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第十一章 物理学与能源技术第1节 能量守恒定律
第2节 能量转化的方向性和效率
1.认识生活中常见的能量；
2.了解各种形式的能量是可以相互转化的；
3.掌握在转化的过程中，能量的总量是保持不变的（难点）；
4.能够举出日常生活中能量守恒的实例；
5.具有用能量守恒的观点分析物理现象的意识。
6. 知道能量的转移和转化都是有方向性的（重点）。
下面物体都具有什么形式的能量
重力势能
弹性势能
动能
内能
生物质能
一、能量的转化和转移
1. 自然界存在着各种不同形式的能量
（1）机械能：
机械能包括动能、重力势能和弹性势能。
（2）内能
构成物体的所有分子，其热运动的动能与分子势能的总和，叫做物体的内能。一切物体都具有内能。
（3）太阳能
太阳能是一种可再生能源。是指太阳的热辐射能，主要表现就是常说的太阳光线。在现代一般用作发电或者为热水器提供能源。
（4）化学能
化学能是一种很隐蔽的能量，它不能直接用来做功，只有在发生化学变化的时候才可以释放出来，变成内能或者其他形式的能量。
各种物质都储存化学能，如燃料、动物、食物都储存有化学能。
（5）电能
电能是指使用电以各种形式做功的能力。
（6）核能
核能也叫原子能。原子核结构发生变化放出的能量。通常指重核（如钚、铀等）裂变和轻核（氘、氚等）聚变时所发出的巨大能量。
核电站
2．能量的转化
搓手取暖
水蒸气推动塞子
内能、机械能之间可以相互转化
化学能可以转化为内能
光能、化学能之间
可以相互转化
萤火虫发光
2．能量的转化
事例 能量转化
电池
手摇发电机
太阳能电池
温差发电片
事例 能量转化
手机充电
电动机
电灯
电热水壶
机械能 → 电能
化学能 → 电能
内能 → 电能
光能 → 电能
电能 → 光能
电能 → 机械能
电能 → 内能
电能 → 化学能
2．能量的转化
内能
机械能
2．能量的转化
机械能
电能
2．能量的转化
2．能量的转化
化学能
电能
2．能量的转化
温差发电
内能
电能
电饭锅
2．能量的转化
太阳能风扇
电能
光能
2．能量的转化
钻木取火
燃烧发光
光合作用
电池
手机电池充电
蒸汽机
红外加热
木材燃烧
发电机
电动机
在一定条件下，各种形式的能量之间是可以相互转化的。
一、能量的转化和转移
二、能量守恒定律
1. 能量守恒定律
(1) 定义：大量事实表明，能量既不会凭空消灭，也不会凭空产生，它只会从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到其他物体，而在转化和转移的过程中，能量的总量保持不变。
在秋千的摆动过程中，由于存在空气阻力和绳索间的摩擦力，秋千克服这些阻力而做功，一部分机械能转化为内能，机械能总量减少，在反复摆动后，最终机械能减少为零，直至全部转化为内能，停止摆动。
(2) 能量守恒定律的普遍性：
能量守恒定律是自然界最普遍、最重要的基本定律之一。
大到天体，小到原子核，无论是物理学的问题还是化学、生物学、地理学、天文学的问题，所有能量转化的过程，都服从能量守恒定律。
根据能量守恒定律，在分析自然现象时，如果发现某种形式的能量减少，一定能找到另一种形式的能量增加；反之，当某种形式的能量增大时，也一定可以找到另一种形式的能量减少。
既然能量是守恒的，那为什么要节约能源呢？
思考一下
1. 能量守恒定律
三、永动机
如图是一种设想中的永动机，它通过高处的水流冲击叶片，叶片的转动用来对外做功，同时带动抽水器从低处将水抽到高处，从而循环工作。从能量守恒的角度来说，你觉得它能一直工作下去吗？
设想中一种不消耗任何能量和燃料，却源源不断对外做功的机器，这种机器叫永动机。
由于水轮机各部件间存在摩擦，在转动时会有部分机械能转化为内能W内能，一部分能量W抽水用来抽水做功。根据能量守恒定律可知： W总=W内能+W抽水，最后抽水的能量小于原来水的总能量，结果会是流下的水不能全部抽回。
能量守恒定律知：无法制成永动机。
【分析】
例1.根据能量守恒定律，以下情形可能发生的是（ ）
A.出膛的子弹射穿木板，以更快的速度继续前进
B.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.两个斜面相对接，小球从左斜面滚下后，继续冲上右斜面
D.孤岛上被人们遗忘的一只机械表，默默地走了几十年
C
例2.下面事例中，属于内能转化为机械能的是 ( )。
A．用锤子敲打钉子时，钉子发热
B．古代人们的钻木取火
C．水沸腾时，水蒸气将壶盖顶起
D．用通电的电炉加热水，水温升高
C
我们知道能量可以转化和转移，在常温常压下，哪一种过程是可以自发进行的？
水
冰
四、能量转化和转移的方向性
能量的转化和转移无处不在。然而，许多情况下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？
试着分析以下过程能否实现，以及实现过程中能量转化情况。
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收热量，沸腾成水蒸气，另一部分水则内能减少，凝结成冰。
枯萎的花儿，自发从空气中吸取能量和水分，重焕青春
坡底的巨石从周围环境中获取能量，滚向坡顶
从北京开到天津的汽车，掉转车头，汽车可以从空气中、已排放的尾气中吸收能量，不再消耗新的燃料，返回北京
以上的过程都是不可能实现的，我们在生活中也从未看到这样的现象发生过。
“转化”是指能量的形式发生变化，“钻木取火”是机械能转化为内能，而机械能和内能是两种不同形式的能。
能量转化
能量转移
“转移”是指能量的形式不发生变化，如“热传递”只是内能从高温物体（部分）转移到低温物体(部分)。
能量的转移和转化具有方向性
热量只能从高温物体(部分)转移到低温物体(部分)，不能相反，具有方向性，否则就要消耗其他的能量。
高温
低温
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。
用燃气灶烧水，目的是把水烧热或者烧开，我们希望燃烧每一升天然气产生的热量都完全传递给壶中的水，使之升温、沸腾。你觉得这可能是实现吗？
五、能量转化中的效率
骑自行车上学时，我们希望消耗的每一分体能能全部转化为自行车和人的动能，这可能吗？
生活经验告诉我们。这些理想情况都不可能发生。在所有的能量利用过程中，能量损耗不可避免。以烧水过程为例，有一定比例的热量会散发到大气。
如果把天然气完全燃烧释放的化学能称为输入能量，而把水吸收的那部分能量称为输出有效能量，把散发到大气中的那部分能量称为输出无效能量，则根据能量守恒定律，有如下关系：
输入能量 = 输出有效能量 + 输出无效能量
能量转化效率
能量转化效率η =
输出有效能量
输入能量
在任何情况下，能量转换效率η都小于1，因此永动机不存在。
机械效率是有用功在总功中所占的比例。
热机效率是内能转化为有用机械能的效率。
能量转化效率是输出的有效能量在输入的能量中所占的比例，是把一种能量转化为另一种能量。输入和输出能量可以是任意一种。
能量转化效率与机械效率、热机效率是一回事吗？
1.能量的转化和守恒
各种形式的能量：机械能、内能、电能、光能等.
能量的转化、能量的转移
2.能量守恒定律：能量既不会凭空消灭，也不会凭空产生，它只会从一种形式转化为其他形式，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，能量的总量保持不变.
3.永动机：违背了能量守恒定律.
4.能量转移和能量转化具有方向性
5.能量转化效率：η总是小于1
例3.图为某轿车输出的能量与输入能量之间的关系图，图中损失的化学能可以使质量为8kg的水温度升高 ℃[水的比热容为4.2×103 J/（kg ℃）]。轿车刹车时，由于摩擦，轿车损失的机械能不能自动地集起来再次开动轿车，这说明能量的转化和转移具有 。
0.5
方向性
1.完成《七彩作业》；
2.完成“自我评价” 。

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