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第5节 能的转化和能量守恒
浙教版 九年级上
第2课时
新知导入
能量会转化或转移
能量的转化和转移具有普遍性
能的转移
能的转化
能的形式不变
能的形式发生变化
同种形式能量从一个物体转移到另一个物体
不同形式能量之间
新知讲解
能量守恒定律
所有的自然现象、不同的运动形式都涉及能，人类的活动也离不开能。能无所不在，能的形式多种多样，如描述机械运动的机械能，描述热运动的内能，描述电磁运动的电磁能，等等。人们利用能的概念把热、电、磁、光以及机械运动等都统一起来描述。
思考：能由一种形式转化为另一种形式的过程中，能的多少是否发生变化？即，能是否发生变化？
能的概念是在人类对物质世界进行长期探索的过程中建立起来的。
在19世纪中叶，科学家总结出了能量守恒定律。能量守恒定律的建立，经历了多种实验过程的探索，也经历了对实验结果的质疑，是不同领域的科学家集体智慧的结晶。
科学家在研究自然的过程中，逐渐认识到自然界的现象之间存在着相互联系，如动能和势能可以相互转化，电与磁可以相互转化，运动和热可以相互转化，等等。
思考与讨论
如图所示，用电动机提升重物时，电动机消耗的电能是否都转化为重物的机械能？是否还转化为其他形式的能？如果把转化后的各种形式的能全部加起来，是否跟电动机消耗的电能相等？
电动机消耗的电能一部分转化为重物的机械能，一部分转化为内能（克服摩擦做功与电流的热效应）；
转化后的各种形式的能量全部加起来等于电动机消耗的电能。
大量事实告诉我们，在能的形式发生相互转化的过程中，某种形式的能减少了多少，另一种形式的能一定会相应地增加多少。同样，某种形式的能增加了多少，另一种形式的能一定会相应地减少多少，而能的总量保持不变。也就是说：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另一种形式，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。这就是能量守恒定律。
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。
能量守恒定律是科学史上最重大的发现之一，它把各种自然现象统一起来，描绘出一幅自然界普遍联系的图景。
思考与讨论
达·芬奇（Leonardo da Vinci）曾设计了一个“永动机”：一只圆轮，里面装有可以自由滚动的重钢球，如图所示。利用隔板的特殊形状，使轮子一边的钢球总是滚到另一边距离轮心较远些的地方，这样，在钢球所受的重力作用下，轮子便会转动不息。这个“永动机”能旋转不息吗？为什么？
因为圆轮转动时要克服摩擦和空气阻力消耗能量，而能量的转化有方向性，摩擦生热是不可逆的。
“永动机”不可能旋转不息
“永动机”违背能量的转化和守恒定律。
科学拓展
如图所示是“饮水鸟”玩具。先往“饮水鸟”头部滴几滴水，“饮水鸟”直立一会儿，就会慢慢俯下身去“喝”水，然后它又会直立起来，如此循环往复……这种“饮水鸟”玩具看似是永动机，其实并不是。
“饮水鸟”是永动机吗
“饮水鸟”的头和身体都由玻璃球构成，并由玻璃管相连通，且密封。身体处的玻璃球内盛有一些乙醚（一种易挥发、易液化的液体），头部玻璃球连同尖嘴被吸水毛毡包裹。当头部毛毡“饮水”后，水蒸发吸热，导致头部温度降低，玻璃管上部乙醚蒸气液化，压强减小，管内液柱上升，“饮水鸟”重心上移，直至倾倒。处于倾倒位置的“饮水鸟”，头部毛毡再次浸润，乙醚流回身体处的玻璃球，重心下移，“饮水鸟”直立。
“饮水鸟”“饮水”后，头部的水不断蒸发，吸收了周围物体（空气）的热，才使“饮水鸟”持续运动。可见，“饮水鸟”的运动并没有违背能量守恒定律。
能的转化和转移有一定的方向性
“永动机”不可能成功的事实告诉我们，违背能量守恒定律的事件是不可能发生的。那么，遵循能量守恒定律的事件是否一定会发生呢？
当一块炽热的铁块投入水中时，内能从铁块传递给水，从而使铁块的温度降低，水的温度升高，最后两者达到相同的温度。
但是，相反的过程并不会自发地发生。铁块不可能自发地从同温度的水中吸收热，使自己变得炽热，尽管这一过程并不违背能量守恒定律。
当杂技演员沿竹竿下滑时，演员的重力势能有一部分转化为手和竹竿的内能，使手和竹竿的温度升高。但是，相反的过程也不会自发地发生，即手和竹竿不可能自发地降低温度，而使人的位置升高，尽管这一过程也不违背能量守恒定律。
大量的现象表明，能的转移和转化有一定的方向性。人们是在能的转移或转化过程中利用能的。
请举例说明，能的转移和转化有一定的方向性具有什么实际意义？
思考与讨论
例如，水总是从高处流到低处，这样人们就可以用水的落差进行水力发电。
内能只能有高温物体转移到低温物体，这样就可以用高温物体给低温物体进行加热。
把具有能量的物质让它的能量按人们需要的方向转化和转移，这样我们对能源的利用率就提高了。
科学阅读：
1840年，德国医生迈尔（J. R. Mayer）从生理学角度对能进行了研究，他发现病人的静脉血比他预计的要红得多，因此他开始思考热的问题，并由此萌发了所有形式的能都可以相互转化的想法。
从1840～1878年的近40年时间里，英国科学家焦耳研究了电流的热效应、空气压缩时温度的升高，以及电、化学和机械作用之间的联系，发现了焦耳定律。他用各种方法测定热与功之间的当量关系，为能量守恒定律的确立奠定了定量的实验基础。
能量守恒定律的建立
1847年，德国科学家亥姆霍兹（H. L. F. von Helmholtz）发表了《论力的守恒》一文，把能的概念推广到热学、电磁学、天文学和生理学等领域，系统、严密地阐述了能量守恒思想。他分析了机械能、化学能、电磁能等不同形式能的转化和能量守恒，并把能量守恒与永动机不可能制成联系起来。他认为机器只能转化能，而不能创造和消灭能。他对能量守恒定律作出了清晰、具有说服力的论述，从而使能量转化和守恒定律得到人们的广泛接受。
可见，能量守恒定律是众多科学家集体智慧的结晶。
课堂小结
能的转化和能量守恒（二）
能量的转化和守恒定律
能量既不会消灭,也不会创生,它只会从一种形式转化为另一种形式或从一个物体转移到另一个物体.而能的总量保持不变。
能量的转移和转化有一定的方向性。
遵循能量转化和守恒定律的事件不一定会发生
课堂练习
1、下列说法正确的是（　　 ）
A.水从高处流向低处，动能转化为势能
B.煤石油完全燃烧发光发热，能量耗尽消失
C.植物通过光合作用制造了有机物，创造了能量
D.任何一种形式的能转化为其他形式的能时，能的总量保持不变
D
2、下列几种热量的传递过程，不可能实现的是（　 ）
A.太阳向地球辐射太阳能
B.燃烧的煤，向四周散发热量
C.人体在常温下不断向四周散发热量
D.冰箱自发地将箱内热量散发出去而降温
D
3、如图所示，这是一种在太阳光下能不断摇摆的塑料小花。花盆表面的太阳能电池在光照下，产生电流驱动电动机，使小花左右摆动。请描述该小花摆动过程中能的转化。
4、玉兔号月球车是我国首辆在月面上运动的月球车。玉兔号月球车依靠接受太阳能给蓄电池充电，然后利用电动机带动月球车在月面上运动。请描述这个过程中能的转化。
太阳能电板产生电流：太阳能转化为电能。
电动机工作，使小花摆动：电能转化为机械能。
太阳能电池板：太阳能转化为电能。给蓄电池充电：电能转化为化学能。蓄电池放电：化学能转化为电能。电动机工作：电能转化为机械能。
5、某智能百叶窗的叶片上贴有太阳能电池，在光照时发电，给电动机供电以调节百叶窗的开合。请描述该过程中发生的能的转化。
太阳能板将太阳能转化为电能，给电动机供电；
电动机将电能转化为机械能，带动百叶窗开合。
6、各种形式的能都不是孤立的，它们可以在一定条件下发生转化，且能的转化是有方向的。将下面几幅图按能的转化顺序进行排列。
②①③④
8、有人说，除了核能，我们所利用的各种形式的能都是直接或间接地来自太阳能。你同意这个观点吗？说说你的理由。
7、试写出在一辆燃油汽车上所发生的能的转化的事例（至少写出3个）。
①燃料在汽车发动机内燃烧将化学能转化为内能；②而后通过内燃机的做功冲程将内能转化为机械能；③汽车在刹车过程中，因摩擦将机械能转化为地面、轮胎和空气的内能；④汽车开灯时，电能转化为光能；⑤鸣喇叭时，电能转化为声能等。
同意这个观点。
理由：太阳辐射使空气受热不均形成风能，使水蒸发形成水循环产生水能；
植物通过光合作用将太阳能转化为化学能，形成生物质能；
远古动植物遗体在长期地质作用下形成煤、石油、天然气，能量最初也来自太阳能；
所以除核能等少数能源外，我们利用的大部分能如风能、水能、生物质能、化石能源（煤、石油、天然气）等，都直接或间接来自太阳能。
重力势能10J
重力势能6J
重力势能4J
克服摩擦2J
动能8J
克服摩擦2J
总能量守恒
9、掉在地上的弹性小球为什么越跳越低？
能量既不会消灭,也不会创生,它只会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.而能的总量保持不变。
谢谢
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