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第3章 能量的转化与守恒
第8节 能量的转化与守恒
学习目标
1.通过生活实例，了解各种形式的能量之间的相互转化，能解释一些常见现象中的能量转化过程。
2.理解能量守恒定律，能利用能量转化与守恒的观点分析问题。
3.知道能量的转化与转移有一定的方向性。
知识点1 能量的相互转化
1.能量的转化和转移
（1）教材第125页读图
物上升， 物下降
金属勺放入热水
森林火灾
特技跳伞
现象分析 热水温度高于金属勺，当金属勺放入热水中，金属勺内能增加，热水内能减小 物上升，重力势能增加； 物下降，重力势能减少 森林中的树木具有化学能，树木燃烧将化学能转化为内能 高空中的跳伞运动员具有重力势能，下落过程中重力势能转化为动能
总结 能量的形式没有变化，而是从一个物体传递给另一个物体（或从物体的一部分转移到另一部分）的过程叫做能量的转移 能量由一种形式转化为另一种形式的过程叫做能量的转化，在一定条件下，各种形式的能量可以相互转化 （2）太阳能的转化
（3）人体能量的来源及转化：人体所需的能量都来自食物，食物消化后被吸收，食物的化学能转化为人体的内能、电能、机械能等。
（4）火力发电厂的能量转化：燃料燃烧将燃料的化学能转化为内能来加热水，蒸汽驱动涡轮机转动，将内能转化为机械能，涡轮机带动发电机发电将机械能转化为电能。
2.能量转化的普遍性
（1）自然界中各种形式的能量不是孤立的，不同形式的能量可以在一定条件下相互转化，也可以在不同的物体间相互转移。
（2）能量的转化是普遍现象，自然界中物质运动形式的变化总伴随着能量的相互转化。
典例1 从能量转化的角度来看，下列说法错误的是( )
B
A.篮球加速下落时，重力势能转化为动能
B.干电池对外供电时，将电能转化为化学能
C.陨石坠入大气层剧烈燃烧的过程中，机械能转化为内能
D.液化气燃烧的过程是化学能转化为内能
[解析] 电池在对外供电时，是将化学能转化为电能的过程，B错误。
1.能量的转化与守恒定律
内容 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。这就是能量转化与守恒定律
意义 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。无论是机械运动，还是生命运动；无论是宇宙天体，还是微观粒子，都遵循这个定律
知识点2 能量的转化与守恒定律
教材深挖
机械能守恒和能量守恒的区别与联系
（1）机械能守恒需要满足一定的条件，能量守恒不需要条件。
机械能守恒的条件是只存在着动能和势能之间的转化。若还有其他形式能量参与转化过程，则机械能总量发生改变，机械能不再守恒。例如，木块沿斜面下滑过程中克服摩擦力做功，木块机械能的总量将减少，损失的机械能转化为了内能。但能量守恒定律的成立是无条件的，它适用于一切变化过程。
（2）机械能守恒是能量守恒的特殊情况。
机械能守恒时，能量只在势能和动能之间转化，总能量一定是守恒的。
2.永动机
（1）永动机：不需要动力就能源源不断地对外做功的机器。
（2）从能量守恒的角度分析永动机不可能实现的原因：①事实证明，在能量转化过程中，只要有运动，摩擦就不可避免，就会产生热，这样运动的能量就会减少，如果不补充能量，运动最终会停止；②即使机器在没有能量损失的情况下能够维持自身的运转，但由于能量守恒，也不可能提供额外的能量源源不断地对外做功，所以永动机是不可能制成的。
典例2 根据能量守恒定律，以下情形可能发生的是( )
B
A.出膛的子弹射穿木板，以更快的速度继续前进
B.两个斜面平滑对接，小球从一侧斜面滚下后，继续冲上另一侧斜面
C.电水壶里的水沸腾了，给该电水壶断电，水的沸腾却永远不会停止
D.随着科学技术的不断发展和提高，永动机是可以制成的
[解析] 出膛的子弹射穿木板，这一过程中子弹和木板摩擦，部分动能转化成内能，射穿木板后子弹的速度必将减缓，故A错误。两个斜面平滑对接，小球从一侧斜面滚下后，由于小球具有动能，会继续冲上另一侧斜面，故B正确。在电水壶的使用过程中，消耗了电能，使水的温度升高，内能增加直至沸腾，断电后，水不能继续吸热，沸腾会停止，故C错误。永动机违背了能量守恒定律，是不可能制成的，故D错误。
知识点3 能量的转移和转化的方向性
1.能量的转移有方向性
（1）内容：内能总是自发地从高温物体转移到低温物体，而不能从低温物体自发地转移到高温物体。
（2）实例
①烧杯中的热水变冷是内能自发地从高温物体（热水）转移到低温物体（空气）；
②电冰箱和空调制冷都是从低温物体的内部吸热，向外面放热，使内能从低温物体转移到高温物体，这种转移不是自发进行的，必须要有附加的条件，即消耗电能，电动机（压缩机）对其做功。
2.能量的转移有方向性
内容 机械能可自发地转化为内能，但内能无法自发地转化为机械能
实例 汽车制动刹车时，由于摩擦，机械能转变成地面及空气的内能，但是这些内能就不能再次转化为汽车的机械能使汽车重新启动
注意 能量可以自发地朝一个方向进行，但不能自发地朝反方向进行。
典例3 &1& ____能只能自发地从高温物体转移到低温物体，而不能反向。如冬天，暖气把自己的内能传递给房间里的空气，供人们取暖；但散失到空气中的这些能量不能自动聚集起来供人们再使用。上述事例说明：能量的转化和转移是有______性的。
内
方向
物块在地面上运动时，因为存在摩擦，部分机械能转化为内能，这些内能不会自动地转化成机械能
[解析] 内能只能自发地从高温物体转移到低温物体，暖气把自己的内能传递给房间里的空气，供人们取暖，但这些能量不能自动聚集起来供人们再使用，这是因为能量的转化和转移是有方向性的。再如，物块在地面上运动时，因为存在摩擦，部分机械能转化为内能，这些内能不会自动地转化成机械能，这也是能量的转化和转移具有方向性的典型事例。
请再举一个符合这一规律的例子：________________________________________________________________________________________。
题型 1 能量的转化和转移 ★★
典例4 从能量转化的角度来看，下列说法错误的是( )
B
A.电风扇工作时主要将电能转化为机械能
B.铅蓄电池充电时将化学能转化为电能
C.发电机工作时主要将机械能转化为电能
D.电水壶工作时将电能转化为内能
[解析] 电风扇工作时主要将电能转化为机械能，故选项A正确；铅蓄电池充电的过程消耗电能，得到化学能，所以将电能转化为化学能，故选项B错误；发电机发电时，消耗机械能，得到电能，主要将机械能转化为电能，故选项C正确；电水壶工作时消耗电能，使水的温度升高，得到内能，故将电能转化为内能，故选项D正确。
方法点拨
抓住初、末的能量形式分析能量转化过程
判断能量的转化时，要看消耗了什么能量，得到了什么能量，消耗的能量转化为得到的能量。如果不能对某个过程中能量种类的变化进行正确分析，就会出现错误的判断。
题型 2 能量守恒定律的应用 ★★★
典例5 如图所示为某校的课堂演示情境，教授将一个质量为 的摆球从下巴处放手，结果摆球摆回时并没有碰到他的下巴，教授的一句“物理生效了，我还活着”让人回味悠长。下列关于此实验的说法正确的是的摆球从下巴处放手，结果摆球摆回时并没有碰到他的下巴，教授的一句“物理生效了，我还活着”让人回味悠长。下列关于此实验的说法正确的是( )
B
A.摆球在摆动过程中机械能保持不变
B.摆球在摆动过程中机械能不断减少
C.摆球在摆动过程中内能转化为机械能
D.此过程不遵循能量守恒定律
[解析] 摆球在摆动过程中因克服摩擦力做功，部分机械能转化为内能，导致摆球的机械能减少，这一过程同样遵循能量守恒定律，即能量的总量保持不变，故选项B正确。
归纳总结
机械能守恒与能量守恒
关于机械能的守恒问题，我们要明确机械能不守恒并不表示能量的总量不守恒，机械能有时虽然减少了，但只是转化成了其他形式的能量，能量的总量是守恒的。
题型 3 永动机 ★★★★
典例6 如图所示展示了一个极具想象力的设想，其大意如下：上面水池中的水流下来，冲击叶轮使其转动；叶轮带动打磨轮和水泵的轴转动；人利用打磨轮打磨工件，同时，运转的水泵又把流到下面水池中的水抽到上面的水池中……只要一开始在上面的水池中注满水，通过水的上下循环，机器就能不停地工作。
（1） 你认为上面水池中流下来的水能否被水泵全部抽送到上面的水池中？说明你的理由。
[答案] 不能。用于使水泵提升水的能量只是从上面流下的水的机械能的一部分。
（2） 这个设想曾得到不少人的赞许，这个装置也曾被誉为“永动机”。请运用你掌握的知识说明这个装置是否真能“永动”。
[答案] 由于水从上面的水池流到下面的水池的过程中，水冲击叶轮使其转动，叶轮带动打磨轮打磨工件时消耗能量，故流下来的水不能全部被抽送到上面的水池中，即流下来的水要比抽上去的水多。随着时间的推移，上面水池中的水越来越少，一定时间后便不再有水从上面流下来，所以这个装置不能“永动”。
审题技巧
此题要从能量的角度分析:水从高处落下冲击叶轮，有一部分重力势能转化为叶轮的动能，还有一部分重力势能转化为落入下面水池中的水的动能。转化为叶轮的动能的那部分能量也没有全部提供给水泵用来提升水，其中一部分用来打磨工件及克服摩擦力做功。总之明确在这个过程中存在着能量的流失（转化为内能）是解答此题的关键。

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