高一物理能量的守恒與耗散

高一物理能量的守恒與耗散第1頁，共67頁，2023年，2月20日，星期二2.1《能量守恒定律》第2頁，共67頁，2023年，2月20日，星期二教學(xué)目標

知識與能力：1、掌握功的概念及變力做功的計算方法。2、掌握保守力的特征及勢能的概念，并會計算各種勢能。3、掌握質(zhì)點和質(zhì)點系的功能轉(zhuǎn)換關(guān)系，并能靈活運用解決有關(guān)問題。4、掌握機械能守恒定律及其適用條件。5、理解勢能曲線及其基本特征。第3頁，共67頁，2023年，2月20日，星期二二、重點、難點分析

1．重點內(nèi)容是量守恒定律，強調(diào)量守恒定律是自然科學(xué)中最基本定律。學(xué)習(xí)運用量守恒原理計算一些物理習(xí)題。2．運用量守恒定律對具體的自然現(xiàn)象進行分析，說明能是怎樣轉(zhuǎn)化的，對學(xué)生來說是有難度的。三、教具

幻燈、幻燈片，其內(nèi)容是：1．反映電能、機械能、化學(xué)能與內(nèi)能相互轉(zhuǎn)化的實例插圖。2．反映自然界各種形式能相互轉(zhuǎn)化的實例插圖。3．歷史上有人設(shè)計的“永動機”插圖。第4頁，共67頁，2023年，2月20日，星期二能量可以將自然界中各種不同的運動聯(lián)系在一起，并且可以互相轉(zhuǎn)換。能量守恒定律一、恒力的功：動能和功該守恒量的變化與功聯(lián)系在一起。第5頁，共67頁，2023年，2月20日，星期二能量守恒定律一、恒力的功：第6頁，共67頁，2023年，2月20日，星期二二、變力的功：能量守恒定律第7頁，共67頁，2023年，2月20日，星期二[例題]一物體在外力F=3x+2（SI）作用下，從x=0移動到x=4m處，求該力對物體所做的功。能量守恒定律解：這是一維變力做功的問題第8頁，共67頁，2023年，2月20日，星期二四、動能定理：能量守恒定律三、功率：第9頁，共67頁，2023年，2月20日，星期二[例題]一個外力作用在m=3kg的物體上，其運動方程為

x=3t-4t2+t3

（SI）求最初4秒內(nèi)該力對物體所做的功。能量守恒定律第10頁，共67頁，2023年，2月20日，星期二勢能一、重力做功的特點保守力：

做功大小與路徑無關(guān)-----保守力，其基本特點如下：常見的保守力有：重力、彈性力、萬有引力和靜電力等能量守恒定律第11頁，共67頁，2023年，2月20日，星期二四種基本力均為保守力，摩擦力為非保守力，而摩擦力屬于電磁力，為什么不是保守力？①摩擦力是一種嚴格的宏觀現(xiàn)象，而宏觀現(xiàn)象中是不考慮微觀上的原子或分子的內(nèi)能變化；②摩擦力是由于動量被遷移給原子或分子而產(chǎn)生，宏觀上的動能變成了微觀上分子、原子的內(nèi)能。③摩擦力是耗散力，但非保守力不一定是耗散力能量守恒定律第12頁，共67頁，2023年，2月20日，星期二二、勢能：（位置函數(shù)）

保守力所做的功等于勢能增量的負值分析重力勢能及彈性勢能能量守恒定律第13頁，共67頁，2023年，2月20日，星期二勢能的基本性質(zhì)：①勢能屬于系統(tǒng)（是一種相互作用能）；②大小上只有相對意義，主要是其變化值；③勢能是位置的能量，動能是運動的能量，兩者之間可以相互轉(zhuǎn)換；④只有保守力作功，才有勢能。能量守恒定律第14頁，共67頁，2023年，2月20日，星期二能量守恒定律一、機械能守恒定律：

對于開放系統(tǒng)的動能定理可寫成能量守恒定律分析書上例1、例2第15頁，共67頁，2023年，2月20日，星期二二、能量守恒定律：能量既不能產(chǎn)生，也不能消滅，它只能從一種形式轉(zhuǎn)換到另一種形式，但總能量是守恒的。能量守恒定律第16頁，共67頁，2023年，2月20日，星期二能量守恒定律分析書上例3一維勢能曲線

可以定性地分析各種運動的特征第17頁，共67頁，2023年，2月20日，星期二2.2《熱力學(xué)第一定律》第18頁，共67頁，2023年，2月20日，星期二教學(xué)目標知識與能力：

1.認識物質(zhì)的運動形式有多種，對應(yīng)不同運動形式的運動有不同形式的能，各種形式的能在一定條件下可以相互轉(zhuǎn)化2.進一步掌握能的轉(zhuǎn)化和守恒定律，并了解能的轉(zhuǎn)化和守恒定律的意義3．運用公式△U＝W＋Q分析有關(guān)問題并具體進行計算教學(xué)重點：熱力第一定律教學(xué)難點：能量守恒教具：多媒體課件第19頁，共67頁，2023年，2月20日，星期二?分子因熱運動而具有的能量?同溫度下各個分子的分子動能ＥK不同?分子動能的平均值僅和溫度有關(guān)分子動能?分子間因有相互作用力而具有的、由它們相對位置決定的能量?

r＜r0時,r↓→ＥP↑;ｒ＞ｒ0時,r↑→ＥP↑;ｒ＝ｒ0時，ＥP最低?ＥP隨物態(tài)的變化而變化分子勢能?物體內(nèi)所有分子的ＥK和ＥP總和?物體的內(nèi)能與溫度和體積有關(guān)，還和物體所含的分子數(shù)有關(guān)。物體內(nèi)能第20頁，共67頁，2023年，2月20日，星期二1、下列說法正確嗎?A、物體所有分子的動能的總和=物體的動能B、速度快的分子比速度慢的分子溫度高C、溫度高物體中的分子運動速度大于溫度低的物體中的分子運動速度.第21頁，共67頁，2023年，2月20日，星期二10Kg500C水分子的平均動能____1Kg500C水分子平均動能10Kg500C水的內(nèi)能_____1Kg500C的水的內(nèi)能等于大于第22頁，共67頁，2023年，2月20日，星期二3、關(guān)于內(nèi)能，下列說法正確的是A、溫度相同的物體內(nèi)能一樣多B、一罐氣放在卡車上隨卡車做加速運動，罐中氣體動能越來越大，所以內(nèi)能也越來越大C、一定質(zhì)量的物體的內(nèi)能，由溫度和體積決定D、某物體的內(nèi)能為E，含分子數(shù)為n個，那么每個分子的內(nèi)能為E/n機械能增大C第23頁，共67頁，2023年，2月20日，星期二改變內(nèi)能的兩種方式做功熱傳遞對內(nèi)對外吸熱放熱內(nèi)能增加內(nèi)能增加內(nèi)能減少內(nèi)能減少（外界對物體做功）（物體對外界做功）（物體從外界吸熱）（物體對外界放熱）第24頁，共67頁，2023年，2月20日，星期二（3）做功和熱傳遞在改變內(nèi)能效果上是等效的做功和熱傳遞的區(qū)別（1）做功改變內(nèi)能：實質(zhì)上是其它形式的能和內(nèi)能之間轉(zhuǎn)化（2）熱傳遞：實質(zhì)上是各物體間內(nèi)能的轉(zhuǎn)移第25頁，共67頁，2023年，2月20日，星期二

內(nèi)能是一個狀態(tài)量，一個物體在不同的狀態(tài)下有不同的內(nèi)能內(nèi)能與熱量的區(qū)別

熱量是一個過程量，它表示由于熱傳遞而引起的變化過程中轉(zhuǎn)移的能量，即內(nèi)能的改變量。如果沒有熱傳遞，就沒有熱量可言，但此時仍有內(nèi)能第26頁，共67頁，2023年，2月20日，星期二1、下列說法中正確的是:A、做功和熱傳遞是改變物體內(nèi)能的兩種不同的物理過程B、做功和熱傳遞在改變物體內(nèi)能上是等效的，因此對物體做功就是對物體傳熱C、熱量是在熱傳遞中，從一個物體向另一個物體或物體一部分向另一部分轉(zhuǎn)移的內(nèi)能的多少D、高溫的物體具有熱量多，低溫的物體具有熱量少E、冷和熱的物體混合時，熱的物體把溫度傳給冷的物體，最后溫度相同（A，C）第27頁，共67頁，2023年，2月20日，星期二2、關(guān)于物體內(nèi)能，下列說法中正確的是:A、手感到冷時，搓搓手就會感到暖些，這是利用做功來改變物體內(nèi)能B、將物體舉高或使它們的速度增大，是利用作功來使物體內(nèi)能增大C、陽光照曬衣服，衣服的溫度升高，是利用熱傳遞來改變物體內(nèi)能的D、用打氣筒打氣，筒內(nèi)氣體變熱，是利用熱傳遞來改變物體的內(nèi)能（A，C）第28頁，共67頁，2023年，2月20日，星期二10Kg1000C水的內(nèi)能_____10Kg1000C的水蒸氣的內(nèi)能10Kg00C水的內(nèi)能_____10Kg00C的冰的內(nèi)能小于大于

對于物態(tài)發(fā)生變化的過程，由吸熱或放熱來分析物體內(nèi)能的增減是一種很簡便的判斷方法.分子勢能？第29頁，共67頁，2023年，2月20日，星期二熱力學(xué)第一定律能量守恒定律第30頁，共67頁，2023年，2月20日，星期二熱力學(xué)第一定律△U=W+Q外界對物體做功（對內(nèi)）W為正物體對外界做功（對外）W為負物體從外界吸熱（吸熱）Q為正物體對外界放熱（放熱）Q為負第31頁，共67頁，2023年，2月20日，星期二能量守恒定律

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)化為別的形式，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。第32頁，共67頁，2023年，2月20日，星期二第一類永動機不消耗能量的機器第一類永動機不可能制成第33頁，共67頁，2023年，2月20日，星期二改變內(nèi)能的兩種方式做功熱傳遞對內(nèi)對外吸熱放熱內(nèi)能增加內(nèi)能增加內(nèi)能減少內(nèi)能減少（W為正值）（W為負值）（Q為正值）（Q為負值）第34頁，共67頁，2023年，2月20日，星期二2.3《熱機的

工作原理》第35頁，共67頁，2023年，2月20日，星期二教學(xué)目標1、蒸汽機的工作原理工作物質(zhì)：水蒸氣能量變化：化學(xué)能→內(nèi)能→機械能２、內(nèi)燃機和燃氣輪機３、制冷機第36頁，共67頁，2023年，2月20日，星期二一、蒸汽機第37頁，共67頁，2023年，2月20日，星期二蒸汽機的出現(xiàn)曾引起了18世紀的工業(yè)革命。紐可門瓦特蒸汽機的改良者第38頁，共67頁，2023年，2月20日，星期二19世紀末，隨著電力應(yīng)用的興起，蒸汽機曾一度作為電站中的主要動力機械。1900年，美國紐約曾有單機功率達五兆瓦的蒸汽機電站。1829年創(chuàng)造了“火箭”號蒸汽機車，該機車拖帶一節(jié)載有30位乘客的車廂，時速達46公里/時，引起了各國的重視，開創(chuàng)了鐵路時代。至1807年，美國的富爾頓制成了第一艘實用的明輪推進的蒸汽機船“克萊蒙脫”號。直到20世紀初，它仍然是世界上最重要的原動機，后來才逐漸讓位于內(nèi)燃機和汽輪機等。自18世紀晚期起，蒸汽機不僅在采礦業(yè)中得到廣泛應(yīng)用，在冶煉、紡織、機器制造等行業(yè)中也都獲得迅速推廣。17世紀蒸汽提水機第39頁，共67頁，2023年，2月20日，星期二1、蒸汽機的工作原理鍋爐中的水受熱變成水蒸氣,水蒸氣經(jīng)管道進入汽室,通過滑動閥控制,蒸汽輪流著從兩汽路進入汽缸,驅(qū)動活塞往復(fù)運動,對外做功.2、工作物質(zhì)：水蒸氣3、能量變化：化學(xué)能→內(nèi)能→機械能第40頁，共67頁，2023年，2月20日，星期二二、內(nèi)燃機和燃氣輪機1、燃料在汽缸內(nèi)燃燒，直接利用汽缸內(nèi)生成的高溫高壓氣體推動活塞做功，這樣的熱機叫做內(nèi)燃機。2、汽油機、柴油機等都是內(nèi)燃機第41頁，共67頁，2023年，2月20日，星期二吸氣和壓縮沖程：空氣進入汽缸，并受到壓縮。汽油機在吸氣沖程吸入的的是汽油與空氣的混合物，在壓縮沖程結(jié)束時由電火花點火。做功沖程：汽油燃燒后形成高溫高壓氣體，推動活塞做功。這一過程中燃氣的溫度下降，壓強減小。排氣沖程：做功之后，飛輪由于慣性繼續(xù)轉(zhuǎn)動，帶動活塞把汽缸中的廢氣排出，為下一個循環(huán)的進氣沖程做準備。汽油機第42頁，共67頁，2023年，2月20日，星期二第43頁，共67頁，2023年，2月20日，星期二柴油機柴油機不靠電火花點火。壓縮沖程之后噴入柴油，柴油在高溫壓縮空氣中可以自燃。第44頁，共67頁，2023年，2月20日，星期二三、制冷機高溫?zé)釒斓蜏責(zé)釒霿動力機高溫?zé)釒斓蜏責(zé)釒霿制冷機第45頁，共67頁，2023年，2月20日，星期二工作原理制冷機的壓縮機在電動機等的帶動下做功，將蒸氣狀的制冷劑壓入冷凝器（散熱器），制冷劑在冷凝器液化，放出熱量；液態(tài)的制冷劑進入蒸發(fā)區(qū)后，通過很細的管道后膨脹、汽化，這個過程中冷庫的溫度降低。其后再次進入壓縮機，準備下一次循環(huán)過程。第46頁，共67頁，2023年，2月20日，星期二2.4《熱力學(xué)第二定律》第47頁，共67頁，2023年，2月20日，星期二教學(xué)目標

知識與能力：

1、了解某些熱學(xué)過程的方向性；2、了解什么是第二類永動機，為什么第二類永動機不可能制成；3、了解熱力學(xué)第二定律的兩種表述，理解熱力學(xué)第二定律的物理實質(zhì)；4、知道什么是能量耗散。教學(xué)重點：1、熱力學(xué)第二定律的實質(zhì)，定律的兩種不同表述；2、知道什么是第二類永動機，以及它不能制成的原因教學(xué)難點：熱力學(xué)第二定律的物理實質(zhì)教具：擴散裝置第48頁，共67頁，2023年，2月20日，星期二請回答：熱力學(xué)第一定律的文字敘述和數(shù)學(xué)表達式？復(fù)習(xí)提問：

內(nèi)容：外界對物體所做的功W加上物體從外界吸收的熱量Q等于物體內(nèi)能的變化ΔU。數(shù)學(xué)表達式：ΔU=W+Q2.請回答：能量守恒定律的文字敘述？

內(nèi)容：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)化為別的形式，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。第49頁，共67頁，2023年，2月20日，星期二設(shè)問：地球上有大量的海水，它的總量約為1.4×1018t，只要這些海水的溫度降低0.1℃，就能放出5.8×1023J的熱量，這相當(dāng)于1800萬個功率為100萬千瓦的核電站一年的發(fā)電量。為什么人們利用這種“新能源”呢？回答第50頁，共67頁，2023年，2月20日，星期二熱超導(dǎo)的方向性高溫物體熱量低溫物體指沒有任何外界的影響或者幫助1、現(xiàn)象：熱量會自發(fā)地從高溫物體傳給低溫物體，不會自發(fā)地從低溫物體傳給高溫物體。2、疑問：電冰箱內(nèi)的溫度比外界低，為什么能夠不斷的把箱內(nèi)的熱量傳給外界的空氣？問題分析3、歸納總結(jié)第51頁，共67頁，2023年，2月20日，星期二熱傳導(dǎo)的過程是有方向性的。歸納總結(jié)：第52頁，共67頁，2023年，2月20日，星期二第二類永動機1、現(xiàn)象：運動的物體由于克服摩擦力做功，這個過程中，物體的動能轉(zhuǎn)化成為內(nèi)能，使物體和地面的溫度升高。2、有人設(shè)想：發(fā)明一種熱機，用它把物體和地面所產(chǎn)生的熱量都吸收過來，將內(nèi)能全部轉(zhuǎn)化為動能，使因摩擦停止的物體重新運動起來，而不引起其他變化。簡單分析第53頁，共67頁，2023年，2月20日，星期二自然界中沒有這樣的現(xiàn)象，一個放在水平地面上的物體，靠降低溫度，可以把內(nèi)能自發(fā)地轉(zhuǎn)化成為動能，使這個物體運動起來。雖然這種設(shè)想并不違背能量守恒定律，但是我們卻不能制出這種熱機。分析第54頁，共67頁，2023年，2月20日，星期二3、熱機：（1）熱機的效率：η=W/Q1=W/W+Q2〈1（2）熱機不能把它得到的全部內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能。4、第二永類動機：從單一熱源吸收熱量，全部用來做功而不引起其它變化的熱機。此類熱機不可能制成。5、結(jié)論：第二永類動機不可能制成表示機械能和內(nèi)能的轉(zhuǎn)化過程具有方向性。盡管機械能可以全部轉(zhuǎn)化成內(nèi)能，內(nèi)能卻不能全部轉(zhuǎn)化成機械能，同時不引起其它變化。第55頁，共67頁，2023年，2月20日，星期二熱力學(xué)第二定律物理過程具有方法性定律內(nèi)容熱力學(xué)第二定律揭示了大量分子參與的客觀過程的方向性。局限性：熱力學(xué)第二定律不適用于少量分子，也不能把它推廣到無限的宇宙。第56頁，共67頁，2023年，2月20日，星期二舉例： 混合氣體不能自發(fā)分開氣體不能自發(fā)散開形成真空熱超導(dǎo)具有方向性第57頁，共67頁，2023年，2月20日，星期二定律內(nèi)容：兩種表述：克勞修斯表述(1850年)：不可能使熱量自發(fā)地從低溫物體傳遞到高溫物體，而不引起其他變化。（熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳遞到高溫物體。）開爾文表述(1851年)：不可能從單一熱源吸收熱量并把它全部用來做功，而不引起其他變化。或者說第二永類動機不可能制成。（熱量不能完全變成功，功可完全變成內(nèi)能。）兩種表述是等價的。第58頁，共67頁，2023年，2月20日，星期二設(shè)問回答因為不可能從海水中吸取熱量