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1、第三章第三章 热力学定律热力学定律学习目标学习目标1.通过阅读教材和查阅资料通过阅读教材和查阅资料,了解能量概念的逐步认识过程了解能量概念的逐步认识过程,知道不同知道不同形式的能量之间可以相互转化形式的能量之间可以相互转化,能够用守恒的观点分析问题能够用守恒的观点分析问题,体会能量体会能量守恒定律建立过程的曲折守恒定律建立过程的曲折.2.通过分析机械能守恒定律和热力学第一定律通过分析机械能守恒定律和热力学第一定律,得出能量守恒定律得出能量守恒定律,掌掌握能量守恒定律的内容握能量守恒定律的内容,理解能量守恒定律的重要意义理解能量守恒定律的重要意义,知道第一类永知道第一类永动机是不可能制成的动机是
2、不可能制成的,学会用守恒的观点分析物理现象学会用守恒的观点分析物理现象,培养应用物理培养应用物理知识解决实际问题的能力知识解决实际问题的能力.3能量守恒定律能量守恒定律知识点一知识点一 探索能量守恒的足迹探索能量守恒的足迹1.不同形式的能量不同形式的能量.能量具有不同的形式能量具有不同的形式,各种不同的自然现象都可以用能量来描各种不同的自然现象都可以用能量来描述述.(1)图甲中，图甲中，炙炙热的钢水具有热的钢水具有 .(2)图乙中，图乙中，飞飞流直下的江水具有流直下的江水具有 .(3)图丙中，图丙中，太太阳光普照大地阳光普照大地,使万物生长使万物生长,太阳光具有太阳光具有 .(4)图丁中，图丁
3、中，电电可以使电灯发光可以使电灯发光,电流具有电流具有 .内能内能机械能机械能光能光能电能电能甲甲乙乙丙丙丁丁2.不同形式的能量之间的转化不同形式的能量之间的转化.(1)如图如图A，风风力发电将力发电将 转化为转化为 .(2)如如图图B，微微波炉工作时波炉工作时,转化为转化为 .(3)如如图图C，太太阳能电池板将阳能电池板将 转化为转化为 .(4)如如图图D，伏伏打电池将打电池将 转化为转化为 .风能风能电能电能电能电能内能内能太阳能太阳能电能电能化学能化学能电能电能ABCD3.能量守恒观念的形成能量守恒观念的形成.(1)第一个提出能量守恒思想的科学家是第一个提出能量守恒思想的科学家是 .(2
4、)的实验精确地测量了做功与传热之间的等价关系的实验精确地测量了做功与传热之间的等价关系;俄国化学家俄国化学家 论证了化学反应中的能量守恒论证了化学反应中的能量守恒;德国科学德国科学家家 分析了在电磁现象和生物机体中能量的守恒分析了在电磁现象和生物机体中能量的守恒问题问题.迈尔迈尔焦耳焦耳盖斯盖斯亥姆霍兹亥姆霍兹知识点二能量守恒定律知识点二能量守恒定律1.能量守恒定律能量守恒定律.能量既不会凭空产生能量既不会凭空产生,也不会凭空消失也不会凭空消失,它只能从一种形式它只能从一种形式 为其他形式为其他形式,或者从一个物体或者从一个物体 到别的物体到别的物体,在转化在转化或转移的过程中或转移的过程中,
5、能量的总量保持能量的总量保持 .答案答案:没有没有.能量守恒定律是自然界的普遍规律能量守恒定律是自然界的普遍规律,对任何的物对任何的物理过程、化学过程、生物过程等自然现象均适用理过程、化学过程、生物过程等自然现象均适用,被恩格斯被恩格斯列为列为19世纪的三大发现之一世纪的三大发现之一.它是自然科学长期发展和进步它是自然科学长期发展和进步的结果的结果,是普遍、和谐、可靠的自然规律之一是普遍、和谐、可靠的自然规律之一.2.能量守恒定律有适用条件吗能量守恒定律有适用条件吗?有什么重要意义有什么重要意义?转化转化转移转移不变不变知识点知识点三三永动机不可能制成永动机不可能制成永动机永动机:不需要任何动
6、力或燃料不需要任何动力或燃料,却能不断地对外做功的机器却能不断地对外做功的机器,人们把这种不消耗能量的永动机叫第一类永动机人们把这种不消耗能量的永动机叫第一类永动机.下图是历下图是历史上的一种永动机的设计史上的一种永动机的设计,设计者认为一旦让这种机器转动设计者认为一旦让这种机器转动起来起来,由于右侧小球的力矩大于左侧小球的力矩由于右侧小球的力矩大于左侧小球的力矩,机器就可以机器就可以不停地转动下去不停地转动下去,持续对外做功持续对外做功,永远不会停止永远不会停止.这种机器为什这种机器为什么不能制造成功么不能制造成功?答案答案:这种永动机的设计思想违背了能量守这种永动机的设计思想违背了能量守恒
7、定律恒定律,所以是不可能制成的所以是不可能制成的.小试身手小试身手判断下列说法的正误并和同学交流判断下列说法的正误并和同学交流(正确的打正确的打“”“”,错误的错误的打打“”).”).1.自由摆动的秋千摆动幅度越来越小自由摆动的秋千摆动幅度越来越小,说明机械能凭空消失了说明机械能凭空消失了.()2.用太阳灶烧水时用太阳灶烧水时,太阳能转化为内能太阳能转化为内能.()3.第一类永动机违背了能量守恒定律第一类永动机违背了能量守恒定律,故无论采用任何先进的技故无论采用任何先进的技术都不可能制成术都不可能制成.()4.某个物体的能量减少某个物体的能量减少,必然有其他物体的能量增加必然有其他物体的能量增
8、加.()5.能量既可以转移又可以转化能量既可以转移又可以转化,故能量的总量是可以变化的故能量的总量是可以变化的.()6.能量守恒定律是自然界中普遍适用的规律能量守恒定律是自然界中普遍适用的规律,不需要任何附加条不需要任何附加条件件.()探究一探究一能量守恒定律能量守恒定律问题情境问题情境如图所示的单摆如图所示的单摆,将摆球拉离平衡位置后放手将摆球拉离平衡位置后放手,摆球左右摆动摆球左右摆动.1.如果不计空气阻力的影响如果不计空气阻力的影响,那么摆球做等幅振动那么摆球做等幅振动.请说明摆请说明摆动过程中能量转化的情况动过程中能量转化的情况,摆球的机械能是否守恒摆球的机械能是否守恒,是否满足是否满
9、足能量守恒能量守恒.答案答案:下摆过程中重力势能转化为动能下摆过程中重力势能转化为动能,上摆过程中动能转化上摆过程中动能转化为重力势能为重力势能;摆球的机械能守恒摆球的机械能守恒;满足能量守恒满足能量守恒.答案答案:摆球的机械能减少摆球的机械能减少,一部分机械能转化为内能一部分机械能转化为内能,故机械能不故机械能不守恒守恒.机械能和内能之和保持不变机械能和内能之和保持不变,仍满足能量守恒仍满足能量守恒.机械能守恒机械能守恒是能量守恒在力学中的具体体现是能量守恒在力学中的具体体现.2.实际上实际上,空气的阻力不能忽略空气的阻力不能忽略,摆球的摆动幅度会越来越小摆球的摆动幅度会越来越小,摆摆球的机
10、械能是否守恒球的机械能是否守恒?是否满足能量守恒是否满足能量守恒?机械能守恒和能量机械能守恒和能量守恒之间是什么关系守恒之间是什么关系?3.从改变物体内能的两种方式分析从改变物体内能的两种方式分析,热力学过程是否满足能量守热力学过程是否满足能量守恒恒.热力学第一定律与能量守恒定律之间是什么关系热力学第一定律与能量守恒定律之间是什么关系?答案答案:做功改变物体的内能是机械能向内能转化做功改变物体的内能是机械能向内能转化,在这一过程中在这一过程中,机械能和内能之和不变机械能和内能之和不变.传热是物体之间内能的转移传热是物体之间内能的转移,总内能保总内能保持不变持不变.所以热力学过程均满足能量守恒所
11、以热力学过程均满足能量守恒.热力学第一定律是能热力学第一定律是能量守恒定律在热学中的具体体现量守恒定律在热学中的具体体现.过程建构过程建构1.能量的存在形式及相互转化能量的存在形式及相互转化.(1)各种运动形式都有对应的能各种运动形式都有对应的能:机械运动对应机械能机械运动对应机械能,分子的热分子的热运动对应内能运动对应内能,还有电磁能、化学能、原子能等还有电磁能、化学能、原子能等.(2)各种形式的能可以相互转化各种形式的能可以相互转化,例如例如:利用电炉取暖或烧水利用电炉取暖或烧水,电能电能转化为内能转化为内能;煤燃烧煤燃烧,化学能转化为内能化学能转化为内能;汽车刹车过程中汽车刹车过程中,轮
12、子温轮子温度升高度升高,机械能转化为内能机械能转化为内能.2.能量守恒定律的适用范围和重要意义能量守恒定律的适用范围和重要意义.(1)适用范围适用范围:能量守恒定律适用于任何物理现象和物理过程能量守恒定律适用于任何物理现象和物理过程,它它是一切自然现象都遵守的基本规律是一切自然现象都遵守的基本规律.热力学第一定律是能量守恒热力学第一定律是能量守恒定律在改变物体内能这一特定过程中的具体体现定律在改变物体内能这一特定过程中的具体体现.(2)能量守恒定律的重要意义能量守恒定律的重要意义.找到了各种自然现象的公共量度找到了各种自然现象的公共量度能量能量,从而把各种自然现从而把各种自然现象用定量的规律联
13、系起来象用定量的规律联系起来,揭示了自然规律的多样性和统一性揭示了自然规律的多样性和统一性.突破了人们关于物质运动的认识范围突破了人们关于物质运动的认识范围,从本质上表明了各种运从本质上表明了各种运动形式之间相互转化的可能性动形式之间相互转化的可能性.能量守恒定律比机械能守恒定律能量守恒定律比机械能守恒定律更普遍更普遍,它是物理学中解决问题的重要思维方法它是物理学中解决问题的重要思维方法.能量守恒定律能量守恒定律与细胞学说、生物进化论并称与细胞学说、生物进化论并称19世纪的三大发现世纪的三大发现.具有重大实践意义具有重大实践意义,彻底粉碎了永动机的幻想彻底粉碎了永动机的幻想.3.能量守恒的两种
14、表达能量守恒的两种表达.(1)某种形式的能减少某种形式的能减少,一定有其他形式的能增加一定有其他形式的能增加,且减少量和增且减少量和增加量一定相等加量一定相等.(2)某个物体的能量减少某个物体的能量减少,一定存在其他物体的能量增加一定存在其他物体的能量增加,且减少且减少量和增加量一定相等量和增加量一定相等.【典例【典例1】(2023广东广州广东广州)风力发电是一种环保的电能获取风力发电是一种环保的电能获取方式方式.下图为某风力发电示意图下图为某风力发电示意图.设计每台风力发电机的功率设计每台风力发电机的功率为为40 kW.实验测得风的动能转化为电能的效率约为实验测得风的动能转化为电能的效率约为
15、20%.空空气的密度是气的密度是1.29 kg/m3,当地水平风速约为当地水平风速约为10 m/s,则满足设则满足设计要求的风力发电机的叶片长度约计要求的风力发电机的叶片长度约为为 ()A.10 m B.5 m C.100 mD.2 m答案答案:A应用能量守恒定律解题的思路应用能量守恒定律解题的思路探究探究二永动机不可能制成二永动机不可能制成问题情境问题情境下图是下图是“饮水小鸭饮水小鸭”的示意图的示意图:小鸭的头和身体由两个玻璃小鸭的头和身体由两个玻璃球构成球构成,并通过细玻璃管相连并通过细玻璃管相连,下面的玻璃球中盛有一些乙醚下面的玻璃球中盛有一些乙醚,上面的玻璃球连同尖嘴被吸水毛毡包起来
16、上面的玻璃球连同尖嘴被吸水毛毡包起来.按下小鸭的头部按下小鸭的头部让让“饮水小鸭饮水小鸭”“”“喝喝”完一口水后完一口水后,直立起来直立起来,直立一会儿直立一会儿,小鸭又会慢慢自动俯下身去小鸭又会慢慢自动俯下身去,再再“喝喝”一口一口,然后又会直立起然后又会直立起来来.如此循环往复如此循环往复1.这种这种“饮水小鸭饮水小鸭”是永动机吗是永动机吗?为什么为什么?答案答案:不是永动机不是永动机,因为永动机违背能量守恒定律因为永动机违背能量守恒定律,不可不可能制造成功能制造成功.2.“饮水小鸭饮水小鸭”是如何实现不停地是如何实现不停地“低头低头”饮水的饮水的?答案答案:小鸭头部的毛毡小鸭头部的毛毡“饮水饮水”后后,水蒸发吸热水蒸发吸热,导致头部温度导致头部温度降低降低.上段玻璃管中的乙醚蒸气被液化上段玻璃管中的乙醚蒸气被液化,压强减小压强减小,液柱上升液柱上升(题题图甲所示图甲所示),小鸭重心上移小鸭重心上移,直到小鸭倾倒直到小鸭倾倒.处于倾倒位置的小鸭处于倾倒位置的小鸭,头部再次被浸湿头部再次被浸湿,上下玻璃球内的气体相通上下玻璃球内的气体相通,压强相等压强相等,乙醚流乙醚流回下玻璃球内回
