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第2节能量的转化与守恒第5章热力学定律1.了解能量守恒定律的发现过程．2.理解能的转化与守恒定律，会用能量的观点解释自然现象．(重点)第5章热力学定律一、能量守恒定律的发现1．迈尔的发现：体力和体热必定来源于食物中的________，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，所有这些形式的能在量上必定是______的．2．焦耳的研究(1)确定了电能向内能转化的______关系．(2)用了近40年的时间，不懈地钻研____________问题，为能量守恒定律提供了无可置疑的证据．化学能相互转化守恒定量热功转换3．亥姆霍兹的贡献：从理论上把力学中的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_______．焦耳对物质运动之间的关系的研究方法与迈尔有什么不同？统一性提示：焦耳是采用严格定量实验分析方法，迈尔研究的范围比较广泛，但他采用的是定性研究的方法．二、能量守恒定律及其应用1．内容：能量既不会______，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，而能量的总值____________．2．意义：揭示了自然科学各个分支之间的____________，是自然界内在_________的第一个有力证据．3．应用(1)各种形式的能可以相互转化，但能量转化过程中总伴有______的损失．(2)各种互不相关的物理现象，可以用_____________联系在一起．消失创生转化转移保持不变普遍联系统一性内能能量守恒定律(1)石子从空中落下，最后停止在地面上，说明机械能消失了．()(2)用太阳灶烧水是太阳能转化为内能．()提示：(1)×(2)√不同形式的能量之间的转化1．自然界中能量的存在形式：物体运动具有机械能、分子热运动具有内能、电荷具有电能、原子核内部的运动具有原子能等，可见，在自然界中不同的能量形式与不同的运动形式相对应．2．不同形式能量之间的转化：“摩擦生热”是通过克服摩擦做功将机械能转化为内能；水壶中的水沸腾时水蒸气对壶盖做功将壶盖顶起，表明内能转化为机械能；电流通过电热丝做功可将电能转化为内能，汽缸内燃油燃烧释放的内能通过燃气推动活塞做功而转化为机械能等．这些实例说明了不同形式的能量之间可以相互转化，且这一转化过程是通过做功来完成的．3．太阳能的转化自然界中各种形式的能量可以相互转化，说明不同的运动形式也可以相互转化．风沿水平方向以速度v垂直吹向一直径为d的风车叶轮，设空气密度为ρ，风的动能有50%转化为风车的动能，风车带动水车将水提高h的高度，效率为80%.则单位时间内最多可提升的水的质量为________．[思路点拨]风车带动水车做功的过程，是将风的动能转化为水的重力势能的过程，在讨论这个问题时要紧紧围绕能量转化的关系．[解析]在时间t内吹在风车上的空气的质量为m1＝14πd2·vt·ρ风的动能Ek＝12m1v2＝18πd2v3tρ根据题意：18πd2v3tρ×50%×80%＝mgh，则mt＝πd2ρv320gh.[答案]πd2ρv320gh自由摆动的秋千摆动幅度越来越小，下列说法正确的是()A．机械能守恒B．能量正在消失C．只有动能和重力势能的相互转化D．减少的机械能转化为内能，但总能量守恒解析：选D.自由摆动的秋千摆动幅度越来越小，说明机械能在减少，故A项错误，C项错误，而减少的机械能通过摩擦转化成了内能，故B项错误，D项正确．对能量守恒定律的理解和应用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．3．各种形式的能在转化和转移过程中总能量守恒无需任何条件，而某种或几种形式的能的守恒是有条件的．例如，物体的机械能守恒，必须是只有重力做功．4．能量守恒定律的发现，使人们进一步认识到，任何一部机器，只要对外做功，都要消耗能量，都只能使能量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，而不能无中生有地创造能量．不消耗能量，却可以源源不断地对外做功的机器(第一类永动机)是不可能制成的．在应用能量守恒定律分析问题时，应注意：(1)哪种形式的能量减少，哪种形式的能量增加．(2)哪个物体的能量减少，哪个物体的能量增加．如图所示，A、B是两个完全相同的铁球，A放在绝热板上，B用绝热绳悬挂．现只让它们吸收热量，当它们升高相同的温度时，它们所吸收的热量分别为QA、QB，则()A．QA＝QBB．QAQBC．QAQBD．无法确定[解题探究](1)铁球升温后体积变_______，A球重心______，B球重心________，A球的重力势能变________，B球重力势能变________．(2)根据能量守恒，确定QA、QB的关系．[解析]A、B升高相同的温度，根据Q＝cmΔt可知，升温需要的能量是相同的．由于受热膨胀，A的重心升高，重力做负功，B球重心下降，重力做正功，由热力学第一定律可得：QA＝ΔU＋W，QB＝ΔU－W，显然QAQB.[答案]C利用能量守恒定律解决问题时，首先应明确题目中涉及哪几种形式的能量，其次分析哪种能量增加了，哪种能量减少了，确定研究的系统后，用能量守恒的观点求解.能量守恒定律与热力学第一定律的结合如图所示，两个完全相同的金属球A和B，其中A球放在不导热的水平面上，B球用不导热的细线悬挂起来，现供给两球相同的热量，它们的温度分别升高了ΔtA、ΔtB，则()A．ΔtAΔtBB．ΔtAΔtBC．ΔtA＝ΔtBD．ΔtA、ΔtB无法比较[思路点拨]明确该过程中有哪些能量参与，再根据能量守恒分析．[解析]两球受热后体积都要增大，A球因为放在不导热的水平面上，受热膨胀后，重心升高，重力做负功，根据能量转化和守恒定律可知，A球吸收的热量一部分转化成自身的内能，使温度升高，另一部分需要克服重力做功，使重力势能增加；对于B球，同样要受热膨胀，膨胀时重心下降，重力做正功，同样由能量转化和守恒定律可知，B球吸收的热量和重力做的功都要转化成自身的内能，从而使温度升高，由以上分析可知，B球增加的内能要比A球多，B球的温度升高得多，所以有ΔtAΔtB.故正确答案为B.[答案]B能量守恒定律的应用技巧能量守恒定律是自然界中一个最基本的规律，同时，它又可以与很多其他物理规律(如：平抛运动、碰撞、圆周运动等)相结合，解决一些综合性很强的题目．解决这类题目应明确研究过程中哪些能量发生了转化、各种能量的表达形式，然后由相应物理规律结合能量守恒定律求解.本部分内容讲解结束按ESC键退出全屏播放