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第七章 内能 能量守恒定律

第七章   内能  能量守恒定律
第七章   内能  能量守恒定律

第七章内能能量守恒定律

A 物体的内能

教学目标:

1、知道分子热运动的动能跟温度有关,知道温度是分子热运动平均动能

的标志。

2、知道什么是分子的势能;知道改变分子间的距离必须克服分子里

做功,因而分子势能发生变化;知道分子势能跟物体体积有关。

3、了解内能改变地两种方式:做功、热传递。

4、知道内能的变化可以分别由功和热量来量度。

5、知道做功和热传递对改变物体内能是等效的。

教学重点:物体的内能和决定物体内能的因素

理解并掌握改变物体内能的两种方式

教学难点:分子间做功跟分子势能变化的关系

对做功和热传递等效性的理解

教学过程:

复习引入:

分子运动论:物体是由大量分子组成的,分子间存在相互作用力

分子都在做无规则运动

热运动:物体内大量分子无规则运动与温度有关,温度越高,分子的无规则运动越激烈,所以我们又把这种运动叫做热运动

新课:

一、分子的动能温度

1、分子动能:组成物体的分子由于热运动而具有的能叫做分子动能

(1)大量分子的运动速率不尽相同,以中等速率者占多数。在研究热现象时,有意义的不时以各个分子的动能,而是大量分子动能的平均值。

(2)平均动能:物体里所有分子动能的平均值叫做分子热运动的平均动

能。

2、温度

(1)宏观含义:温度是表示物体的冷热程度。

(2)微观含义:(从分子动理论的观点)温度是物体分子热运动的平均动能的标志,温度越高,物体分子热运动的平均动能越大。

【注意】

(1)同一温度下,不同物质分子的平均动能都相同。但由于不同物质的分子质量不一定相同,所以分子热运动的平均速率也不一定相同。

(2)温度反映的是大量分子平均动能的大小,不能反映个别分子的动能大小,同一温度下,各个分子的动能不尽相同。

二、分子势能

1、分子势能:由于分子间存在相互作用力,并由它们的相对位置决定的能

叫做分子势能。

2、分子力做功跟分子势能变化的关系

分子力做正功时,分子势能减少,分子力做负功时,分子势能增加。

3、决定分子势能的因素

(1)从宏观上看:分子势能跟物体的体积有关。

(2)从微观上看:分子势能跟分子间距离r有关。

a.一般选取两分子间距离很大(r>10r0)时,分子势能为零

b.在r>r0的条件下,分子力为引力,当两分子逐渐靠近至r0过程中,分

子力做正功,分子势能减小。

c.在r

子力也做正功,分子势能也减小。

结论:当两分子间距离r=r0时,分子势能最小(且为负值)

三、物体的内能

1、物体的内能:物体中所有分子做热运动的动能和分子势能的总和叫做物

体的内能。也叫做物体的热力学能。

2、任何物体都具有内能。因为一切物体都是由不停地做无规则热运动并且

相互作用着地分子所组成。

3、决定物体内能地因素

(1)从宏观上看:物体内能地大小由物体的摩尔数、温度和体积三个因素

决定。

(2)从微观上看:物体内能的大小由组成物体的分子总数,分子热运动的

平均动能和分子间的距离三个因素决定。

四、物体的内能跟机械能的区别

1、能量的形式不同。物体的内能和物体的机械能分别跟两种不同的运动形

式相对应,内能是由于组成物体的大量分子的热运动及分子间的相对位

置而使物体具有的能。而机械能是由于整个物体的机械运动及其与它物

体间相对位置而使物体具有的能。

2、决定能量的因素不同。内能只与物体的温度和体积有关。而与整个物体

的运动速度跟物体的相对位置无关。机械能只与物体运动速度和跟其他

物体的相对位置有关,与物体的温度体积无关。

小结:物体的内能是组成物体的所有分子做热运动的动能和分子势能的总和,温度是物体分子热运动平均动能的标志。

任何物体都具有内能,对给定的物体其内能跟温度和体积有关,温度和体积的变化导致物体的内能的变化。

五、做功可以改变物体的内能

【演示】在一个厚壁玻璃筒里放一块棉花,尽快压下活塞,可看到棉花燃烧起来。

1、外界对物体做功,物体的内能增加

2、物体对外界做功,物体的内能减少

六、热传递可改变物体的内能

【演示】点燃酒精灯,将铁丝的一端放在酒精灯的火焰上灼烧,让一名同学手握

铁丝的另一端,一会就觉得发烫。

说明:热量从铁丝的一端传递到另一端,这一端的温度升高了,内能增加了。

1、热传递:没有做功而使内能改变的物理过程叫做热传递。

做功使物体的内能发生改变的时候,内能的改变就用功来量度。外界对物体做多少功,物体的内能就增加多少;物体对外界做多少功,物体的就减少多少。

热传递使物体的内能发生改变的时候,内能的改变是用热量来量度的。物体吸收了多少热量,物体的内能就增加多少;物体放出多少热量,物体的内能就减少多少。

2、做功和热传递在改变物体的内能上是等效的。

3、做功和热传递在本质上是不同的。

做功使物体的内能改变,是其他形式的能量和内能之间的转化(不同形式能量间的转化)

热传递使物体的内能改变,使物体间内能的转移(同种形式能量的转移)

小结:

做功和热传递是改变物体内能的两个物理过程,它们在改变物体内能上等效。但本质不同。物体内能的变化由功和热量来量度。

B 能的转化和能量守恒定律

教学目标:

1、能够从能量转化的观点理解热力学第一定律及其表达,会用⊿U=

W+Q分析和计算问题。

2、掌握能量守恒定律,理解这个定律的重要意义,会用能量转化和守恒的观

点分析物理现象。

3、能综合运用学过得知识,用能量守恒定律进行有关计算、分析、解决有关

问题。

4、了解第一类永动机不可能造成的原因

教学重点:能量的转化和能量守恒定律

教学难点:对热力学第一定律的正确理解和应用

教学过程:

一、热力学第一定律

1、物体与外界没有热交换时(绝热过程)

外界对物体作多少功,它的内能就增加多少,反之物体对外界做功多少,它的内能就减少多少。

⊿U=W。其中⊿U表示内能的增量,内能增加⊿U取正,内能减少⊿U取负;W表示功,外界对物体做功W取正,物体对外界做功W取负。做功的过程,物体的体积必发生变化。

2、物体与外界没有做功时,物体从外界吸收多少热量,它的内能就增加多少;物体向外界放出多少热量,它的内能就减少多少,⊿U=Q。其中Q表示热量,物体从外界吸热Q取正,物体向外界放热Q取负。

3、热力学第一定律:物体内能的增加等于外界对物体所作的功与从外界吸收的

热量之和。

(1)热力学第一定律反映了功、热量跟内能改变之间的定量关系。

(2)数学表达:⊿U=W+Q

【注意】式中⊿U、Q、W的正负及含义。

二、能量守恒定律

1、大量事实证明:能以多种形式存在于自然界,每一种形式的能对应于一种

运动形式。各种形式的能可以相互转化,并且在转化过程中

守恒。

2、能量守恒定律:能量既不能创生,也不能消失,它只能从一种形式转化为

另一种形式,或从一个物体转移到另外的物体,在转化或转

移过程中,其总量不变。

3、能量守恒定律是自然界最普遍、最重要的规律之一。

三、永动机不可能造成

1、第一类永动机:人们把设想中的不消耗能量的机器叫第一类永动机。

2、第一类永动机的设想由于违背了能量守恒定律,所以不可能制成

C 能的转化的方向性能源开发

教学目标:

一、知识目标

1、了解热传导过程的方向性,初步了解能量转移和能量转化的方向性.

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不同的表述,以及这两种表述的物理实质。

4、了解什么是能量耗散

5、了解什么是能源,了解什么是常规能源,了解常规能源的储量与人类的

需求矛盾

6、了解常规能源的使用与环境污染的关系,认识能源消耗对环境的影响.

7、了解那些能源是清洁能源,那些能源是可在生能源

二、能力目标

1.通过社会调查,了解当地能源使用对环境的影响.

2.培养学生认识科学、掌握科学、应用科学的本领.

三、方法和过程

1.初步认识科学及其相关技术对人类社会发展的影响,有将科学服务于人类的意识.

2.通过了解大量消耗能源对环境造成的破坏,初步认识科技给人类带来的负面效应,具有节能意识、环保意识.

3.初步认识科学及其相关技术对于社会发展、自然环境及人类生活的影响.有可持续发展

意识,能在个人所能及的范围对社会的可持续发展有所贡献.

4.有将科学服务于人类的意识,有理想,有抱负,热爱祖国,有振兴中华的使命感和责任感.

教学重点:热力学第二定律的物理实质各两种常见的表述

教学难点:两类永动机的区别,第二类永动机不可能制成的原因

教学过程:

一、热传导的方向性

1、实例:热量会自发的从高温物体传给低温物体。

【注意】

“自发的”是指没有任何外界的影响或帮助。电冰箱工作时能将冰箱内(温度较低)的热量传给外界空气(温度较高),是因为电冰箱消耗了电能,对制冷系统做了功。

2、热传导的过程具有方向性

热传导的过程可以向一个方向自反的进行(热量从高温物体自发的传给低温物体);但向相反的方向不会自反的产生(热量不会自发的从低温物体传给高温物体),只有在外界的帮助才能进行。

3、自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性。

二、第二类永动机(了解)

1、第二类永动机:人们把想象中能够从单一热源吸收热量,全部用来做功而

不引起其他变化的热机叫做第二类永动机。

2、第二类永动机不可能制成

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为内能,内能却不能全部转化为机械能,同时不引起其他变化。

3、第一类永动机和第二类永动机

它们都不可能制成,第一类永动机的设想违反了能量守恒定律;第二类永动机的设想虽不违反能量守恒定律,但违背了跟热现象相联系的宏观过程具有方向性的自然规律。

4、热机的效率η

(1)热机做的功W 和它从热源吸收的热量Q 1的比值叫做热机的效率η=1

Q W (2)热机的效率不可能达到100%

三、热力学第二定律

1、热力学第二定律常见的两种表述:

(1)按热传递的方向性来表述:不可能使若狂从低温物体传到高温物体,

而不因其他变化。

(2)按机械能与内能转化过程的方向性来表述: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。

2、两种表述使等价的

可以从一种表述导出另一种表述,两种表述都称为热力学第二定律

3、热力学第二定律的意义

提示了有大量分子参与的宏观过程的方向性,是独立于热力学第一定律的一个重要自然规律。

四、能量耗散 (了解)

1、能量耗散:流散的内能无法重新收集起来加以利用的现象叫做能量耗散。

2、能量耗散从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程具有方向性。

五、绝对零度不可达到 (了解)

1、温度的宏观含义:温度是表示物体冷热程度的物理量。

2、温度的微观含义:温度是物体内部分子无规则运动的剧烈程度标志。

温度越高,物体内部分子的热运动越剧烈。具体的说,温度的微观含义是分子热运动的平均动能的标志。

3、温标:温度的数值表示法

(1)摄氏温标

(2)热力学温标:

用热力学温标表示的温度叫热力学温度,用符号T表示,单位是开尔文,简称开,符号K

①热力学温度是国际单位制中七个物理量之一,因此它是基本单位。

②热力学温度和摄氏温度的数量关系T=t+273.15K

【注意】

用热力学温标表示的温度和用摄氏温标表示的温度,虽然起点不同,但所表示的温度的间隔是相同的。⊿T=⊿t

4、热力第三定律

(1)热力学第三定律:热力学零度不可达到

(2)热力学零度是低温的极限,只能无限接近,不可能达到。

(3)温度越低,降温越困难。

小结:

热力学第二定律有常见的两种表述,提示了有大量分子参与的宏观过程的方向性,第二类永动机不可能制成。

六、常规能源

1、能源:凡是能够提供可利用能量的物质统称能源

2、常规能源:人们把煤、石油、天然气叫做常规能源

3、常规能源的储量有限

4、常规能源的大量消耗带来了环境问题

(1)温室效应(2)酸雨(3)光化学烟雾浮尘

七、绿色能源的开发和利用

常规能源的短缺和利用常规能源带来的环境问题,使得新能源的开发成为当务之急

绿色能源:在释放能量和能量转化过程中对环境不造成污染的能源叫绿色能源。人类可开发和利用的绿色能源主要有下列几种:

风能、水流能(可再生)

太阳能、热核能(清洁能源)

氢能源、反物质能

大自然赐给人类的绿色能源储量丰富,只要我们科学开发、合理利用,必将对人类作出前所未有的贡献。

D 学习包——太阳能的利用

太阳能采集

太阳辐射的能流密度低,在利用太阳能时为了获得足够的能量,或者为了提高温度,必须采用一定的技术和装置(集热器),对太阳能进行采集。太阳能集热器是把太阳辐射能转换成热能的设备,它是太阳能热利用中的关键设备。

太阳辐射的能流密度低,在利用太阳能时为了获得足够的能量,或者为了提高温度,必须采用一定的技术和装置(集热器),对太阳能进行采集。集热器按是否聚光,可以划分为聚光集热器和非聚光集热器两大类。非聚光集热器(平板集热器,真空管集热器)能够利用太阳辐射中的直射辐射和散射辐射,集热温度较低;聚光集热器能将阳光会聚在面积较小的吸热面上,可获得较高温度,但只能利用直射辐射,且需要跟踪太阳。

平板集热器

历史上早期出现的太阳能装置,主要为太阳能动力装置,大部分采用聚光集热器,只有少数采用平板集热器。平板集热器是在17世纪后期发明的,但直至1960年以后才真正进行深入研究和规模化应用。在太阳能低温利用领域,平板集热器的技术经济性能远比聚光集热器好。为了提高效率,降低成本,或者为了满足特定的使用要求,开发研制了许多种平板集热器:按工质划分有空气集热器和液体集热器,目前大量使用的是液体集热器;按吸热板芯材料划分有钢板铁管、全铜、全铝、铜铝复合、不锈钢、塑料及其它非金属集热器等;按结构划分有管板式、扁盒式、管翅式、热管翅片式、蛇形管式集热器,还有带平面反射镜集热器和逆平板集热器等;按盖板划分有单层或多层玻璃、玻璃钢或高分子透明材料、透明隔热材料集热器等。目前,国内外使用比较普遍的是全铜集热器和铜铝复合集热器。铜翅和铜管的结合,国外一般采用高频焊,国内以往采用介质焊,199S年我国也开发成功全铜高频焊集热器。1937年从加拿大引进铜铝复合生产线,通过消化吸收,现在国内已建成十几条铜铝复合生产线。为了减少集热器的热损失,可以采用中空玻璃、聚碳酸酯阳光板以及透明蜂窝等作为盖板材料,但这些材料价格较高,一时难以推广应用。

真空管集热器

为了减少平板集热器的热损,提高集热温度,国际上70年代研制成功真空集热管,其吸热体被封闭在高真空的玻璃真空管内,大大提高了热性能。将若干支真空集热管组装在一起,即构成真空管集热器,为了增加太阳光的采集量,有的在真空集热管的背部还加装了反光板。真空集热管大体可分为全玻璃真空集热管,玻璃-U型管真空集热管,玻璃。金属热管真空集热管,直通式真空集热管和贮热式真空集热管。最近,我国还研制成全玻璃热管真空集热管和新型全玻璃直通式真空集热管。我国自1978年从美国引进全玻璃真空集热管的样管以来,经20多年的努力,我国已经建立了拥有自主知识产权的现代化全玻璃真空集热管的产业,用于生产集热管的磁控溅射镀膜机在百台以上,产品质量达世界先进水平,产量雄居世界首位。我国自80年代中期开始研制热管真空集热管,经过十几年的努力,攻克了热压封等许多技术难关,建立了拥有全部知识产权的热管真空管生产基地,产品质量达到世界先进水平,生产能力居世界首位。目前,直通式真空集热管生产线正在加紧进行建设,产品即将投放市场。

聚光集热器

聚光集热器主要由聚光器、吸收器和跟踪系统三大部分组成。按照聚光原理区分,聚光集热器基本可分为反射聚光和折射聚光两大类,每一类中按照聚光器的不同又可分为若干种。为了满足太阳能利用的要求,简化跟踪机构,提高可靠性,降低成本,在本世纪研制开发的聚光集热器品种很多,但推广应用的数量远比平板集热器少,商业化程度也低。在反射式聚光集热器中应用较多的是旋转抛物面镜聚光集热器(点聚焦)和槽形抛物面镜聚光集热器(线聚焦)。前者可以获得高温,但要进行二维跟踪;后者可以获得中温,只要进行一维跟踪。这两种聚光集热器在本世纪初就有应用,几十年来进行了许多改进,如提高反射面加工精度,研制高反射材料,开发高可靠性跟踪机构等,现在这两种抛物面镜聚光集热器完全能满足各种中、高温太阳能利用的要求,但由于造价高,限制了它们的广泛应用。

70年代,国际上出现一种“复合抛物面镜聚光集热器”(CPC),它由二片槽形抛物面反射镜组成,不需要跟踪太阳,最多只需要随季节作稍许调整,便可聚光,获得较高的温度。其聚光比一般在10以下,当聚光比在3以下时可以固

定安装,不作调整。当时,不少人对CPC评价很高,甚至认为是太阳能热利用技术的一次重大突破,预言将得到广泛应用。但几十年过去了,CPC仍只是在少数示范工程中得到应用,并没有象平板集热器和真空管集热器那样大量使用。我国不少单位在七八十年代曾对CPC进行过研制,也有少量应用,但现在基本都已停用。

其它反射式聚光器还有圆锥反射镜、球面反射镜、条形反射镜、斗式槽形反射镜、平面。抛物面镜聚光器等。此外,还有一种应用在塔式太阳能发电站的聚光镜--定日镜。定日镜由许多平面反射镜或曲面反射镜组成,在计算机控制下这些反射镜将阳光都反射至同一吸收器上,吸收器可以达到很高的温度,获得很大的能量。

利用光的折射原理可以制成折射式聚光器,历史上曾有人在法国巴黎用二块透镜聚集阳光进行熔化金属的表演。有人利用一组透镜并辅以平面镜组装成太阳能高温炉。显然,玻璃透镜比较重,制造工艺复杂,造价高,很难做得很大。所以,折射式聚光器长期没有什么发展。70年代,国际上有人研制大型菲涅耳透镜,试图用于制作太阳能聚光集热器。菲涅耳透镜是平面化的聚光镜,重量轻,价格比较低,也有点聚焦和线聚焦之分,一般由有机玻璃或其它透明塑料制成,也有用玻璃制作的,主要用于聚光太阳电池发电系统。

我国从70年代直至90年代,对用于太阳能装置的菲涅耳透镜开展了研制。有人采用模压方法加工大面积的柔性透明塑料菲涅耳透镜,也有人采用组合成型刀具加工直径1.5m的点聚焦菲涅耳透镜,结果都不大理想。近来,有人采用模压方法加工线性玻璃菲涅耳透镜,但精度不够,尚需提高。还有两种利用全反射原理设计的新型太阳能聚光器,虽然尚未获得实际应用,但具有一定启发性。一种是光导纤维聚光器,它由光导纤维透镜和与之相连的光导纤维组成,阳光通过光纤透镜聚焦后由光纤传至使用处。另一种是荧光聚光器,它实际上是一种添加荧光色素的透明板(一般为有机玻璃),可吸收太阳光中与荧光吸收带波长一致的部分,然后以比吸收带波长更长的发射带波长放出荧光。放出的荧光由于板和周围介质的差异,而在板内以全反射的方式导向平板的边缘面,其聚光比取决于平板面积和边缘面积之比,很容易达到10一100,这种平板对不同方向的入射光都能吸收,也能吸收散射光,不需要跟踪太阳。

太阳能贮存

地面上接受到的太阳能,受气候、昼夜、季节的影响,具有间断性和不稳定性。因此,太阳能贮存十分必要,尤其对于大规模利用太阳能更为必要。太阳能不能直接贮存,必须转换成其它形式能量才能贮存。大容量、长时间、经济地贮存太阳能,在技术上比较困难。本世纪初建造的太阳能装置几乎都不考虑太阳能贮存问题,目前太阳能贮存技术也还未成熟,发展比较缓慢,研究工作有待加强。

热能贮热

1、显热贮存。利用材料的显热贮能是最简单的贮能方法。在实际应用中,水、沙、石子、土壤等都可作为贮能材料,其中水的比热容最大,应用较多。七八十年代曾有利用水和土壤进行跨季节贮存太阳能的报道。但材料显热较小,贮能量受到一定限制。

2、潜热贮存。利用材料在相变时放出和吸入的潜热贮能,其贮能量大,且在温度不变情况下放热。在太阳能低温贮存中常用含结晶水的盐类贮能,如10水硫酸钠/水氯化钙、12水磷酸氢钠等。但在使用中要解决过冷和分层问题,以保证工作温度和使用寿命。太阳能中温贮存温度一般在100℃以上、500℃以下,通常在300℃左右。适宜于中温贮存的材料有:高压热水、有机流体、共晶盐等。太阳能高温贮存温度一般在500℃以上,目前正在试验的材料有:金属钠、熔融盐等。1000℃以上极高温贮存,可以采用氧化铝和氧化锗耐火球。

3、化学贮热。利用化学反应贮热,贮热量大,体积小,重量轻,化学反应产物可分离贮存,需要时才发生放热反应,贮存时间长。真正能用于贮热的化学反应必须满足以下条件:反应可逆性好,无副反应;反应迅速;反应生成物易分离且能稳定贮存;反应物和生成物无毒、无腐蚀、无可燃性;反应热大,反应物价格低等,目前已筛选出一些化学吸热反应能基本满足上述条件,如Ca(OH)2的热分解反应,利用上述吸热反应贮存热能,用热时则通过放热反应释放热能。但是,Ca(OH)2在大气压脱水反应温度高于500℃,利用太阳能在这一温度下实现脱水十分困难,加入催化剂可降低反应温度,但仍相当高。所以,对化学反应贮存热能尚需进行深入研究,一时难以实用。其它可用于贮热的化学反应还有金属氢化物的热分解反应、硫酸氢铵循环反应等。

4、塑晶贮热。1984年,美国在市场上推出一种塑晶家庭取暖材料。塑晶学

名为新戊二醇(NPG),它和液晶相似,有晶体的三维周期性,但力学性质象塑料。它能在恒定温度下贮热和放热,但不是依靠固一液相变贮热,而是通过塑晶分子构型发生固-固相变贮热。塑晶在恒温44℃时,白天吸收太阳能而贮存热能,晚上则放出白天贮存的热能。美国对NPG的贮热性能和应用进行了广泛的研究,将塑晶熔化到玻璃和有机纤维墙板中可用于贮热,将调整配比后的塑晶加入玻璃和纤维制成的墙板中,能制冷降温。我国对塑晶也开展了一些实验研究,但尚未实际应用。

5、太阳池贮热。太阳池是一种具有一定盐浓度梯度的盐水池,可用于采集和贮存太阳能。由于它简单、造价低和宜于大规模使用,引起人们的重视。60年代以后,许多国家对太阳池开展了研究,以色列还建成三座太阳池发电站。7 0年代以后,我国对太阳池也开展了研究,初步得到一些应用。

电能贮存

电能贮存比热能贮存困难,常用的是蓄电池,正在研究开发的是超导贮能。世界上铅酸蓄电池的发明已有100多年的历史,它利用化学能和电能的可逆转换,实现充电和放电。铅酸蓄电池价格较低,但使用寿命短,重量大,需要经常维护。近来开发成功少维护、免维护铅酸蓄电池,使其性能有一定提高。目前,与光伏发电系统配套的贮能装置,大部分为铅酸蓄电池。1908年发明镍-铜、镍-铁碱性蓄电池,其使用维护方便,寿命长,重量轻,但价格较贵,一般在贮能量小的情况下使用。现有的蓄电池贮能密度较低,难以满足大容量、长时间贮存电能的要求。新近开发的蓄电池有银锌电池、钾电池、钠硫电池等。某些金属或合金在极低温度下成为超导体,理论上电能可以在一个超导无电阻的线圈内贮存无限长的时间。这种超导贮能不经过任何其它能量转换直接贮存电能,效率高,起动迅速,可以安装在任何地点,尤其是消费中心附近,不产生任何污染,但目前超导贮能在技术上尚不成熟,需要继续研究开发。

氢能贮存

氢可以大量、长时间贮存。它能以气相、液相、固相(氢化物)或化合物(如氨、甲醇等)形式贮存。气相贮存:贮氢量少时,可以采用常压湿式气柜、高

压容器贮存;大量贮存时,可以贮存在地下贮仓、由不漏水土层复盖的含水层、盐穴和人工洞穴内。液相贮存:液氢具有较高的单位体积贮氢量,但蒸发损失大。将氢气转化为液氢需要进行氢的纯化和压缩,正氢-仲氢转化,最后进行液化。液氢生产过程复杂,成本高,目前主要用作火箭发动机燃料。固相贮氢:利用金属氢化物固相贮氢,贮氢密度高,安全性好。目前,基本能满足固相贮氢要求的材料主要是稀土系合金和钛系合金。金属氢化物贮氢技术研究已有30余年历史,取得了不少成果,但仍有许多课题有待研究解决。我国对金属氢化物贮氢技术进行了多年研究,取得一些成果,目前研究开发工作正在深入。

机械能贮存

太阳能转换为电能,推动电动水泵将低位水抽至高位,便能以位能的形式贮存太阳能;太阳能转换为热能,推动热机压缩空气,也能贮存太阳能。但在机械能贮存中最受人关注的是飞轮贮能。早在50年代有人提出利用高速旋转的飞轮贮能设想,但一直没有突破性进展。近年来,由于高强度碳纤维和玻璃纤维的出现,用其制造的飞轮转速大大提高,增加了单位质量的动能贮量;电磁悬浮、超导磁浮技术的发展,结合真空技术,极大地降低了摩擦阻力和风力损耗;电力电子的新进展,使飞轮电机与系统的能量交换更加灵活。所以,近来飞轮技术已成为国际上研究热点,美国有20多个单位从事这项研究工作,已研制成贮能20 kWh飞轮,正在研制5MWh~100MWh超导飞轮。我国已研制成贮能0.3kwh的小型实验飞轮。在太阳能光伏发电系统中,飞轮可以代替蓄电池用于蓄电。

太阳能的传输

太阳能不象煤和石油一样用交通工具进行运输,而是应用光学原理,通过光的反射和折射进行直接传输,或者将太阳能转换成其它形式的能量进行间接传输。直接传输适用于较短距离,基本上有三种方法:通过反射镜及其它光学元件组合,改变阳光的传播方向,达到用能地点;通过光导纤维,可以将入射在其一端的阳光传输到另一端,传输时光导纤维可任意弯曲;采用表面镀有高反射涂层的光导管,通过反射可以将阳光导入室内。间接传输适用于各种不同距离。将太阳能转换为热能,通过热管可将太阳能传输到室内;将太阳能转换为氢能或其它载能化学材料,通过车辆或管道等可输送到用能地点;空间电站将太阳能转换为电能,通过微波或激光将电能传输到地面。太阳能传输包含许多复杂的技术问题,应认真进行研究,这样才能更好地利用太阳能。

太阳能的利用与技术

世界将太阳能作为一种能源和动力加以利用,已经有300多年的历史。161 5年法国工程师所罗门.德.考克斯发明了第一台利用太阳能加热空气使膨胀做

功而抽水的机器.

太阳内部的核聚变反应

太阳核心是一切力量的中心和出发点。氢原子于2,700万度高温转化为氦。以射线形式释放出的能,向太阳表面涌出,可达300,000哩(1哩=1609米)的高空中。而太阳内部每秒钟以六亿五千七百万吨之多的氢转变为六亿五千二百五十万吨氦灰——放出能量为E=mc2。

太阳能传输

太阳能不象煤和石油一样用交通工具进行运输,而是应用光学原理,通过光的反射和折射进行直接传输,或者将太阳能转换成其它形式的能量进行间接传输。

太阳能直接传输

直接传输:适用于较短距离,基本上有三种方法:通过反射镜及其它光学元件组合,改变阳光的传播方向,达到用能地点;通过光导纤维,可以将入射在其一端的阳光传输到另一端,传输时光导纤维可任意弯曲;采用表面镀有高反射涂层的光导管,通过反射可以将阳光导入室内。

间接传输:适用于各种不同距离。将太阳能转换为热能,通过热管可将太阳能传输到室内;将太阳能转换为氢能或其它载能化学材料,通过车辆或管道等可输送到用能地点;空间电站将太阳能转换为电能,通过微波或激光将电能传输到地面。

太阳能转换利用技术

太阳能利用涉及的技术问题很多,但根据太阳能的特点,具有共性的技术主要有四项,即太阳能采集、太阳能转换、太阳能贮存和太阳能传输,将这些技术与其它相关技术结合在一起,便能进行太阳能的实际利用---光热利用、光电利用和光化学利用。

一、生物转换利用太阳能:

1、通过光合作用使太阳能吸收和储存在生物质内经过化学和生物处

理,制成液体或固体燃料。

2、将糖类作物、谷物和植物纤维作原料,生产燃料酒精,渗到汽油中合成酒精汽油,例如巴西已从甘蔗中提炼酒精和汽油合成汽车用油。、

3、发展薪炭林。烧炭是一种古老的生物能利用方式,若有计划的植林,不仅可作燃料以及作为酒精沼气原料,而且还能保护环境,防止水土流失。

4、将高等有机废物进行分解,在厌氧微生物作用下,可产生沼气。

5、尚在研究利用藻类和某些微生物的光合作用,在阳光下分解制氢,提供燃料。

二、光热转换利用太阳能:

1、利用太阳辐射能加热集热器,把吸收的热能转换为机械能或电能。

2、例如太阳能烘干机可以烘干粮食、烟叶、干果、农副产品及木材等;

3、主动和被动的太阳房是利用太阳能采暖,是空调的一种简单、经济、有实效的项目;

4、可利用太阳能蒸馏器,用于海水淡化。

三、光电转换利用太阳能:

即通过半导体材料直接将太阳辐射能转变为电能(直流电)。

1、目前太阳能电池的种类主要有硅、硫化镉、砷化镓等电池。

2、电池技术较成熟,主要用于航天、无人灯塔、无线电中继站、无人气象站、浮标和电围栏等作为电源。

四、光化学转换利用太阳能:

过光解或电解作用的热化学方法制造氢气,是对未来能源发展具有战略意义的一个途径。

意大利和瑞士发明了一种有效地利用太阳能分解水中氢气的方法,从生态角度上看,氢气一直被认为是理想的燃料,因为氢不产生有害废弃物,它燃烧后的唯一副产品是水,所以氢是一种清洁的燃料。

太阳能在各领域中的利用

1、太阳的光电利用

太阳能热发电:主要是把太阳的能量聚集在一起,加热来驱动汽轮机发电。

太阳能光伏发电:将太阳能电池组合在一起,大小规模随意。可独立发电,也可并网发电。

太阳能水泵:正在取代太阳能热动力水泵,九十年代我国研制的2.5kw光伏水泵在新疆运用。

2、太阳的热利用

太阳能热水:我国自从1958年研制出第一台热水器后,经过四十多年的努力,我国太能热水器产销量均占世界首位。

太阳能干燥:70年代后,太阳能干燥器迅速发展,尤其在农村,对许多农副产

品做了太阳能干燥的试验。

太阳灶:太阳灶可分为热箱式和聚光式两类,我国是世界上推广应用太阳灶最多的国家。

3、太阳能建筑:太阳能建筑有三种形式:

(1)被动式:结构简单,造价低,以自然热交换方式来获得能量;

(2)主动式:结构较复杂,造价较高,需要电做辅助能源;

(3)“零能建筑”结构复杂,造价高,全部建筑所需要的能量都由“太阳屋顶”来提供。

4、太阳能的冷利用

太阳能制冷与空调:是节能型的绿色空调,无噪声,无污染,可很快地投入商业化的生产。

太阳能其它:

可淡化海水,利用太阳光催化治理环境,培养能源植物,在通信、运输、农业、防灾、阴极保护、消费、电子产品等诸多方面,都有广泛的应用。

太阳能利用的优点

1、普遍性:太阳光照射的面积散布在地球大部分角落,仅差入射角不同而造成的光能有异,但至少不会被少数国家或地区垄断,造成无谓的能源危机。

2、永久性:太阳的能量极其庞大,科学家计算出至少有六百万年的期限,对于人类而言,这样的时间可谓是无限。

3、无污染性:现今使用最多的矿物能源,其滋生的问题不外是废物的处理,物体不灭,能源耗竭越多,产生污染也相对增加,太阳能则无危险性及污染性。

4、和平性:在人类与自然和平共处的原则下,使用太阳能最不伤和气,且若设备使用得当,装置成后所需费用极少,而每年至少可生1×1017千瓦的电力。太阳能利用的缺点

1、稳定性差:受日夜季候的影响,太阳能不断地生变化。

2、装置成本过高:吸收太阳能的受光面积须达一定规模方有效果,因此相对地成本提高。

3、污染问题:有人针对太阳能的污染问题提出“目视污染”,即庞大的太阳能收集器造成视觉上的污染。

太阳能转换

太阳能是一种辐射能,具有即时性,必须即时转换成其它形式能量才能利用和贮存。将太阳能转换成不同形式的能量需要不同的能量转换器,集热器通过吸收面可以将太阳能转换成热能,利用光伏效应太阳电池可以将太阳能转换成电能,通过光合作用植物可以将太阳能转换成生物质能,等等。原则上,太阳能可以直接或间接转换成任何形式的能量,但转换次数越多,最终太阳能转换的效率便越低。

黑色吸收面吸收太阳辐射,可以将太阳能转换成热能,其吸收性能好,但辐射热损失大,所以黑色吸收面不是理想的太阳能吸收面。选择性吸收面具有高的太阳吸收比和低的发射比,吸收太阳辐射的性能好,且辐射热损失小,是比较理想的太阳能吸收面。这种吸收面由选择性吸收材料制成,简称为选择性涂层。它是在本世纪40年代提出的,1955年达到实用要求,70年代以后研制成许多新型选择性涂层并进行批量生产和推广应用,目前已研制成上百种选择性涂层。我国自70年代开始研制选择性涂层,取得了许多成果,并在太阳集热器上广泛使用,效果十分显著。

太阳能-电能转换

电能是一种高品位能量,利用、传输和分配都比较方便。将太阳能转换为电能是大规模利用太阳能的重要技术基础,世界各国都十分重视,其转换途径很多,有光电直接转换,有光热电间接转换等。这里重点介绍光电直接转换器件--太阳电池。世界上,1941年出现有关硅太阳电池报道,1954年研制成效率达6%的单晶硅太阳电池,1958年太阳电池应用于卫星供电。在70年代以前,由于太阳电池效率低,售价昂贵,主要应用在空间。70年代以后,对太阳电池材料、结构和工艺进行了广泛研究,在提高效率和降低成本方面取得较大进展,地面应用规模逐渐扩大,但从大规模利用太阳能而言,与常规发电相比,成本仍然大高。

目前,世界上太阳电他的实验室效率最高水平为:单晶硅电池24%(4cm2),多晶硅电池18.6%(4cm2), InGaP/GaAs双结电池30.28%(AM1),非晶硅电池14.5%(初始)、12.8(稳定),碲化镉电池15.8%,硅带电池14.6%,二氧化钛有机纳米电池10.96%。

我国于1958年开始太阳电池的研究,40多年来取得不少成果。目前,我国太阳电他的实验室效率最高水平为:单晶硅电池20.4%(2cm×2cm),多晶硅电池14.5%(2cm×2cm)、12%(10cm×10cm),GaAs电池 20.1%(lcm×c m),GaAs/Ge电池19.5%(AM0),CulnSe电池9%(lcm×1cm),多晶硅薄膜电池13.6%(lcm×1cm,非活性硅衬底),非晶硅电池8.6%(10cm×10 cm)、7.9%(20cm×20cm)、6.2%(30cm×30cm),二氧化钛纳米有机电池10%(1cm×1cm)。

氢能是一种高品位能源。太阳能可以通过分解水或其它途径转换成氢能,即太阳能制氢,其主要方法如下:

1、太阳能电解水制氢。电解水制氢是目前应用较广且比较成熟的方法,效率较高(75%-85%),但耗电大,用常规电制氢,从能量利用而言得不偿失。所以,只有当太阳能发电的成本大幅度下降后,才能实现大规模电解水制氢。

2、太阳能热分解水制氢。将水或水蒸汽加热到3000K以上,水中的氢和氧便能分解。这种方法制氢效率高,但需要高倍聚光器才能获得如此高的温度,一般不采用这种方法制氢。

3、太阳能热化学循环制氢。为了降低太阳能直接热分解水制氢要求的高温,发展了一种热化学循环制氢方法,即在水中加入一种或几种中间物,然后加热到较低温度,经历不同的反应阶段,最终将水分解成氢和氧,而中间物不消耗,可循环使用。热化学循环分解的温度大致为900-1200K,这是普通旋转抛物面镜聚光器比较容易达到的温度,其分解水的效率在17.5%-75.5%。存在的主要问题是中间物的还原,即使按99.9%-99. 99%还原,也还要作 0.1%-0.01%的补充,这将影响氢的价格,并造成环境污染。

4、太阳能光化学分解水制氢。这一制氢过程与上述热化学循环制氢有相似之处,在水中添加某种光敏物质作催化剂,增加对阳光中长波光能的吸收,利用光化学反应制氢。日本有人利用碘对光的敏感性,设计了一套包括光化学、热电反应的综合制氢流程,每小时可产氢97升,效率达10%左右。

5、太阳能光电化学电池分解水制氢。1972年,日本本多健一等人利用n型二氧化钛半导体电极作阳极,而以铂黑作阴极,制成太阳能光电化学电池,在太阳光照射下,阴极产生氢气,阳极产生氧气,两电极用导线连接便有电流通过,即光电化学电池在太阳光的照射下同时实现了分解水制氢、制氧和获得电能。这一实验结果引起世界各国科学家高度重视,认为是太阳能技术上的一次突破。但是,光电化学电池制氢效率很低,仅0.4%,只能吸收太阳光中的紫外光和近紫外光,且电极易受腐蚀,性能不稳定,所以至今尚未达到实用要求。

6、太阳光络合催化分解水制氢。从1972年以来,科学家发现三联毗啶钉络合物的激发态具有电子转移能力,并从络合催化电荷转移反应,提出利用这一过程进

行光解水制氢。这种络合物是一种催化剂,它的作用是吸收光能、产生电荷分离、电荷转移和集结,并通过一系列偶联过程,最终使水分解为氢和氧。络合催化分解水制氢尚不成熟,研究工作正在继续进行。

7、生物光合作用制氢。40多年前发现绿藻在无氧条件下,经太阳光照射可以放出氢气;十多年前又发现,兰绿藻等许多藻类在无氧环境中适应一段时间,在一定条件下都有光合放氢作用。目前,由于对光合作用和藻类放氢机理了解还不够,藻类放氢的效率很低,要实现工程化产氢还有相当大的距离。据估计,如藻类光合作用产氢效率提高到10%,则每天每平方米藻类可产氢9克分子,用5万平方公里接受的太阳能,通过光合放氢工程即可满足美国的全部燃料需要。

太阳能-生物质能转换

通过植物的光合作用,太阳能把二氧化碳和水合成有机物(生物质能)并放出氧气。光合作用是地球上最大规模转换太阳能的过程,现代人类所用燃料是远古和当今光合作用固定的太阳能,目前,光合作用机理尚不完全清楚,能量转换效率一般只有百分之几,今后对其机理的研究具有重大的理论意义和实际意义。

太阳能-机械能转换

20世纪初,俄国物理学家实验证明光具有压力。20年代,前苏联物理学家提出,利用在宇宙空间中巨大的太阳帆,在阳光的压力作用下可推动宇宙飞船前进,将太阳能直接转换成机械能。科学家估计,在未来10~20年内,太阳帆设想可以实现。通常,太阳能转换为机械能,需要通过中间过程进行间接转换。

教科版小学六年级科学上册能量守恒定律简介

能量守恒定律简介 世界是由运动的物质组成的,物质的运动形式多种多样,并在不断相互转化正是在研究运动形式转化的过程中,人们逐渐建立起了功和能的概念能是物质运动的普遍量度,而功是能量变化的量度。 这种说法概括了功和能的本质,但哲学味道浓了一些在物理学中,从19世纪中叶产生的能量定义:“能量是物体做功的本领”,一直延用至今但近年来不论在国外还是国内,物理教育界却对这个定义是否妥当展开过争论于是许多物理教材,例如现行的中学教材,都不给出能量的一般定义,而是根据上述定义的思想,即物体在某一状态下的能量,是物体由这个状态出发,尽其所能做出的功来给出各种具体的能量形式的操作定义(用量度方法代替定义)。 能量概念的形成和早期发展,始终是和能量守恒定律的建立过程紧密相关的由于对机械能、内能、电能、化学能、生物能等具体能量形式认识的发展,以及它们之间都能以一定的数量关系相互转化的逐渐被发现,才使能量守恒定律得以建立这是一段以百年计的漫长历史过程随着科学的发展,许多重大的新物理现象,如物质的放射性、核结构与核能、各种基本粒子等被发现,都只是给证明这一伟大定律的正确性提供了更丰富的事实尽管有些现象在发现的当时似乎形成了对这一定律的冲击,但最后仍以这一定律的完全胜利而告终。能量守恒定律的发现告诉我们,尽管物质世界千变万化,但这种变化决不是没有约束的,最基本的约束就是守恒律也就是说,一切运动变化无论属于什么样的物质形式,反映什么样的物质特性,服从什么样的特定规律,都要满足一定的守恒律物理学中的能量、动量和角动量守恒,就是物理运动所必须服从的最基本的规律与之相较,牛顿运动定律、麦克斯韦方程组等都低了一个层次。 定律内容 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。能量守恒定律如今被人们普遍认同,但是并没有严格证明。 1)自然界中不同的能量形式与不同的运动形式相对应:物体运动具有机械能、分子运动具有内能、电荷的运动具有电能、原子核内部的运动具有原子能等

功能关系能量守恒定律专题

功能关系能量守恒定律专题 一、功能关系 1.内容 (1)功是的量度,即做了多少功就有发生了转化. (2)做功的过程一定伴随着 ,而且必通过做功来实现. 2.功与对应能量的变化关系 说明 每一种形式的能量的变化均对应一定力的功. 二、能量守恒定律 1.内容:能量既不会消灭,也 .它只会从一种形式为其他形式,或者从一个物体转移到另一个物体,而在转化和转移的过程中,能量的总量 . 2.表达式:ΔE减= . 说明ΔE增为末状态的能量减去初状态的能量,而ΔE减为初状态的能量减去末状态的能量. 热点聚焦 热点一几种常见的功能关系 1.合外力所做的功等于物体动能的增量,表达式:W合=E k2-E k1 , 即动能定理. 2.重力做正功,重力势能减少;重力做负功,重力势能增加.由于“增量”是终态量减去始态量,所以重力的功等于重力势能增量的负值,表达式: WG=-ΔEp=Ep1-Ep2. 3.弹簧的弹力做的功等于弹性势能增量 的负值,表达式:W F=-ΔEp=Ep1-Ep2.弹力做多少正功,弹性势能减少多少;弹力做多少负功,弹性势能增加多少. 4.除系统内的重力和弹簧的弹力外,其他力做的总功等于系统机械能的增量,表达式: W其他=ΔE. (1)除重力或弹簧的弹力以外的其他力做多少正功,物体的机械能就增加多少. (2)除重力或弹簧的弹力以外的其他力做多少负功,物体的机械能就减少多少. (3)除重力或弹簧的弹力以外的其他力不做功, 物体的机械能守恒.

特别提示 1.在应用功能关系解决具体问题的过程中,若只涉及动能的变化用“1”,如果只涉及重力势能的变化用“2”,如果只涉及机械能变化用“4”,只涉及弹性势能的变化用“3”. 2.在应用功能关系时,应首先弄清研究对象,明确力对“谁”做功,就要对应“谁”的位移,从而引起“谁”的能量变化.在应用能量的转化和守恒时,一定要明确存在哪些能量形式,哪种是增加的,哪种是减少的,然后再列式求解. 热点二对能量守恒定律的理解和应用1.对定律的理解 (1)某种形式的能减少,一定存在其他形式的能增加,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. 这也是我们列能量守恒定律方程式的两条基本思路. 2.应用定律解题的步骤 (1)分清有多少形式的能[如动能、势能(包括重力势能、弹性势能、电势能)、内能等]在变化. (2)明确哪种形式的能量增加,哪种形式的能量减少,并且列出减少的能量ΔE减和增加的能量ΔE增的表达式. (3)列出能量守恒关系式:ΔE减=ΔE增. 特别提示 1.应用能量守恒定律解决有关问题,关键是准确分析有多少种形式的能量在变化,求出减少的总能量ΔE减和增加的总能量ΔE增,然后再依据能量守恒定律列式求解. 2.高考考查该类问题,常综合平抛运动、圆周运动以及电磁学知识考查判断、推理及综合分析能力. 热点三摩擦力做功的特点

能源与能量守恒定律例题与习题

能源与能量守恒定律例题与习题能源与能量守恒定律例题与习题 【例1】判断下列说法是否正确 A.能量就是能源 [ ] B.电能是一种二次能源 [ ] C.石油是一种常规能源 [ ] 【分析】能源是提供能量的物质资源,能源的利用过程。实质上是能量的转化和转移过程,但不能说能源就是能量,说法(1)是不正确的。能源的分类方法很多。所谓一次能源和二次能源是按能源是否由自然界直接提供来分的,如煤、石油、草木燃料、风、流水等都属于一次能源;而电能是一种再造能源,是由自然界提供的能源转化而来的,属于二次能源,所以说法(2)是正确的。所谓常规能源和新能源是按人们发现和利用能源的进程来划分的,石油是人类已经利用多年的一种能源,属常规能源,因而说法(3)也是正确的。【解答】 A.错误,B.C.正确。 【例2】关于能源的利用,下列说法中正确的是 [ ] A.由于我国煤和石油的储量十分丰富,所以太阳能和核能的开发在我国并不十分重要 B.能源的利用过程,实质上是能的转化和传递过程 C.现在人类社会使用的能源主要是煤、石油和天然气 D.煤、石油和天然气的化学能归根到底来自太阳能

【分析】煤、石油和天然气是由古代的动植物在长期地质变迁中形成的。古代的动物食用植物,而植物是靠吸收太阳能生长的,所以可以说,煤、石油和天然气的化学能来自太阳能。目前人类使用的能源主要的仍是煤和石油。燃料燃烧时,化学能转化为内能,内能又可转化成机械能和电能。人类在生产和生活中需要各种形式的能,我们可以根据需要把能源的能量转化成各种形式的能,以供利用。所以,能源的利用过程实质上是能的转化和传递的过程。我国的煤和石油尽管储量丰富,但终究有限,且利用后不能再生,终有用完的日子。所以开发和利用新能源,特别是核能和太阳能,是解决能源问题的出路。因此在四个说法中,错误的是(A)。 【例3】下列关于核能的说法正确的是 [ ] A.物质是由原子组成的,原子中有原子核,所以利用任何物质都能得到核能 B.到目前为止,人类获得核能有两种途径,即原子核的裂变和聚变 C.原子弹和氢弹都是利用原子核裂变的原理制成的 D.自然界只有在人为的条件下才会发生裂变 【分析】核能是人们在近几十年里才发现和开始利用的新能源。虽然各种物质的原子里都有原子核,但在通常情况下并不能释放能量。只有当原子核发生改变裂变和聚变时才能放出巨大的能量。原子弹是利用裂变的链式反应中能在极短的

能量守恒定律的发现

能量守恒定律的发现

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能量守恒定律的发现 热力学第一定律是在人类积累的经验和大量的生产实践、科学实验基础上建立起来的。首先是德国医生迈尔(Robert Mayer,1814~1878)和英国物理学家焦耳(JanesPrescott Joule,1818~1889)各自通过独立地研究做出了相同的结论。迈尔于1845年出版的《论有机体的运动和新陈代谢》一书,描述了运动形式转化的众多情况。焦耳直接求得热功当量的数值,给能量守恒和转化定律奠定了坚实的实验基础。1847年亥姆霍兹(Hermann Helmholtz,1821~1894)在有心力的假设下,根据力学定律全面论述了机械运动、热运动以及电磁运动的“力”互相转换和守恒的规律。在这段历史时期内,由于蒸汽机的制造、改进和广泛采用,以及对热机效率、机器中摩擦生热问题的研究,对热力学第一定律的建立起到了推波助澜的作用。 1、能的概念的形成 法国物理学家笛卡尔(R.Descartes,1569~1650)最早提出“运动量”守恒(即动量守恒)的思想。他给人们留下最深刻的印象是:一个粒子体系在不受外力作用时,它们的总运动量保持不变;粒子相互碰撞产生的力通过它们的运动量的改变来量度。不久,德国物理学家莱布尼兹(G.W.F.Leibniz,1646~1716)对笛卡尔提出挑战,他引入“活力”(Vis Viva)的概念。他所指的“活力”,是物体的质量与它的速度的平方之积,是一个标量;而笛卡尔的“运动量”是矢量。莱布尼兹认为“活力”才是“力”的真正量度;物质受的力和它所通过的距离之积等于活力的增量。莱布尼兹的“活力”实质相当于物体的动能,其数值等于动能的两倍。后来J.伯努利(J.Bernoulli,1667~1748)将“活力守恒”当作莱布尼兹的“活力”原理的一个推论提出,他认为当活力消失后,它并没有丧失作功的本领,而是变成了另一种形式。显然,J.伯努利扩大了莱布尼兹的“活力”所指的范围,把势能也列入了活力的范畴。 笛卡尔和莱布尼兹的争论持续了半个世纪,最后调合双方的是数学家达朗贝尔(J.L.D’Alembert,1717~1783)。他指出这场争论只不过是术语的问题,实质问题是统一的,因为笛卡尔的“运动量”是力对时间的积分,而莱布尼兹的“活力”是力对空间线度的积分。这里面蕴藏有冲量积分的思想。 1787年,法国数学家拉格朗日(J.L.Lagranage,1736~1813)在《分析力学》一书中证明,在某些粒子系统中,每一个粒子相对于参照系的位置和速度的函数,不管发生什么运动总是保持不变。这个函数是两部分之和,一部分表示运动的动能,另一部分表示势能(当时还没有“动能”和“势能”这两个术语)。这个函数是拉格朗日函数,它对速度的偏微商等于笛卡尔的“运动量”,即现在所称的动量。由此可见,“活力”守恒或机械能守恒原理,就是由拉格朗日等一些数学家和力学家提出来的。 1807年,杨(T.Young,1773~1829)创造了“能”这个词。1826年,蓬瑟勒(J.V.Poncelet,1788—1867)又创造了“功”一词。从此以后,机械能守恒定律就不仅是数学家著作中那种抽象的、广义的函数形式,而是物体的具体运动形式和规律的直观写照了。 伏打电池的发明(1800年)给揭示能量转化与守恒现象开拓了更广阔的前景,热、光、电、磁和化学结合,生物的生命力在能量概念的基础上开始逐步统一起来。卡里斯尔(A.Car lisle)和尼柯尔逊(W.Nicholson)电解水的实验(1800年)表明电能和化学能可以相互转化;奥斯特(H.Oersted)发现的电流磁效应(1820年)表明电能与磁能存在某种可转化的关系;法拉第的电磁旋转现象(1821年)第一次揭示了电磁能转化为机械能的可能性;塞贝克发现的温差电(1822年)证明热能可以转化为电能、法拉第在1831年发明第一台

功能关系能量守恒定律

一.几种常见的功能关系及其表达式 二、两种摩擦力做功特点的比较 [深度思考] 一对相互作用的静摩擦力做功能改变系统的机械能吗?

答案 不能,因做功代数和为零. 三、能量守恒定律 1.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另一种形式,或者从一个物体转移到别的物体,在转化或转移的过程中,能量的总量保持不变. 2.表达式 ΔE 减=ΔE 增. 3.基本思路 (1)某种形式的能量减少,一定存在其他形式的能量增加,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. 1.上端固定的一根细线下面悬挂一摆球,摆球在空气中摆动,摆动的幅度越来越小,对此现象下列说法是否正确. (1)摆球机械能守恒.( ) (2)总能量守恒,摆球的机械能正在减少,减少的机械能转化为内能.( ) (3)能量正在消失.( ) (4)只有动能和重力势能的相互转化.( ) 2.如图所示,在竖直平面内有一半径为R 的圆弧形轨道,半径OA 水平、OB 竖直,一个质量为m 的小球自A 的正上方P 点由静止开始自由下落,小球沿轨道到达最高点B 时恰好对轨道没有压力.已知AP =2R ,重力加速度为g ,则小球从P 至B 的运动过程中( ) A .重力做功2mgR B .机械能减少mgR C .合外力做功mgR D .克服摩擦力做功1 2 mgR 3.如图所示,质量相等的物体A 、B 通过一轻质弹簧相连,开始时B 放在地面上,A 、B 均处于静止状态.现通过细绳将A 向上缓慢拉起,第一阶段拉力做功为W 1时,弹簧变为原长;第二阶段拉力再做功W 2时,B 刚要离开地面.弹簧一直在弹性限度内,则( ) A .两个阶段拉力做的功相等

【高二物理 秋季】01内能 能量守恒定律(例题学生版)

1 第七章 内能 §1内能 热力学二定律 【知识框架】 【知识点梳理】 一、物体内能 1、构成物体的大量分子永不停息的做无规则的运动,说明分子具有_______,分子间存在相互作用力,因此分子也具有__________,人们把物体内 所有分子做热运动的动能和分子势能总和称为物体的__________。 2、分子动能与温度 (1)在研究分子动能时,关心个别分子的运动情况没有意义,而是研究大量分子的集体行为。平均动能指物体里所有分子动能的平均值。 (2)温度

宏观意义:表示物体的冷热程度 微观意义:温度是物体分子热运动平均动能的标志,温度越高,物体内分子热运动的平均动能就越大。 注意①同一温度下,不同物质分子的平均动能_______。 ②温度反映的是大量分子平均动能的大小,不能反映个别分子的动能大小,同一温度下,各个分子的动能不尽相同。 3、分子势能 (1)由分子间的相互作用力和分子间的距离决定的势能叫分子势能。 (2)分子势能随分子间距离的变化而变化,宏观上看分子势能与物体的_______和_______有关,微观上看,分子势能跟________________有关。 a:当分子间距离从无穷远减小到10倍r0时,分子力非常微小, 不考虑分子力做功。一般选取取无穷远时,分子势能为零; b:当分子间距离从10倍r0减小到r0时,分子力的方向与分子 运动方向相同,分子力做正功,分子势能减小; c:当分子间距离从r0减小到不能再小时分子力的方向与分子运动方 向相反,分子力做负功,分子势能增加。 (3)分子间作用力曲线、势能曲线 取横轴r表示分子间距离,纵轴F表示分子间作用力。 A: r→∞ F→0 B: r=r。F=0 C: r→0 F→0 (图中虚线分别表示斥力与引力,实线表示它们的合力) 取横轴r表示分子间距离,纵轴Ep表示分子势能。 2

(完整word版)高中物理能量守恒定律【高中物理能量守恒定律公式

高中物理能量守恒定律【高中物理能量守恒定律公式 在高中物理学习过程中,能量守恒属于一项极为重要的知识点,熟练掌握这一内容对于提高学生的物理知识分析能力有很大帮助,下面是小编给大家带来的高中物理能量守恒定律公式,希望对你有帮助。高中物理能量守恒定律公式 1.阿伏加德罗常数NA=×1023/mol;分子直径数量级10-10米 2.油膜法测分子直径d=V/s {V:单分子油膜的体积,S:油膜表面积2} 3.分子动理论内容:物质是由大量分子组成的;大量分子做无规则的热运动;分子间存在相互作用力。 4.分子间的引力和斥力r10r0,f引=f斥≈0,F分子力≈0,E分子势能≈0 5.热力学第一定律W+Q=ΔU{,W:外界对物体做的正功,Q:物体吸收的热量,ΔU:增加的内能,涉及到第一类永动机不可造出} 6.热力学第二定律 克氏表述:不可能使热量由低温物体传递到高温物体,而不引起其它变化; 开氏表述:不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功,而不引起其它变化{涉及到第二类永动机不可造出} 7.热力学第三定律:热力学零度不可达到{宇宙温度下限:-摄氏度} 注: 布朗粒子不是分子,布朗颗粒越小,布朗运动越明显,温度越高越剧烈; 温度是分子平均动能的标志; 分子间的引力和斥力同时存在,随分子间距离的增大而减小,但斥力减小得比引力快; 分子力做正功,分子势能减小,在r0处F引=F斥且分子势能最小; 气体膨胀,外界对气体做负功W0;吸收热量,Q>0 物体的内能是指物体所有的分子动能和分子势能的总和,对于理想气体分子间作用力为零,分子势能为零; r0为分子处于平衡状态时,分子间的距离; 其它相关内容:能的转化和定恒定律/能源的开发与利用、环保/物体的内能、分子的动能、分子势能。高中物理能量守恒知识点 功是一个过程量,与力在空间的作用过程相关。恒力功的计算公式与物体运动过程无关;重力功、弹力功与路径无关。功是一个标量,但有正负之分。 功率P:功率是表征力做功快慢的物理量、是标量:P=W/t 。若做功快慢程度不同,上式为平均功率。注意恒力的功率不一定恒定,如初速为零的匀加速运动,第一秒、第二秒、第三秒……内合力的平均功率之比为1:3:5……。已知功率可以求力在一段时间内所做的功W=Pt,这时可能是变力再做功。上式常常用于分析解决机车牵引功率问题,常设有以下两种约束条件:1)发动机功率一定:牵引力与速度成反比,只要速度改变,牵引力F=P/v 将改变,这时的运动一定是变加速运动。2)机车以恒力启动:牵引力F恒定,由P=Fv可知,若车做匀加速运动,则功率P将增加,这种过程直到P达到机车的额定功率为止。 能:自然界有多种运动形式,与不同运动形式相应的存在不同形式的能量:机械运动--机械能;热运动--内能;电磁运动--电磁能;化学运动--化学能;生物运动--生物能;原子及原子核运动--原子能、核能……。动能:物体由于有机械运动速度而具有的能量Ek=mv2/2 能,包括动能和势能,都是标量。都是状态量,如动能由速度决定,重力势能由高度决定,弹性势能由形变状态决定。都具有相对性,物体速度相对于不同的参照物有不同的结果,相应的动能相对于不同的参照物有不同的动能。势能相对于不同的零势能参考面有不同的结果,势能有可能取负值,它意味着此时物体的势能比零势能低。

能量守恒定律

量守恒定律的定义 这就叫做质量守恒定律(law of conservation of mass) 原子的种类没有改变,数目没有增减,原子的质量也没有改变。 质量守恒定律简解 种变化或过程,其总质量保持不变。18 后,这一定律始得公认。20 简称质能守恒定律)。 验证 20世纪初,德国和英国化学家分别做了精确度极高的实验,以求能得到更精确的实验结果,反应前后的质量变化小于一千万分之一,这个误差是在实验误差允许范围之内的,因此质量守恒定律是建立在严谨的科学实验基础之上的。质量守恒定律就是参加化学反应的各 物质的质量总和,等于反应后生成的各物质的质量总和。例如, 质量守恒定律即, 中,参加反应的各物质的总和等于反应后生成的各物质总和。微观解释:在化学反应前后,原子的种类,数目,质量均不变。六个不变:宏观:1.反应前后物质总质 量不变 3.物质的总质量不变微观:4.原子的种类不变;5.原子的数

目不变;6.原子的质量不变。两个一定改变:宏观:物质种类改变。微观:物质的粒子构成方式一定改变。两个可能改变:宏观:元素的化合价可能改变微观:分子总数可能改变。 质量守恒定律发现简史 1756年俄国化学家罗蒙诺索夫把锡放在密闭的容器里煅烧,锡发生变化,生成白色的氧化锡,但容器和容器里的物质的总质量,在煅烧前后并没有发生变化。经过反复的实验,都得到同样的结果,于是他认为在化学变化中物质的质量是守恒的。但这一发现当时没有引起科学家的注意,直到1777年法国的拉瓦锡做了同样的实验,也得到同样的结论,这一定律才获得公认。但要确切证明或否定这一结论,都需要极精确的实验结果,而拉瓦锡时代的工具和技术(小于%的质量变化就觉察不出来)不能满足严格的要求。因为这是一个最基本的问题,所以不断有人改进实验技术以求解决。1908年德国化学家朗道耳特(Landolt)及1912年英国化学家 罗蒙诺索夫 曼莱(Manley)做了精确度极高的实验,所用的容器和反应物质量为1 000 g左右,反应前后质量之差小于 1 g,质量的变化小于一千万分之一。这个差别在实验误差范围之内,因此科学家一致承认了这一定律。 发展

能量守恒定律

一. 教学内容: 第九节实验:验证机械能守恒定律 第十节能量守恒定律与能源 二. 知识要点: 1. 会用打点计时器打下的纸带计算物体运动的速度。掌握验证机械能守恒定律的实验原理。通过用纸带与打点计时器来验证机械能守恒定律,体验验证过程和物理学的研究方法。培养学生的观察和实践能力,培养学生实事求是的科学态度。 2. 理解能量守恒定律,知道能源和能量耗散。通过对生活中能量转化的实例分析,理解能量守恒定律的确切含义。 三. 重难点解析: 1. 实验:验证机械能守恒定律 实验目的:验证机械能守恒定律。 实验原理: 通过实验,分别求做自由落体运动物体的重力势能的减少量和相应过程动能的增加量。若二者相等,说明机械能守恒,从而验证机械能守恒定律:△EP=△EK 实验器材 打点计时器及电源、纸带、复写纸、重物、刻度尺、带有铁夹的铁架台、导线。 实验步骤: (1)如图所示装置,将纸带固定在重物上,让纸带穿过打点计时器。

(2)用手握着纸带,让重物静止地靠近打点计时器的地方,然后接通电源,松开纸带,让重物自由落下,纸带上打下一系列小点。 (3)从打出的几条纸带中挑选第一、二点间的距离接近2mm且点迹清晰的纸带进行测量,记下第一个点的位置O,并在纸带上从任意点开始依次选取几个计数点1、2、3、4…,并量出各点到O点的距离h1、h2、h3…,计算相应的重力势能减少量,mgh。如图所示。 (4)依步骤(3)所测的各计数点到O点的距离hl、h2、h3…,根据公式vn= 计算物体在打下点l、2…时的即时速度v1、v2…。计算相应的动能 (5)比较实验结论: 在重力作用下,物体的重力势能和动能可以互相转化,但总的机械能守恒。 选取纸带的原则: (1)点迹清晰。 (2)所打点呈一条直线。 (3)第1、2点间距接近2mm。 本实验应注意的几个问题: (1)安装打点计时器时,必须使两个纸带限位孔在同一竖直线上,以减小摩擦阻力; (2)实验时必须保持提起的纸带竖直,手不动。待接通电源,让打点计时器工作稳定后再松开纸带,以保证第一点是一个清晰的点; (3)打点计时器必须接50Hz的4V?D6V的交流电; (4)选用纸带时应尽量挑选第一、二点间距接近2mm的点迹清晰且各点呈一条直线的纸带;

机械能守恒定律公式汇总

机械能守恒定律单元公式汇总 做功: W=FS ·COS θ θ为力与位移的夹角 重力做功: G W =mg Δh Δh 为物体初末位置的高度差 重力势能:p E =mgh h 为物体的重心相对于零势面的高度 重力做功和重力势能变化的关系: G W =-Δp E 即重力做功与重力势能的变化量相反 弹性势能: p E =21k 2L L 为弹簧的形变量 弹力做功与弹性势能的关系: F W =-Δp E 即弹力做功与弹性势能的变化量相反 动能定理: 合W =Δk E =21m 22V -2 1m 21V 即合外力做功等于动能的变化量 合外力做功两种求解方式:1)先求合外力合F ,再求合F ·S ·COS θ 2)先求各个分力做功再求和,+++321W W W ....... 机械能守恒定律:条件:只有重力弹力做功 公式:末初E E =即初总机械能等于末机械能 变形公式:Δk E =-ΔP E 即动能的变化量与势能的变化量相反 如果是A 与B 的系统机械能守恒: 1)2211P K P K E E E E +=+即初的总机械能等于末的总机械能 2)Δk E =-ΔP E 即 Δ1k E +Δ2k E =-(Δ1P E +Δ2P E )即总的动能的变化量与总的势能的变化量相反 3)ΔA E =-ΔB E 即 Δ1k E +Δ1P E =-(Δ2k E +Δ2P E )即A 的总机械能变化量与B 的总机械能的变化量相反 能量守恒定律:末初E E =即初总能量等于末的总能量 机械能变化的情况:1)W=Δ机E 即除重力、系统内弹力外其他力做功的多少为机 械能变化量(即其他力给原有系统能量或消耗原有系统能量) 2)摩擦力做功对机械能影响: Q X F =相对f 即摩擦力乘以相对位移等于产生的热量(内能)即机械能的损失

内能 能量守恒定律

第七章内能能量守恒定律 班级学号姓名 一、单选题 1.关于物体的内能和热量,下列说法中正确的有( ) A.热水的内能比冷水的内能多 B.温度高的物体其热量必定多,内能必定大 C.在热传递过程中,内能大的物体其内能将减小,内能小的物体其内能将增大,直到两物体的内能相等 D.热量是热传递过程中内能转移的量度 2.下列关于内能及内能变化的说法正确的是( ) A.温度是分子平均速率的标志 B.物体内每个分子都具有内能 C.当分子间距离增大时,分子势能也增大 D.做功改变内能的实质是其他形式的能转化为内能,热传递改变内能的实质是内能的转移 3.下列关于物体内能的说法中正确的是( ) A.0℃的水比0℃的冰内能大B.100g0℃的水比100g0℃的冰内能大C.水分子内能比冰分子内能大D.物体运动速度越大,内能就越大4.关于温度、热量和内能,下列说法正确的是( ) A.温度高的物体内能一定大 B.物体的温度越高,所含的热量越多 C.内能少的物体也可能将能量传给内能多的物体 D.物体的内能与温度有关,只要温度不变,物体的内能就一定不变 5.关于内能的概念,下列说法中正确的是 ( ) A.温度高的物体,内能一定大B.物体吸收热量,内能一定增大 C.100℃的水变成100℃水蒸气,内能一定增大D.物体克服摩擦力做功,内能一定增大 6.关于物体的内能,下列说法中正确的是 ( ) A.机械能可以为零,但内能永远不为零 B.温度相同、质量相同的物体具有相同的内能 C.温度越高,物体的内能越大

D.1kg的0C?的冰的内能与1kg的0C?的水的内能相等 7.下列关于物体内能的说法正确的是 ( ) A.温度为0℃的物体没有内能 B.物体的内能越大,分子热运动越剧烈 C.物体的体积增大时,内能一定增大 D.改变内能的两种常见方式分别是做功和热传递 8.关于温度、热量、内能,以下说法正确的是( ) A.0℃的冰没有内能 B.冬天搓手取暖是利用做功的原理改变内能 C.物体的温度越低,所含的热量越多 D.物体的内能与温度有关,只要温度不变,物体的内能就一定不变 9.一个物体沿粗糙斜面匀速滑下,下列说法正确的是 ( ) A.物体机械能不变,内能也不变 B.物体机械能减小,内能不变 C.物体机械能减小,内能增大,机械能与内能总量减小 D.物体机械能减小,内能增大,机械能与内能总量不变 10.关于物体内能的改变,下列说法中正确的是( ) A.物体对外做功,物体内能一定减小 B.物体吸收热量,它的内能一定增加 C.物体放出热量,它的内能一定减少 D.外界对物体做功,物体的内能不一定增加 11.下列说法中正确的是:( ) A.物体吸收热量,其内能必增加 B.外界对物体做功,物体内能必增加 C.物体吸收热量,同时对外做功,其内能可能减少 D.物体温度不变,其内能也一定不变 12.绝热过程中,外界压缩气体做功20J,下列说法中正确的是 ( ) A.气体内能一定增加20J B.气体内能增加必定小于20J C.气体内能增加可能小于20J D.气体内能可能不变 13.一物块在一粗糙水平面上滑行,因为摩擦阻力,它的速度变得越来越小,在它减速的过程中,( )

高中物理分子动理论、能量守恒定律公式总结

高中物理分子动理论、能量守恒定律公式总结 1、阿伏加德罗常数A N =6.02×1023/mol ;分子直径数量级10-10 米 2、油膜法测分子直径S V d = {V :单分子油膜的体积(m 3),S :油膜表面积(m 2)} 3、分子动理论内容:物质是由大量分子组成的;大量分子做无规则的热运动;分子间存在相互作用力。 4、分子间的引力和斥力(1)0r r <,斥引f f <,分子力F 表现为斥力;(2) 0r r >,斥引f f >, 分子力F 表现为引力;(3) 0r r =,斥引f f =; (4) 010r r >,0≈=斥引f f ,0≈分子力F ,0≈分子势能E 5、热力学第一定律U Q W ?=+{(做功和热传递,这两种改变物体内能的方式,在效果上是等效的),W:外界对物体做的正功(J),Q :物体吸收的热量(J),U ?:增加的内能(J),涉及到第一类永动机不可造出 6、热力学第二定 律 克氏表述:不可能使热量由低温物体传递到高温物体,而不引起其它变化(热传导的方向性); 开氏表述:不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功,而不引起其它变化(机械能与内能转化的方向性){涉及到第二类永动机不可造出} 7、热力学第三定律:热力学零度不可达到{宇宙温度下限:-273.15摄氏度(热力学零度)} 注: (1)、布朗粒子不是分子,布朗颗粒越小,布朗运动越明显,温度越高越剧烈; (2)、温度是分子平均动能的标志; (3)、分子间的引力和斥力同时存在,随分子间距离的增大而减小,但斥力减小得比引力快; (4)、分子力做正功,分子势能减小,在0r 处斥引f f =且分子势能最小; (5)、气体膨胀,外界对气体做负功W<0;温度升高,内能增大0>?U ;吸收热量,0>Q (6)、物体的内能是指物体所有的分子动能和分子势能的总和,对于理想气体分子间作用力为零,分子势能为零; (7)、0r 为分子处于平衡状态时,分子间的距离; (8)、其它相关内容:能的转化和定恒定律/能源的开发与利用、环保/物体的内能、分子的动能、分子势能。

能量守恒定律的发现

能量守恒定律的发现 热力学第一定律是在人类积累的经验和大量的生产实践、科学实验基础上建立起来的。首先是德国医生迈尔(Robert Mayer,1814~1878)和英国物理学家焦耳(Janes Prescott Joule,1818~1889)各自通过独立地研究做出了相同的结论。迈尔于1845年出版的《论有机体的运动和新代》一书,描述了运动形式转化的众多情况。焦耳直接求得热功当量的数值,给能量守恒和转化定律奠定了坚实的实验基础。1847年亥姆霍兹(Hermann Helmholtz,1821~1894)在有心力的假设下,根据力学定律全面论述了机械运动、热运动以及电磁运动的“力”互相转换和守恒的规律。在这段历史时期,由于蒸汽机的制造、改进和广泛采用,以及对热机效率、机器中摩擦生热问题的研究,对热力学第一定律的建立起到了推波助澜的作用。 1、能的概念的形成 法国物理学家笛卡尔(R.Descartes,1569~1650)最早提出“运动量”守恒(即动量守恒)的思想。他给人们留下最深刻的印象是:一个粒子体系在不受外力作用时,它们的总运动量保持不变;粒子相互碰撞产生的力通过它们的运动量的改变来量度。不久,德国物理学家莱布尼兹(G.W.F.Leibniz,1646~1716)对笛卡尔提出挑战,他引入“活力”(Vis Viva)的概念。他所指的“活力”,是物体的质量与它的速度的平方之积,是一个标量;而笛卡尔的“运动量”是矢量。莱布尼兹认为“活力”才是“力”的真正量度;物质受的力和它所通过的距离之积等于活力的增量。莱布尼兹的“活力”实质相当于物体的动能,其数值等于动能的两倍。后来J.伯努利(J.Bernoulli,1667~1748)将“活力守恒”当作莱布尼兹的“活力”原理的一个推论提出,他认为当活力消失后,它并没有丧失作功的本领,而是变成了另一种形式。显然,J.伯努利扩大了莱布尼兹的“活力”所指的围,把势能也列入了活力的畴。 笛卡尔和莱布尼兹的争论持续了半个世纪,最后调合双方的是数学家达朗贝尔(J.L.D’Alembert,1717~1783)。他指出这场争论只不过是术语的问题,实质问题是统一的,因为笛卡尔的“运动量”是力对时间的积分,而莱布尼兹的“活力”是力对空间线度的积分。这里面蕴藏有冲量积分的思想。 1787年,法国数学家拉格朗日(J.L.Lagranage,1736~1813)在《分析力学》一书中证明,在某些粒子系统中,每一个粒子相对于参照系的位置和速度的函数,不管发生什么运动总是保持不变。这个函数是两部分之和,一部分表示运动的动能,另一部分表示势能(当时还没有“动能”和“势能”这两个术语)。这个函数是拉格朗日函数,它对速度的偏微商等于笛卡尔的“运动量”,即现在所称的动量。由此可见,“活力”守恒或机械能守恒原理,就是由拉格朗日等一些数学家和力学家提出来的。 1807年,(T.Young,1773~1829)创造了“能”这个词。1826年,蓬瑟勒(J.V.Poncelet,1788—1867)又创造了“功”一词。从此以后,机械能守恒定律就不仅是数学家著作中那种抽象的、广义的函数形式,而是物体的具体运动形式和规律的直观写照了。 伏打电池的发明(1800年)给揭示能量转化与守恒现象开拓了更广阔的前景,热、光、电、磁和化学结合,生物的生命力在能量概念的基础上开始逐步统一起来。卡里斯尔(A.Carlisle)和尼柯尔逊(W.Nicholson)电解水的实验(1800年)表明电能和化学能可以相互转化;奥斯特(H.Oersted)发现的电流磁效应(1820年)表明电能与磁能存在某种可转化的关系;法拉第的电磁旋转现象(1821年)第一次揭示了电磁能转化为机械能的可能性;塞贝克发现的温差电(1822年)证明热能可以转化为电能、法拉第在1831年发

功能关系能量守恒定律

第4课时功能关系能量守恒定律 学习目标: 1.知道功是能量转化的量度,掌握重力的功、弹力的功、合力的功与对应的能量转化关系. 2.知道自然界中的能量转化,理解能量守恒定律,并能用来分析有关问题. 【课前知识梳理】 一、几种常见的功能关系 功能量的变化 合外力做正功动能增加 重力做正功重力势能减少 弹簧弹力做正功弹性势能减少 电场力做正功电势能减少 其他力(除重力、弹力外)做正功机械能增加 二、能量守恒定律 1.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另一种形式,或者从一个物体转移到别的物体,在转化或转移的过程中,能量的总量保持不变. 2.表达式:ΔE减=ΔE增. 【预习自测】 1、用恒力F向上拉一物体,使其由地面处开始加速上升到某一高度.若该过程空气阻力不能忽略,则下列说法中正确的是 A.力F做的功和阻力做的功之和等于物体动能的增量 B.重力所做的功等于物体重力势能的增量 C.力F做的功和阻力做的功之和等于物体机械能的增量 D.力F、重力、阻力三者的合力所做的功等于物体机械能的增量 2、如图1所示,美国空军X-37B无人航天飞机于2010年4月首飞,在X-37B由较低轨道飞到较高轨道的过程中 A.X-37B中燃料的化学能转化为X-37B的机械能 B.X-37B的机械能要减少 C.自然界中的总能量要变大 D.如果X-37B在较高轨道绕地球做圆周运动,则在此轨道上其机械能不变 3、如图2所示,ABCD是一个盆式容器,盆侧壁与盆底BC的连接处都是一段与BC相切的圆弧,B、

C在水平线上,其距离d=0.5 m.盆边缘的高度为h=0.3 m.在A处放一个质量为m的小物块并让其由静止下滑.已知盆侧壁是光滑的,而盆底BC面与小物块间的动摩擦因数为μ=0.1.小物块在盆来回滑动,最后停下来,则停下的位置到B的距离为 A.0.5 m B.0.25 m C.0.1 m D.0 【课堂合作探究】 考点一功能关系的应用 【例1】如右上图所示,在升降机固定一光滑的斜面体,一轻弹簧的一端连在位于斜面体上方的固定木板B上,另一端与质量为m的物块A相连,弹簧与斜面平行.整个系统由静止开始加速上升高度h的过程中 A.物块A的重力势能增加量一定等于mgh B.物块A的动能增加量等于斜面的支持力和弹簧的拉力对其做功的代数和 C.物块A的机械能增加量等于斜面的支持力和弹簧的拉力对其做功的代数和 D.物块A和弹簧组成的系统的机械能增加量等于斜面对物块的支持力和B对弹簧的拉力做功的代数和 【突破训练1】物块由静止从粗糙斜面上的某点加速下滑到另一点,此过程中重力对物块做的功等于A.物块动能的增加量 B.物块重力势能的减少量 C.物块重力势能的减少量和物块动能的增加量以及物块克服摩擦力做的功之和 D.物块动能的增加量与物块克服摩擦力做的功之和 考点二摩擦力做功的特点及应用 1.静摩擦力做功的特点 (1)静摩擦力可以做正功,也可以做负功,还可以不做功. (2)相互作用的一对静摩擦力做功的代数和总等于零. (3)静摩擦力做功时,只有机械能的相互转移,不会转化为能. 2.滑动摩擦力做功的特点 (1)滑动摩擦力可以做正功,也可以做负功,还可以不做功.

高中物理:第七章内能能量守恒定律

第七章内能能量守恒定律 A.物体的内能 (共1课时) 课时精练(A) 一、填空题 1.物体是由大量________组成的,分子永不停息地做________运动,所以分子具有_____能。 2.由于分子间存在相互作用力而使分子具有的能叫做____________。 3.________和_________对改变物体的内能来说是等效的。 4.分子间距离发生变化时,分子间作用力就会做功。分子间作用力做______功,分子势能减少;分子间作用力做_______功,分子势能增加。(均选填“正”或“负”) 5.物体内所有分子动能的平均值,叫做分子热运动的_______,简称_______。物体中所有分子做热运动的_________和分子_______的总和,叫做物体的内能。 6._________是分子平均动能的标志,物体温度越高,分子无规则运动越剧烈,分子的平均动能越大,由此可见,只要__________相同,分子的平均动能就相同,而不必区分是何种物质,处于何种状态。 二、单项选择题 7.下列说法正确的是() (A)物体的温度升高,物体的内能一定增加 (B)当物体被举高时,其分子势能随之增加 (C)热量和功的单位与内能的单位相同,所以热量和功都作为内能的量度 (D)热量和功是由过程决定的,而内能是由物体的状态决定的 8.当物体温度没有改变时,下列说法正确的是() (A)物体一定没有吸热(B)物体与外界一定没有做功 (C)物体内能一定没有改变(D)物体内能有可能改变 9.在水蒸发成同温度水蒸气的过程中,下列说法正确的是() (A)内能不增加,不做功,也不要吸热 (B)内能增加,但对外不做功,要吸热 (C)内能不增加,但对外做功,要吸热 (D)内能增加,对外做功,也要吸热 10.两个物体之间发生了热传递,下列说法正确的是() (A)这两个物体一定是相互接触的

能量守恒定律发现者光环的背后

能量守恒定律发现者光环的背后 天才业余科学家迈尔的坎坷人生 西北师范大学教育学院黄鹏郎和邓天华选自《物理教师》2009年第10期 能量守恒定律与细胞学说、进化论被合称为 19世纪自然科学的三大发现。而能量守恒定律的 首次公开提出,却出自于一个“疯子”医生—— J·R·迈尔(Julius Robert Mayer,1814~1878)。 迈尔,1814年11月25日生于德国符腾堡(今巴 登一符腾堡)的海尔布隆,1838年获蒂宾根大学 医学系博士学位,一生行医。作为一个医者,是 如何与能量守恒定律联系起来的?这得从一次 旅行说起。 1.爪哇的发现——激发迈尔发 现能量守恒定律的第一朵火花 1840年2月,迈尔充当船医,从荷兰驶往东 印度。当航行到热带地区东爪哇时,他发现海员患者的静脉血比在欧洲时更红。在拉瓦锡燃烧理论的启发下,他认为这是由于血液含氧较多的缘故。因为在热带高温的情况下,人的机体只需要吸收食物中较少的热量,所以机体中食物的燃烧过程减弱了,因此在静脉血里留下了较多的氧。迈尔在1840年7月中旬的这一发现,是激发他发现能量守恒定律的第一朵火花。这一发现激发了迈尔的一连串思考,使他联想到人的体力所作的功。迈尔认为,食物所含的化学能像机械能一样,可以转化为热。他还听到海员们说暴风雨时海水比较热,这也启发他联想到热与机械运动的相当性。 2.坎坷的论文发表历程 2.1 1841年未予发表的处女作 1841年2月回到海尔布隆以后,迈尔立即开业行医,并颇有声誉。与此同时,他也不断的进行科学思考。他深信在热与功之间,必有一个恒定的关系。然而他对相关物理学的思想了解甚少,只是通过哲学的思辨认为他的想法可信,难以作出具体的物理学表述。 1841年夏,迈尔把想法整理成一篇论文“关于力的量和质的测定”(Uber die quantitative und qualitative Bestimmung der Krafte)。(当时德文中的“力”(Kraft)相当于以后的“能”(Energie))论文首先指出:自然科学的任务是用因果关系来解释无机世界和有机世界的各种现象,一切现象都在变化,变化不可能没有原因,这种原因就是力。他认为:“力是不灭的”,“力在量上是不变的”。在论文中,迈尔用质量和速度的乘积(mc)来表示运动的量(即动能),并由此讨论了两个粒子的碰撞问题。这篇论文于1841年6月投给J.C.波根多夫

功能关系能量守恒定律

第 4 课时功能关系能量守恒定律 学习目标: 1.知道功是能量转化的量度,掌握重力的功、弹力的功、合力的功与对应的能量转化关系. 2.知道自然界中的能量转化,理解能量守恒定律,并能用来分析有关问题.【课前知识梳理】 一、几种常见的功能关系 功能量的变化 合外力做正功动能增加 重力做正功重力势能减少 弹簧弹力做正功弹性势能减少 电场力做正功电势能减少 其他力(除重力、弹力外)做正功机械能增加 二、能量守恒定律 1.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另一种形式,或者从一个物体转移到别的物体,在转化或转移的过程中,能量的总量保持不变. 2.表达式:ΔE减=ΔE增. 【预习自测】 1、用恒力F向上拉一物体,使其由地面处开始加速上升到某一高度.若该过程空气阻力不能忽略,则下列说法中正确的是 A.力F做的功和阻力做的功之和等于物体动能的增量B.重力所做的功等于物体重力势能的增量C.力F做的功和阻力做的功之和等于物体机械能的增量D.力F、重力、阻力三者的合力所做的功等于物体机械能的增量2、如图 1 所示,美国空军X-37B无人航天飞机于2010 年 4 月首飞,在X-37B 由较低轨道飞到较高轨道的过程中 A.X-37B 中燃料的化学能转化为X-37B 的机械能 B.X-37B 的机械能要减少C.自然界中的总能量要变大 D.如果X-37B 在较高轨道绕地球做圆周运动,则在此轨道上其机械能 不变 3、如图2 所示,ABCD是一个盆式容器,盆内侧壁与盆底BC的连接处都是一段与BC相切的圆弧,

B 、 C 在水平线上,其距离 d =0.5 m .盆边缘的高度为 h =0.3 m .在 A 处放一个质量为 m 的小物块并 让其由静止下滑.已知盆内侧壁是光滑的,而盆底 BC 面与小物块间的动摩擦因数为 μ=0.1.小物块在 盆内来回滑动,最后停下来,则停下的位置到 B 的距离为 课堂合作探究】 考点一 功能关系的应用 【例 1】 如右上图所示,在升降机内固定一光滑的斜面体,一轻弹簧的一端连在位于斜面体上方的 固定木板B 上,另一端与质量为m 的物块A 相连,弹簧与斜面平行.整个系统由静止开始加速上升 高度 h 的过程中 A .物块A 的重力势能增加量一定等于 mgh B .物块A 的动能增加量等于斜面的支持力和弹簧的拉力对其做功的代数和 C .物块A 的机械能增加量等于斜面的支持力和弹簧的拉力对其做功的代数和 D .物块 A 和弹簧组成的系统的机械能增加量等于斜面对物块的支持力和 B 对弹簧的拉力做功的代数 和 【突破训练 1】物块由静止从粗糙斜面上的某点加速下滑到另一点,此过程中重力对物块做的功等于 A .物块动能的增加量 B .物块重力势能的减少量 C .物块重力势能的减少量和物块动能的增加量以及物块克服摩擦力做的功之和 D .物块动能的增加量与物块克服摩擦力做的功之和 考点二 摩擦力做功的特点及应用 A .0.5 m B .0.25 m C . 0.1 m

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