第二十一章

能源、材料與社會第1節(jié)

能量的轉(zhuǎn)換與守恒1.知道能量守恒定律和能量轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移具有方向。2.能從能量轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的角度認(rèn)識效率。3.了解能量守恒定律在科學(xué)發(fā)展中的意義。

自然界存在著各種形式的能量。例如：機械能、內(nèi)能、電能、太陽能、化學(xué)能、核能等。

這些不同形式的能量可以相互發(fā)生轉(zhuǎn)化嗎？在轉(zhuǎn)化的過程中有沒有規(guī)律呢？觀察思考電能轉(zhuǎn)化成機械能機械能轉(zhuǎn)化成電能知識點一、能量的轉(zhuǎn)移與轉(zhuǎn)化觀察思考電能轉(zhuǎn)化成內(nèi)能內(nèi)能轉(zhuǎn)化成電能各種形式的能量是可以相互轉(zhuǎn)化的內(nèi)能電能機械能火力發(fā)電機電爐電動機風(fēng)力發(fā)電機火箭發(fā)動機摩擦生熱能量形式發(fā)生改變你能說出下面這些物體能量之間是怎樣轉(zhuǎn)化的么？機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能太陽能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能太陽能熱水器觀察思考能量的轉(zhuǎn)移能量形式不發(fā)生改變

碰撞時，物體之間會發(fā)生能量的轉(zhuǎn)移地球上的大多數(shù)能量都來源于太陽光合作用不僅產(chǎn)生氧氣，同時生成葡萄糖太陽能是地球上的主要能源生命中的能量轉(zhuǎn)換地球上的大多數(shù)能量都來源于太陽

今天我們開采化石燃料，實際上是在開采上億年前地球接收的太陽能。地球上的大多數(shù)能量都來源于太陽結(jié)論：在一定條件下,各種形式的能量都可以相互轉(zhuǎn)化。1、能量從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體。2、能量從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式。1.分析能量守恒現(xiàn)象（1）小球的擺動

小球擺動時，勢能與動能不斷地相互轉(zhuǎn)化。當(dāng)小球到達(dá)最高處時勢能最大；隨著小球的下降，勢能逐漸減小，動能逐漸增大，勢能轉(zhuǎn)化為動能；當(dāng)小球下降到最低點時，勢能最小，動能則最大。

小球擺動的高度越來越低，最后停下來。說明這個過程中機械能減小了，而擺動過程中要克服空氣阻力做功，使小球和周圍空氣的內(nèi)能增大。小球在運動時能量守恒知識點二、能量守恒定律

（2）乒乓球的彈跳

從高處掉到地板上的乒乓球會先彈起后落下，落下又彈起，但是越跳越低，最終會靜止下來。

這一過程中，小球的重力勢能與動能不斷地相互轉(zhuǎn)化。乒乓球彈起的高度逐漸降低，說明總的機械能減小，而在這個過程中，乒乓球與地面碰撞及克服空氣阻力做功，使乒乓球內(nèi)能增大。乒乓球彈跳的頻閃照片（3）跳動的小丑

如圖所示的玩具小丑在跳動過程中，能量是如何轉(zhuǎn)化的嗎？

玩具小丑向上跳時，彈簧恢復(fù)原長，彈性勢能減少，小丑速度不為零，具有動能，小丑高度增加，重力勢能增加。在小丑向上跳的過程中，彈性勢能轉(zhuǎn)化為動能和重力勢能。

小丑跳動的幅度越來越小，最后停下來。說明這個過程中能量減小了，而跳動過程中要克服摩擦阻力做功，使小丑和周圍空氣的內(nèi)能增大。跳動的小丑

分析與總結(jié)（1）小球、乒乓球和小丑的機械能減小，并不是能量丟失了，而是轉(zhuǎn)化成了另一種形式的能——內(nèi)能。

小球擺動次數(shù)越多，乒乓球彈起次數(shù)越多，阻力對它們做的功就越多，小球和乒乓球的內(nèi)能增大就越多，而擺動和彈起的高度越低，機械能減小就越多，減小的機械能轉(zhuǎn)化為增大的內(nèi)能。（2）可見，一個物體能量減小，并不是能量消失了，而是轉(zhuǎn)移給了其他物體，或轉(zhuǎn)化成了其他形式的能量；一個物體能量增大，并不是憑空產(chǎn)生了能量，而是從其他物體獲得或從其他形式的能量轉(zhuǎn)化而來。

能量既不會消滅，也不會創(chuàng)生，它只會從一種形式轉(zhuǎn)化為其他形式，或者從一個物體轉(zhuǎn)移到其他物體，而能量的總量保持不變。2.能量守恒定律

能量守恒定律是19世紀(jì)自然科學(xué)的三大發(fā)現(xiàn)之一，也是自然界最普遍、最重要的基本規(guī)律之一，恩格斯把它稱作“偉大的運動基本定律”。自然界的一切變化過程，小到原子世界，大到宇宙空間，只要有能量的變化，都無一例外地嚴(yán)格遵循能量守恒定律。3.對能量守恒定律的理解

（1）能量守恒定律的普遍性

能量守恒定律是自然界最普遍、最重要的基本定律之一。自然界中的一切變化過程，只要有能量轉(zhuǎn)移或轉(zhuǎn)化，都遵循能量守恒定律。（2）能量守恒定律包括“能量轉(zhuǎn)化”和“能量轉(zhuǎn)移”兩個方面。（3）永動機的失敗：不消耗能量，能夠永遠(yuǎn)對外做功的機器——永動機是不存在的，它違背了能量守恒定律。（4）能量守恒定律的成立是無條件的。

能量從一種形式轉(zhuǎn)化為其他形式，一種形式的能量減少多少，其他形式的能量就會増加多少；能量從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體上，一個物體的能量減少多少，另一個物體的能量就増加多少。能量的總量保持不変。

如圖所示，瀑布飛流而下，這是因為：自然狀態(tài)下水總是從高處流向低處。1.能量轉(zhuǎn)移的方向性

如圖所示，熱水中的冰塊逐漸熔化，這是因為：自然狀態(tài)下熱量總是從高溫物體傳遞到低溫物體。（1）觀察以下日常生活中經(jīng)常發(fā)生的一些現(xiàn)象，為什么？知識點三、能量轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)化的方向（2）想一想，以下情況會發(fā)生嗎?你坐在房間里，房間里充滿空氣。突然，這些空氣自行聚攏到某一個角落，使你窒息，如圖所示。一杯水的內(nèi)能自發(fā)集中到這杯水的上層，使上面的水劇烈地沸騰，而下面的水卻結(jié)成了冰，如圖所示。

結(jié)論：這兩幅圖所示的情況并不違反能量守恒定律，但卻不可能發(fā)生，這是為什么呢？原來，自然界中許多自發(fā)的過程都是有方向的，或者說能量的轉(zhuǎn)移是有方向的.房間的空氣會自行聚攏嗎上面的水自發(fā)地沸騰、下面的水自發(fā)地結(jié)冰，可能嗎

我們從石油中提煉出汽油，汽車內(nèi)燃機工作時，把汽油中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為汽車的機械能、內(nèi)能等?；瘜W(xué)能機械能內(nèi)能

這些機械能、內(nèi)能無法再轉(zhuǎn)化回可以被利用的能源。所以說

2.能量轉(zhuǎn)化的方向性能量的轉(zhuǎn)化是有方向的.

典例分析：

鐘表上緊發(fā)條工作，但終會停下，機械能完全轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，沒有任何外界的影響或幫助，是一個“自發(fā)過程”?！白园l(fā)過程”是一個不可逆的過程.

但是若要鐘表自動從周圍環(huán)境吸熱，使這部分內(nèi)能轉(zhuǎn)化為發(fā)條的彈性勢能是不可能做到的。

內(nèi)能并非不可能轉(zhuǎn)化為其他形式的能量，而是必須滿足一定的條件，例如，熱機就可以實現(xiàn)這樣的轉(zhuǎn)化，但這種轉(zhuǎn)化必須滿足一定的條件。結(jié)論：能量的轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)化是有方向性的.

我們是在能量轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移過程中利用能量的。所謂“永動機”是這樣一種機器：它不需要外界輸入能量或者只需要一個初始能量就可以永遠(yuǎn)做功。層出不窮的“永動機”設(shè)計方案，都在科學(xué)的嚴(yán)格審查和實踐的無情檢驗下一一失敗了。1775年，法國科學(xué)院宣布“本科學(xué)院以后不再審查有關(guān)‘永動機’的一切設(shè)計”。

永動機的失敗是由于違反了能量守恒定律，這種機械是不可能制造出來的?。3.永動機一種“永動機”的設(shè)想視頻欣賞：永動機某個品牌的車性能很好，“省油”。（1）請思考回答，“省油”的意義是什么？消耗相同的汽油，行駛的路程（做的功）多，或行駛一定的路程（做相同的功）用的油少（2）簡述消耗的能量能量走向：①

②

③

④

⑤

上圖中有用的走向是

，沒有用而浪費的是

。⑤①②③④知識點四、能量轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)化的效率觀察思考（3）有沒有一種車能把消耗的汽油的化學(xué)能都最終轉(zhuǎn)化為有用的機械能？②能量的利用存在效率問題。100%的能量利用率，這是一個理想情況。不可能有能量轉(zhuǎn)化效率：①在能量轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)化的過程中，能量轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移過程中輸出的有用功能量與輸入總能量之比稱為能量轉(zhuǎn)化效率。通常有百分率表示。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：柴火灶

燃?xì)庠?/p>

微波爐常見能量轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)化過程，燃料的能量轉(zhuǎn)化效率：30%55%70～90%能量的轉(zhuǎn)化與守恒能量轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)化的方向能量的轉(zhuǎn)移與轉(zhuǎn)化能量守恒定律能量轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)化的效率

1．關(guān)于能量轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移，下列說法錯誤的是()A．飛船返回艙跟大氣摩擦是機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能B．冬季用暖手寶暖手是內(nèi)能的轉(zhuǎn)移C．手機充電是化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能D．抽油煙機正常工作時電能轉(zhuǎn)化為機械能C

2．如圖是小球在地面彈跳的頻閃照片，下列說法中正確的是()A．小球彈起的高度越來越小，說明在此過程中能量不守恒B．在