第五章资源能源及其利用.doc

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1、第五章资源、能源及其利用教学题目：能量及其转化教学时间安排：4课时教学目的、要求：1.机械能、内能、电能的转化及计算2.能量守恒定律教学重点：1.能量守恒定律2.热力学第一定律教学难点：1.能量守恒定律2.热力学第一定律教学方法及其手段：讲授教学内容及过程：能量及其转化一、机械能及其转化（一）动能和势能的相互转化动能、重力势能和弹性势能统称为机械能。不同形式的机械能之间可以相互转化。（二）机械能守恒定律（画图）一个质量为m的物体在最高点A上的总机械能为：下落d距离后，在B点上的总机械能为：落在地面C点上的总机械能为：由此可见，物体在自由下落过程中，它的势能不断转化为

2、动能，但是在任何时刻，它的动能与势能之和不变，也就是说它的总机械能保持不变。即：在只有重力和弹力做功的情况下，任何物体在势能和动能相互转化的过程中，总机械能保持不变。这个结论，称为机械能守恒定律，他是力学中的一条重要规律。但是在这里我们要注意，在讨论机械能守恒定律时，只有在重力或弹力对物体做功而其它力不做功的条件下，机械能守恒定律才能成立。对一个物体系统来说如果有摩擦力或外力对它做功，此物体系统的机械能就不守恒。但是，如果摩擦力或外力对系统不做功，那么，系统的动能和势能不仅可以相互转换，而且他们的总和是守恒的。二、内能及其转化（一）内能：包括分子动能和势能物体分子做

3、无规则运动的动能，称为分子动能。一般所谈到的分子动能是物体内所有分子的动能的平均值。温度是物体分子平均动能的标志：温度越高，分子的平均动能就越大。由于分子间相对位置所决定的势能，称为分子势能，而分子间的相对位置是由分子间相互作用力所决定，因此分子势能其实是由于分子间的相互作用力引起的相对位置的变化产生的。分子间的相互作用比较复杂：当分子间的距离等于r0时，分子间的作用力达到平衡状态；分子间的距离大于r0时，它们的相互作用力呈引力，分子势能随分子间距离的增大而增大；分子间的距离小于r0时，它们的相互作用力呈斥力，分子势能随分子间距离的增大而减小。一个物体，他的体积改变

4、时，分子间的距离也随之改变，因而分子势能也随之改变。所以，分子势能跟物体的体积有关系。由此可见，物体的内能与物体的温度和体积有关。（二）物体内能的变化任何物体都具有内能，这是物体固有的属性，但是也可以通过改变外界的条件来改变物体的内能。做功可以改变物体的内能，例如，钻头钻孔时做了功，钻头和工件都变热，内能都增加；活塞压缩空气做功，空气温度上升，空气内能增大；电流通过电阻丝时，电流做了功，电阻丝发热，内能增大。这些都说明做功可以改变物体的内能。热传递也可以改变物体的内能。例如，灼热的火炉可以使它上面和它周围的物体温度升高，内能增多；火炉熄灭后，这些物体温度降低，内能减

5、少。热可以通过传递、对流、辐射等传递方式，使物体的内能改变。综上所述，能够改变物体内能的物理过程有两种：做功和热传递。当物体的内能增多时，表明他从别的物体得到了某一数量的能；当物体的内能减小时，表明他把自己的一部分内能传给了其他的物体。物体内能的改变，如果是由于做功的原因，就可以用做功的大小来量度；如果是由于热传递的原因，就可以用热量的交换来量度。（三）热力学第一定律1.先介绍温度计的发明、温标的建立（参考书185~186页）2.介绍热的本质的争论（参考书187~188页）3.介绍热力学第一定律的建立（参考书189页~191页永动机先不讲）在热力学中，一般把研究的宏

6、观物体称为热力学系统，简称系统。对系统做功或对系统传递热量，都能使系统的内能增加；反之，系统对外界做功或向外界传递热量，系统的内能则减少。如果系统在开始时的内能为E1，变化后的内能为E2，即内能的改变为E2-E1。在此过程中，系统由外界吸收的热量Q，它对外做的功为W，根据能量守恒与转换定律，系统吸收的热量，一部分是系统的内能增加，另一部分是系统对外做功，则有：Q=（E2-E1）+W这就是热力学第一定律的数学表达式。显然，热力学第一定律就是包括热现象在内的能量守恒与转换定律。由热力学第一定律可知，要使系统对外做功，必然要消耗系统的内能或由外界吸收热量。4.补充永动机的

7、不可实现（参考书191页）、第二类永动机的不可实现（参考书193页）（四）功率及代谢率我们把物体在单位时间内所做的功称为功率，如果以W表示时间t内所做的功，以P表示功率，则：P=W/t。在国际单位制中，功率的单位是焦耳每秒（J/S）或者是瓦特（W）。对于动物，能量消耗率称为代谢率，如果代谢率用符号N表示，则有：N=W/t，单位与功率相同。三、电能及其转化（一）电功、电功率电流在流经负载时要做功。电流通过负载时，可以看做是正电荷q在电场力的作用下，从电势较高的一端移向电势较低的一端。此时，电场力所做的功为：W=q（UA-UB）=qU。这个功叫电流的功，简称电功，用