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第三章 能量的转化与守恒
第8节 能量的转化与守恒
浙教版 科学（初中）
九年级上
1
课堂导入
观察思考
动能和势能之间可以相互转化
那么，其他形式的能量是否也会发生相互转化呢？能量在转化过程中遵循什么规律？
摩擦生热 机械能与热能的转化
互动学习
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一、能量的相互转化
1、自然界中能量的形式
机械能、内能、化学能、电能、太阳能、生物能、地热能、潮汐能、核能等多种形式，各种形式的能量不是孤立的，而是相互联系的。
能量可以在两个物体之间转移，能量形式也可以转化。
下列物体具有哪种形式的能量？物体的能量发生怎样变化？
金属勺放入热水中
水具有内能
金属勺放入热水中
水的内能
勺子的内能
转移
A物匀速上升，B物匀速下降
A
B
B的势能
A的势能
转移
A、B物体具有动能和势能
化学能
转化
森林火灾
森林具有化学能，森林发生火灾时
内能
势能
转化
特技跳伞
动能
跳伞运动员具有动能和势能，跳伞运动员在下落过程中：
2、太阳能的转化
(1)太阳光照射到绿色植物的叶片上，叶片通过光合作用把水和 CO2 合成为淀粉等有机物质，将电磁能（光能）转变为化学能储存在植物里
太阳能 化学能
转变
（2）太阳光照射到大气层中，使大气产生对流，将电磁能转变为空气的动能
(3)太阳光照射到太阳能热水器上，将电磁能转变为水的内能；
(4)太阳光照射到电池板上，将电磁能转化为电能。
3、人体能量的来源及转化
人的生命活动和人体完成的各种动作，都需要能量，那么能量来自哪里呢？
所有这些能量都来自于食物。
人吃进各种食物，食物消化后被吸收的营养物质由血液输送到人体各处。
转化
食物的化学能
人体的内能、电能、机械能等
4、火力发电厂
我们每天都在使用电能，电能由发电厂提供你知道火力发电厂的电能是如何转化而来的吗？
储煤罐
传递带
烟囱
蒸汽管
涡轮机
发电机
变压器
输电线
锅炉
河流或水库
在火力发电厂中，燃烧煤或者天然气来加热水，水沸腾后产生的蒸汽驱动涡旋机转动，涡旋机带动发动机发电。
煤(天然气)的化学能
内能
转化
机械能
电能
转化
转化
青蛙从地上跃起捕捉害虫。在这个过程中，青蛙消耗了什么能？这些能量到哪里去了？青蛙获得了什么能？这些能量来自哪里？
青蛙捕食
青蛙从地上跃起捕捉害虫。在这个过程中，青蛙消耗了化学能，这些能量转化为机械能；青蛙获得了机械能，这些能量来自害虫的化学能。
大量事实表明，自然界中各种形式的能量都不是孤立的，不同形式的能量之间会发生相互转化，能量也会在不同的物体间相互转移。
平常我们所说的“消耗能量”、“利用能量”或者“获得能量”，实质上就是能量相互转化或转移的过程。
氢氧化钠在水中溶解，温度会升高；硝酸铵在水中溶解，温度会降低。这两种物质在溶解过程中，能量的形式各发生了怎样的转化？
氢氧化钠在水中溶解温度会升高是把化学能转化为内能。
硝酸铵在水中溶解，温度会降低是把内能转化为化学能。
光合作用——地球上最主要的能量转化过程
阅读课文回答什么是光合作用？为什么说光合作用是地球上最主要的能量转化过程。
光合作用：是指植物利用光能，把二氧化碳和水转化成有机物，并释放出氧气的过程；因为光合作用不仅为生物体提供食物和能量，也是目前世界上主要动力的源泉。人类利用的煤、石油、天然气等化石能源，是古代植物进行光合作用攒积下来的。因此，光合作用是地球上最主要的能量转化过程。
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二、能量的转化与守恒定律
我们已经知道，能量有机械能、电能、内能、化学能及核能等各种不同形式， 各种形式的能量可以在一定条件下相互转化。那么在相互转化的过程中能量的多少是否发生变化呢？
不是全部转化重物的机械能，电动机消耗的电能一部分转化为重物的机械能一部分转化为内能；
如果把转化后的各种形式的能量全部加起来跟电动机消耗的电能相等。
大量事实告诉我们，任何一种形式的能量在转化为其他形式的能量过程中，消耗多少某种形式的能量，就得到多少其他形式的能量，能量的总量是保持不变的。
19 世纪确立了自然界最普遍的规律之 一——能量守恒定律。
能量既不会消灭，也不会创生，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。而在转化和转移的过程中，能的总量保持不变。这就是能量转化和守恒定律。
注意：能量转化和守恒定律是自然界最普遍、最重要的基本定律之一。无论是宏观物体运动还是微观粒子运动，都遵循这个定律。
1、你知道什么是永动机吗？
机械师斯特尔永动机
永动机：不消耗任何能量和燃料，却源源不断对外做功的机器。
2、如图所示，达·芬奇曾设计了一个 “永动机”一只圆轮，里面装有可以自由滚动的重钢球。利用隔板的特殊形状，使轮子一边的钢球总是滚到另一边距离轮心远些的地方，这样，在钢球的重力作用下，轮子便会转动不息。你认为这个“永动机”能旋转不息吗？为什么？
这个“永动机”不可能旋转不息因为圆轮转动是要克服摩擦力和空气阻力消耗能量，即机械能会转化为内能。
根据能量的转化和守恒定律可知：机械能逐渐减少，经过足够长时间，机械能会全部转化为内能。
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三、能量的转移和转化的方向性
永动机”制造一直失败的原因是：它违背了能量的转化和守恒定律。那么，遵循能量的转化和守恒定律的事件是否一定会发生呢？
一块炽热的铁块投入水中时能量发生怎样的转移？
当一块炽热的铁块投入水中时，内能从铁块传递给水，最后两者达到相同的温度。但是，铁块不可能自发地从同温度的水中吸收热，使自己变得炽热。
热量的转移是有方向性的，热量只能自发地从高温物体传向低温物体，而决不会反向转移。
当杂技演员沿竹竿下滑时，能量又是如何转化？
手和竹竿的内能，能使演员上升吗？
当杂技演员沿竹竿下滑时，演员的重力势能有一部分转化为手和竹竿的内能，使手和竹竿的温度升高。但是，相反的过程也不会自发地发生，即手和竹竿不可能自发地降低温度，而使人的位置升高，尽管这一过程也不违反能量转化和守恒定律。
归纳总结：
（1）能量的转化和转移是有方向的，内能不能自发地从低温物体传到高温物体。我们是在能量转移或转化过程中利用能量的。
（2）能量的利用率不可能达到100%
能量的转化和守恒定律的建立
1840 年，德国医生迈尔（Julius Robert von Mayer）从生理学角度对能量进行了研究，他发现病人的静脉血比他预计的要红得多，因此他开始思考动物热的问题，并由此萌发了所有形式的能量都可以相互转化的想法。他还分析了多种能量的转化和守恒的现象，成为首先阐述能量守恒思想的人。
从 1840~1878 年的近 40 年时间里，英国科学家焦耳研究了电流热效应、空气压缩时温度的升高以及电、化学和机械作用之间的联系。他发现了焦耳定律，得出了电能向内能转化的定量关系。他做了 400多次实验，用各种方法测定热与功之间的当量关系，精确地测定了热
和机械功之间的当量关系的数值，为能量守恒定律的确立奠定了定量的实验基础。
1847 年，德国科学家亥姆霍兹（Hermann Ludwig Ferdinard von Helmholtz）发表了《论力的守恒》一文，把能量的概念推广到热学、电磁学、天文学和生理学等领域，系统、严密地阐述了能量守恒思想。他分析了机械能、化学能、电磁能等不同形式能量的转化和守恒，并把能量守恒与永动机不可能制成联系起来。他认为机器只能转化能量，而不能创造和消灭能量。他对能量守恒定律作出了清晰、具有说服力的论述，从而使能量转化和守恒定律得到人们的广泛接受。
可见，能量转化和守恒定律是众多科学家集体智慧的结晶。
3
课堂小结
THANKS
“
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