高中物理人教版 (2019)选择性必修 第三册第三章 热力学定律3 能量守恒定律精品ppt课件

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物理观念∶通过学习物理学史，感受建立能量的观点的过程，树立能量守恒的世界观。科学思维∶了解永动机模型，理解永动机不可制成的原因。科学探究：通过学习能量概念的建立过程，体验科学家探究规律的艰辛与执着。学习他们坚韧不拔的精神。科学态度与责任∶理解能量守恒定律，能用能量守恒的观点解释自然现象，指导实践活动。体会能量守恒定律是最基本、最普遍的自然规律之一。
重点：能量守恒定律及其应用。难点：能量守恒定律及其应用。
让“饮水小鸭”“喝” 完一口水后，直立起来。直立一会儿，又会慢慢俯下身去，再“喝”一口，然后又会直立起来。如此循环往复这种“饮水小鸭”玩具是一架永动机吗?
一、探索能量守恒的足迹
人类对能量的认识能量的概念是人类在对物质运动规律进行长期探索中建立起来的。所有自然现象都涉及能量，人类的任何活动都离不开能量。能量具有不同的形式，有描述热运动的内能、描述机械运动的机械能、描述光辐射的光能，等等。不同形式的运动对应不同形式的能量。
不同形式的能量可以相互转化
3.能量守恒观念的形成
能量既抽象又以各种不同的形式广泛存在，所以能量守恒思想的产生不是一蹴而就的。从各种实验的验证，再到对实验结果的质疑，科学家们付出了大量的努力，体现了科学前辈们对科学精神的追寻。从18世纪末到19世纪中叶，不同领域的科学家从不同角度都提出过能量守恒的思想。人类对能量守恒的认识经历了一个由浅人深、由含糊到清晰的过程。
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，或者从一个物体转移到另一个物体，而在转化或转移过程中，能量的总量保持不变。
(1)它与细胞学说，进化论一起被恩格斯誉为十九世纪自然科学的三大发现。
(2)能量守恒定律是在无数实验事实的基础上建立起来的，是最普遍、最重要、最可靠的自然科学的普遍规律之一。
(3)自然界一切已经实现的过程都遵守能量守恒定律。凡是违反能量守恒定律的过程都是不可能实现的
(4)机械能守恒定律只是能量守恒定律的特例。
小鸭头部的毛毡“饮水”后，水蒸发吸热，导致头部温度降低。上段玻璃管中的乙醚蒸汽被液化，压强减小，液柱上升，小鸭重心上移，直到小鸭倾倒。处于倾倒位置的小鸭，头部再次被浸湿，上下玻璃球内的气体相通，压强相等，乙醚流回下玻璃球内，重心下移，小鸭站立。如此循环往复。可见，正是因为小鸭头部“饮水”后水不断蒸发，吸收了察觉不到的空气的热量，才使小鸭能够持续工作下去。
不消耗任何能量，却可以源源不断地对外做功，这种机器叫永动机。
著名科学家达·芬奇早在15世纪就提出过永动机不可能的思想，他曾设计过一种转轮。在转轮边沿安装一系列的容器，容器中充了一些水银，他想水银在容器中移动有可能使转轮永远地转动，但是经过仔细研究之后，得出了否定的结论。他从许多类似的设计方案中认识到永动机的尝试是注定要失败的.他写道：“永恒运动的幻想家们！你们的探索何等徒劳无功！还是去做淘金者吧！”
17世纪，英国有一个被关在伦敦塔下叫马尔基斯的犯人，他做了一台可以转动的“永动机”，转轮直径达4.3米，有40个各重23千克的钢球沿转轮辐翼外侧运动，使力矩加大，待转到高处时，钢球会自动地滚向中心。据说，他曾向英国国王查理一世表演过这一装置。国王看了很是高兴，就特赦了他。其实这台机器是靠惯性来维持短时运动的。
19世纪有人设计了一种特殊机构，它的臂可以弯曲。臂上有槽，小球沿凹槽滚向伸长的臂端，使力矩增大。转到另一侧，软臂开始弯曲，向轴心靠拢。设计者认为这样可以使机器获得转矩。然而，他没有想到力臂虽然缩短了，阻力却增大了，转轮只能停止在原地。
1681年，英国有一位著名的医生弗拉德提出一个建议，利用阿基米得螺旋把水池的水提到高处，再让升高的水推动水轮机，水轮机除了带动水磨做功以外，还可使阿基米得螺旋转不断提水，如此周而复始，不就可以无需担心天旱水枯了吗？一时间，响应他的人大有人在，形形色色的自动水轮机陆续提出，竟出现了热潮。
大约在1570年，意大利有一位教授叫泰斯尼尔斯，提出用磁石的吸力可以实现永动机。A是一个磁石，铁球G受磁石吸引可沿斜面滚上去，滚到上端的E处，从小洞B落下，经曲面BFC返回，复又被磁石吸引，铁球就可以沿螺旋途径连续运动下去。大概他那时还没有建立库仑定律，不知道磁力大小是与距离的平方成反比变化的，只要认真想一想，其荒谬处就一目了然了。
不需要任何动力或燃料，却能源源不断地对外做功。
人类利用和改造自然时，必须遵循自然规律。
2.第一类永动机失败的原因与启示
关于热学现象和热学规律，下列说法中正确的是（　　）A．布朗运动就是液体分子的热运动B．用油膜法测分子直径的实验中，应使用纯油酸滴到水面上C．第一类永动机不可能制成是因为它违背了能量守恒定律D．用活塞压缩汽缸里的空气，对空气做功3.0×105J，同时空气的内能增加2.2×105 J，则空气从外界吸热5.2×105 J
A．布朗运动是小颗粒的运动，只是间接反映了液体分子的无规则运动，故A错误；B．用油膜法测分子直径的实验中，应使用油酸溶液滴到水面上，便于稀释后紧密排列在水面上，故B错误；C．第一类永动机违背了能量守恒定律，故C正确；D．由热力学第一定律△U=W+Q可知，空气向外界散出0.8×105J的热量，故D错误；故选C。
高空形成的冰雹加速下落，并有部分熔化，以下说法中不正确的是（　　）A．只有重力做功，冰雹下落时机械能守恒B．冰雹的势能转化为冰雹的动能C．冰雹的内能增大D．冰雹的机械能不守恒
AD．除了重力做功，还有阻力做功，所以冰雹下落时机械能不守恒，则A错误，符合题意；D正确，不符合题意；BC．冰雹的势能转化为冰雹的动能与内能，所以BC正确，不符合题意；故选A。
风力发电是一种环保的电能获取方式.图为某风力发电站外观图．假设当地水平风速约为10m/s，该风力发电站利用风的动能转化为电能的效率约为20％，风力发电机的叶片长度为10m，空气的密度是1.29kg/m³，某一工厂用电的功率为320kW，则大约需要多少台这样风力发电机同时为该工厂供电（ ）A．6 B．8 C．10 D．12
叶片旋转所形成的圆面积为
t秒内流过该圆面积的风柱体积为
1．判断（1）各种能量之间可以转移或转化，但总量保持不变。（ ）（2）第一类永动机因违背能量守恒定律，所以不可能制成。（ ）（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。（ ）
2．第一类永动机违反了什么而不能制成（ ）A．违反了热力学第一定律B．违反了机械能守恒定律C．违反了能量守恒定律D．以上说法都不对
3．如图所示容器中，A、B各有一个可自由移动的轻活塞，活塞下是水，上为空气，大气压恒定。A、B底部由带有阀门K的管道相连，整个装置与外界绝热。原先A中水面比B中高，打开阀门，使A中的水逐渐向B中流，最后达到平衡。在这个过程中，下面说法正确的是（ ）A．大气压力对水做功，水的内能增加B．水克服大气压力做功，水的内能减少C．大气压力对水不做功，水的内能不变D．大气压力对水不做功，水的内能增加
4．重1000kg的气锤从2.5m高处落下，打在质量为20kg的铁块上，要使铁块的温度升高40℃以上，气锤至少应落下多少次？（设气锤撞击铁块时做的功有60%用来升高铁块的温度，g取10m/s2，铁的比热容c＝4.62×102J/（kg•℃）