能量能量转化守恒能源的开发和利用

第五讲

能量能量转化守恒能源的开发和利用周璐复习系列课件——机械能和能源一、能量的多样性

对应于不同的运动形式，能的形式也是多种多样的。尽管各种能量我们还没有系统地学习，但在日常生活中我们也有所了解，如跟电现象相联系的电能，跟光现象有关的光能，跟原子核的变化有关的核能，跟化学反应有关的化学能，还有机械能、内能、电磁能等。二、能量之间的转化

在一定条件下，不同形式的能之间可以相互转化；做功的过程是能的转化的过程。1、如机械能与内能转化：运动的汽车紧急刹车，汽车最终停下来。这过程中汽车的动能（机械能）转化为轮胎和路面的内能（假定这过程没有与周围物体有热交换，即不散热也不吸热）。摩擦力做了多少功，内能就增加多少。公式W=△U表示了做功与内能变化的关系，这公式也反映出做功过程中，机械能的损失数量恰好等于物体内能增加的数量。2、不仅机械能和内能可以相互转化，其他形式能也可以和内能相互转化，又如：①电炉取暖：电能→内能②煤燃烧：化学能→内能③炽热灯灯丝发光：内能→光能3、其他形式的能彼此之间都可以相互转化。

三、能量守恒定律大量事实证明：各种形式的能都可以相互转化，并且在转化过程中守恒。内容：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只会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，在转化或转移的过程中，能量的总保持不变。公式：△E增=△E减四、能量守恒定律的普遍性和重要性(1)能量守恒定律普遍适用。在形形色色的自然现象中，只要有能量的转化，就一定服从能量守恒规律。从物理的、化学的现象到地质的、生物的现象，大到宇宙天体的演变，小到原子核内部粒子的运动，都服从能量守恒的规律。(2)能量守恒定律反映了自然现象的普遍联系。自然界的各种现象都不是孤立的，而是相互联系的。电灯发光跟电流有联系，电能转化为光能反映了这种联系。植物生长更不是孤立的，要靠阳光进行光合作用才能生长，光能转化为化学能反映了这种联系。(3)能量守恒定律是人类认识自然的重要依据。人类认识自然，就要根据种种自然现象，总结规律，能量守恒定律就是人类总结出的规律之一，而且人类认识的其他规律也必定符合能量守恒定律。1933年意大利科学家费米，在研究β衰变的过程中发现，能量不守恒。于是他根据能量守恒定律大胆预言了还有一种未发现的粒子，这就是现在已被科学界公认的中微子。这一事例说明了能明守恒定律，已成为人类认识自然的重要依据。

(4)能量守恒定律是人类利用自然的重要武器。纵观人类科学技术进步的历史，也是一部认识能量、利用能量、实现能量转化的历史。从原始人钻木取火，到水能利用；从蒸汽机发明，到电能的利用；从太阳能，到核能的利用。人类总是在认识、利用能源，逐步实现能量的转化。五、永动机不可能制成历史上不少人希望设计一种机器，这种机器不消耗任何能量，却可以源源不断地对外做功。这种机器被称为永动机。虽然很多人，进行了很多尝试和各种努力，但无一例外地以失败告终。失败的原因是设计者完全违背了量守恒定律，任何机器运行时其能量只能从一种形式转化为另一种形式。如果它对外做功必然消耗能量，不消耗能量就无法对外做功，因而永动机是永远不可能制造成功的。六、能量转化或转移的方向性能量的转化和转移是有方向性的（例如）人类发明的许多技术装置都是为人类服务的能量转化器。即许多能量的转化和转移必须借助于技术装置，而在自发转化和转移的情况下是有方向性的。（例如）能量在转化和转移中，即被利用过程中总存在一定的损失。（例如）例题与讨论例题1、一物体获得一定初速度后，沿一粗糙斜面上滑，在上滑过程中，物体和斜面组成的系统（）A、机械能守恒B、总能量守恒C、机械能和内能增加D、机械能减少，内能增加B、D例题2、如图所示，一质量均匀的不可伸长的绳索，重为G，两端固定在天花板上，今在最低点施加一竖直向下的力交绳拉成一个三角形，请定性分析在此过程中，绳索的重心位置如何变化？例题3、在水平面上平铺着n块相同的砖，每砖的质量都为m，厚度为s，若将这n块砖一块一块地叠放起来,至少需要做多少功？砖的重力势能变化多少？例题4、用铁锤打击铁钉，设打击时有80％的机械能转化为内能，内能的50％用来使铁钉的温度升高。问打击20次后，铁钉的温度升高多少摄氏度？已知铁锤的质量为1．2kg，铁锤打击铁钉时的速度是10m／s，铁钉质量是40g，铁的比热是5．0×102J／（kg·℃）。分析：指出铁锤打击铁钉时，铁锤的一部分动能转化为内能，而且内能中的一半被铁钉吸收，使它的温度升高。如果用△U表示铁钉的内能增加量，铁锤和铁钉的质量分别用M和m表示，铁锤打击铁钉时的速度用v表示。依据量守恒定律，有铁钉的内能增加量不能直接计算铁钉的温度，我们把机械能转化为内能的数量等效为以热传递方式完成的，因此等效为计算打击过程中铁钉吸收多少热量，这热量就是铁钉的内能增加量。因此有：Q＝cm△t上式中c为铁的比热，△t表示铁钉的温度升高量。将上面两个公式联立，Q=△U得出：能源：具有能量的物质，这些物质在一定条件下能够提供可利用的能量。1、能源的分类：一次能源：直接取之于自然界，末经人类加工转换的能源。如煤、石油、天然气、水能、风能、太阳能、生物能、海洋能、地热能等是一次能源。七、能源的开发与利用二次能源：从一次能源直接或间接转化而来的能源称为二次能源。如电能、氢能、焦炭能等属于二次能源。一次能源按是否能够再生又分为可再生能源与不可再生能源。太阳能、水能、风能、海洋能等属于可再生能源。煤、石油、天然气、核能等属于不可再生能源。2、能源危机与环境污染：按已探明的储量和目前的开采速度，地球上的煤还可以开采（）年；石油还可以开采（）年；天然气还可以开采（）年。2004060我国能源消耗总量已位居世界第（）位。二我国能源消耗以（）为主，约占能源消耗总量的（）。能源使用效率较低。煤75%我国随着经济的迅速增长和人们生活水平的提高，能源消耗量急剧增加，能量的需求和供应矛盾十分突出，能源短缺的现象十分严重！能源的大量使用在给人类带来文明和繁荣的同时，也给人类的生存环境带来了巨大的灾难！酸雨、温室效应、臭氧层破坏、城市热岛效应、土壤酸化、生态平衡破坏等严重威胁人类及生物的生存！！能源危机、环境污染已成为人类共同关注的世界