2019物理同步新一线教科选修3-3（课件+讲义+精练）：第四章能量守恒与热力学定律 (共12份打包)

本章以能量为主线，研究热力学第一定律，展示能量守恒定律的发现过程和意义；在自然过程的方向性和理想热机研究的基础上，探讨热力学第二定律，并通过揭示宏观过程方向的微观实质，认识熵的概念和意义。 通过本章的学习，了解热力学第一定律和能量守恒定律的发现过程，体会科学探索中的挫折和失败对科学发现的意义；会用能量守恒的观点解释自然现象；通过自然界中宏观过程的方向性，理解热力学第二定律。,本章的重点是热力学第一定律、热力学第二定律及能量守恒定律的理解和应用。 第1节能量守恒定律的发现 一、常见的能量形式 自然界中能量形式很多，常见的能量形式有：机械能、化学能、电磁能、内能、核能及太阳能等。各种形式的能在一定条件下，可以相互转化，且转化过程中遵循一定规律。 二、能量守恒定律发现的历史背景 1．蒸汽技术证明了内能可以转化为机械能。 2．各种基础运动形式之间可以相互联系及转化。 3．永动机研制的失败，从反面为能量守恒定律的提出提供了证据。 三、能量守恒定律的发现与确立 1．迈尔观点 体力和体热必定来源于食物中的化学能，内能、化学能、机械能都是等价的，是可以相互转化的，如果动物体内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守恒的。 2．焦耳的研究 (1)确定了电能向内能转化的定量关系。 (2)用了近40年的时间，不懈地钻研热功转换问题，为能量守恒定律提供了无可置疑的证据。 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，揭示了它们之间的统一性。 4．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另一种形式，或者从一个系统(物体)转移到另一个系统(物体)，在转化和转移的过程中其总量不变。 1．判断：(1)某个物体的能量减少，必然有其他物体的能量增加。(　　) (2)石子从空中落下，最后停止在地面上，说明机械能消失了。(　　) (3)自由摆动的秋千摆动幅度越来越小，减少的机械能转化为内能，但总能量守恒。 答案：(1)√　(2)×　(3)√ 2．思考：给玩具汽车上紧发条，玩具汽车就会跑起来，但最终玩具汽车会停止运动。分析这个过程中能量是怎样转化的。 提示：上紧的发条具有弹性势能，弹性势能转化为动能，玩具汽车就会跑起来。由于玩具汽车克服摩擦力做功，又把机械能转化为内能，故最终会停止运动。 不同形式的能量和能量之间的转化 1.物体的每一种运动形式都对应不同的能量 (1)机械运动——机械能。 (2)热运动——内能。 (3)电荷运动——电能。 (4)化学运动——化学能。 (5)生物运动——生物能。 (6)原子核内部的运动——原子能。 2．各种形式的能可以相互转化 (1)机械能中的动能和势能可以相互转化(如：自由落体运动)。 (2)机械能可以与内能相互转化(如：摩擦生热，消耗了机械能，通过做功的形式转化为内能；热机中的气体推动活塞做功，把气体内能转化为机械能)。 (3)其他形式的能也可以转化为内能(如：电流通过导体时，把电能转化为内能；炽热的灯丝发光，又把内能转化成光能；燃料燃烧时，把化学能转化成内能)。 3．太阳能的转化 能量之间的相互转化都是通过做功来实现的。 1．说出下列过程中是什么能量转化为内能。 (1)物体沿粗糙斜面下滑(　　　　　　)； (2)电源变压器发热(　　　　　　)； (3)汽油机内气体燃烧后变成高温气体(　　　　　　)； (4)车刀切下炽热铁屑(　　　　　　)。 解析：物体沿斜面下滑，克服摩擦力做功，机械能转化为内能；电流通过变压器线圈发热，电能转化为内能；气体(燃料)燃烧后变成高温气体，化学能转化为内能；车刀切下炽热的铁屑，克服摩擦力做功，机械能转化为内能。 答案：(1)机械能——内能　(2)电能——内能 (3)化学能——内能　(4)机械能——内能 能量守恒定律与永动机 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．能量守恒定律的意义：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。 5．第一类永动机不可能制成：任何机器运转时只能将能量从一种形式转化为另一种形式，而不可能无中生有地创造能量，即第一类永动机是不可能制造出来的。 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。 2．在光