高中物理第二册热力学第一定律、能量守恒定律（备课资料）

学必求其心得，业必贵于专精学必求其心得，业必贵于专精学必求其心得，业必贵于专精备课资料一、能的转化和守恒定律的建立能的转化和守恒定律的建立,揭示了机械热、电、化学等各种运动形式之间相互联系并相互转化的统一性,是物理学发展史上继牛顿运动学将天体运动和地面物体运动的大综合之后的第二次大综合，恩格斯将这一伟大的运动基本定律称为19世纪自然科学的三大发现之一，它不仅是自然科学的基础，而且也给哲学上的不灭运动原理和自然界运动形式的统一性提供了可靠的科学论据．19世纪前30年，物理学中一系列成就得到了这样一个结论：自然界中各种运动形式是可以相互转化的．1800年英国科学家尼科尔逊和医生卡莱尔通过电解水的实验证明了电可以发生化学变化，1820年丹麦物理学家奥斯特的实验证明了电可以转化为磁,1831年英国科学家法拉第证明了磁可以转化为电，1821年德国人赛贝克制成了温差电偶，证明了热可以转化为电等，这些发现使科学家们相信，自然界中的运动是统一的，声光电磁热和机械运动都是统一的“力"的不同表现形式．从40年代起,许多科学家就致力于将这一信念上升为规律性认识的必须有的定量依据的研究工作．德国医生迈尔由观察到海员从温带到热带静脉血颜色变得更红的现象，而促使他去思考各种自然力之间的相互转化．1842年迈尔在《论无机界的力》一文中,从“无不生有,有不变无”和“原因等于结果”的哲学思考中得出了“力就是不灭的、能转化的、无重量的客体”的结论,并提出了确定不同的“力"之间数值上的当量关系的必要性．1845年，迈尔根据当气体的温度发生确定的变化时，定压过程中的吸收的热量大于定容过程中吸收的热量的事实,计算出热功当量的数值J=365kg·m／cal．1878年才被公布的遗稿表明：S·卡诺在1830年已经认识到热质说的错误，给出了热功当量的数值:370kg·m／cal，并得出了一个普遍的命题:在自然界中存在的动力,在量上是不变的。英国物理学家焦耳从19世纪40年代至1878年间的三十多年时间内,通过电和热的转化、电和机械运动的转化、机械运动和热的转化测定了电热当量和热功当量．1847年6月，在牛津举行的英国科学促进会的会议上，焦耳报告了用砝码下落带动铜制的翼轮分别搅动水鲸脑油和水银的实验,分别测得的热功当量为781。5磅码／英热单位、782.格拉斯哥的力学教授兰金首先把“力的守恒原理”改称为“能量守恒定律”,大约到了1860年左右,这个原理才得到普遍承认,而且很快成为物理学和自然科学的重要基石．二、关于太阳能的转化太阳能辐射到地表,产生热量和化学能,热量给地球以温暖,推动地表水的循环和空气的流动.化学能被植物经过化学作用所利用,产生糖类及其他有机物，成为生命活动的能源．一个活的生命体可以看作是一个利用太阳能以维持自身生命,并延续下一代的化学系统．太阳能有着广泛的应用,其辐射的直接利用基本上有以下四种方式：（1)太阳能--内能转换这是目前技术最为成熟,成本最为低廉，因而应用最为广泛的形式，其基本原理是将太阳辐射能收集起来,利用温室效应来加热物体而获得内能,如地膜、大棚、温室等．目前使用较多的太阳能收集装置有两种：一种是平板式集热器，如太阳能热水器等；另一种是聚集型集热器,如反射式太阳灶、高温太阳炉等．(2)太阳能—-电能转换太阳能与电能转换有两种方式:一种就是利用太阳辐射能发电,一般是由太阳能集热器将吸收的热能转换成蒸气,再驱动汽轮机发电,但这一过程效率较低并且成本高，没有实用价值;另一种是太阳能与电能的转换，是利用光电效应，将太阳辐射能直接转换成电能．(3）太阳能——化学能转换利用太阳辐射能可以转化为化学键中的化学能，进而生成新物质,或利用其分解化学物质生成新物质．例如直接分解水制氢,是一种很有前途的光能与化学能的转化方式．(4)太阳能--一生物质能的转换主要是通过地球上众多的植物的光合作用，将太阳辐射能转化为生物质能．生物能又叫绿色能源,是植物体燃烧放出的热能．此外，叶绿素通过光合作用把二氧化碳和水转化为碳水化合物和氧气，这时太阳能转化成储存在植物体内有机物的化学能．三、对热力学第一定律“△U=Q+W”中W的理解在课本“改变内能的方式"的一节中有这样一句话:做功可以改变物体的内能．我们对这一句话要全面正确地理解,即通过做功的方法是可以改变物体的内能的，但不是做功都改变物体的内能．功是能量转化的量度，有的力在做功的过程中,其他形式的能同内能发生了转化，改变了物体的内能．而有的力在做功的过程中，只是除内能以外的其他形式的一些能发生了它们之间的转化,并没有使内能跟其他能发生转化，即没有改变物体的内能．热力学第一定律△U=W+Q反映了在改变内能两种方式都存在的情况下，三者的定量关系．