能量能量转化守恒能源的开发和利用.ppt

,,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5．0102J／（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。,200,40,60,,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性问题,保护地球、保护环境已成为人类共同的呼声,3、未来的能源,3、太阳能,节约能源、开发新能源、研究清洁能源是解决当前能源危机和保护及改善人类生存环境的有效措施。,目前正在研究及开发的新能源有,1、核能,2、风能,4、水能、海洋能,5、地热能,6、生物质能,7、氢能,