一、能量守恒定律 (2).ppt

1 能量守恒定律 第二章能量的守恒与耗散 2 能量守恒定律 1 能量的转化 3 永动机 本节导航 1 能量的转化 自然界中的物质做着各种各样的运动 因此就存在着各种各样的能量形式 那么能量之间是否能相互转化呢 用手反复弯折一根比较粗的铁丝 感受铁丝的温度变化 随着弯折次数的增多 铁丝会变得越来越热 那为什么会出现这种现象呢 下面我们通过如下的温差发电实验装置来试验一下 由于两个金属连接点之间存在温差而产生电流 这个现象叫做温差电现象 1 取两种不同金属的导线 例如康铜和铜 把铜线剪为两段 每段的一端分别与康铜线两端钮接在一起 另一端分别接在电压表的接线柱上 如图所示 其中金属甲为康铜线 金属乙为铜线 2 把碎冰放入低温端烧杯中加少许冷水 高温端的杯中加冷水 即可发现电压表指针偏转 读出高温端温度和电压表示数 记入表1中 3 用酒精灯对高温端烧杯加热 密切注意温度变化 高温端温度每改变10 左右读一次电压表示数 这个现象说明了内能和电能之间可以相互转化 同样自然界中的各种运动都有相关的能量和它对应 一种能量消失 就有另一种能量产生 动画 地球能量的转化 2 能量守恒定律 我们已经学习过在只有重力做功的前提下 机械能是守恒的 但是在很多情况下机械能是不守恒的 那么 在这些过程中 总的能量值是不是守恒呢 游乐园中的海盗船 因为存在摩擦力和空气阻力 船体在摇动的过程中会摆得越来越低 直到最后静止在最低点 这个过程就是机械能向内能的转化 精彩源于发现 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 能量守恒定律 有一个事实 如果你愿意 也可以说一条定律 支配着至今所知的一切自然现象 这条定律称做能量守恒定律 它指出某一个量 我们把它称为能量 在自然界经历的多种多样的变化中它不变化 那是一个最抽象的概念 诺贝尔物理学奖获得者费恩曼 小资料 3 永动机 名词解释 历史上有不少人希望设计一种机器 这种机器不消耗任何能量 却可以源源不断地对外做功 这种机器被称为永动机 第一类永动机 历史上有不少人有过这样美好的愿望 制造一种不需要动力的机器 它可以源源不断的对外界做功 如下图 违背能量守恒定律而不能实现 曾经有人设计一类机器 希望它从高温热库 例如锅炉 吸取热量后全部用来做功 不向低温热库排出热量 这种机器的效率不是可以达到100 了吗 这种机器不违背能量守恒定律 但是都没有成功 人们吧这种只从单一热库吸热 同时不间断的做功的永动机叫第二类永动机 第二类永动机 机械能和内能的转化具有方向性 1 能量之间的相互转化自然界中的各种运动都有相关的能量和它对应 一种能量消失 就有另一种能量产生 2 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 3 永动机永动机是不可实现的 课堂小结 1 试分析子弹从枪膛中飞出过程中能的转化 课堂练习 火药的化学能 通过燃烧转化为燃气的内能 子弹的动能 分析 发射子弹的过程是 火药爆炸产生高温高压气体 气体推动子弹从枪口飞出 2 核电站利用原子能发电 试说明从燃料铀在核反应堆中到发电机发出电的过程中的能的转化 能的转化过程是 核能 水的内能 汽轮机的机械能 发电机的电能 分析 所谓原子能发电 是利用原子反应堆产生大量的热 通过热交换器加热水 形成高温高压的蒸汽 然后推动蒸汽轮机 带动发电机发电 3 将一个金属球加热到某一温度 问在下列两种情况下 哪一种需要的热量多些 1 将金属球用一根金属丝挂着 2 将金属球放在水平支承面上 假设金属丝和支承物都不吸收热量 A 情况 1 中球吸收的热量多些B 情况 2 中球吸收的热量多些C 两情况中球吸收的热量一样多D 无法确定 误解 选 C 正确解答 选 B 错因分析与解题指导 小球由于受热体积要膨胀 由于小球体积的膨胀 球的重心位置也会变化 如图所示 在情况 1 中 球受热后重心降低 重力对球做功 小球重力势能减小 而在情况 2 中 球受热后重心升高 球克服重力做功 重力势能增大 可见 情况 1 中球所需的热量较少 造成 误解 的根本原因 是忽略了球的内能与机械能的转变过程 这是因为内能的变化是明确告诉的 而重力势能的变化则是隐蔽的 在解题时必须注意某些隐蔽条件及其变化 4 用质量M 0 5kg的铁锤 去打击质量m 2kg的铁块 铁锤以v 12m s的速度与铁块接触 打击以后铁锤的速度立即变为零 设每次打击产生的热量中有 50 被铁块吸收 共打击n 50次 则铁块温度升高多少 已知铁的比热C 460J kg 分析 铁锤打击过程中能的转换及分配关系为 据此 即可列式算出 t 解答 铁锤打击n 50次共产生热量 设铁块的温度升高 t 由 5 用功率P 600W的电动机带动钻头在铁板上钻孔 在t 3min内产生热量的最大值为多少 若其中 75 被铁块吸收 铁块的质量m 0 7kg 则铁块的温度升高多少 已知铁的比热为C 460j kg 分析 在这个钻孔过程中 能的转换及分配如下 当供给电动机的电能完全转化为钻头的机械能 钻头的机械能完全转化为内能时 就可算出所产生的最大热量 由上述能的分配 根据吸热公式可算出铁块所升高的温度 解 在t 3min内产生的热量的最大值为 Q Pt 600 3 60J 1 08 105J设铁块升高的温度为 t 由吸热公式 Q cm t 251 6 高考链接 1 如图所示 竖直放置的两根平行金属导轨之间接有定值电阻R 质量不能忽略的金属棒与两导轨始终保持垂直并良好接触且无摩擦 棒与导轨的电阻均不计 整个装置放在匀强磁场中 磁场方向与导轨平面垂直 棒在竖直向上的恒力F作用下加速上升的一段时间内 力F做的功与安培力做的功的代数和等于 A 棒的机械能增加量B 棒的动能增加量C 棒的重力势能增加量D 电阻R上放出的热量 A 解析 棒受重力G 拉力F和安培力FA的作用 由动能定理 得 即力F做的功与安培力做功的代数和等于机械能的增加量 选A 2 在光滑的绝缘水平面上 有一个正方形的abcd 顶点a c处分别固定一个正点电荷 电荷量相等 如图所示 若将一个带负电的粒子置于b点 自由释放 粒子将沿着对角线bd往复运动 粒子从b点运动到d点的过程中 A 先作匀加速运动 后作匀减速运动B 先从高电势到低电势 后从低电势到高电势C 电势能与机械能之和先增大 后减小D 电势能先减小 后增大 D 解析 由于负电荷受到的电场力是变力 加速度是变化的 所以A错 由等量正电荷的电场分布知道 在两电荷连线的中垂线O点的电势最高 所以从b到a 电势是先增大后减小 故B错 由于只有电场力做功 所以只有电势能与动能的相互转化 故电势能与机械能的和守恒 C错 由b到O电场力做正功 电势能减小 由O到d电场力做负功 电势能增加 D对 3 如图所示 固定位置在同一水平面内的两根平行长直金属导轨的间距为d 其右端接有阻值为R的电阻 整个装置处在竖直向上磁感应强度大小为B的匀强磁场中 一质量为m 质量分布均匀 的导体杆ab垂直于导轨放置 且与两导轨保持良好接触 杆与导轨之间的动摩擦因数为u 现杆在水平向左 垂直于杆的恒力F作用下从静止开始沿导轨运动距离L时 速度恰好达到最大 运动过程中杆始终与导轨保持垂直 设杆接入电路的电阻为r 导轨电阻不计 重力加速度大小为g 则此过程 BD A 杆的速度最大值为 B 流过电阻R的电量为 C 恒力F做的功与摩擦力做的功之和等于杆动能的变化量D 恒力F做的功与安倍力做的功之和大于杆动能的变化量 解析 当杆达到最大速度vm时 得 A错 由公式 B对 在棒从开始到达到最大速度的过程中由动能定理有 其中 恒力F做的功与摩擦力做的功之和等于杆动能的变化量与回路产生的焦耳热之和 C错 恒力F做的功与安倍力做的功之和等于于杆动能的变化量与克服摩擦力做的功之和 D对 习题解答 1 解 太阳能到达地球后会变成各种各样的能量 例如 太阳能使不同地区的温度产生差异而形成空气流动 产生风能 属于机械能 太阳能能使地表水分蒸发 形成云 这时太阳能就是转化为水的重力势能 下雨时雨水的重力势能又转化为雨水的动能 若太阳能被植物吸收参与光合作用 这