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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
一、能量的相互转化
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。
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？
1.能量的转移
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 ）。
金属勺放入热水中
热水的内能
金属勺的内能
转移
热水温度 ，内能
金属勺温度 ，内能
升高
降低
增加
减少
B物体的势能
A物体的势能
转移
A物体
B物体
高度减小，势能减小
高度增大，势能增大
A物体匀速上升，B物体匀速下降
2.能量的转化
下列物体具有哪种形式的能量？物体的能量怎样变化？
化学能
内能
转化
势能
动能
转化
能量转化：能量从一种形式转化为另一种形式。
大量的事实证明，自然界中各种形式的能量都不是孤立的，不同形式的能量会发生相互转化，能量也会在不同的物体间相互转移。
同种形式的能从一个物体转移到另一个物体
不同形式的能之间
3.太阳能的转化
太阳能
化学能
转化
太阳能
机械能
转化
空气流动
光合作用
太阳能
内能
转化
太阳能
电能
转化
电池板
太阳能热水器
食物的化学能
人的内能和机械能等
转化
人体的生命活动需要能量，那么能量来自哪里呢？
4.人体能量的来源及转化
5.火力发电的能量转化
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（或天然气）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。
（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。
6. 能量转移和转化具有普遍性
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。
1.分析下列各现象中能的转化。
（1）锯木头，锯条发热
（2）木材燃烧
（3）水轮机带动发电机发电
（4）电动机带动水泵转动
（5）电流通过灯丝使灯丝发光
机械能→内能
化学能→内能
机械能 → 电能
电能→机械能
电能 → 内能、光能
（6）煤燃烧
（7）光合作用
（8）核电站发电
（9）压缩气体做功
（10）给蓄电池充电
化学能→内能
光能 → 化学能
核能 → 电能
机械能→内能
电能 → 化学能
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
二、能量的转化与守恒定律
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。
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。
1.能量转化和守恒定律的内容
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。
2.能量转化和守恒定律的意义
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？
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。所谓的“消耗能量”“利用能量”“获得能量”的实质是能量转化或转移的过程。
3.在一个密封的小房间里，放着一台开着门的电冰箱，给电冰箱通电，过一段时间后，房间的温度将（ ）
A.升高
B.降低
C.不变
D.无法确定
A
4.根据能量转化和守恒定律，以下情形可能发生的是( )
A.出膛的子弹射穿木板，以更大的速度继续前进
B.孤岛上被人们遗忘的一只机械表，默默地走了几十年
C.两个斜面相对接，小球从左斜面滚下后，继续冲上右斜面
D.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
C
三、能量的转移和转化的方向性
一块炽热的铁块投入水中时能量发生怎样的转移？
铁块的温度降低，水的温度升高，最后两者达到相同的温度。
相反的过程会不会自发地发生？
不会。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。
铁块的内能
水的内能
转移
相反的过程不会自发地发生，即手和竹竿不可能自发地降低温度，而使人的位置升高。
当杂技演员沿竹竿匀速下滑时，能量转化或转移情况如何？相反的过程会自发地发生吗？
演员的重力势能
手和竹竿的内能
转化
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。
5.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
6.下列事例中，能说明能量转化或转移具有“方向性”的事例是（ ）
A.电能可以转化为机械能，机械能也可以转化为电能
B.热量可以自发地从高温物体传递到低温物体，但却不能自发地从低温物体传递到高温物体
C.动能可以和重力势能相互转化
D.电能可以直接转化为内能，内能也可以直接转化为电能
B
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。
人们是在能量转移或转化过程中利用能量的。利用能量是有代价的，也是有条件的，所以要节约能源。

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