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(共35张PPT)
14.1 能量的转化与守恒
一、形形色色的能量
（一）常见能量形式
机械能：物体由于机械运动而具有的能量，包括动能和势能。动能与物体的质量和速度有关（\( E_k=\frac{1}{2}mv^2 \)），势能分为重力势能（\( E_p = mgh \)，与质量、高度有关）和弹性势能（与弹性形变程度有关）。例如，运动的汽车具有动能，被举高的重物具有重力势能，拉开的弓具有弹性势能。
内能：物体内部所有分子热运动的动能与分子势能的总和。内能与物体的温度、质量、体积和状态有关。任何物体在任何温度下都具有内能，如热水比冷水内能大，相同质量的冰熔化成水时内能增加。
电能：与电荷的运动和电场相关的能量。生活中，各种电器设备都依赖电能工作，如电灯发光、冰箱制冷、电脑运行等，都是电能转化为其他形式能量的过程。
化学能：储存在物质的化学键中的能量。燃料（如煤炭、汽油、天然气）燃烧时，化学能转化为内能和光能，为人类提供热能和动力；电池放电时，化学能转化为电能，驱动各种电子设备。
光能：以光的形式存在的能量。太阳是地球上光能的主要来源，太阳能热水器将光能转化为内能用于加热水；植物通过光合作用，将光能转化为化学能储存在体内。
核能：原子核内部蕴含的巨大能量。核电站利用核反应堆中核燃料（如铀）的裂变反应，将核能转化为电能；而太阳内部则通过核聚变反应释放出核能，为地球带来光和热。
（二）能量形式的相对性
同一种现象可能涉及多种能量形式的描述。例如，摩擦生热过程，从宏观角度看，是机械能转化为内能；从微观角度分析，是物体内部分子的机械运动加剧，导致分子动能增加，宏观表现为内能增大，这体现了机械能与内能在微观层面的紧密联系。
二、能量的转化
（一）能量转化的定义与实例
定义：能量从一种形式转变为另一种形式的过程。
实例：
机械能与内能的转化：
摩擦生热：双手相互摩擦，克服摩擦力做功，机械能转化为内能，手的温度升高。
热机工作：以汽油机为例，燃料燃烧将化学能转化为内能，高温高压的燃气推动活塞做功，内能转化为机械能，从而使汽车获得动力。
电能与其他形式能量的转化：
电动机工作：电能通过电动机转化为机械能，带动各种机械设备运转，如洗衣机的脱水桶转动、电风扇的叶片旋转等。
电灯泡发光：电能转化为光能，同时由于电流的热效应，部分电能也转化为内能，所以电灯泡使用一段时间后会发热。
光能与化学能的转化：
植物光合作用：绿色植物通过叶绿体，利用光能，将二氧化碳和水转化为储存着化学能的有机物，并释放出氧气，实现了光能到化学能的转化。
太阳能电池：将光能直接转化为电能，广泛应用于太阳能发电站、太阳能热水器控制系统、卫星等设备中。
（二）能量转化的条件与普遍性
条件：能量转化通常需要一定的物理过程或装置。例如，电能转化为机械能需要电动机，化学能转化为电能需要电池等电源装置。
普遍性：在自然界和日常生活中，能量转化无处不在。从宏观的天体运动到微观的化学反应，从工业生产到日常生活，各种形式的能量不断地相互转化，维持着物质世界的运动和变化。
三、能量的转移
（一）能量转移的概念与方式
概念：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，在转移过程中能量的形式保持不变。
方式：
热传递：是内能转移的主要方式，包括热传导、对流和热辐射。例如，用热水袋取暖，是通过热传导将热水袋的内能转移到人体；烧开水时，水的内部通过对流实现内能的转移；太阳辐射到地球的热量，则是通过热辐射进行能量转移。
物体间的碰撞：在弹性碰撞或非弹性碰撞过程中，动能在物体之间发生转移。例如，台球比赛中，母球撞击目标球，母球的动能部分或全部转移给目标球，使其获得运动的能量。
（二）能量转移的方向性
能量的转移具有方向性。例如，热传递只能自发地从高温物体传向低温物体，而不能自发地从低温物体传向高温物体。如果要实现低温物体向高温物体传递热量，就需要外界对系统做功，如冰箱制冷，通过压缩机做功，将冰箱内的热量转移到外界高温环境中。
四、能量守恒定律
（一）定律的内容与表述
内容：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，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。
数学表达式：\( E_{ }=E_{ } \)，即初始状态的总能量等于末状态的总能量。这里的总能量是系统内各种形式能量的总和。
（二）定律的验证与意义
验证：能量守恒定律是在大量实验和观察的基础上总结出来的。例如，焦耳通过大量关于热功当量的实验，精确测量了做功与内能变化之间的关系，为能量守恒定律提供了有力的实验支持。在各种物理过程和化学反应中，经过无数次的测量和验证，都证实了能量在转化和转移过程中的总量守恒。
意义：
揭示自然本质：能量守恒定律揭示了自然界各种现象之间的内在联系，表明能量是自然界的基本属性，不同形式的能量可以相互转化和转移，但总量恒定，体现了自然界的统一性和规律性。
指导科学研究：在科学研究中，能量守恒定律是分析和解决问题的重要依据。它可以帮助科学家预测物理过程的结果，判断理论的正确性。例如，在研究天体运动、化学反应、核反应等过程中，能量守恒定律为研究人员提供了关键的思路和方法。
推动技术发展：在工程技术领域，能量守恒定律指导着各种能量转换装置的设计和优化。例如，发动机、发电机、制冷机等设备的研发，都需要遵循能量守恒定律，以提高能量利用效率，减少能量浪费。
五、能量守恒定律的应用实例
（一）生活中的能量守恒
骑自行车：人通过蹬踏板做功，将体内储存的化学能转化为自行车的机械能（动能和势能）。在骑行过程中，由于受到摩擦力和空气阻力等因素的影响，机械能会逐渐减少，转化为内能（轮胎发热、空气温度升高），但整个过程中能量的总量保持不变。
太阳能热水器工作：太阳光照射到热水器的集热器上，光能被集热器吸收并转化为水的内能，使水的温度升高。在这个过程中，没有能量的凭空产生或消失，只是光能按照能量守恒定律转化为了水的内能。
（二）工业生产中的能量守恒
火力发电：在火力发电厂，燃料（如煤、石油、天然气）燃烧将化学能转化为内能，内能传递给锅炉中的水，使水变成高温高压的蒸汽，蒸汽推动汽轮机转动，内能转化为机械能，汽轮机带动发电机发电，机械能又转化为电能。在整个发电过程中，虽然能量的形式不断发生变化，但能量的总量始终守恒。同时，由于存在能量损失（如废气带走部分内能、设备摩擦消耗能量等），实际输出的电能小于燃料燃烧释放的化学能。
钢铁冶炼：在钢铁冶炼过程中，需要消耗大量的能量。以高炉炼铁为例，焦炭燃烧将化学能转化为内能，提供高温环境使铁矿石发生化学反应，将铁从矿石中还原出来。在这个过程中，能量不断地在不同形式之间转化和在不同物体之间转移，遵循能量守恒定律。同时，通过优化工艺流程、回收余热等措施，可以提高能量利用效率，减少能源消耗。
（三）能量守恒定律对永动机设想的否定
历史上，许多人试图制造一种不需要外界输入能量却能不断对外做功的机器，即永动机。根据能量守恒定律，这种永动机是不可能实现的。因为它违背了能量既不能凭空产生也不能凭空消失的原则。例如，第一类永动机试图不消耗能量而持续做功，这显然违反了能量守恒定律；第二类永动机虽然不违反能量守恒，但试图从单一热源吸收热量并全部转化为机械能而不产生其他影响，这违背了热力学第二定律（与能量守恒定律密切相关，进一步揭示了能量转化和转移的方向性）。
六、易错点与易混淆概念辨析
（一）能量转化与转移的区分错误
错误表现：将能量转化和转移混淆，例如认为热传递过程中能量形式发生了改变（实际上热传递是内能的转移，能量形式不变）；或者把机械能在物体间的转移（如物体碰撞）误认为是能量转化。
正确理解：能量转化是能量形式的改变，如机械能转化为内能、电能转化为光能等；能量转移是能量在不同物体或物体不同部分之间的传递，能量形式不变，如热传递、物体间动能的转移。
（二）对能量守恒定律的误解
错误表现：认为能量守恒定律只适用于特定的物理过程，或者在某些复杂过程中能量总量会发生变化。例如，在考虑能量损失的情况下，认为能量不再守恒。
正确理解：能量守恒定律是自然界最普遍、最基本的定律之一，适用于任何物理过程和化学反应。在实际情况中，虽然可能存在能量损失，但损失的能量并没有消失，只是以其他形式（如内能散失到环境中）存在，系统的总能量依然保持不变。
（三）能量守恒与机械能守恒的混淆
错误表现：将机械能守恒与能量守恒等同，认为机械能守恒的条件就是能量守恒的条件，或者在分析问题时只考虑机械能，忽略其他形式能量的变化。
正确理解：机械能守恒是有条件的，只有在只有重力或弹力做功，没有其他力做功（或其他力做功的代数和为零）的情况下，系统的机械能才守恒，即动能与势能的总和保持不变。而能量守恒定律适用于任何情况，无论系统内发生何种能量转化和转移，总能量始终守恒。机械能守恒只是能量守恒在特定条件下的一种特殊情况。
通过对能量的转化与守恒的学习，我们深入理解了能量在自然界中的存在形式、相互转化和转移的规律，以及能量守恒这一自然界的基本定律。这不仅有助于我们解释各种自然现象和生活中的能量变化，更在科学研究和技术应用中发挥着至关重要的指导作用，为我们认识世界和改造世界提供了有力的理论支持。
2024人教版版物理九年级全册
授课教师： . 班 级： . 时 间： .
14.1能量的转化与守恒
第十四章 内能的利用
a
i
T
u
j
m
i
a
N
g
1.了解能量及其存在的多种形式知道能量的转移和转化，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。（重点、难点）
观看视频：
思考：
升空的火箭具有哪种能量？
它的能量来自于哪里？
你能说出下列物体都具有什么形式的能量吗？
拉长的橡皮筋
山巅的危石
运动的足球
西藏羊八井地热池
食 物
太阳光
想想做做
观察实验发生的现象，讨论发生了哪些能量转化？
机械能转化为内能
机械能转化为电能
在一定条件下，各种形式的能量可以相互转化。
钻木取火
机械能转化为内能
机械能转化为电能
电能转化为机械能
水流从高处落下
重力势能转化为动能
光能转化为化学能
化学能转化为内能
内能转化为机械能
光能转化为电能
尝试一下，按图中给出的实例，你能做些补充吗？
能量也可以从一个物体转移到另一个物体。
【例1】 下列说法中正确的是（ ）
A．冬天对着手哈气，手变暖是机械能转化为内能
B．用酒精灯给水加热，是机械能转化为内能
C．高速行驶的汽车爆胎是很危险的，从能量角度来看， 是机械能与内能的相互转化
D．滑冰时冰刀与冰之间相互摩擦，出现一道痕迹，是内能转化为机械能
C
【例2】人类发明和制造的各种机械和机器，都可以看作是用来控制能量的转化形式，发生的地点或时间的能量转换器。按照这种观点，汽油机是把 能转化为 能的能量转化器；干电池是把______能转化为 能的能量转化器；钻木取火是把 能转化为 能。
内
机械
化学
电
机械
内
为什么高度会逐渐降低？减少的机械能到哪去了？
大量事实表明：
能量既不会_________，也不会_________，它只会从一种形式转化为_________，或者从__________转移到_________，而在转化和转移的过程中，能量的总量___________。这就是能量守恒定律。
凭空消灭
凭空产生
其他形式
一个物体
其他物体
保持不变
能量守恒定律是自然界中最普遍，最重要的基本定律之一。
想想议议
一种设想中的永动机
　　有人曾设想制造一种不需要动力就能源源不断地对外做功的机器，人们把这种机器叫永动机。
这种机器有可能制成吗？
能量的转化和转移是有方向性的，
“永动机”违背了能量守恒定律，不可能制成。
【例3】下列关于能量转化及能量守恒定律的说法正确的是（　）
A. 能量守恒定律只适用于能量转化的过程
B.植物进行光合作用，是将化学能转化为光能
C.用打气筒打气，气筒壁发热，是将内能转化为机械能
D.根据能量守恒定律，能量无论是转化还是转移，能量的总和保持不变
D
1. ［2025·青岛期末］关于能量的转化和转移，下列说法中
正确的是( )
B
A. 电动汽车充电时，将化学能转化为电能
B. 煤炭燃烧时，将化学能转化为内能
C. 摩擦起电是把电能转化为机械能
D. 电风扇工作时将机械能转化为电能
【点拨】电动汽车充电时将电能转化为化学能，A错误；煤
炭燃烧时将化学能转化为内能，B正确；摩擦起电是把机械
能转化为电能，C错误；电风扇工作时是将电能转化为机械
能，D错误。
判断能量的转化，我们主要看它要消耗什么能量，
得到什么能量，由消耗的能量转化为得到的能量。
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2. 如图所示是不同形式的能量相互转化的示意
图（、 是电能或内能），下列说法不正确的是( )
D
A. 序号⑩的实例可以是摩擦生热
B. 序号④的实例可以是给充电宝充电
C. 圆圈内 对应的是电能
D. 各种形式的能量都可以无条件地
相互转化，且转化过程都要遵循能量
守恒定律
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3. 如图是小球在地面弹跳的频闪照片，
下列说法中正确的是( )
C
A. 小球弹起的高度越来越小，说明在此过程中能量不守恒
B. 根据能量守恒定律，在此过程中小球的机械能总量是保持
不变的
C. 在小球的运动中是通过做功的方式使其内能增加的
D. 小球和地面之间发生撞击，所以小球的热量会增加
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（第4题）
4. 如图，2024年9月25日，中
国人民解放军火箭军向太平洋相关公海海域，成
功发射一发携载训练模拟弹头的洲际弹道导弹，
准确落入预定海域。东风 导弹点火加速升
空时，发动机将燃料燃烧释放的内能转化为
_______能，在此过程中，能的总量______
（填“增大”“减小”或“不变”）。
机械
不变
（第4题）
【点拨】 燃料燃烧时，将燃料的化学能转化为内
能，发动机再将内能转化为导弹的机械能，使导
弹发射升空。根据能量守恒定律，在此过程中，
能的总量不变。
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（第5题）
5.［2025·广东江门期末］如图所示是一种设想中
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。
（1）水从高处流下冲击叶片使叶片转动，水的
________能转化为叶片的____能。
重力势
动
（2）叶片转动，带动抽水器把水抽到高处，叶片的____能
转化为水的________能。
动
重力势
（第5题）
（3）在叶片的转动带动抽水器抽水的过程中，
即使不考虑对外做功，由于摩擦等因素，会不可
避免地产生____能并散失掉，正是由于这些能量
的散失，抽到高处的水量______（填“大于”“等
于”或“小于”）从高处流下的水量，从而使永动
机最终停下来。
内
小于
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6. 如图所示是“风光互补”景观照明灯，它“头顶”小风扇，
“肩扛”电池板，“脚踩”蓄电池，“腰挎”照明灯，下列解释合
理的是( )
C
A. 小风扇是风力发电机，将电能转化为机械能
B. 照明灯是将光能转化为电能
C. 电池板是将光能转化为电能
D. 蓄电池在夜晚放电时，将电能转化为化学能
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7. 中国古
代玩具“饮水鸟”被誉为“爱因斯
坦也吃惊的玩具”，如图所示。
它的神奇之处在于能不停地
“点头喝水”。它的下球中装有乙醚（乙醚极易汽化），乙醚
吸收空气中的热量汽化后，球内气压增大，将剩余部分乙醚
压入上球，“饮水鸟”的重心上移“低头喝水”，如图乙，此时
上下球连通气压相同，乙醚流回下球，恢复图甲状态，如此
反复。下列说法正确的是 ( )
A. 下球中乙醚汽化的过程，是通
过做功的方式改变了内能大小
B. “饮水鸟”能量转化的过程不
遵循能量守恒定律
C. 乙醚汽化，球内气压增大，将剩余部分乙醚压入上球的过
程中，空气的内能转化为“饮水鸟”的机械能
D. 即使空气温度很低，“饮水鸟”也不会停下来
√
【点拨】 乙醚汽化的过程是需要
吸收热量的，通过热传递的方式
改变了内能大小，故A错误；在
整个过程中，“饮水鸟”器械间以
及与空气间有摩擦，这些会导致能量损失，但能量总量不变，
遵循能量守恒定律，故B错误；乙醚汽化，下球内气压增大，
将剩余部分乙醚压入上球，此过程中空气的内能转化为“饮水
鸟”的机械能，故C正确；若空气
温度很低，“饮水鸟”内的乙醚汽
化太慢，气压很难将乙醚压入上
球，“饮水鸟”的重心不能上移，
“饮水鸟” 会慢慢地停下来，故D
错误。
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8. 如图所示，材质均匀的弧形轨道
固定在水平平面，将小球置于轨道的
顶端点，小球具有的机械能为 。
A
A. B. C. D.
让小球从点由静止开始滚动，到右侧所能达到的最高位置
点时，具有的机械能为 ，随即小球向左侧滚动，当滚动
到左侧所能达到的最高位置时，此过程中小球克服摩擦做的
功可能是（不计空气阻力）( )
【点拨】 由题意可知，小球在与轨道
摩擦的过程中，其机械能转化为内能，
逐渐减小。不计空气阻力，小球从
点到达点时，机械能从减小为，减少了 ；而从
点到达左侧所能达到的最高位置时，其通过轨道的长度应
该比第一次短，所以机械能减少的大小应该小于 ，故此
过程中小球克服摩擦做的功小于 。故选A。
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能量的转化和守恒
能量的
转化和转移
能量的转化：
能量守恒
定律
内容：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。
能量可以从一种形式转化为另一种形式。
能量的转移：
能量可以从一个物体转移到另一个物体。
①能量守恒定律是自然界最普遍、最重要的定律之一。
②能量的转化和转移，能量的总量保持不变。
③永动机不可能制成。
理解：
能量的形式多种多样
必做作业：从教材习题中选取；
选做作业：完成练习册本课时的习题.
谢谢观看！

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