(共34张PPT)
第二节 能量的转化与守恒
第六章 能源与可持续发展
第三节 珍惜大自然
1
知道不同形式的能量可相互转化，能量转化过程中能量总量保持不变。
2
知道第一类永动机不能制成。
3
知道熵的概念，初步了解熵是描述系统无序程度的物理量。
教学目标
4
认识环境污染的危害，具有节约能源和保护环境的意识和行为。
新课引入
机械能守恒定律告诉我们，在一定条件下，系统的动能和势能可相互转化，且机械能守恒。不同形式的能量之间的转化遵循怎样的规律呢？
光热利用
太阳能发电
光合作用
太阳能有哪些用途？
太阳能
热能
电能
生物能
一、能量的转化
核能威力巨大，核能发电中，能量怎样转化？有无损失？
核能
热能
电能
一、能量的转化
一、能量的转化
能量可以从一个物体转移到其他物体，也可以从一种形式转化为其他形式。
水的动能和重力势能
电能
当摩天轮被启动后，它具有的动能和势能可以互相转化。
一、能量的转化
动能
势能
一、能量的转化
在电磁感应中，机械能转化成电能。
机械能
电能
电路中的能量转化
电能全部转化为电热
电能转化为热能和机械能
W = Q
W = Q+E机
思考：你能说一说下面两种用电器中能量转化？
二、能量守恒定律
设电源电动势为 E ，内阻为 r，外电路的用电器都是纯电阻 ,阻值为 R ，闭合电路的电流为 I。
根据闭合电路欧姆定律 ： E=U＋Ir = IR ＋Ir
即 EIt = I 2Rt ＋I 2 rt
从上式可以看出：电源提供的电能一部分消耗在外电路，通过用电器转化成其它形式的能，另一部分消耗在内电路，转化成内能，总能量是守恒的。
二、能量守恒定律
能量守恒定律：在一个孤立系统里，能量既不能凭空产生，也不能凭空消失，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其他物体，在转化或转移的过程中，能量的总量保持不变。闭合电路欧姆定律是能量守恒定律的一种表现形式。
二、能量守恒定律
能量守恒定律意义：能量守恒定律的建立，是人类认识自然的一次重大飞跃。它是最普遍、最重要、最可靠的自然规律之一，而且是大自然普遍和谐性的一种表现形式。
有没有一种机器，它不消耗任何燃料或动力，却可以不停地运转，源源不断的对外做功，提供能量呢？
这种机器被称为永动机。
行不行？
思考：
二、能量守恒定律
【例1】关于下列现象中的能量转化的说法正确的是( )
A.在水平公路上行驶的汽车，发动机熄火之后，速度越来越小，最后停止，是机械能转化为内能
B.电风扇通电后开始转动，断电后转动着的风扇又慢慢停下来，是电能转化为机械能
C.火药爆炸产生燃气，子弹在燃气的推动下从枪膛发射出去，射穿一块钢板，速度减小，是化学能转化为内能
D.用柴油机带动发电机发电，供给电动水泵抽水，把水从低处抽到高处，是电能转化为机械能
典例分析
解析 在水平公路上行驶的汽车，发动机熄火之后，速度越来越小，最后停止，这一过程中，汽车所受的阻力做负功，机械能转化为内能，选项A正确；风扇通电后开始转动，电流做功，电能转化为机械能，有一部分转化为内能；断电后转动着的风扇又慢慢停下来，阻力做负功，机械能转化为内能，选项B错误；火药爆炸产生燃气，化学能转化为内能；子弹在燃气的推动下从枪膛发射出去，推力做功，内能转化为机械能；子弹射穿一块钢板，速度减小，阻力做负功，机械能转化为内能，选项C错误；柴油的化学能转化为柴油机的机械能，再转化为发电机的电能，电能又通过电动水泵转化为水的机械能，选项D错误。
答案 A
【例2】 瀑布从20 m高处以103 m3/s的流量竖直落下，流进底部的水轮机后再以2 m/s的速度流出，水轮机再带动发电机发电。如果水的机械能转化为电能的效率是80%，那么发电机发出的电功率有多大？(瀑布在山顶的速度可忽略不计，g取10 m/s2)
答案 1.58×10 5 kW
典例分析
解析 设t 时间内流下的水的质量为m，以m为研究对象，竖直下落后减少的机械能为
转化为电能的功率为
三、自然过程的方向性
大多数情况下，能量转化为内能。例如，自由摆荡的秋千，摆动振幅越来越小，直到停下来。在这个过程中，秋千的机械能最终转化为内能，而这些内能不可能自发的转化成秋千的机械能。
三、自然过程的方向性
把刚煮好的热鸡蛋放在冷水中，过一会几，鸡蛋的温度降低，水的温度什高，最后水和鸡蛋的温度相同。是否可能发生这样的現象：原来温度相同的水和鸡蛋过一会儿水的温度自发的降低而鸡蛋温度自发上升，生蛋变成熟蛋？
热量自发地由高温物体向低温物体传递的过程是不可逆的。
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手握冰块，内能从温度较高的手转移到温度较低的冰块。大量实验表明：热量总是自发地从温度较高的物体转移到温度较低的物体，而不会反过来自发地从温度较底的物体转移到温度较高的物体。
三、自然过程的方向性
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无数事实告诉我们：凡是实际的过程，只要涉及热现象，如热传递、气体的膨胀、扩散、有摩擦的机械运动 都有特定方向。
英国物理学家开尔文和德国物理学家克劳修斯对有关的自然现象和经验事实进行了大量研究，总结出重要的自然规律：一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的。
三、自然过程的方向性
有可能制成第二类永动机吗？
地球上海水的总质量达1.4×1021kg。如果制造一种机器，把这些海水的温度降低1℃，放出的热量就达9×1018kW.h，足够全世界使用4000年。这个设想不违背能量守恒定律，但是不能实现，所以这类机器叫做第二类永动机。前面学到的，违背能量守恒定律的永动机，叫做第一类永动机。
学过热力学第二定律之后，你能说出为什么不能制成第二类永动机吗
三、自然过程的方向性
无序
有序
四、熵与地球家园
自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性。我们从微观角度来看为什么涉及热运动的宏观过程会有一定的方向性？
有序
无序
四、熵与地球家园
无序
有序
四、熵与地球家园
思考：物体内部大量分子时刻做无规则运动，这些微粒运动的剧烈程度和分布情况是像阅兵队伍那样整齐有序，还是像闹市人群那样杂乱无序？
四、熵与地球家园
人们发现，出现不同状态的物体，分子运动的无序程度是不一样的，微粒引入这种差异，物理学上引入熵这个物理量。
熵越高，意味系统越无序；熵越低，就意味着系统越有序。
四、熵与地球家园
简单的说，“熵”就是微观粒子的无序程度、能量差别的消除程度。
四、熵与地球家园
一切自发的过程总是沿着分子运动无序性增大的方向进行，也就是向着系统熵增加方向发展。
一种
岂止千万种
更容易有达到，随便一推就是咯。
四、熵与地球家园
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能量转化有方向性，燃料燃烧时，一旦把自己的热量释放出去，它就不会再次自动聚集起来供人类重新利用，运动的物体由于摩擦停止，机械能转化为内能。这些内能不能被收集重新利用。电池中的化学能转化为电能，它又通过灯泡转化成内能和光能，热和光被其他物质吸收后变为周围环境的内能，我们无法把这些内能收集起来重新利用。
四、熵与地球家园
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燃料的化学能一部分转化为食物的内能，最终都转化为周围环境的内能而散失，不能被我们再利用。
四、熵与地球家园
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正是因为自然界中宏观过程中能量转化的方向性，能量的利用受这种方向性的制约，所以能量的利用是有条件的，也是有代价的。不可能把内能全部转化为机械能而不引起其他的变化。
四、熵与地球家园
【例3】已知一个系统的两个宏观态甲、乙，及对应微观态的个数分别为较少、较多，则下列关于对两个宏观态的描述及过程自发的可能方向的说法中正确的是( )
A.甲比较有序，乙比较无序，甲→乙 B.甲比较无序，乙比较有序，甲→乙
C.甲比较有序，乙比较无序，乙→甲 D.甲比较无序，乙比较有序，乙→甲
解析 一个宏观态对应微观态的多少标志了宏观态的无序程度，从中还可以推知系统自发的方向，微观态数目越多，表示越无序，一切自然过程总沿着无序性增大的方向进行，A正确，B、C、D错误。
答案 A
典例分析
【例4】如图所示，质量、温度相同的水，分别处于固态、液态和气态三种状态下，它们的熵的大小有什么关系？为什么？
典例分析
解析 根据大量分子运动对系统无序程度的影响，热力学第二定律又有一种表述：由大量分子组成的系统自发变化时，总是向着无序程度增大的方向发展，至少无序程度不会减少。这也就是说，任何一个系统自发变化时，系统的熵要么增加，要么不变，但不会减少。质量相同、温度相同的水，可以由固态自发地向液态、气态转化，所以，气态时的熵最大，其次是液态，固态时的熵最小。
答案 气态熵最大，液态次之，固态熵最小，原因见解析
一、能量的转化
二、能量守恒定律
三、自然过程的方向性
四、熵与地球家园(共20张PPT)
第一节 能量的多种形式
第六章 能源与可持续发展
教学目标
新课引入
自然界中，波涛汹涌的大海，惊天动地的电闪雷鸣，普照大地的太阳，还有奔驰的列车，运转的卫星，飞行的导弹等等都蕴藏着巨大的能量。能量有哪些形式？分别来自哪里？从今天开始，我们共同来认识多种形式的能量。
一、多种形式的能量
能量是物质的一种存在形态；它的表现形式是多种多样的。能量是对物质运动的描述，也是对物质运动的一种量度。对应物质的各种运动形式，也有各种形式的能量。
动能
势能
化学能
一、多种形式的能量
核能
一、多种形式的能量
电能
一、多种形式的能量
1.能源可分为一次能源和二次能源。
2.一次能源是指直接取自然界，未经加工转化的能源，如煤油、石油、天然气等。
3.二次能源是指由一次能源加工转化而成的能源产品，如电、煤气、蒸汽及各种石油制品。
二、可再生能源和不可再生能源
4.一次能源又分为可再生能源(水能、风能及生物质能)和非再生能源(煤炭、石油、天然气、核能等)。
太阳能的使用
二、可再生能源和不可再生能源
太阳能素有“干净能源”和“安全能源”之称。可以利用太阳能取暖、加热、发电。
二、可再生能源和不可再生能源
风力发电
风能是因空气流做功而提供给人类的一种可利用的能量，据估算全世界每年的风能总量约为1.6×1022焦耳。风能储量丰富、分布广泛、干净清洁。
利用方式：风能可以用来发电。
生物质能指绿色植物通过光合作用储存于生物体内的太阳能，存储形式是生物分子的化学能。它可再生、低污染、分布广泛。
二、可再生能源和不可再生能源
照明做饭取暖
生物质能
葛洲坝水电站
三峡水电站
二、可再生能源和不可再生能源
水能的资源总量多，成本低、可再生、无污染。我国是世界上水能资源总量最多的国家。
利用方式：水电站是利用水能的重要形式。
水能
核能是原子核内部释放的巨大能量，有核聚变能和核裂变能。核能的储量大、成本低，干净清洁。利用方式：建立核电站
二、可再生能源和不可再生能源
田湾核电站
大亚湾核电站
核能
【例1】下列物质是能源的是( )
典例分析
解析 铁块不能直接给人类生活提供能量，所以A选项不符合题意；花岗石不能向自然界提供能量，所以B选项不符合题意；人类可以利用太阳能发电、取热，为人类提供生活能量，所以C选项符合题意；沙漠中的沙不能直接给人类生活提供能量，所以D选项不符合题意；故选C。
C
【例2】下列能源中，属于二次能源的是( )
A.煤 B.汽油
C.太阳能 D.石油
解析 所谓一次能源是指直接取自自然界没有经过加工转换的各种能量和资源，它包括：原煤、原油、天然气、核能、太阳能、水能、风能、波浪能、潮汐能、地热、生物质能和海洋温差能等等。由一次能源经过加工转换以后得到的能源产品，称为二次能源，例如：电能、蒸汽、煤气、汽油、柴油、重油、液化石油气、酒精、沼气、氢气和焦炭等等，故A、C、D错误，B正确。
答案 B
典例分析
1.印度洋海底发生强烈地震，引发的海啸破坏性极强，造成几十万人死亡和无数财产损失……海啸之所以有这样大的破坏性，是因为海啸时海水具有很大的( )
A.内能 B.重力势能
C.弹性势能 D.机械能
跟踪练习
D
2.(多选)下列说法中正确的是( )
A.能量只是以势能和动能两种形式存在
B.能量只是存在于具有一定高度或运动状态的物体中
C.任何物质均具有能量
D.能量存在形式多种多样，且不同形式之间可以相互转化，并且转化过程中总能量是守恒的
CD
3．下列说法中错误的是（ ）
A．水能和风能都是可再生能源
B．太阳能是一种清洁能源
C．沼气是一种新能源
D．核能对环境的污染比常规能源对环境的污染大
清洁能源
D
谢谢
大家
