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第三章 熱力學(xué)定律
粵教版 選擇性必修三
第二節(jié) 能量守恒定律及其應(yīng)用
改變物體內(nèi)能的兩種方式
在實際中，我們可以用加熱（熱傳遞）的方法使一根鐵棒升溫，同時也可以用摩擦生熱（做功）的方法使鐵棒上升相同的溫度。所以，對于改變物體內(nèi)能來說，兩者是等價的。
但是從能量轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的角度，兩者有所區(qū)別。
做功是其他形式的能與內(nèi)能之間的轉(zhuǎn)化，
熱傳遞是不同物體或同一物體不同部分之間內(nèi)能的轉(zhuǎn)移。
知識回顧
不同形式的能量可以相互轉(zhuǎn)化
光能
機械能
內(nèi)能
電能
化學(xué)能
機械能
內(nèi)能
工作中的內(nèi)燃機
內(nèi)能
機械能
內(nèi)能
電能
電熱毯
能量在不同物體間轉(zhuǎn)移
滾燙的雞蛋放入涼水中冷卻
帆船乘風(fēng)航行
能量守恒定律：
大量事實證明，各種形式的能量都可以相互轉(zhuǎn)化，并且在轉(zhuǎn)化過程中守恒。
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)移的過程中其總量不變。
說明：
(1)某種形式的能減少，一定有其他形式的能量增加，且減少量和增加量一定相等。
(2)某一物體的能量減少，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。
熱力學(xué)第一定律實際上就是內(nèi)能與其他形式的能量發(fā)生轉(zhuǎn)化時的能量守恒定律。
能量守恒定律的發(fā)現(xiàn)
能量守恒定律于1860年前后得到了科學(xué)界的普遍承認(rèn)。
1.全部自然科學(xué)和工程技術(shù)的基礎(chǔ)；
2.它是自然界的一條普遍規(guī)律；
3.一切違背能量守恒定律的觀點，都被實踐證明是錯誤的；
恩格斯把這一定律稱為偉大的運動基本定律，并把它與細(xì)胞學(xué)說、生物進化論一起列為19世紀(jì)的三大發(fā)現(xiàn)。
歷史上，人們曾幻想制造一種機器，它不需要任何動力或燃料卻能不斷對外做功，這種機器被稱為第一類永動機。
如圖所示是一臺“永動機”的構(gòu)想圖，其設(shè)計思想如下：在水輪上方的水箱內(nèi)裝入一定量的水，水流下時沖動水輪轉(zhuǎn)動，水輪通過皮帶帶動抽水機不斷地把水從下方的水池中抽到上方水箱中，這樣，水不停的循環(huán)，水輪機將永久地轉(zhuǎn)動下去，可能嗎
不可能永久地轉(zhuǎn)動下去! 更不可能有額外的能量永久地對外做功。
停止轉(zhuǎn)動時，水都在下方的水池中。
水從上方流下沖擊水輪使其轉(zhuǎn)動，實際上只把水的一部分機械能轉(zhuǎn)移給了水輪機，另一部分機械能在流入水池過程中轉(zhuǎn)化為內(nèi)能;
而水輪通過皮帶傳動帶動抽水機抽水的過程中,又要不斷克服摩擦等阻力做功,消耗機械能，所以最終水輪機必將停下來
這表明，物體對外做功(W<0)是必須以減少內(nèi)能(ΔU<0)為代價！
由熱力學(xué)第一定律可知，
ΔU=Q+W
如果物體不與外界進行熱傳遞， Q=0，
則有
ΔU=W
第一類永動機不可能制成
歷史上，人們曾幻想制造一種機器，它不需要任何動力或燃料卻能不斷對外做功，這種機器被稱為第一類永動機。
由熱力學(xué)第一定律可知，
ΔU=Q+W
如果不消耗內(nèi)能， ΔU=0，
則有
Q=-W
這表明，物體必須從外界吸收熱量(Q>0)，才能對外做功(W<0) 。
第一類永動機不可能制成
歷史上，人們曾幻想制造一種機器，它不需要任何動力或燃料卻能不斷對外做功，這種機器被稱為第一類永動機。
第一類永動機不可能制成!
物體可能對外做功的條件：
1.減少自身內(nèi)能
2.從外界吸收熱量
第一類永動機不可能制成
歷史上，人們曾幻想制造一種機器，它不需要任何動力或燃料卻能不斷對外做功，這種機器被稱為第一類永動機。
【思考與討論】有一種所謂“全自動”機械手表，既不需要上發(fā)條，也不用任何電源，卻能不停地走下去．這是不是一種永動機 如果不是，維持表針走動的能量是從哪里來的 你能設(shè)法驗證嗎
結(jié)論：這不是永動機；
能量來源：手表戴在手腕上，通過手臂的運動，手表獲得能量，供手表指針走動；
驗證方法：若將此手表長時間放置不動，會觀察到表針停止轉(zhuǎn)動。
搖表器
形形色色的永動機
均以失敗告終
無一例外
第一類永動機不可能制成
制造永動機的千萬次失敗使人們的頭腦冷靜下來，開始在更深層次尋找失敗的原因。1775 年法國科學(xué)院宣布“不再審查有關(guān)永動機的一切設(shè)計”。
這使得人們走出迷夢，去研究各種能量形式相互轉(zhuǎn)化的規(guī)律，促成了能量守恒定律的建立。
第一類永動機不可能制成
歷史上，人們曾幻想制造一種機器，它不需要任何動力或燃料卻能不斷對外做功，這種機器被稱為第一類永動機。
問題三：設(shè)想在一間與外界絕熱的房間里，僅有一臺正在工作的電冰箱，如果電冰箱的門是開著的，那么室內(nèi)的溫度會降低嗎
答：室內(nèi)溫度不但不會降低，還會升高。
解析：從能量守恒定律我們知道，某種形式的能減少，一定有其他形式的能量增加，且減少量和增加量一定相等。某一物體的能量減少，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。
電冰箱工作時需要消耗電能，消耗的電能最終轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，釋放在房間里，因為房間絕熱，室內(nèi)溫度不但不會降低，還會升高。
利用能量守恒定律解題必須認(rèn)真分析能量的轉(zhuǎn)化方向，理清能量轉(zhuǎn)化前后的數(shù)量關(guān)系。
【例題】試說明下列現(xiàn)象中能量是怎樣轉(zhuǎn)化的。
(1)在水平公路上行駛的汽車，發(fā)動機熄火之后，汽車速度越來越慢，最后停下來。
(2)火藥爆炸產(chǎn)生燃?xì)猓訌椩谌細(xì)獾耐苿酉聫臉屘虐l(fā)射出去，射穿一鋼板后速度迅速減慢。
(3)用柴油機帶動發(fā)電機發(fā)電，供給電動水泵抽水，把水從低處抽到高處。
(4)一個球掉到地上后又彈起來，球彈起的高度一次比一次低，最后靜止在地面上。
機械能→內(nèi)能
化學(xué)能→內(nèi)能
內(nèi)能→機械能
機械能→內(nèi)能
化學(xué)能→內(nèi)能→機械能→電能
電能→機械能
重力勢能→動能→重力勢能
機械能→內(nèi)能

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