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第8节 能量的转化与守恒
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.理解能量转化和守恒定律，能举出日常生活中能量守恒的实例。
3.了解能量的转化与转移有一定的方向性。
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？
一、能量的相互转化
1.能量的转移与转化
能量有机械能、内能、化学能、电能、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。
（1）能量转移：能量从一个物体转移到另一个物体（或从物体的一部分转移到另一部分 ）。
热水和金属勺具有内能
热水的内能
金属勺的内能
转移
热水温度
金属勺温度
升高
降低
B物体的势能
A物体的势能
转移
A物体和B物体具有动能和势能
A物体：
B物体：
高度减小，势能减小
高度增大，势能增大
①太阳能的转化
（2）能量转化：能量从一种形式转化为另一种形式。
太阳能
（电磁能）
照射到植物叶片上
植物的化学能
照射到大气层中
空气的动能
照射到太阳能热水器上
水的内能
照射到太阳能电池板上
电能
②人体能量的来源及转化
人体所需的能量都来自于食物，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。
③火力发电的能量转化
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。
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，这些能量来自食物的化学能。
“能量转化”和“能量转移”是两不同个概念。
“能量转移”是指能量的形式不变，但能量的载体发生变化。
“能量转化”则指能量的形式发生变化。
2.区分能量转化和能量转移
3.能量转移和转化的普遍性
（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。“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。
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。植物通过光合
作用把光能转化为化学能。
每年全球光合作用可以产生约1600 亿吨糖类。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。光合作用是地球上最主要的能量转化过程。
光合作用
二、能量的转化与守恒定律
实验中，单摆和滚摆能到达的最大高度逐渐降低，最终停在最低点。
实际中，单摆和滚摆克服空气摩擦做功，机械能逐渐转化为内能。减少了多少机械能，就增加了多少内能。
如果没有空气阻力，单摆和滚摆能到达相同的高度。
它们能到达的最高点的高度降低，说明机械能减少了。但实际上能量并没有消失，是通过做功把一部分机械能转化为了内能，能量的总量保持不变。
用电动机提升重物时，电动机消耗的电能是否都转化为重物的机械能？
是否还转化为其他形式的能量？
不是。
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。
如果把转化后的各种形式的能量全部加起来，是否跟电动机消耗的电能相等？
大量事实告诉我们，在能量的形式发生相互转化的过程中，某种形式的能量减少了多少，另一种形式的能量一定会相应地增加多少。
某种形式的能量增加了多少，另一种形式的能量一定会相应地减少多少，而能的总量保持不变。
1.能量转化和守恒定律的内容
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。
2.能量转化和守恒定律的意义
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。
能量转化和守恒定律是许多科学家经过长期探索，于19 世纪中叶建立起来的。它是科学史上最重大的发现之一，它把各种自然现象统一起来，描绘出一幅自然界普遍联系的图景。
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。
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，如图所示。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。然而，各类“永动机”都没有成功，也不会成功。
圆轮转动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。
“永动机” 不可能成功的原因
“永动机” 给我们的启示
违反能量转化和守恒定律的事件是不可能发生的，能量是不可能凭空创造出来的。
（1）机械能守恒是有条件的——没有机械能损失，也没有额外的能量补充。如果存在机械能与其他形式的能量之间的转化，机械能总量发生改变，机械能不再守恒。
（2）能量守恒不需要条件。能量的形式是多样的，能量可以在机械能、内能、化学能、电磁能等能量形式间相互转化。在转化的过程中，一种形式的能减少，其他形式的能必然增加，能的总量保持不变。
机械能守恒与能量守恒的区别
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：“永动机”违背了能量的转化和守恒定律。
遵循能量的转化和守恒定律的事件是否一定会发生呢？
冬天，火炉散热，供人们取暖，散发出的热量不能收集起来再利用，因为内能只能自发地从高温物体转移到低温物体，而不能相反。
汽车制动时，由于摩擦，动能转化成了轮胎、地面、空气的内能，这些能量散失在环境中，不能再自动地用来驱动汽车。
能量的转化和转移有一定的方向性。符合能量转化和守恒定律的过程不一定都能发生。
内能总是自发地从高温物体转移到低温物体，而不能自发地从低温物体转移到高温物体；机械能可以自发地转化为内能，而内能不能自发地转化为机械能。
人们是在能量转化或转移过程中利用能量的。利用能量是有代价的，也是有条件的，所以要节约能源。
空调的制冷
空调的制冷其实是把室内的热量“搬”到室外，室内温度低，室外温度高，这似乎违背了能量转移的方向性。但我们需要注意，在空调工作过程中消耗了电能，空调压缩机做功了，所以能把热量从低温物体转移到高温物体。
一、能量的相互转化
能量可以在两个物体之间转移，能量形式也可以转化。
二、能量的转化与守恒定律
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。
三、能量的转移和转化的方向性
能量的转移和转化有一定的方向性。人们是在能量转化或转移过程中利用能量的。利用能量是有代价的，也是有条件的，所以要节约能源。
1.下列关于能量转化、转移现象的说法，错误的是（ ）
A.电池充电，电能转化为化学能
B.电动机工作，电能转化为机械能
C.暖瓶塞被热气弹开，机械能转化为内能
D.用热水袋取暖，内能发生了转移
C
2.各种形式的能量都不是孤立的，它们可以在一定条件下发生转化，且能量的转化是有方向性的。图中按能量转化的顺序，排列正确的是（ ）
A.①②③④ B.②③④① C.②①③④ D.①③④②
C
3.下列有关能量转化和守恒的说法正确的是（ ）
A.用电器通电工作时，将其他形式的能转化为电能
B.氢氧化钠与盐酸反应是放热反应，该反应将内能转化为化学能
C.植物光合作用合成有机物，说明能量可以创造
D.“既要马儿跑，又要马儿不吃草”违背了能量转化和守恒定律
D
4. 下列实例中各种形式的能之间是如何相互转化的？
（1）火力发电燃烧煤把______能转化为_____能。
（2）锯木头时锯条发热，是将______能转化为____能。
（3）电流经过灯泡的灯丝时，灯丝变得灼热而发光，____能转化为____能和____能。
（4）给手机电池充电，_____能转化为______能。
化学
电
机械
内
电
内
光
电
化学
请举例说明，能量的转移和转化有一定的方向性有什么实际意义？

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