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能量守恒定律 學案
[例1] 試分析子彈從槍膛中飛出過程中能的轉化．
[分析] 發射子彈的過程是：火藥爆炸產生高溫高壓氣體，氣體推動子彈從槍口飛出．
[答]火藥的化學能→通過燃燒轉化為燃氣的內能→子彈的動能．
[例2] 核電站利用原子能發電，試說明從燃料鈾在核反應堆中到發電機發出電的過程中的能的轉化．
[分析] 所謂原子能發電，是利用原子反應堆產生大量的熱，通過熱交換器加熱水，形成高溫高壓的蒸汽，然后推動蒸汽輪機，帶動發電機發電．
[答] 能的轉化過程是：核能→水的內能→汽輪機的機械能→發電機的電能．
[說明]在能的轉化過程中，任何熱機都不可避免要被廢氣帶走一些熱量，所以結合量守恒定律可得到結論：
不消耗能量，對外做功的機器（稱為第一類永動機）是不可能的；
把工作物質（蒸汽或燃氣）的能量全部轉化為機械能（稱第二類永動機）也是不可能的．
【例3】 將一個金屬球加熱到某一溫度，問在下列兩種情況下，哪一種需要的熱量多些？（1）將金屬球用一根金屬絲掛著（2）將金屬球放在水平支承面上（假設金屬絲和支承物都不吸收熱量）
A．情況（1）中球吸收的熱量多些
B．情況（2）中球吸收的熱量多些
C．兩情況中球吸收的熱量一樣多
D．無法確定
[誤解]選（C）。
[正確解答]選（B）。
[錯因分析與解題指導]小球由于受熱體積要膨脹。由于小球體積的膨脹，球的重心位置也會變化。如圖所示，在情況（1）中，球受熱后重心降低，重力對球做功，小球重力勢能減小。而在情況（2）中，球受熱后重心升高。球克服重力做功，重力勢能增大。可見，情況（ 1）中 球所需的熱量較少。
造成[誤解]的根本原因，是忽略了球的內能與機械能的轉變過程。這是因為內能的變化是明確告訴的，而重力勢能的變化則是隱蔽的。在解題時必須注意某些隱蔽條件及其變化。
[例4] 用質量M=0．5kg的鐵錘，去打擊質量m=2kg的鐵塊。鐵錘以v=12m/s的速度與鐵塊接觸，打擊以后鐵錘的速度立即變為零。設每次打擊產生的熱量中有η=50%被鐵塊吸收，共打擊n=50次，則鐵塊溫度升高多少？已知鐵的比熱C=460J/kg℃。
[分析] 鐵錘打擊過程中能的轉換及分配關系為
據此，即可列式算出△t．
[解答] 鐵錘打擊n=50次共產生熱量：
設鐵塊的溫度升高△t，由

[例5] 用功率P=600W的電動機帶動鉆頭在鐵板上鉆孔，在t=3min內產生熱量的最大值為多少？若其中η=75％被鐵塊吸收，鐵塊的質量為m=0．7kg，則鐵塊的溫度升高多少？已知鐵的比熱為C=460J/kg·℃。
[分析] 在這個鉆孔過程中，能的轉換及分配如下：
當供給電動機的電能完全轉化為鉆頭的機械能，鉆頭的機械能完全轉化為內能時，就可算出所產生的最大熱量．由上述能的分配，根據吸熱公式可算出鐵塊所升高的溫度。
[解] 在t=3min內產生的熱量的最大值為：
Q=Pt=600×3×60J=1．08×105J
設鐵塊升高的溫度為△t，由吸熱公式：
ηQ=cm△t 得
℃ =251.6℃
[例6] 光滑水平桌面上一塊質量M=400g的木塊，被一顆質量m=20g，以水平速度v=500m／s飛行的子彈擊中，子彈穿出木塊時的速度v1=300m／s．若子彈擊中木塊的過程中，系統損失的機械能全部轉變為內能，其中η=41．8％部分被子彈吸收使其溫度升高．已知子彈的比熱c=125J／kg·℃，試求子彈穿越木塊過程中升高的溫度．
[分析] 子彈穿越木塊過程中，水平方向不受外力，由動量守恒可算出木塊獲得的速度．根據子彈-木塊系統損失的機械能可算出產生的內能．由此即可算出子彈所升高的溫度．
[解] 子彈穿出木塊后，木塊的速度設為V，由
mv=mv1+MV，
得
子彈木塊系統損失的機械能
根據量守恒，子彈穿越木塊過程中產生的內能（即增加的內能）為
Q=△U=1580J．
設子彈升高溫度為△t，則由
ηQ=cm△t，
[說明] 有的學生認為子彈損失的動能就等于穿越木塊過程中產生的熱能，這是不對的，不能忽略木塊所獲得的動能．子彈擊中木塊過程中，整個系統能的轉化及分配情況如下：

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