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(共50张PPT)
能量的转化与守恒
第一节
第二十一章能源、材料与社会
（沪科版）九年级
全
01
课标解读
02
学习目标
03
激趣导入
04
新知探究
05
分析讨论
06
观察思考
07
知识拓展
10
作业布置
09
课堂小结
08
练习与应用
课标解读
2022版新课标将“能量转化与守恒”归入一级主题“能量”下的二级主题“能量守恒”，聚焦核心素养培养，细化内容要求并强化实践：
1. 知识要求 ：掌握能量可转移、转化且总量守恒的规律，能举生活实例，也清楚能量利用有效率、转化和转移有方向性。
2. 能力培养 ：通过实验、探究培养用守恒观点分析问题的能力，还能对永动机这类错误说法提出质疑。
学习目标
1.知道能量守恒定律，能从能量转化和转移的角度认识效率，能用能量守恒、能量转化和转移具有方向性的自然规律来分析自然现象、解释生产生活中的相关问题。
2.能从能量守恒定律感受大自然的多样性与统一性，能体会物理学的发展深化了人类对自然的认识。
激趣导入
视频：能量转化
可见不同形式的能量之间可以相互转化，那么，在转移和转化的过程中有什么规律？本节我们将学习能量的转化及其 规律。
激趣导入
新知探究
一、能量的转移与转化
1.能量的转移
（1）指的是能量的传递，能量从一种物体转移到另一种物体，或者从物体的一部分转移到另一部分，能量形式不变。
（2）能量转移主要通过三种方式实现：
①传导：通过物质直接接触传递热量，常见于固体间热量传递 。
②对流：流体（液体或气体）通过循环流动传递能量。
③辐射：以电磁波形式跨空间传递能量。
水波的振动将中心部分的振动向四面八方传 播开去。这时中心部分水面的振动能量就不断向四周转移。
新知探究
新知探究
热传递时，内能转移：水的内能 人体内能。
新知探究
运动的小球通过碰撞让静止的小球也动起来，动能从一个物体转移到了另一个物体。
小球碰撞时物体之间会发生能量的转移
新知探究
2.能量的转化
一种形式的能量变成另一种形式的能量的过程，能量形式改变。
水力发电利用水电站将水的机械能转换为电能。
新知探究
电灯发光
电灯发光，将电能转化为光能和内能
新知探究
食物中的营养成分给人体提供所需能量，化学能转化为内能。人体运动过程中化学能转化为动能，为运动提供能量。
新知探究
植物通过光合作用将太阳能转化为化学能，并储存在其体内。
大量事实说明，能量不但可从一个物体转移到其他物体，而且可从一种形式转化为其他形式。
分析讨论
思考：在生产生活实践中，处处都离不开能量。你能说出图中各种物体所具有的能量及其可能的能量转化形式吗？
（a）山顶上的石块
山顶上的石块，高度较高，具有____________；若石头掉落，可将___________转化为________。
重力势能
重力势能
动能
(b)滚动的足球
滚动的足球，具有_______；滚动过程中需要克服阻力做功，会有一部分_______转化为____________。
动能
动能
内能
分析讨论
加热后的物体，温度较高，具有______；可以转化为_________。
(c)加热后的物体
内能
机械能
分析讨论
(d)牛奶、面包、水果等
牛奶、面包、水果等具有营养物质，具有___________；人类食用后可以为运动提供能量，将_________ 转化为_________。
生物质能
生物质能
机械能
分析讨论
(e)导线中的电流
导线中的电流具有_______，照明时将________转化为_______和_______。
电能
电能
光能
内能
分析讨论
新知探究
二、能量守恒定律
1.能量的形式
能量有机械能、电能、内能、光能、化学能及核能等各种不同形式， 各种形式的能量可以在一定条件下相互转化。
内能
机械
能
电能
化学能
光能
新知探究
长期以来，为了提高机械的工作效率，人们总是希望将一种形式的能量尽可能多地转化为另一种形式的能量，甚至希望找到一种机械，能无损耗地将一种形式的能量转化为另一种形式的能量，或产出多于输入的能量。但大量的研究表明，自然界的能量是守恒的，科学家们将研究的结果概括为能量守恒定律。
新知探究
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。
3.对能量守恒定律的理解
（1）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。 自然界中的一切变化过程，只要有能量转移或转化，都遵循能量守恒定律。
新知探究
（2）定律的成立是无条件的
能量从一种形式转化为其他形式，一种形式的能量减少多少，其他形式的能量就会増加多少；能量从一个物体转移到另一个物体上，一个物体的能量减少多少，另一个物体的能量就増加多少。能量的总量保持不変。
分析讨论
4．分析能量守恒现象
（1）小球的摆动
小球摆动时，势能与动能不断地相互转化。当小球到达最高处时_______最大；随着小球的下降，势能逐渐_____，动能逐渐_____，势能转化为动能；当小球下降到最低点时，势能_______，动能则_____。
小球在运动时能量守恒
势能
减小
增大
最小
最大
分析讨论
思考讨论：小球摆动的过程中，能量是怎样转化的？遵守能量守恒定律吗？
小球下降：势能转化为动能；
小球上升：动能转化为势能；
小球运动过程中，与空气摩擦会产生热，
一部分机械能转化为内能。如果将此内
能计算进去，总的能量还是守恒的。
分析讨论
小球摆动的高度越来越低，最后停下来。说明这个过程中________能减小了，而摆动过程中要克服空气阻力做功，使小球和周围空气的____能增大。
机械
内
观察思考
荡秋千时，一旦停止用力，秋千会越摆______
掉在地上的弹性小球虽然会弹起，但其反弹的高度会越来________。
越低
越低
思考：秋千和小球在上述运动过程中的能量转化。为什么它们的高度会逐渐降低？是否丢失了能量？你认为减少的机械能到哪儿去了？
参考答案：秋千和小球在下降过程中，重力势能转化为动能；在上升过程中，动能转化为重力势能。在整个运动过程中因与空气摩擦，机械能转化为内能。高度逐渐降低是因为机械能逐渐减少，能量并没有丢失，减少的机械能转化为了内能。
分析讨论
新知探究
三、能量转移和转化的方向
我们只见过自上而下的瀑布，未见过水自发地从低处流向高处。
一滴热水掉进冷水，热量只能自发从热水传到冷水。
热水
冷水
一滴热水掉进冷水
热量的转移是有方向性的，热量只能自发地从高温物体传向低温物体，而决不会反向转移。
新知探究
新知探究
摩擦可以生热，机械能可以方便地转化为内能，但却不能反方向使热（内能）全部变成机械能。
那么，能量转移和转化过程存在怎样的规律？
1.物理学的研究表明：能量的转移与转化具有方向性。
秋千和小球的运动中，由于摩擦的存在，一部分机械能会转化为内能，而这部分内能不可能自发地再转化为机械能。
2.研究表明，自然界所有与热现象有关的过程都具有方向性。
新知探究
查阅资料，了解关于第一类永动机和第二类永动机的一些设想，请运用能量守恒定律及能量转化和转移具有方向性的自然规律，讨论为什么这两类永动机都不可能实现。
知识拓展
1.第一类永动机：它不需要任何动力或燃料，却能不断地对外做功，史称"第一类永动机"。
这种不消耗任何能量而能源源不断地对外做功的永动机是不可能设计、制造出来的。
它违背了物理学基本规律——能量守恒定律（能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，只能从一种形式转化为另一种形式，或从一个物体转移到另一个物体，在转化和转移过程中，能量的总量保持不变）。 机器对外做功必须消耗能量，不存在“无中生有”的能量，因此第一类永动机无法制成。
知识拓展
知识拓展
2.第二类永动机:第二类永动机是设想中能从单一热源（比如空气、海水）吸收热量，全部用来对外做功，且不产生其他影响的机器。它不违背能量守恒定律。
知识拓展
知识拓展
视频：第二类永动机
它违背了热力学第二定律：热量不能自发地从低温物体转移到高温物体；机械能和内能的转化具有方向性，内能不可能全部转化为机械能而不引起其他变化。现实中，机器工作时总会有能量以散热、摩擦等形式损耗，无法将吸收的热量完全转化为有用功。
知识拓展
新知探究
四、能量转移和转化的效率
由于能量转移和转化的方向性，我们希望在能量转移和转化过程中，能充分利用能量。
能量的利用存在效率问题，100%的能量利用率只是一种理想情况.
你知道利用热机有哪些能量损失吗？
新知探究
汽油在汽缸内不能完全燃烧，损失了一部分能量，机械装置吸收了一部分能量，废气带走了一部分能量，机械传动等克服摩擦消耗了一部分能量，等等。
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总能量之比称为能量转化效率，通常用百分率表示。
η
新知探究
柴火灶能量转化效率只有 30% 左右
燃气灶能量转化效率可达到 55%
新知探究
微波炉能量转化效率一般为70%~90%
分析讨论
2．提高能量转化效率
提高能量利用的效率是节能问题的核心，是可持续发展的重要措施之一。
思考讨论：“如果我们想提高效率，应该怎么做？”
（1）减少热散失，例如：加隔热层。
（2）优化能量路径，例如：减少中间环节。
（3） 使用新型技术，例如：电磁加热。
1.如图是志明同学练习原地掷实心球的情景。用力将实心球推过头顶后前掷，球在上升过程中（　　）
A．动能逐渐增大
B．机械能在增大
C．重力势能增大
D．内能显著增大
C
练习与应用
2. 如图所示，小兰将一个橙子用细绳悬挂起来制成单摆，让橙子从 点由静止释放，橙子会在 、 两点之间来回摆动且摆幅越来越小。下列说法正确的是（　　）
A．悬挂点到橙子的重心的距离即摆长越短，此单摆的周期越长
B．来回摆动的过程中，橙子的机械能守恒
C．橙子来回摆动的过程中，违背了能量守恒定律
D．假设橙子摆到最高处时所有外力同时消失，橙子将处于静止状态
D
练习与应用
3.为了节能，现在很多电动汽车安装了“能量回收装置”，在刹车时该装置可带动发电机发电。在汽车刹车制动时，轮胎与地面摩擦会产生大量内能，但这些内能是_________（选填“可以”或“不可以”）自动转化成机械能供汽车运动的，这是因为能量的转移和转化具有________ 。
不可以
方向性
练习与应用
课堂小结
能量的转化与守恒
能量的转移与转化
能量形式
不同形式的能量可以发生转化；同种形式的能量可以发生转移
能量守恒定律
能量守恒定律
对能量守恒定律的理解
能量转移和转化的方向
能量的转移与转化具有方向性
自然界所有与热现象有关的过程都具有方向性
能量转移和转化的效率
能量转移和转化的效率
提高能量转化效率
作业布置
1.完成课后巩固练习。
2.预习下一节内容。
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