能量的守恒与耗散.ppt

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1、第二章能量的守恒与耗散,2.1能量守恒定律,教学目标,知识与能力： 1、掌握功的概念及变力做功的计算方法。 2、掌握保守力的特征及势能的概念，并会计算各种势能。 3、掌握质点和质点系的功能转换关系，并能灵活运用解决有关问题。 4、掌握机械能守恒定律及其适用条件。 5、理解势能曲线及其基本特征。,二、重点、难点分析 1重点内容是量守恒定律，强调量守恒定律是自然科学中最基本定律。 学习运用量守恒原理计算一些物理习题。 2运用量守恒定律对具体的自然现象进行分析，说明能是怎样转化的，对学生来说是有难度的。 三、教 具 幻灯、幻灯片，其内容是： 1反映电能、机械能、化学能与内能相互转化的实例插图。 2反

2、映自然界各种形式能相互转化的实例插图。 3历史上有人设计的“永动机”插图。,能量可以将自然界中各种不同的运动联系在一起，并且可以互相转换。,能量守恒定律,一、恒力的功：,动能和功,该守恒量的变化与功联系在一起。,能量守恒定律,一、恒力的功：,二、变力的功：,能量守恒定律,元贝驾考 元贝驾考2016科目一 科目四驾考宝典网 驾考宝典2016科目一 科目四,例题 一物体在外力 F=3x+2 （SI）作用下，从 x=0 移动到x=4m 处，求该力对物体所做的功。,能量守恒定律,解：这是一维变力做功的问题,四、动能定理：,能量守恒定律,三、功率：,例题 一个外力作用在 m=3 kg的物体上，其运动方程

3、为 x=3t-4t2+t3 （SI）求最初4秒内该力对物体所做的功。,能量守恒定律,势能 一、重力做功的特点 保守力： 做功大小与路径无关-保守力，其基本特点如下：,常见的保守力有：重力、弹性力、万有引力和静电力等,能量守恒定律,四种基本力均为保守力，摩擦力为非保守力，而摩擦力属于电磁力，为什么不是保守力？ 摩擦力是一种严格的宏观现象，而宏观现象中是不考虑微观上的原子或分子的内能变化； 摩擦力是由于动量被迁移给原子或分子而产生，宏观上的动能变成了微观上分子、原子的内能。 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,二、势能：（位置函数） 保守力所做的功等于势能增量的负值,分析重力势

4、能及弹性势能,能量守恒定律,势能的基本性质： 势能属于系统（是一种相互作用能）； 大小上只有相对意义，主要是其变化值； 势能是位置的能量，动能是运动的能量，两者之间可以相互转换； 只有保守力作功，才有势能。,能量守恒定律,能量守恒定律 一、机械能守恒定律： 对于开放系统的动能定理可写成,能量守恒定律,分析书上例1、例2,二、能量守恒定律： 能量既不能产生，也不能消灭，它只能从一种形式转换到另 一种形式，但总能量是守恒的。,能量守恒定律,能量守恒定律,分析书上例3,一维势能曲线 可以定性地分析各种运动的特征,2.2热力学第一定律,教学目标,知识与能力： 1.认识物质的运动形式有多种，对应不同运动

5、形式的运动有不同形式的能，各种形式的能在一定条件下可以相互转化 2. 进一步掌握能的转化和守恒定律，并了解能的转化和守恒定律的意义 3运用公式UWQ分析有关问题并具体进行计算 教学重点：热力第一定律 教学难点：能量守恒 教 具：多媒体课件,分子因热运动而具有的能量,同温度下各个分子的分子动能K 不同,分子动能的平均值仅和温度有关,分子间因有相互作用力而具有的、由它们相对位置决定的能量, rr0时,rP;0时,rP;0时，P 最低,P 随物态的变化而变化,物体内所有分子的K 和P 总和,物体的内能与温度和体积有关，还和物体所含的分子数有关。,1、下列说法正确吗? A、物体所有分子的动能的总和=物

6、体的动能 B、速度快的分子比速度慢的分子温度高 C、温度高物体中的分子运动速度大于温度低的物体 中的分子运动速度.,10Kg 500C 水分子的平均动能_1Kg 500C 水分子平均动能,10Kg 500C 水的内能_ 1Kg 500C 的水的内能,等于,大于,3、关于内能，下列说法正确的是 A、温度相同的物体内能一样多 B、一罐气放在卡车上随卡车做加速运动，罐中气体动能越来越大，所以内能也越来越大 C、一定质量的物体的内能，由温度和体积决定 D、某物体的内能为E，含分子数为n个，那么每个分子的内能为E/n,C,改变内能的两种方式,做功,热传递,对内,对外,吸热,放热,内能增加,内能增加,内能

7、减少,内能减少,（外界对物体做功）,（物体对外界做功）,（物体从外界吸热）,（物体对外界放热）,（3）做功和热传递在改变内能效果上是等效的,做功和热传递的区别,（1）做功改变内能：实质上是其它形式的能和内能 之间转化,（2）热传递：实质上是各物体间内能的转移,内能是一个状态量，一个物体在不同的状态下有不同的内能,内能与热量的区别,热量是一个过程量，它表示由于热传递而引起的变化过程中转移的能量，即内能的改变量。,如果没有热传递，就没有热量可言，但此时仍有内能,1、下列说法中正确的是: A、做功和热传递是改变物体内能的两种不同的物理过程 B、做功和热传递在改变物体内能上是等效的，因此对物体做功就是

8、对物体传热 C、热量是在热传递中，从一个物体向另一个物体或物体一部分向另一部分转移的内能的多少 D、高温的物体具有热量多，低温的物体具有热量少 E、冷和热的物体混合时，热的物体把温度传给冷的物体，最后温度相同,（A，C）,2、关于物体内能，下列说法中正确的是: A、手感到冷时，搓搓手就会感到暖些，这是利用做功来改变物体内能 B、将物体举高或使它们的速度增大，是利用作功来使物体内能增大 C、阳光照晒衣服，衣服的温度升高，是利用热传递来改变物体内能的 D、用打气筒打气，筒内气体变热，是利用热传递来改变物体的内能,（A，C）,10Kg1000C水的内能_10Kg1000C的水蒸气的内能,10Kg 0

9、0C 水的内能_10Kg 00C 的冰的内能,小于,大于,对于物态发生变化的过程，由吸热或放热来分析物体内能的增减是一种很简便的判断方法.,分子势能？,热力学第一定律 能量守恒定律,热力学第一定律,U=W+Q,外界对物体做功（对内）,W为正,物体对外界做功（对外）,W为负,物体从外界吸热（吸热）,Q为正,物体对外界放热（放热）,Q为负,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别的形式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中其总量不变。,第一类永动机,不消耗能量的机器,第一类永动机不可能制成,改变内能的两种方式,做功,热传递,对内,对外,吸热,放热,内

10、能增加,内能增加,内能减少,内能减少,（W为正值）,（W为负值）,（Q为正值）,（Q为负值）,2.3热机的工作原理,教学目标,1、蒸汽机的工作原理 工作物质：水蒸气 能量变化：化学能内能机械能 、内燃机和燃气轮机 、制冷机,一、蒸汽机,蒸汽机的出现曾引起了18世纪的工业革命。,纽可门,瓦特,蒸汽机的改良者,19世纪末，随着电力应用的兴起，蒸汽机曾一度作为电站中的主要动力机械。1900年，美国纽约曾有单机功率达五兆瓦的蒸汽机电站。,1829年创造了“火箭”号蒸汽机车，该机车拖带一节载有30位乘客的车厢，时速达46公里/时，引起了各国的重视，开创了铁路时代。,至1807年，美国的富尔顿制成了第一艘

11、实用的明轮推进的蒸汽机船“克莱蒙脱”号。,直到20世纪初，它仍然是世界上最重要的原动机，后来才逐渐让位于内燃机和汽轮机等。,自18世纪晚期起，蒸汽机不仅在采矿业中得到广泛应用，在冶炼、纺织、机器制造等行业中也都获得迅速推广。,17世纪蒸汽提水机,1、蒸汽机的工作原理,锅炉中的水受热变成水蒸气,水蒸气经管道进入汽室,通过滑动阀控制,蒸汽轮流着从两汽路进入汽缸,驱动活塞往复运动,对外做功.,2、工作物质：水蒸气,3、能量变化：化学能内能机械能,二、内燃机和燃气轮机,1、燃料在汽缸内燃烧，直接利用汽缸内生成的高温高压气体推动活塞做功，这样的热机叫做内燃机。,2、汽油机、柴油机等都是内燃机,吸气和压缩

12、冲程：空气进入汽缸，并受到压缩。汽油机在吸气冲程吸入的的是汽油与空气的混合物，在压缩冲程结束时由电火花点火。,做功冲程：汽油燃烧后形成高温高压气体，推动活塞做功。这一过程中燃气的温度下降，压强减小。,排气冲程：做功之后，飞轮由于惯性继续转动，带动活塞把汽缸中的废气排出，为下一个循环的进气冲程做准备。,汽油机,柴油机,柴油机不靠电火花点火。压缩冲程之后喷入柴油，柴油在高温压缩空气中可以自燃。,三、制冷机,动力机,制冷机,工作原理,制冷机的压缩机在电动机等的带动下做功，将蒸气状的制冷剂压入冷凝器（散热器），制冷剂在冷凝器液化，放出热量；液态的制冷剂进入蒸发区后，通过很细的管道后膨胀、汽化，这个过程

13、中冷库的温度降低。其后再次进入压缩机，准备下一次循环过程。,2.4热力学第二定律,教学目标,知识与能力： 1、了解某些热学过程的方向性；2、了解什么是第二类永动机，为什么第二类永动机不可能制成；3、了解热力学第二定律的两种表述，理解热力学第二定律的物理实质；4、知道什么是能量耗散。 教学重点：1、热力学第二定律的实质，定律的两种不同表述；2、知道什么是第二类永动机，以及它不能制成的原因 教学难点：热力学第二定律的物理实质 教具：扩散装置,请回答：热力学第一定律的文字叙述和数学表达式？,复习提问：,内容：外界对物体所做的功W加上物体从外界吸收的热量Q等于物体内能的变化U。,数学表达式： U=W+

14、Q,2. 请回答：能量守恒定律的文字叙述？,内容：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别的形式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中其总量不变。,设问：,地球上有大量的海水，它的总量约为1.41018t，只要这些海水的温度降低0.1，就能放出5.81023J的热量，这相当于1800万个功率为100万千瓦的核电站一年的发电量。为什么人们利用这种“新能源”呢？,回答,热超导的方向性,指没有任何外界的影响或者帮助,1、现象：热量会自发地从高温物体传给低温物体，不会自发地从低温物体传给高温物体。,3、归纳总结,热传导的过程是有方向性的。,归纳总结：,第二类永动机,1

15、、现象：运动的物体由于克服摩擦力做功，这个过程中，物体的动能转化成为内能，使物体和地面的温度升高。,2、有人设想：发明一种热机，用它把物体和地面所产生的热量都吸收过来，将内能全部转化为动能，使因摩擦停止的物体重新运动起来，而不引起其他变化。,简单分析,自然界中没有这样的现象，一个放在水平地面上的物体，靠降低温度，可以把内能自发地转化成为动能，使这个物体运动起来。 虽然这种设想并不违背能量守恒定律，但是我们却不能制出这种热机。,分析,3、热机： （1）热机的效率：=W/Q1=W/W+Q21 （2）热机不能把它得到的全部内能转化为 机械能。,4、第二永类动机：从单一热源吸收热量，全部用来做功而不引

16、起其它变化的热机。此类热机不可能制成。,5、结论：第二永类动机不可能制成表示机械能和内能的转化过程具有方向性。尽管机械能可以全部转化成内能，内能却不能全部转化成机械能，同时不引起其它变化。,热力学第二定律,物理过程具有方法性 定律内容 热力学第二定律揭示了大量分子参与的客观过程的方向性。 局限性：热力学第二定律不适用于少量分子，也不能把它推广到无限的宇宙。,举例：,混合气体不能自发分开 气体不能自发散开形成真空 热超导具有方向性,定律内容：,两种表述： 克劳修斯表述(1850年)：不可能使热量自发地从低温物体传递到高温物体，而不引起其他变化。（热量不能自发地从低温物体传递到高温物体。） 开尔文

17、表述(1851年)：不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化。或者说第二永类动机不可能制成。 （热量不能完全变成功，功可完全变成内能。） 两种表述是等价的。,设问回答,因为不可能从海水中吸取热量来做功，而而不引起其他变化。,设问,能量耗散,学生阅读,归纳：能量耗散从能量转化的角度反映出自然中的客观过程的方向性。,知识小结,热超导过程的方向性。 第二类永动机，第二类永动机不可能制成。 热力学第二定律的两种不同表述及物理实质。 能量耗散。,课后安排,1、复习第十一章，进行归纳总结。 2、完成针对训练。,2.5有序、无序和熵,教学目标,、热力学第三定律 （1）热力学温度T与摄氏温

18、度t之间的换算 （2）热力学第三定律内容：不可能通过有限的过程把物体冷却到绝对零度。 、能量的耗散与退化 、熵增加原理,一、热力学第三定律,2、热力学第三定律内容：不可能通过有限的过程把物体冷却到绝对零度。,说明绝对零度不可能到达，只能接近。,1、热力学温度T与摄氏温度t之间的换算,热力学第一定律：物体内能的增加等于物体从外界吸收的热量与外界对物体所做的功的总和。,热力学第二定律： 表述一：不可能使热量由低温物体传递到高温物体，而不产生其他变化。（按热传导的方向性表述） 表述二：不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化。（按能量转化的方向性表述）,用一个普遍的物理量作为共同

19、的标准，判断各种不可逆过程的进行方向？,燃料,热机,机械功,没有得到利用的能量,利用价值高的能量,利用价值低的能量,能量的品质“退化”,二、能量的耗散与退化,三、熵增加原理,任何孤立系统，它的总熵永远不会减小； 或者说，自然界的一切自发过程，总是朝着熵增加的方向进行的。熵增加原理,什么是熵？,什么是孤立系统？,熵越大，就越接近平衡状态，就越是不易转化。,熵增加原理说明：“自然界中有效能量不断减少”这种不可逆性。,四、有序向无序的转化,热传递,温度的“不均匀” “均匀”,气体膨胀,气体分子密集程度的“不均匀” “均匀”,“不均匀”有序 “均匀”无序,系统自发的过程总是从有序到无序的。,熵是表征系统的无序程度的物理量，熵越大，系统的无序程度越高。,