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第三章 熱力學(xué)定律
第3節(jié) 能量守恒定律
學(xué)習(xí)目標
1.掌握能量守恒定律，理解這個定律的重要意義，會用能量守恒的觀點分析物理現(xiàn)象。
2.了解第一類永動機不可能制成的原因。
重點難點
重點
1.學(xué)會用能量轉(zhuǎn)化和守恒的觀點分析物理現(xiàn)象。
2.綜合運用學(xué)過的知識，用能量守恒定律進行有關(guān)計算，分析、解決有關(guān)問題。
難點
如何用能量轉(zhuǎn)化和守恒的觀點分析物理現(xiàn)象，如何綜合運用學(xué)過的知識，用能量守恒定律進行有關(guān)計算，分析、解決有關(guān)問題。
自主探究
1.能量守恒定律的表述：能量既不會 ，也不會 ，它只能從一種形式 另一種形式，或者從一個物體 別的物體，在 的過程中，能量的 保持不變。
2.能量守恒定律的意義：
(1)各種形式的能可以 。
(2)各種互不相關(guān)的物理現(xiàn)象可以用 聯(lián)系在一起。
3.第一類永動機是指不需要 ，卻能不斷地對外做功的機器。它不可能制成的原因是違背了 。正是歷史上設(shè)計永動機的失敗，才使后人的思考走上了正確的道路。
答案
1.憑空產(chǎn)生；憑空消失；轉(zhuǎn)化為；轉(zhuǎn)移到；轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移；總量
2.(1)相互轉(zhuǎn)化 (2)能量守恒定律
3.任何動力或燃料；能量守恒定律
預(yù)習(xí)檢測
1.判斷正誤。
(1)各種能量之間可以轉(zhuǎn)移或轉(zhuǎn)化，但總量保持不變。
(2)運動的物體在阻力作用下會停下來，說明機械能憑空消失了。
(3)第一類永動機不能制成，是因為它違背了能量守恒定律。
(4)違背能量守恒定律的過程是不可能發(fā)生的。(
(5)自由擺動的秋千的擺動幅度越來越小，減少的機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，但總能量守恒。
2.第一類永動機不能制成的原因是
A.違反了熱力學(xué)第一定律
B.違反了機械能守恒定律
C.違反了能量守恒定律
D.以上說法都不對
答案
1.(1)√ (2)× (3)√ (4)√ (5)√ 2.C
探究思考
【探究一】能量守恒定律
1.能量的存在形式及相互轉(zhuǎn)化
(1)各種運動形式都有對應(yīng)的能。例如，機械運動有機械能，分子的熱運動有內(nèi)能，還有電磁能、化學(xué)能、原子能等。
(2)各種形式的能，通過某種力做功可以相互轉(zhuǎn)化。例如，利用電爐取暖或燒水，電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能；煤燃燒，化學(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能；列車剎車后，車輪溫度升高，機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。
2.能量守恒的兩種表達
(1)某種形式的能減少，一定有其他形式的能增加，且減少量和增加量一定相等。
(2)某個物體的能量減少，一定存在其他物體的能量增加，且減少量和增加量一定相等。
【探究二】永動機不可能制成
1.第一類永動機不可能制成的原因分析
如果沒有外界供給熱量而對外做功，由△U=W+Q可知，系統(tǒng)內(nèi)能將減小。若想源源不斷地做功，在無外界能量供給的情況下是不可能的。
2.熱力學(xué)第一定律說明了做功和熱傳遞是系統(tǒng)內(nèi)能改變的量度，沒有做功和熱傳遞就不可能實現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移，同時也進一步揭示了能量守恒定律。
知識梳理
1.能量守恒定律
能量既不會憑空產(chǎn)生，也不會憑空消失，它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為其他形式，或者從一個物體轉(zhuǎn)移到別的物體，在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程中，能量的總量保持不變。
2.能量守恒定律的意義
(1)能量守恒定律與生物進化論、細胞學(xué)說被恩格斯譽為19世紀的三個最偉大的科學(xué)發(fā)現(xiàn)。
(2)能量守恒定律是在無數(shù)實驗事實的基礎(chǔ)上建立起來的，是自然科學(xué)的普遍規(guī)律之一。
(3)自然界一切已經(jīng)實現(xiàn)的過程都遵守能量守恒定律。凡是違反能量守恒定律的過程都是不可能實現(xiàn)的，例如“永動機”是不可能制成的。
(4)機械能守恒定律只是能量守恒定律的特例
隨堂訓(xùn)練
1.關(guān)于能量和能源，下列說法中正確的是( )
A.能量在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移過程中，其總量有可能增加
B.能量在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移過程中，其總量會不斷減少
C.能量在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移過程中總量保持不變，故節(jié)約能源沒有必要
D.能量的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移具有方向性，且現(xiàn)有可利用的能源有限，故必須節(jié)約能源
2.如圖所示，直立容器內(nèi)部有被隔板隔開的兩部分氣體，A的密度小，B的密度大，抽去隔板，加熱氣體，使兩部分氣體均勻混合，設(shè)在此過程中氣體吸熱Q，氣體內(nèi)能增量為，則( )
A. B. C. D.無法比較
3.下列說法正確的是( )
A.隨著科技的發(fā)展,永動機是可以制成的
B.太陽照射到地球上的光能轉(zhuǎn)化成了其他形式的能量,但照射到宇宙空間的能量都消失了
C.“既讓馬兒跑,又讓馬兒不吃草”違背了能量守恒定律,因而是不可能的
D.有種“全自動”手表,不用上發(fā)條,也不用任何形式的電源,卻能一直走動,說明能量可以憑空產(chǎn)生
4.在一個與外界沒有熱交換的房間內(nèi)打開冰箱門,冰箱正常工作,過一段時間房間內(nèi)的溫度將( )
A.降低 B.升高 C.不變 D.無法確定
答案以及解析
1.答案：D
解析：能量在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移過程中，總量是守恒的，故選項A、B錯誤；雖然能量在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移過程中總量保持不變，但品質(zhì)會下降，能源會逐步減少，故必須節(jié)約能源。
2.答案：B
解析：因為A的密度小，B的密度大，兩部分氣體混合均勻后整體的重心升高，重力勢能增加，吸收的熱量一部分用來增加氣體內(nèi)能，一部分用來增加系統(tǒng)的重力勢能，根據(jù)能量守恒定律可知，故選項B正確。
3.答案：C
解析：永動機是指不消耗或少消耗能量，而可以對外做大量的功的裝置，歷史上曾出現(xiàn)過各式各樣的所謂的永動機的發(fā)明，結(jié)果都以失敗告終，原因就是違背了能量的轉(zhuǎn)化和守恒定律，所以永動機是永遠不可能制成的，A錯。太陽輻射到宇宙空間的能量沒有消失，而是轉(zhuǎn)化成了別的能量，B錯,馬和其他動物，包括人要運動，必須消耗能量，動物的能量來源是食物中儲存的生物能，C對。所謂的“全自動”手表內(nèi)部還是有能量轉(zhuǎn)化裝置的，一般是一個擺錘，當人戴著手表活動時，使擺錘不停擺動，給游絲彈簧補充能量，才會維持手表的走動，D錯。
4.答案：B
解析：冰箱消耗電能使冰箱內(nèi)外發(fā)生熱量交換而達到內(nèi)部制冷,把冰箱與房間看做一個系統(tǒng),打開冰箱門后,冰箱與房間內(nèi)的熱交換發(fā)生在系統(tǒng)內(nèi),不引起總能量的變化,但系統(tǒng)消耗電能增加了系統(tǒng)的總能量,根據(jù)能量的轉(zhuǎn)化與守恒定律知,冰箱正常工作時,增加的系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)化為內(nèi)能使房間的溫度升高。故選項B正確,ACD錯誤。
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