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第一节 能量的转化与守恒
第二十一章 能源、材料与社会
学习目标
课时讲解
1
课时流程
2
能量的转移与转化
能量守恒定律
能量转移和转化的方向
能量转移和转化的效率
逐点
导讲练
课堂小结
作业提升
知1－讲
感悟新知
知识点
能量的转移与转化
1
1.能量可以在两个物体之间转移
能量的转移特点 能量的形式保持不变
白球碰撞红球 A物体上升， B物体下降 金属勺放入热水中
白球动能→红球动能 B物体势能→A物体势能 水的内能→金属勺的内能
动能转移 势能转移 内能转移
感悟新知
知1－讲
知识点拨
1.能量转化是非常普遍的现象，但是各种形式的能量之间不能自由地相互转化。
感悟新知
知1－讲
2. 各种形式的能量之间的转化是非常普遍的现象，自然界中物质运动形式的变化总伴随着能量的相互转化。平常我们所说的“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。
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2.能量的转化
知1－讲
钻木取火 蒸汽机 核电站
机械能→内能 内能→机械能 核能→电能
感悟新知
能量的转化特点 能量的形式发生变化
知1－讲
太阳能热水器 光合作用 手机充电
太阳能→内能 光能→化学能 电能→化学能
感悟新知
3.归纳 在一定条件下，各种形式的能量都可以相互转化。
(1)能量从一个物体转移到其他物体。
(2)能量从一种形式转化为其他形式。
知1－讲
知1－练
感悟新知
能量的转化是自然界普遍的现象。下列关于能量转
化的分析正确的是(　　)
A. 水果电池：电能→化学能
B. 瀑布倾泻：重力势能→动能
C. 电磁感应：电能→机械能
D. 钻木取火：内能→机械能
例1
知1－练
感悟新知
解析： 水果电池通过化学反应得到了电能，故将化学能转化为电能，故 A 错误；瀑布倾泻是重力势能转化为动能，故 B 正确；电磁感应是闭合电路中的部分导体做切割磁感线运动，得到了电流，将机械能转化为电能，故 C 错误；钻木取火是克服摩擦做功得到了内能，将机械能转化为内能，故 D错误。
答案：B
知1－练
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技巧点拨
判断能量的转化，我们主要看它消耗什么能量，得到什么能量，总是消耗的能量转化为得到的能量。
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知2－讲
知识点
能量守恒定律
2
1.能量转化中的机械能减少现象分析
物理现象 现象分析 结论
一个掉在地面的小球不断弹起，又不断落下，弹起高度逐渐变小 小球在弹起、落下的过程中不断与空气摩擦产生内能，所以小球的机械能逐渐减少 两个物体的机械能没有凭空消失，而是转化为了内能
知2－讲
感悟新知
物理现象 现象分析 结论
在水平地面行驶的汽车熄火后，速度越来越小，最后静止 在水平地面行驶的汽车熄火后，汽车与空气、地面摩擦产生内能，从而导致动能减少，最后为 两个物体的机械能没有凭空消失，而是转化为了内能
知2－讲
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知识点拨
能量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。
知2－讲
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方法点拨
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加时，也一定可以找到另一种形式的能量减少。
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知2－讲
2.能量守恒定律 能量既不会消灭，也不会创生，它只会从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到其他物体，而能量的总量保持不变。
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知2－练
某公司声称研发出了一款“突破能量守恒定律”的
电机组。该公司官网称，这一技术名为“一种电容补偿式自循环发电系统”，下列有关该装置的分析正确的是(　　)
A. 根据能量守恒定律，该装置会一直转动下去
B. 如果没有能量补充，该装置最终会停下来
C. 发电技术突破了能量守恒定律，证明能量可以不守恒
D. 不靠任何能量补充，该装置可实现 1 度电变为 10 度电
例2
知2－练
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解析： 发电的过程中，其他形式的能量转化为电能，在转化过程中，会有一部分能量转化为内能，因此，该装置不能一直转动下去，但总的能量是守恒的，故 A、 C 错误；如果没有能量补充，转化的电能会越来越少，装置最终会停下来，故 B 正确；根据能量守恒定律可知，不靠任何能量补充， 1 度电可变为 10 度电的装置是不能实现的，故 D 错误。
答案：B
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易错提醒
无法实现的“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。由能量守恒定律知：无法实现。工程技术的任务，在于设法找出合理利用能源的途径，并减少机器运转过程中不必要的能量损耗，而不是去研制永远无法实现的“永动机”。
知3－讲
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知识点
能量转移和转化的方向
3
1.能量转移的方向性 热量只能自发地从高温物体转移到低温物体，不能自动从低温物体转移到高温物体。
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知3－讲
易错提醒
能量转移具有方向性，热量只能自发地 (不需要任何外界干预，或不需要满足任何条件)从高温物体转移到低温物体，反之要想使热量自发地从低温物体流入高温物体是不可能的。但如果有外界适当地干预，或满足一定的条件，热量可以从低温物体转移至高温物体。
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2.能量转化的方向性 内能和其他形式的能量的相互转化具有方向性。其他形式的能可以无条件地转化为内能，而内能不能无条件地转化为其他形式的能。
3.归纳 自然界所有与热现象有关的过程都具有方向性。
知3－讲
知3－练
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如图 2 甲所示，房间里的空气自动聚拢到某个角落；
如图乙所示，一杯水的内能突然集中在这杯水的上层，从而使上面的水剧烈沸腾，而下面的水却结了冰。关于两种情况，下列说法正确的是( )
A. 甲可能发生，乙不可能发生
B. 甲不可能发生，乙可能发生
C. 两种情况都可能发生，因为都符合能量守恒定律
D. 两种情况都不可能发生，因为能量的转移是有方向性的
例3
知3－练
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解析： 因为能量的转移和转化是有方向性的，空气均匀充满房间，因此不会自动聚拢到房间的某个角落；发生热传递的条件是存在温度差，上面的水剧烈沸腾，下面的水结冰，由于上下的温度不同，它们之间会发生热传递，所以不会出现该现象，综上所述， D 正确， A、 B、 C 错误。
答案：D
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规律点拨
发生热传递的条件:物体之间有温度差；热量只能自发地由高温物体传递到低温物体或者从同一物体的高温部分传递到低温部分。
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知4－讲
知识点
能量转移和转化的效率
4
1. 能量转化效率 在能量转移和转化的过程中，输出的有用能量与输入的总能量之比称为能量转化效率，通常用百分率表示。
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知4－讲
2.提高能量利用的效率的意义
(1) 由于能量损耗不可避免，提高能量转化效率是节能问题的核心，也是实现可持续发展的关键措施。
(2) 现代科技通过优化能量转化过程(如减少热量散失，提升电能利用率)来减少浪费。
知4－讲
感悟新知
特别提醒
对比不同设备的能量转化效率
设备类型 能量转化效率范围 特点
柴火灶 30% 左右 热量大量散失到空气中
燃气灶 55% 左右 封闭燃烧，减少热损失
微波炉 70% ~ 90% 电磁波直接加热食物
电磁炉 80% ~ 90% 无明火，热效率更高
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知4－练
在“碳达峰，碳中和”的政策指导下，我国的风力发
电技术得到了大力的推广。风力发电机发电时，风机叶片在风力的推动下转动，然后带动发电机发电。输入风机的风能的功率为 3×106 W，发电机 1 h 输出电能约为 960 kW· h。若传动装置和齿轮箱的能量损失不计，发电机的效率为 80%，则风机的效率约为( )
A. 30% B. 40% C. 50% D. 60%
例4
知4－练
感悟新知
解析： 由题意知，风力发电机 1 h 获得的机械能为
W 机= = =1.2×10 3 kW· h=
1.2×10 3×3.6×10 6 J=4.32×10 9 J， 1 h 风机产生的风能为 W 风=P 风t=3×10 6 W×3 600 s=1.08×10 10 J，则 风 机 的 效 率 为 η′ = ×100%=×100%=40%。
答案：B
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易错提醒
此题的两个效率易混淆，要明确风机的效率是整个风机系统将风能转化为机械能的效率，而发电机效率只是发电机部分将机械能转化为电能的效率。
能量的转化与守恒
能量的转化和
转移具有方向性
节约能源
能量守恒定律
不同形式的能量
可以相互转化
相同形式的能量
可以相互转移

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