燃机和燃气轮机 1、燃料在汽缸内燃烧，直接利用汽缸内生 成的高温高压气体推动活塞做功，这样的热 机叫做内燃机。 2、汽油机、柴油机等都是内燃机 吸气和压缩冲程：空 气进入汽缸，并受到 压缩。汽油机在吸气 冲程吸入的的是汽油 与空气的混合物，在 压缩冲程结束时由电 火花点火。 做功冲程：汽油燃 烧后形成高温高压 气体，推动活塞做 功。这一过程中燃 气的温度下降，压 强减小。 排气冲程：做功之 后，飞轮由于惯性 继续转动，带动活 塞把汽缸中的废气 排出，为下一个循 环的进气冲程做准 备。 汽油机 柴油机 柴油机不靠电火花点火。压缩冲程之后喷入柴油 ，柴油在高温压缩空气中可以自燃。 三、制冷机 高温热库 低温热库 W 动力机 高温热库 低温热库 W 制冷机 工作原理 制冷机的压缩机在电动机等的带动下做功，将蒸 气状的制冷剂压入冷凝器（散热器），制冷剂在 冷凝器液化，放出热量；液态的制冷剂进入蒸发 区后，通过很细的管道后膨胀、汽化，这个过程 中冷库的温度降低。其后再次进入压缩机，准备 下一次循环过程。 2.4热力学第二定律 教学目标 知识与能力： 1、了解某些热学过程的方向性；2、了解什么是 第二类永动机，为什么第二类永动机不可能制成 ；3、了解热力学第二定律的两种表述，理解热力 学第二定律的物理实质；4、知道什么是能量耗散 。 教学重点：1、热力学第二定律的实质，定律的两种 不同表述；2、知道什么是第二类永动机，以及它 不能制成的原因 教学难点：热力学第二定律的物理实质 教具：扩散装置 1. 请回答：热力学第一定律的文字叙述和数学 表达式？ 复习提问： 内容：外界对物体所做的功W加上物体从外界吸 收的热量Q等于物体内能的变化U。 数学表达式： U=W+Q 2. 请回答：能量守恒定律的文字叙述？ 内容：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别的形式，或者从一个物 体转移到别的物体，在转化或转移的过程中其总量 不变。 设问： 地球上有大量的海水，它的总量约为 1.41018t，只要这些海水的温度降低 0.1，就能放出5.81023J的热量，这 相当于1800万个功率为100万千瓦的 核电站一年的发电量。为什么人们利 用这种“新能源”呢？ 回答 热超导的方向性 高温物体 热量 低温物体 指没有任何外界 的影响或者帮助 1、现象：热量会自发地自发地从高温物体 传给低温物体，不会自发地从低温 物体传给高温物体。 2、疑问：电冰箱内的温度比 外界低，为什么能够不断的把 箱内的热量传给外界的空气？ 问题分析 3、归纳总结 热传导的过程是有方向性的 。 归纳总结： 第二类永动机 1、现象：运动的物体由于克服摩擦力 做功，这个过程中，物体的动能转化 成为内能，使物体和地面的温度升高 。 2、有人设想：发明一种热机，用它把 物体和地面所产生的热量都吸收过来 ，将内能全部转化为动能，使因摩擦 停止的物体重新运动起来，而不引起 其他变化。 简单分析 自然界中没有这样的现象，一个放在 水平地面上的物体，靠降低温度，可 以把内能自发地转化成为动能，使这 个物体运动起来。 虽然这种设想并不违背能量守恒定律 ，但是我们却不能制出这种热机。 分析 3、热机： （1）热机的效率：=W/Q1=W/W+Q21 （2）热机不能把它得到的全部内能转化为 机械能。 4、第二永类动机：从单一热源吸收热量，全 部用来做功而不引起其它变化的热机。此类热 机不可能制成。 5、结论：第二永类动机不可能制成表示机械能 和内能的转化过程具有方向性。尽管机械能可以 全部转化成内能，内能却不能全部转化成机械能 ，同时不引起其它变化。 热力学第二定律 1. 物理过程具有方法性 2. 定律内容 3.热力学第二定律揭示了大量分子参 与的客观过程的方向性。 4.局限性：热力学第二定律不适用于 少量分子，也不能把它推广到无限 的宇宙。 举例： 混合气体不能自发分开 气体不能自发散开形成真空 热超导具有方向性 定律内容： 两种表述： 克劳修斯表述(1850年)：不可能使热量自发地 从低温物体传递到高温物体，而不引起其他变 化。（热量不能自发地从低温物体传递到高温 物体。） 开尔文表述(1851年)：不可能从单一热源吸收 热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化 。或者说第二永类动机不可能制成。 （热量 不能完全变成功，功可完全变成内能。） 两种表述是等价的。 设问回答 因为不可能从海水中吸取热量来 做功，而而不引起其他变化。 设问 能量耗散 学生阅读 归纳：能量耗散从能量转化的角度反 映出自然中的客观过程的方向性。 知识小结 1.热超导过程的方向性。 2.第二类永动机，第二类永动机不 可能制成。 3.热力学第二定律的两种不同表述 及物理实质。 4.能量耗散。 课后安排 1、复习第十一章，进行 归纳总结。 2、完成针对训练。 2.5有序、无序和熵 教学目标 、热力学第三定律 （1）热力学温度T与摄氏温度t之间的换算 （2）热力学