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教科版 九年级下册第十一章第2节
能量转化的方向性和效率
导入新课
能量的转化和转移无处不在。然而，许多情况虽然并不违背能量守恒定律，但在实际情形中却不会发生，这是为什么呢？
这是因为能量的转化具有方向性。
能量的转化具有方向性
如同水总是自发地从高处往低处流，能量的流向也并不是随意的，能量的转化具有方向性。
能量的转化具有方向性
试看分析以下过程能否实现，以及实现过程中的能量转化情况。
能量的转化具有方向性
内能总是自发地从高温物体向低温物体转移而不会自发的由低温物体向高温物体转移
热传递的过程是有方向性的，这个过程可以向一个方向自发地进行，但是向相反的方向却不能自发地进行。
能量的转化具有方向性
枯萎的花儿，也不可能自发从空气中吸取能量和水分.
机械能可以全部转化为内能，而内能不可全部转化为机械能而不引起其他变化！
我们无法把这些内能收集起来重新利用，这种现象叫做能量的耗散.能量的耗散从能量转化的角度反映出自然界中宏观过程的方向性。
通过 以上的分析很明显这些过程都是不可能实现的，我们在现实生活中也从未看到这样的现象发生过。 自然界中许多自发的过程都是有方向的，或者说能量的转化和转移也是有方向的.
能量的转化具有方向性
思考：因为能量是守恒的，所以我们不需要节约能源，这种说法对吗？并说明原因。
能量的转化具有方向性
现实的宏观世界中，物体间一旦存在温差，就会有热量的传递；摩擦无处不在，机械能会不断转化为内能。我们对能量的利用，无法避免涉及热量的生成与转移。于是，每一次能量的利用．都会减少这个世界上可利用、便于利用的能量的总量．
这种说法不正确，因为能量转化具有方向性。
能量转化中的效率
在实际工作和生活中，人们把一种能量转化为另一种能量总是为了某种目的：
用燃气灶烧水，目的是为了把水烧热或烧开；
使用电梯是为了把人或物体提高到一定的高度；
从节能的角度来说，烧水时，我们希望烧水时将天燃气燃烧产生的热量完全传递给水壶中的水，使之升温、沸腾；
使用电梯时，希望每消耗1千瓦时的电能完全转化成人或物体的势能；
骑自行车时，我们希望消耗的每一分体能全部转化为自行车和人的动能；
这些愿望能实现吗？
能量转化中的效率
生活经验告诉我们，这些理想都不可能发生在所有的能量利用过程中，能量损耗不可避免
以天燃气烧一壶水为例
1、输入能量
我们把天然气完全燃烧释放出的化学能称为输入能量。
能量转化中的效率
3、输出无效能量
把散发到大气、壶体中的那部分能量称为输出无效能量。
2、输出有效能量
壶水水吸收的那部分能量称为输出有效能量。
能量转化中的效率
输入能量=输出有效能量+输出无效能量
4、输入能量、输出有效能量和输出无效能量的关系
根据能量守恒定律：
为了进一步描述这些过程，人们定义了能量的转化效率。
能量转化中的效率
能量转化效
即η= 任何情况下，η<1!
能量转化效率=
输出有效能量
输入能量
W有
W总
讨论交流各种“效率”
能量转化中的效率
机械效率定义:有用功在总功中所占的百分比,叫机械效率，机械效率总小于1。
热机效率：热机所做有用功（有效利用的能量）与燃料完全燃烧释放的热量之比叫做热机效率热机工作时总是有能量的损失，所以热机效率始终小于1。
能量转化中的效率
提高能量利用中的转化效率是节能问题的核心，
是可持续发展的重要措施之一。
能量转化效率=
输出有效能量
输入能量
即都可表示为：
能量转化中的效率
课堂小结
一、能量的转化具有方向性
涉及了热量，能量的转化（和转移）是有方向的，无法自发地沿反方向发生，除非我们耗费额外的能量提供帮助。
二、能量转化中的效率
输入能量=输出有效能量+输出无效能量
即η= W有/W总任何情况下，η<1!
能量转化效率=
输出有效能量
输入能量
1、一杯水的内能自发集中到这杯水的上层，使上面的水剧烈地沸腾，而下面的水却结成了冰。这样的情景是不会出现的原因是（　　）
A．违反能量守恒定律 B．水的比热容大
C．能量的转移有方向性 D．冰的密度较小
大显身手
C
大显身手
2、汽车刹车过程中，因摩擦将机械能转化为地面、轮胎和空气的内能。转化获得的这些能量，将无法重新自动地转化为汽车行驶所需的能量，此现象说明能量的转化具有 性；能量的转化或转移过程中，能的总量保持 。
方向
不变
3. 如图为某轿车输出的能量与输入能量之间的关系图，该轿车的能量利用效率为 ，轿车刹车时，由于摩擦，轿车的机械能转化为地面、空气的 能，这些能量不能自动地收集起来再次开动轿车，这说明能量的转化和转移具有 。
大显身手
16%
内
方向性
4、下列关于能量转化的效率理解正确的是（　　）
A．某柴油机工作效率是35%，该柴油机工作时可以把35%的化学能转化为机械能
B．某太阳能电池的光电转换效率是20%，该电池可以把20%的太阳能转化为电能
C．某电动车行驶的效率是80%，该电动车行驶时可以把80%的内能转化为机械能
D．某电热水器工作的效率是87%，该热水器工作时可以把87%的电能转化为内能
大显身手
BD
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11.2 能量转移的方向性和效率
一、填空题（共6题）
1. 不同能量之间可以相互转化，在转化过程中，能量的总量保持 。除此之外，能量的转化还存在一定的 性。
2. 能在转化和转移过程中具有 。
3. 能量的转化和转移是有 的，如汽车消耗燃油，将化学能转化为内能，然后再转化为汽车的 ，排放的尾气中的能量不可能再收集起来用于开动汽车。
4. 如图是某同学常温下在教室内用甲乙装置分别探究“冰和烛蜡熔化的特点”的实验。甲装置缺少酒精灯加热是 （填“可行”或“不可行”）的；采用乙装置加热方式的优点是 ；实验中，热量只能自发地由酒精灯的火焰传递给水，却不会反过来传递，说明能量的转移其有 性。
5. 汽车在刹车过程中，因摩擦将 能转化为地面、轮胎和空气的 能。转化后，这些能将无法再自动地转化为汽车行驶所需的能量，这种现象说明能量的转化具有 性，但在能量的转化或转移过程中，能的总量保持 。
6. 能量的转化和转移具有 。寒冷的冬天，手冷时，我们用“暖手宝”取暖，这是利用 的方式增加手的内能。
二、选择题（共5题）
7. 下列说法正确的是
A．酒精燃烧时，将化学能转化为内能，但内能不会自发转化为酒精的化学能
B．人们对太阳能的开发和利用，说明能量可以凭空产生
C．吸收热量多的物体比热容和质量一定都大
D．做功的实质是能量的转化，所以如果物体发生了能量变化，则该物体一定做了功
8. （）发生热传递时热量只能由高温物体传递给低温物体；（）电烙铁工作时放出的热量很难再转化为电能。以上两个事实说明能量的转化和转移具有
A．任意性 B．方向性 C．单一性 D．不确定性
9. 如图所示，关于能量转化图的说法不正确的是
A．摩擦生热，机械能转化为内能
B．能量转化是非常普遍的现象，但是各种形式的能量之间不能自由地相互转化
C．随着技术的发展，电灯通电后可以全部转化为光能
D．燃料燃烧时，将化学能转化为光能和内能
10. 关于能量的转化或转移过程，下列说法错误的是
A．地球上的化石能源归根结底来自远古时期的太阳能
B．自然界中水能的循环再生过程不遵循能量守恒定律
C．空调将室内空气的内能转移至高温的室外需要消耗电能
D．热水自然变凉，能量自发地从高温物体转移至低温物体
11. 如图所示是探究能量转化的装置，下列说法错误的是
A．此实验展现了热机中能量转化的过程
B．对水加热过程中是通过热传递使水的内能增大的
C．水蒸气驱动风车转动，水蒸气的内能减小了
D．此实验过程中，燃料的化学能直接转化为风车的机械能
答案
一、填空题（共6题）
1. 【答案】不变；方向
【解析】根据能量守恒定律可知：能量的利用过程，本质是能量的转移或转化过程，在转移或转化过程中，总量是不变的；
但能量的转移或转化具有方向性，所以人类可利用的能量不断减少，出现了能源危机。
2. 【答案】方向性
3. 【答案】方向性；机械能
【解析】能量转化的过程可以自发地朝某个方向进行，却不能自发地向相反的方向进行，即自然进行的能量转化过程是不可逆的。汽车消耗燃油，将化学能转化为内能，然后再转化为汽车的机械能。
4. 【答案】可行；受热均匀；方向
5. 【答案】机械（动）；内；方向；
6. 【答案】方向性；热传递
二、选择题（共5题）
7. 【答案】A
8. 【答案】B
【解析】发生热传递时热量只能由高温物体传递给低温物体，而不能反向传递；电烙铁工作时放出的热量很难再转化为电能，这两个事实说明能量的转化和转移具有方向性。
9. 【答案】C
10. 【答案】B
【解析】能量守恒定律普遍适用，自然界中水能的循环再生过程同样遵循能量守恒定律，故B错误。
11. 【答案】D
【解析】燃料燃烧的过程化学能转化为内能，内能传递给水，水沸腾汽化为水蒸气，高温的水蒸气可以驱动风车转动，水蒸气自身的温度会降低，内能会减少，转化成了风车的机械能，此实验展现了热机工作时的能量转化过程，A、B、C 正确，D错。
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《能量转化的方向性和效率》教案
【教学目标】
1、知道能量转移具有方向性。
2、认识能量转化效率。
3、通过讨论交流，知道能量转化有方向性。
【教学重、难点】
1、分析能量转化的方向性。
2、会用能量转化效率计算。
【教学过程】
一、 导入新课
能量的转化和转移无处不在。然而，许多情况虽然并不违背能量守恒定律，但在实际情形中却不会发生，这是为什么呢？21·cn·jy·com
这是因为能量的转化具有方向性。
二、讲授新课
（一）、能量的转化具有方向性
思考：水能从低处往高处流吗？水能自发地从低处往高处流吗？
用抽机就能实现水从低处往高处流.
如果水是自发地流只能从高处往低处流，同样能量的自发流向也不是随意的，即能量的转化具有方向性。
1、讨论交流这些情形可能吗？
（1）一杯水静置一段时间后，其中的一部分水自行从另一部分水中吸取热量，沸腾成水蒸气 另一部分水则内能减少，凝结成冰 21世
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热传的过程是有方向性的，这个过程可以向一个方向自发地进行，但是向相反的方向却不能自发地进行。
注意：内能总是自发地从高温物体向低温物体转移而不会自发的由低温物体向高温物体转移
(2)枯萎的花儿，自发从空气中吸取能量和水分，重焕青春？
枯萎的花儿，也不可能自发从空气中吸取能量和水分.
（3）坡底的巨石从周围环境中获取能量，滚向坡顶？
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机械能可以全部转化为内能，而内能不可全部转化为机械能而不引起其他变化！
（4）汽车从北京开到天津，掉转车头，可以不再消耗新的燃料，从空气、尾气中吸取能量，返回北京？
( http: / / www.21cnjy.com )
这是不可能的.
因为被其他物质吸收后变为周围环境的内能， ( http: / / www.21cnjy.com )我们无法把这些内能收集起来重新利用，这种现象叫做能量的耗散.能量的耗散从能量转化的角度反映出自然界中宏观过程的方向性。
通过 以上的分析很明显这些过程都是不可能实 ( http: / / www.21cnjy.com )现的，我们在现实生活中也从未看到这样的现象发生过。 自然界中许多自发的过程都是有方向的，或者说能量的转化和转移也是有方向的.21·世纪*教育网
2、(1)转移的方向性
热量只能自发地从高温物体转移到低温物体,反 ( http: / / www.21cnjy.com )之要想使热量自发地从低温物体流入高温物体是不可能的.但如果有外界适当的干预,或满足一定的条件,热量可以从低温物体转移至高温物体.www-2-1-cnjy-com
例如空调可以将热量从低温的室内移至高温的室外,但外界必须做功,这种转移才是可能的,空调不开不做电功,这种转移就是不可能的.2-1-c-n-j-y
(2)转化的方向性
指内能和其他形式的的能量（如电能、机械能等）的相互转化具有方向性.
其它形式的能量可以自发地转化为内能,而内能不可无条件地转化为其他形式的能量.
例如钟表在再次上紧发条之前,终会停下,机械能终会完全转变为内能,内能不可自发地转化为机械能
总之如果某个过程涉及了热量，能量的转化（和转移）就将是“覆水难收”，无法自发地沿反方向发生，除非我们耗费额外的能量提供帮助。21*cnjy*com
思考：因为能量是守恒的，所以我们不需要节约能源，这种说法对吗？并说明原因。
这种说法不正确，因为能量转化具有方向性。
现实的宏观世界中，物体间一 ( http: / / www.21cnjy.com )旦存在温差，就会有热量的传递；摩擦无处不在，机械能会不断转化为内能。我们对能量的利用，无法避免涉及热量的生成与转移。于是，每一次能量的利用．都会减少这个世界上可利用、便于利用的能量的总量．【来源：21cnj*y.co*m】
这就是为什么虽然能量是守恒的，我们仍然要节约能源的原因。
(二)、能量转化中的效率
在实际工作和生活中，人们把一种能量转化为另一种能量总是为了某种目的：
用燃气灶烧水，目的是为了把水烧热或烧开；并希望烧水时将天燃气燃烧产生的热量完全传递给水壶中的水.
使用电梯是为了把人或物体提高到一定的高度；并希望每消耗1千瓦时的电能完全转化成人或物体的势能.
生活经验告诉我们，这些理想都不可能发生在所有的能量利用过程中，能量损耗不可避免
以天燃气烧一壶水为例
1、输入能量
我们把天然气完全燃烧释放出的化学能称为输入能量。
2、输出有效能量
壶水水吸收的那部分能量称为输出有效能量。
3、输出无效能量
把散发到大气、壶体中的那部分能量称为输出无效能量。
4、输入能量、输出有效能量和输出无效能量的关系
根据能量守恒定律：输入能量=输出有效能量+输出无效能量
为了进一步描述这些过程，人们定义了能量的转化效率。
5、能量转化效
则：能量转化效率=输出有效能量/输入能量
即η= W有/W总
任何情况下，η<1! 其实，在所有的能量利用的过程中，都有以上的关系.
讨论交流各种“效率”
在“机械与功”一章中，我们研究了机械效 ( http: / / www.21cnjy.com )率，即有用功在总功中所占的比例；在“改变世界的热机”一章中，我们又知道了热机的效率，即内能转化为有用机械能的效率．这些效率，跟我们今天学习的“能量转化效率”是一回事吗？为什么？21cnjy.com
机械效率定义:有用功在总功中所占的百分比,叫机械效率，机械效率总小于1。
热机效率：热机所做有用功（有效利用的能量）与燃料完全燃烧释放的热量之比叫做热机效率热机工作时总是有能量的损失，所以热机效率始终小于1。www.21-cn-jy.com
即都可表示为：
能量转化效率=输出有效能量/输入能量
提高能量利用中的转化效率是节能问题的核心，
是可持续发展的重要措施之一。
三、课堂练习
1、一杯水的内能自发集中到这杯水的上层，使上面的水剧烈地沸腾，而下面的水却结成了冰。这样的情景是不会出现的原因是（　　）
A．违反能量守恒定律 B．水的比热容大
C．能量的转移有方向性 D．冰的密度较小
2、汽车刹车过程中，因摩擦将机械能转化为地面、轮胎和空气的内能。转化获得的这些能量，将无法重新自动地转化为汽车行驶所需的能量，此现象说明能量的转化具有 性；能量的转化或转移过程中，能的总量保持 。
3. 如图为某轿车输出的能量与输入能量之间的关系图，该轿车的能量利用效率为 ，轿车刹车时，由于摩擦，轿车的机械能转化为地面、空气的 能，这些能量不能自动地收集起来再次开动轿车，这说明能量的转化和转移具有 。
4、下列关于能量转化的效率理解正确的是（　　）
A．某柴油机工作效率是35%，该柴油机工作时可以把35%的化学能转化为机械能
B．某太阳能电池的光电转换效率是20%，该电池可以把20%的太阳能转化为电能
C．某电动车行驶的效率是80%，该电动车行驶时可以把80%的内能转化为机械能
D．某电热水器工作的效率是87%，该热水器工作时可以把87%的电能转化为内能
四、课堂小结
（一）、能量的转化具有方向性
涉及了热量，能量的转化（和转移）是有方向的，无法自发地沿反方向发生，除非我们耗费额外的能量提供帮助。【来源：21·世纪·教育·网】
（二）、能量转化中的效率
输入能量=输出有效能量+输出无效能量
能量转化效率=输出有效能量/输入能量
即η= W有/W总
任何情况下，η<1! 其实，在所有的能量利用的过程中，都有以上的关系.
【板书设计】
能量转化的方向性和效率
一、 能量的转化具有方向性
1、 转移的方向性
热量只能自发地从高温物体转移到低温物体
2、 转化的方向性
指内能和其他形式的的能量（如电能、机械能等）的相互转化具有方向性
二、能量转化中的效率
输入能量=输出有效能量+输出无效能量
能量转化效率=输出有效能量/输入能量
即η= W有/W总
任何情况下，η<1
【教学反思】
这节课下来，总体感觉比较顺，学生的 ( http: / / www.21cnjy.com )思维比较活跃，课堂教学中学生参与面广，发言的积极性也不错，基本达到了我预期的目标，但一节课下来也不免有遗憾处。
在教学中每当碰到我的提问学生比较难独立回答时 ( http: / / www.21cnjy.com )，我都提醒学生讨论，争取得出最佳的答案。当学生把几个人智慧结晶展示出来时，往往准确率比较高，学生的自信心也就可以得到提高。 21教育网
有些问题的解决花费时间太多 ( http: / / www.21cnjy.com )，而有些问题给学生思考的时间又不充足。主要表现在：让学生对能量转化举例及分析，对于学生提出的疑义的解答所花时间太多。而在讲解能量转化或转移具有方向性时， 给学生思考时间太少，这个结论的得出有一种硬塞给学生的感觉。不象前面的能守恒定律的得出来得自然。
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