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能量转化和守恒定律(能量守恒在人体中转化的有趣现象)

时间:2023-08-12 作者: 小编 阅读量: 10 栏目名: 高考资讯

能量守恒在人体中转化的有趣现象能量守恒定律不仅适用于物体与物体之间的转化或转移,它更适用于人体内的能量转化我们知道,当人在行走时,必然会消耗掉人体储存的能量,而人体的能量提供者为葡萄糖,在这一过程中,人是经过一系列的生化反应后,将。

能量守恒定律不仅适用于物体与物体之间的转化或转移,它更适用于人体内的能量转化。我们知道,当人在行走时,必然会消耗掉人体储存的能量,而人体的能量提供者为葡萄糖,在这一过程中,人是经过一系列的生化反应后,将化学能或生物能转化为人体的动能,从而支持人继续向前运动。就这个能量转化现象,我们不妨来看一个实例。

人们在工作、学习甚至睡眠过程中都需要能量,而人体又不能进行光合作用产生葡萄糖,故而,人的能量最终来源于蔬菜或植物中。食物在人体内经过消化转化为葡萄糖(C6H12O6),其中括号内的化学式为葡萄糖的分子式,它是由6个碳原子,12个氢原子和6个氧原子通过化学键相连组成的。

而人在进行有氧呼吸时,将体内的葡萄糖分解为水和二氧化碳,同时释放出E=2.8×10³×10³J/mol的能量。在这个式子中,符号J为能量单位焦耳,符号mol为物质的量的单位。现在,一个质量为60Kg的短跑运动员起跑时以1/6S的时间冲出了1m远,那么运动员在这一瞬间消耗掉了体内多少葡萄糖呢?

分析:运动员在跑步的过程中,从能量守恒的角度看,他是将人体内储存的化学能转化成了运动员的动能,所以,我们必须先求出运动员的动能变化量。求运动员的动能变化量就必须知道运动员的初末速度,运动员的初速度为零这个是已知的,但是运动员在运动1/6S的时间后,他的末速度就是未知的了。

现在,我们要将运动员运动的情况转化为物理模型来加以研究。运动员在跑出1m远的时间是非常短暂的,我们不妨假设运动员在1/6S时间内在做匀加速直线运动,由运动学中的知识可得,位移S=V×T,其中V为运动员1/6S时间内的平均速度,再由V=(V0 Vt)/2可知,运动员经过1/6S后的速度Vt=12m/S。

求出了这个末速度后,我们就可以得出运动员在1/6S时间内动能的变化量,即△Ek=1/2mVt²-0。带入数据后解得运动员的动能变化量为△Ek=4320J。在解答这道题目时,还必须对化学知识有所了解。

我们知道,一个碳原子的相对原子质量为12,一个氢原子的相对原子质量为1,一个氧原子的相对原子质量为16,因此,一个葡萄糖的相对分子质量为180,而葡萄糖的相对分子质量却等于葡萄糖的摩尔质量,即葡萄糖的摩尔质量为180g/mol。

所以,运动员跑出1m后消耗掉体内的葡萄糖质量为m,则有m=△Ek/E×180g/mol,带入数值得出运动员消耗掉体内的葡萄糖m≈0.28g。

所以说,能量即不会凭空的产生,也不会凭空的消失,它只在一个物体或系统内进行转移或转化,从而保持着平衡,这就是自然界中三大定律之一的能量守恒定律。

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