第三章 3 能量守恒定律（课件）—2020-2021学年【新教材】人教版（2019）高中物理选择性必修第三册17张PPT

选修第三册
人教版
第三章 热力学定律
3　能量守恒定律
学习目标
01.
理解能量守恒定律，知道能量守恒是自然界遵循的基本规律。
02.
通过能量守恒定律的学习，认识自然规律的多样性和统一性。
03.
知道什么是第一类永动机及其不可能制成的原因。
知识梳理
一、能量守恒定律
1．探索能量守恒的足迹
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其他形式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中，能量的总量保持不变
3．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：机械运动有机械能，分子的热运动有内能，还有电磁能、化学能、核能等．
(2)各种形式的能，通过某种力做功可以相互转化．例如：利用电炉取暖或烧水，电能转化为内能；煤燃烧，化学能转化为内能；列车刹车后，轮子温度升高，机械能转化为内能．
4．能量守恒的两种表达
(1)某种形式的能减少，一定有其他形式的能增加，且减少量和增加量一定相等．
(2)某个物体的能量减少，一定存在其他物体的能量增加，且减少量和增加量一定相等．
二、永动机不可能制成
1、第一类永动机由于违背了能量守恒定律，所以不可能制成．
2、第一类永动机不可能制成的原因分析
如果没有外界供给热量而对外做功，由ΔU＝W＋Q知，系统内能将减小．若想源源不断地做功，在无外界能量供给的情况下是不可能的．
三、能量守恒定律的重要意义
能量守恒定律，是自然界最普遍、最重要的基本定律之一。从物理、化学到地质、生物，大到宇宙天体。小到原子核内部，只要有能量转化，就一定服从能量守恒的规律。从日常生活到科学研究、工程技术，这一规律都发挥着重要的作用。人类对各种能量，如煤、石油等燃料以及水能、风能、核能等的利用，都是通过能量转化来实现的。能量守恒定律是人们认识自然和利用自然的有力武器。
例题
1.一定质量的理想气体从状态A变化到状态B ， 再变化到状态C ， 其状态变化过程的p﹣V图象如图所示，已知A→B过程放出热量Q ， TA=TC ， 则 B→C过程气体吸收还是放出热量？热量是多少？
参考答案
【答案】 解：根据"????????????" =c ， 知 B→C过程气体的压强不变，体积增大，温度升高，则气体的内能增大．
气体对外做功，由热力学第一定律知气体吸收热量．
B到C过程，气体对外做功的值为：W=p2（V2﹣V1）
?
A到B过程，气体的体积不变，不做功．由A到C过程，根据△U=W+Q得：
﹣Q﹣W+QBC=0
可得 QBC=Q+W=Q﹣p2（V2﹣V1），即B→C过程吸收热量为Q﹣p2（V2﹣V1）．
答：B→C过程吸收热量为Q﹣p2（V2﹣V1）．
例题
2.取一个横截面积是3dm2的不高的圆筒，筒内装水0.6kg，用来测量射到地面的太阳能.在太阳光垂直照射2min后，水的温度升高了1℃.
a.计算在阳光直射下，地球表面每平方厘米每分钟获得的能量.
b.已知射到大气顶层的太阳能只有45%到达地面，另外55%被大气吸收和反射而未到达地面，你能由此估算出太阳辐射的功率吗?需要什么数据，自己去查找.
【答案】解：a.圆筒内的水经过2分钟内能的增加为
ΔE ＝Q＝cmΔt
＝4.2×103×0.6×1J＝2.5×103J
每分钟获得的能量为
2.5×103J/2min＝1.25×103J/min
圆筒面积为3dm2＝3×102cm2 ， 所以每分钟每平方厘米获得的能量为
1.25×1033×102J/cm2·min＝4.2J/cm2·min
?
参考答案
b.以太阳为球心，又日地距离r为半径作一个球面，根据上述观测，在此球面的每平方厘米面积上每秒钟接受到的太阳能(即射到大气顶层的太阳能)为4.260×0.45J/cm2·s＝16 J/cm2·s
太阳的辐射能向四面八方，是均匀辐射的，则上述球面每秒钟接受到的太阳能，即为太阳的辐射功率P ， 上述球面的面积为4πr2.其中r＝1.5×1013cm 所以
P＝4πr2× 16 J/s
＝4π(1.5×1013)2× 16 J/s
＝2×(1.5×1013)2J/s
＝4.5×1026J/s.
?
例题
3.如图所示，在一竖直放置的圆环形管道内封闭有一定质量的理想气体。用一绝热的固定活塞C和绝热、不计质量、可自由移动的活塞A将管道内气体分隔成体积相等的两部分，A、C与圆环的圆心O等高，两部分气体的温度均为T?0 =300K。现保持下部分气体的温度不变，对上部分气体缓慢加热至T=500K，求此时活塞A的位置与O点的连线跟竖直方向OB之间的夹角θ。（不计两活塞的体积）
【答案】因活塞A可自由移动，所以上下两部分压强相等．设圆环管道内上下两部分气体的初始体积为 V0，加热前后两部分气体的压强分别为 P0、P ，上部分气体体积的增加量为 ?????，根据理想气体的状态方程得
对上部分气体有： ????0????0????0=?????(????0+?????)????
因活塞A、C是绝热的，故下部分气体是等温变化，
有：????0????0 =?????(????0??????) 联立以上两式解得：?????=14????0
故由几何知识可知，活塞A的位置与O点的连线和竖直方向的夹角为：????=45° .
?
参考答案
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