5.2 能量的转化与守恒 课件 (3)

课件36张PPT。共 45 页1
第二节
能量的转化与守恒共 45 页1 1.了解发现能量守恒定律的探索过程,了解能量守恒定律的重大意义.
2.掌握能量守恒定律及其应用,了解人类利用的能量都来源于太阳(核能除外). 共 45 页11.能量守恒定律的发现
在研究不同运动形式的内在联系过程中,多位科学家几乎同时各自独立地发现了能量守恒定律.
(1)迈尔的发现
迈尔认为,体力和体热一定来源于食物中的________,内能?化学能?机械能都是等价的,是可以_______________的,如果动物体的能量输入与支出是平衡的,那么,这些形式的能在量上一定是________的.迈尔从理论上具体论证了机械能?内能?化学能?电磁能等都可以________________的.并从“无不生有,有不生无”的哲学观念出发提出物理?化学过程中能量________的原理. 化学能相互转化守恒相互转化守恒共 45 页1b.焦耳实验
用一绝热的量热器装上水,水中浸入由圆筒带动的叶轮,圆筒与下垂的重锤连接.根据重锤质量和下落高度计算机械功,根据水?量热器的质量?比热容?升高的温度,计算产生的热量.这样大量的热功转换实验,为能量守恒定律提供了无可置疑的________.
(3)亥姆霍兹的贡献
德国生理学家?物理学家亥姆霍兹从理论上把力学中能量守恒原理推广到热?光?电?磁?化学反应等过程,揭示了它们之间的________.证据统一性共 45 页12.能量守恒定律及其应用
(1)能量守恒定律
能量既不会消失,也不会________,它只能从一种形式________为另一种形式,或者从一个物体________到另一个物体上,而能量的总值________.
自然界的一切物质都处在________中,不同运动形式对应着不同形式的________.
在运动形式变化的过程中,与之相对应的能量形式也在________.
在转化过程中,一种形式的能量减少多少,必然伴随着另外一种或几种形式的能量________多少,自然界中能量的总和________.创生转化转移保持不变运动能量转化增加保持不变共 45 页1(2)能量守恒定律的重大意义
揭示了自然科学各个分支之间的普遍联系,是自然界内在________的第一个有力证据. 统一性共 45 页1 (2)焦耳的研究
英国物理学家焦耳采用的是严格的定量________分析方法,一生专心致力于热功转换的研究,设计并完成了多种实验,为能量守恒定律提供了无可置疑的证据.
a.焦耳定律
焦耳把环形线圈放入盛水的试管内,通过测量不同电流和电阻时的水温总结出焦耳定律,从而确定了电能向内能转化的________关系.实验定量共 45 页11.不同形式的能量之间可以相互转化
(1)自然界中存在许多不同的运动形式,每一种运动形式都对应着一种形式的能量.如物体做机械运动,物体具有机械能.分子热运动形式对应的能量形式是内能.光运动?电运动对应的能量为光能?电能.化学运动对应着化学能.原子核内部的运动对应着核能等等.
共 45 页1(2)自然界中物质的运动形式不断的改变,而对应的能量也在不断的发生转化.各种不同形式的能的转化都要通过做功来实现,例如:“摩擦生热”是通过克服摩擦力做功将机械能转化为内能;热机中的燃料燃烧把化学能转化为内能,推动活塞运动而做功,把内能转化为机械能;电流通过电阻丝时,电流做功可将电能转化为内能.而能量的转移则需要某种形式的传递来完成.共 45 页12.对能量守恒定律的理解
(1)能量守恒定律的内容:能量既不能凭空产生,也不会凭空消失,它只能从一种形式转化为另外一种形式,或从一物体转移到另一个物体上.
(2)在自然界中能量的转化和转移相当普遍,在转化或转移的过程中,能的总量是保持不变的,也就是说一种形式的能量减少了多少,转化成另一种形式的能量就增加多少.某个物体的能量减少,一定存在着其它物体的能量增加,且减少量和增加量一定相等.所以用能量的观点思考物理问题是很主要的思路,用能量的转化和守恒定律解决物理问题是常用的很重要的方法.共 45 页13.能量守恒定律的重要意义
(1)能量守恒定律反应了关于能量不可创造和不可消失的普遍规律,宣布第一类永动机是不可能制造成功的.一切科学研究?科学实验都不能违背这个规律,否则,必然失败.
(2)能量守恒定律包括了一切物理现象(力学的,热学的,电磁学的和光学的等),说明所有这些现象都可以用能量转化和守恒的观点研究.不只是物理的,自然界一切不同的运动形式之间都具有统一性,都可以用能量观点分析它们之间的联系.共 45 页1 题型一 对能量的转化与守恒的认识
例1:下列关于新陈代谢的叙述中错误的是( )
A.新陈代谢过程是生物体自我更新的过程,因此,只存在物质变化不存在能量的转化
B.新陈代谢过程遵循质量守恒定律
C.新陈代谢过程遵循能量的转化与守恒定律
D.新陈代谢过程中物质变化的同时,伴随着能量的变化
答案:A共 45 页1解析:自然界的任何物质运动都必须遵循能量的转化和守恒?质量守恒定律,生命运动也不例外,因此B?C正确;在物质变化过程中必须伴随着能量的转化,新陈代谢过程也不例外,D正确,A不正确.
规律技巧:自然界各种不同形式的能,在一定条件下是可以相互转化的,转化过程中,总能量守恒;能量的转化都伴随着做功的过程,功是能量转化的量度.
共 45 页1变式训练1:下列现象中,只有能的转移而不发生能的转化的过程是( )
A.植物的光合作用使植物生长
B.用煤火炉烧水时,水温升高
C.铅球被运动员抛出
D.一杯热水慢慢变凉
答案:D共 45 页1例2:子弹以200 m/s的速度射入固定的木板,穿出时速度为100 m/s,若子弹损失的机械能完全转化为内能,并有50%被子弹吸收,求子弹的温度升高多少?[已知子弹的比热容为130 J/(kg·℃)]
答案:57.7℃共 45 页1共 45 页1规律技巧:在解决机械能转化为内能的问题时,应根据运动规律计算出运动过程中损失的机械能,此类问题中常用到热量公式,要注意热量公式中各量的单位要统一. 共 45 页1变式训练2:一铁球从高H处由静止落到地面上,回跳速率是落地速率的一半,设撞击所转化的内能全部令铁球温度升高,则铁球温度升高多少?(设铁球的比热容为c,各物理量取国际单位) 共 45 页1共 45 页11.说明下列过程中的能量转化
(1)运动员跑步时的动能:____________________;
(2)风力发电机发电:__________________________;
(3)电流通过电阻丝发热:________________________;
(4)柴油机爆发冲程中缸内高温气体推动活塞运动:____________________________;
(5)焦耳实验中叶轮搅拌量热器中的水,水温升高:__________________________.体内化学能转化为机械能机械能转化为电能电能转化为内能内能转化为机械能机械能转化为内能共 45 页12.如图所示,直立容器内部有被隔板隔开的A?B两部分气体,A的密度小,B的密度大,抽去隔板,加热气体,使两部分气体均匀混合,设在此过程中气体吸热Q,气体内能的增加为ΔU,则( )
A.ΔU=Q B.ΔUC.ΔU>Q D.无法确定
解析:A?B两部分气体开始的合重心在中线以下,混合均匀后重心在中线上,所以系统的重力势能增大.根据能量守恒定律可得,吸收的热量应等于增加的重力势能与增加的内能之和,即Q=ΔEp+ΔU,显然Q>ΔU.
答案:B共 45 页13.在光滑的水平面上停放一木块,子弹射穿木块,对此过程,下列说法正确的是( )
A.摩擦力(子弹与木块间)对木块做的功等于木块动能的增加
B.摩擦力对木块做的功完全转化为木块的内能
C.子弹损失的机械能等于子弹与木块增加的内能
D.子弹损失的机械能等于木块增加的动能与子弹和木块增加的内能之和
解析:子弹射穿木块的过程中,由动能定理可知摩擦力对木块做的功等于木块增加的动能,选项A正确,B错误,根据能量守恒定律可知,子弹损失的机械能等于木块增加的动能与子弹和木块增加的内能之和,选项C错误,D正确.
答案:AD共 45 页11.一个气泡从恒温水槽的底部缓慢向上浮起,(若不计气泡内空气分子势能的变化)则( )
A.气泡对外做功,内能不变,同时放热
B.气泡对外做功,内能不变,同时吸热
C.气泡内能减少,同时放热
D.气泡内能不变,不吸热也不放热
解析:在气泡缓慢上升的过程中,气泡外部的压强逐渐减小,气泡膨胀,对外做功,故气泡中空气分子的内能减少,温度降低.但由于外部恒温,且气泡缓慢上升,故可以认为上升过程中气泡内空气的温度始终等于外界温度,内能不变,故需从外界吸收热量,且吸收的热量等于气泡对外界所做的功,故B正确.
答案:B共 45 页12.一定质量的理想气体,在它温度升高的同时,它的体积增大了,下列说法中错误的是( )
A.气体的内能必定增大
B.气体分子间势能必定增大
C.上述过程可能是对气体热传递的结果
D.上述过程可能是对气体做功的结果
解析:理想气体没有分子势能,选项B错误;气体的体积膨胀一定是气体对外做功,选项D错误;理想气体的温度升高,内能增大,又由于对外做功,所以气体必定吸热,选项A?C正确.
答案:BD共 45 页13.说明下列现象中能量转化的情况
(1)在水平公路上行驶的汽车,刹车后滑行一段距离停止:________________;
(2)运动员把标枪抛出:________________;
(3)植物的光合作用:________________;
(4)水流冲击水轮发电机发电:________________;
(5)用打气筒打气,筒壁发热:________________.机械能转化为内能化学能转化为机械能光能转化为化学能机械能转化为电能机械能转化为内能共 45 页14.如图所示为焦耳实验装置简图,用绝热性能良好的材料将容器包好.重物下落带动叶片搅拌容器里的水,引起水温升高,关于实验,下列说法正确的是( )共 45 页1A.这个装置可测定热功当量
B.做功增加了水的热量
C.做功增加了水的内能
D.功和热量是完全等价的,无区别
答案:AC共 45 页1解析:做功和传递热量都可以使物体的内能发生变化,焦耳实验中是通过做功来增加水的内能,所以C选项正确;就物体的内能发生变化来说,做功和热传递是等效的,这是研究热功当量的前提,通过焦耳实验可测定热功当量,所以A选项正确;热量通常是指热传递(如吸热?放热)过程中内能的改变量,是用来量度热传递过程中物体内能增减的多少.一个物体的内能是无法测定的,而在某种过程中物体内能的变化是可以测定的,热量就是用来测定内能变化的一个物理量,所以选项B和D是错误的.共 45 页15.如图所示,A?B两容器各有一个可以自由移动的活塞,活塞下面是水,上面为大气,大气压恒定,A?B间用带有阀门的管道相连,整个装置与外界隔热,A容器的横截面积大于B容器的横截面积,开始时A的液面高于B的液面,开启阀门后,A中的水逐渐流向B,直至两边液面相平,在这个过程中( )共 45 页1A.大气压力对水做功,水的内能增加
B.克服大气压力做功,水的内能减小
C.大气压力对水不做功,水的内能不变
D.大气压力对水不做功,水的内能增加
解析:大气压力对左面A的水做正功,而对B中的水做负功;A内水面下降,体积减小,与B内水面上升增加的体积相同,因此大气压对水做功的代数和为零,水的重心降低重力势能减小,由能量守恒定律知水的内能增加,故选D.
答案:D共 45 页16.假设在一个完全密封绝热的室内,放一台打开门的电冰箱,然后遥控接通电源,令电冰箱工作一段较长的时间后用遥控断开电源,等室内各处温度达到平衡时,室内气温与接通电源前相比( )
A.一定升高
B.一定降低
C.一定不变
D.可能升高,可能降低,也可能不变
解析:电冰箱工作时,既从空气中吸收热量,又把热量放回空气中,但电冰箱长时间工作,消耗电能,消耗的电能转化为空气的内能,室内温度一定升高.
答案:A共 45 页17.如图所示,柱形容器内封有一定质量的空气,质量为m的光滑活塞C与容器用良好的隔热材料制成,另有质量为M的物体,从活塞上方的A点自由下落到活塞上,并随活塞一起到达最低点B而静止,在这一过程中,空气内能的改变量为ΔU,外界对空气做的功W与物体及活塞的重力势能的变化关系是( )共 45 页1A.Mgh+mgΔh=ΔU+W
B.ΔU=W,W=Mgh+mgΔh
C.ΔU=W,WD.ΔU≠W,W=Mgh+mgΔh
解析:由于活塞和气缸用良好的隔热材料制成,容器内的空气与外界无热交换,即Q=0,所以ΔU=W,但由于物体M与活塞碰撞时损失了一部分机械能,所以有W答案:C共 45 页18.如图所示,一个小铁块沿半径为R=0.2 m的半球内壁自上端由静止下滑,当滑至半球底部时,速度为1 m/s,设此过程中损失的机械能全部变为内能,并有40%被铁块吸收,已知铁的比热容c=0.46×103 J/(kg·℃),重力加速度g取10 m/s2,求铁块升高的温度.

答案:1.3×10-3℃共 45 页1共 45 页19.阳光照暖了大地,地面辐射又对地面附近的空气加热,形成暖气团升往高空.于是有人认为高山顶上的气温要比地面的高,但实际情况正好相反.你怎么解释这种现象?
解析:把地面附近温度?压强相同的一大团空气作为研究对象(在热力学中称为系统).这团空气最初在地面附近受热膨胀,密度变小,因而逐渐上升.在上升的过程中,其边缘部分和外界空气的热交换对整个气团没有明显的影响,可以认为气团与外界之间传递的热量Q=0,因此气团内能的变化仅与做功有关,即ΔU=W.气团上升时,不断膨胀,对外做功(W<0),内能减少(ΔU<0),温度降低,所以,越高的地方,空气的温度越低.
答案:见解析