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第十四章 内能的利用
第1节 能量的转化与守恒
物理观念：
1.了解各种不同形式的能，知道能量是一个重要的物理量。
2.理解能量转化和守恒定律。
3.能用能量守恒的观点分析、解释实际问题。
科学思维：
1.通过对生活中能量转化的实例分析，理解能量守恒定律的确切含义。
2.了解任何一部机器，只能使能量从一种形式转化为其他形式，而不能无中生有地制造能量应用，培养自己动脑解决问题的能力。
科学探究：通过想想做做小实验探究能量的转化或转移。
科学态度与责任：了解汽车在行驶过程中，燃料的化学能通过燃烧转化燃气的内能，再通过热机做功把内能转化为机械能。在这个过程中，燃料的化学能的一部分转化为机械能，一部分转化为热机和周围环境的内能。而周围环境的内能无法再利用。树立节能意识。
太阳能如何让水变热？这里发生了什么能量变化？
答：太阳能热水器将光能转化为内能 ，再通过热传递，把热量传递给水，实现水的加热。
手机充电时，电能去了哪里？充电前后能量形式有何改变？
答：手机充电时，电能通过电池内部的电化学反应，转化为化学能并储存在电池中。
知识点一：能量的转化
思考：下面的物体都具有什么能？
机械能
太阳能
地热能
电能
化学能
核能
你还知道哪些能量？
实验1：快速摩擦双手。
实验2：将太阳能电池连在小电扇上，并使它对着阳光。
实验3：用塑料笔或尺与头发摩擦，再靠近碎纸片。
机械能转化为内能
机械能转化为电能
太阳能转化为机械能
“铃——”小明被闹钟振动的声音唤醒，迷迷糊糊中他打开床头的台灯一看，钟面的液晶显示屏上显示已经6:30了！他马上起床穿衣服，接着把面包放到电烤箱里，再冲
一杯热牛奶。然后他打开天然气热水器放出热
水用来刷牙和洗脸。洗漱完毕牛奶的温度也刚
好适宜了，小明吃完早餐后，匆匆忙忙背上了
书包，骑上自行车，往学校的方向去了。
讨论：场景中涉及到什么样的能量转化呢？
机械能转化为内能
机械能转化为电能
电能转化为机械能
电动机带动水泵把地下水送到地面
水轮机带动发电机发电
钻木取火
分析下列情景的能量转化过程
光能转化为电能
化学能转化为内能
光能转化为化学能
光合作用
燃料燃烧时发热
太阳能电池
不同形式的能量可以在一定条件下相互转化，合作补全下列能量转化的实例
蒸汽机
摩擦生热
太阳能电池
电灯
电热器
发电机
电动机
充电机
电 池
光合作用
燃料燃烧
太阳能热水器
高温物体发光
吸热化学反应
放热化学反应
火药爆炸
加压使化学平衡移动
地热发电
纳米层次上实现将光能转化为机械能
手摇发电机
知识点二：能量的转移
能量可以从一个物体转移到其他物体，也可以从物体的一部分转移到其他部分。
在热传递过程中，内能从高温物体转移到低温物体或从物体的高温部分转移到低温部分，这些属于能量的转移。
暖手宝暖手
一侧最外边的球碰撞紧密排列的四个球，另一侧最外边的球被弹出，属于机械能的转移。
牛顿摆
知识点三：能量守恒定律
停止用力，摆动的秋千会越摆越低；掉在地上的弹性小球会跳起，但是越跳越低（如图）。讨论秋千和小球在运动中的能量转化。
1.为什么它们到达的高度会逐渐降低 是否丢失了能量
　　秋千和小球在运动过程中会受到空气阻力的
影响，这些阻力会使机械能逐渐转化为内能，导
致它们的动能和势能减少，而使得秋千摆动的高度和小球弹跳的高度逐渐降低。
秋千和小球在运动中高度逐渐降低的原因是机械能转化为内能 。
2.是否丢失了能量？你认为减少的机械能到哪里去了 ？
①秋千越荡越低，小球弹起的高度比原来低，说明在这个过程中机械能是减少的，机械能不守恒；
②秋千和小球在运动的过程中，不可避免的要克服空气阻力做功，一部分机械能转化为内能；
1.能量守恒定律：能量既不会凭空消失，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，能量的总最保持不变。 这就是能量守恒定律。
2.能量守恒定律理解：
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。
　　在行驶的燃油汽车中，燃料的化学能通过燃烧转化为燃气的内能，再通过发动机做功把内能转化为机械能。在这个过程中，燃料的化学能一部分转化为机械能，一部分转化为发动机和周围环境的内能，能量的总量不变。
从日常生活到科学研究、工程技术，这一定律都发挥着重要的作用 。
3.运用能量守恒定律分析问题
克服摩擦消耗的能量W1
废气排出带走的能量W2
机械传热损失一部分能量W3
驱动有用
机械能W有用
燃料的化学能：W化学=W有用+W1+W2+ W3
设想制造一种不需要动力就可以源源不断地对外做功的机器，人们把这种机器叫作永动机。
能量守恒定律的发现，使人们认识到：任何一部机器，只能使能批从一种形式转化为其他形式，而不能无中生有地制造能量。因此，根本不可能造出永动机。
如图是一种设想中的永动机，它通过高处的水流冲击叶片，使叶片转动来对外做功，同时带动抽水机将水从低处抽到高处，从而循环工作。你能不能从能量守恒的角度说明它为什么不能一直工作下去
高处水槽水的势能
克服砂轮摩擦做功
带动抽水机做功→高处水槽水的势能
分析：能量守恒定律知： 高处水槽不能带动等质量水回到高处，高处水槽最终会干涸。
对热的本质的认识过程
热是一种常见的现象。热是什么
17世纪以后，根据摩擦生热的现象，许多物理学家认为热是一种特殊的运动形式。
而热质说将热看成一种没有质量或不可称量的流质——热质 ，认为热质存在于一切物体之中，物体的冷热程度，取决于其中所含热质的多少。
1798年，英国物理学家伦福德发现钻孔钻下的金属屑具有极高的温度，甚至可以使水沸腾。他认为，用热质说解释摩擦生热现象，钻下的全属屑的比热容要改变很大才行。于是他设计并做了一系列实验，发现钻下的金属屑的比热容在摩擦时并没有降低。根据实验结果，伦福德断言热质说不足为信，应当把热看成一种运动形式。热质说的统治地位开始动摇了。
　　1799年，英国化学家戴维做了更加严格的实验，有力地打击了热质说。
此后英国物理学家焦耳做了大量实验，定量地研究了热和功的关系，证明做了多少机械功，就有多少机械能转化成与热相关的能量。焦耳的工作表明热不是一种特殊的物质，同时为能量守恒定律奠定了基础。
　　能量守恒定律的建立，彻底否定了热质说，同时为分子动理论的发展开辟了道路。人们认识到：宏观的热现象是物体内部大量分子的无规则运动的表现。 热量不表示物质所含“热质”的多少，而表示在热传递过程中传递的能量的多少。
　　透过表面现象追求背后的本质，这是科学家寻根究底、追求真理精神的体现。
能量的转化与守恒
能量的转移
能量的形式
能量守恒定律
能量的转化
能量不会凭空消失，也不会凭空产生。
1．根据能量守恒定律，判断下列说法正确的是(　 　)
A．发电机可以产生电能
B．电动机工作时消灭了电能
C．发电机和电动机都是转化能量的机器
D．自然界各种能量不断地相互转化，人类不断地消耗各种能量，总能量在不断减少
C
2．下列对能量转化分析错误的是(　 　)
A．热机主要将机械能转化为电能
B．核电站主要将核能转化为电能
C．水电站主要将机械能转化为电能
D．太阳能热水器主要将太阳能转化为内能
A
3．关于能量的说法中，正确的是(　 　)
A．火箭加速升空时，将动能转化为重力势能
B．用热水泡脚，身体会感觉暖和，说明内能可以转移
C．热机的工作过程不遵循能量守恒定律
D．烧水过程中壶盖跳起时，机械能转化成内能
B
4．“永动机”至今没有创造成功，其原因是(　 　)
A．科学技术还不够先进
B．机器不能对外输出能量
C．违背了能量守恒定律
D．机器只能转移能量，不能转化能量
C

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