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20.3 能的转化与能量守恒
第二十章 能源与能量守恒定律
从身边的问题出发
在上面四幅图中，每个物体都具有一种能量：落地过程中的苹果具有重力势能和动能；燃烧的木柴具有内能；闪电具有电能；发光的太阳具有光能。
木柴在燃烧时，释放的内能来自什么能？太阳的光能来自什么能？
温故知新
通过复习以前学过的能量的类型，提出新问题，在解决新问题的过程中，丰富能量的类型，从而更深刻地认识能量的多样性。
知识点
能的转移与转化
知1－讲
1
1. 现象探究：能量的转移。
物理现象
用热水袋取暖
一个球下降，另一个球上升
发电站产生的电能，通过输电线送到用户
现象分析 热水的内能转移到人体 下降的球的机械能转移到上升的球 发电站的电能转移到用户
能量特征 能量的形式保持不变
探究归纳 上面实例中能量的形式没有变化，能量只是从一个物体转移到另一个物体，此过程叫能量的转移
知1－讲
2. 现象探究：能量的转化。
物理现象 蓄电池充电 蓄电池放电 核电站工作流程
现象分析 蓄电池充电时，电能转化成化学能 蓄电池放电时，化学能转化成电能 核反应堆工作时，铀核裂变释放的核能，转化成蒸汽的内能，通过涡轮机蒸汽的内能转化成涡轮机的机械能，并带动发电机，使机械能转化成电能
能量特征 能量的形式变化
探究归纳 上面实例中能量的形式发生变化，由此可知，各种形式的能量在一定条件下可以相互转化
知1－讲
3. 常见的各种形式的能量转化
物理现象 能量的转化
石块从空中落下 重力势能转化为动能
水力发电 机械能转化为电能
电动机工作 电能转化为机械能
用电炉烧水 电能转化为内能
电灯发光 电能转化为内能和光能
知1－讲
物理现象 能量的转化
蜡烛燃烧 化学能转化为内能和光能
乒乓球从地板上弹起 弹性势能转化为动能和重力势能
来回迅速摩擦双手 机械能转化为内能
蒸汽轮机转动 内能转化为机械能
用煤烧水 化学能转化为内能
知1－讲
难点突破
抓住要点，理解新知：
(1)能量以不同的形式存在，一个物体可以同时具有多种能量。
(2)热传递实质上是能量转移的过程，做功实质上是能量转化的过程。
(3)任何能量形式间的相互转化都必须通过做功来完成，做了多少功就有多少能量发生了转化。
(4)发生能量的转移时能的形式不变，只是能量的载体发生了变化；能量的转化是伴随着物体做功而表现出来的，能量的形式发生了改变，一种形式的能量增加了，肯定有其他形式的能量减少了。
知1－讲
思想方法
利用对比法分析能量的转化和转移
能量的转移 能量的转化
定义 能量从一个物体转移到另一个物体，或由物体的一部分转移到另一部分 能量在一定条件下，从一种形式转化为另一种形式
能的形式 保持不变 发生了改变
是否需要做功 不需要做功 需要伴随做功
知1－讲
例 1
[中考·黑龙江] 生活中能量转化的实例很多。下列描述中正确的是( )
A. 摩擦生热是把内能转化为机械能
B. 燃料燃烧放热是把内能转化为化学能
C. 电动机带动水泵把水送到高处是把电能转化为机械能
D. 摩擦起电是把电能转化为机械能
C
知1－讲
思路导引：摩擦生热是克服摩擦做功，摩擦过程中，消耗了机械能，内能增大，把机械能转化为内能，故A 错误；燃料燃烧放热是把化学能转化为内能，故B 错误；电动机带动水泵把水送到高处是把电能转化为机械能，故C 正确；摩擦起电是消耗了机械能，获得了电能，是把机械能转化为电能，故D 错误。
知1－讲
①抓住“关键点”识别能量的转移和转化
关键点：整个过程中，能量的形式是否发生改变。
(1)若某过程中，能量的形式没有发生改变，这个过程发生的是能量的转移。从能量减少的物体转移到能量增加的物体。
(2)若某过程中，能量的形式发生变化，这个过程发生的就是能量的转化。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，总是消耗的能量转化为得到的能量。
知1－讲
1.[中考·长沙]“收官之作，星耀全球”。2020 年6 月23 日，“长征三号乙”运载火箭搭载着“北斗三号”最后一颗全球组网卫星成功发射，标志着我国全面完成北斗全球卫星导航系统星座部署。下列说法正确的是( )
A. 燃料燃烧时，将化学能转化为内能
B. 火箭加速升空时，将动能转化为重力势能
C. 卫星上的太阳能电池板将太阳能转化为机械能
D. 卫星与地面之间通过超声波传递信息
A
知2－讲
知识点
能量守恒定律
2
归纳对比
能量守恒定律与机械能守恒定律的区别
条件 特点
能量守恒定律 不需要条件 一种能量减小，另一种能量必然增加， 而能的总量保持不变
机械能守恒定律 只有动能和势能转化 在转化的过程中， 机械能的总量保持不变
知2－讲
1. 现象探究：能在转化过程中，能的总量会减少吗？
如图2 所示，电动机在工作时消耗了电能，消耗的电能一部分转化为机械能，还有一部分转化为内能。该过程中电能减少了，但机械能和内能增加了。
知2－讲
科学家经过长期的研究发现，在一定量的某种形式的能减少的同时，总伴随着其他形式的能的增加，能的总量是守恒的，也就是说，能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，只能从一个物体转移到其他物体，或者从一种形式转化为其他形式。
2. 能量守恒定律的内容：能量在转移和转化的过程中，能的总量保持不变。
知2－讲
3. 制作“永动机”必定失败：事实表明，能量在转化过程中，只要有运动就会产生热，摩擦是不可避免的，这样运动的能量就会减少，如果不补充能量，运动最终会停止，所以不消耗能量而能够永远运动的机器——永动机是不可能制成的，永动机失败的原因是因为违反了能量守恒定律，永动机的失败，从反面证明了能量守恒定律的正确性。
知2－讲
例2
根据能量守恒定律，下列情形可能发生的是( )
A. 随着科学技术不断发展和提高，永动机是可以制成的
B. 两个斜面相对连接，小球从左斜面滚下后冲上右斜面
C. 电水壶里的水沸腾后断电，水的沸腾却一直持续下去
D. 出枪膛的子弹射穿木板后，以更快的速度继续运动
B
知2－讲
思路导引：永动机违反了能量守恒定律，不可能实现，故A 错误；两个斜面相对连接，小球从左斜面滚下后，由于具有动能，会继续冲上右斜面，故B 正确；在电水壶的使用过程中，消耗了电能，而水的温度升高，内能增加，断电后，水不再吸收热量，水的沸腾会停止，故C 错误；出枪膛的子弹高速运动，说明子弹具有动能，子弹射穿木板由于摩擦生热会使动能减小，它的速度减慢，故D 错误。
知2－讲
②深度理解能量守恒定律
在能量的转化过程中，能的总量保持不变，是指发生能量转化的物体总体的能量保持不变；若从其中一个物体的角度来分析，其能量是变化的。例如小球跳起高度越来越低，因为空气的摩擦，小球的机械能转化为内能，但是能的总量保持不变；若分析小球的能量变化情况，则小球的机械能是减少的。
知3－讲
知识点
能在转移和转化过程中的方向性
3
认识能量转移和转化的方向性
物理现象 现象分析 结论
能量的转移 热水加热牛奶，内能从热水转移到牛奶 内能自动地从高温的水转移至低温的牛奶 内能可以无条件(自动) 地从高温物体转移到低温物体， 但内能不能自动地从低温物体转移到高温物体。即： 能量的转移具有方向性
夏天，通电的空调可以将热量从低温的室内转移到高温的室外 在消耗电能的前提下， 内能可以从低温的室内转移到高温的室外
知3－讲
能量的转化 草坪上滚动的足球最终停下来，机械能自发地转化为内能 其他形式的能可以自发地转化为内能 其他形式的能量可以自发地转化为内能，但内能不能自动地转化为其他形式的能量。即： 能量的转化具有方向性
烧开水时，燃烧的煤、天然气的化学能转化为水的内能
阳光照射沙滩，光能自发地转化为沙滩的内能
内能转化为机械能时，需要借助热机 ① 在一定条件下(借助热机、发电机等)， 内能可以转化为其他形式的能量；② 许多散失到自然界中的内能无法再利用
内能转化为电能时，需要借助发电机来完成
物体与地面、空气摩擦产生的内能都散失在自然界中，无法利用
知3－讲
延伸拓展
内能转化方向的典例分析：
钟表上紧发条工作，最终会停下，机械能完全转变为内能，不需要任何外界的干预，不需要满足任何的条件。而钟表要从周围环境吸热，使这部分内能转变为发条的弹性势能是万万做不到的。内能并非不可能转化为其他形式的能量，而是必须满足一定的条件。
知3－讲
自我反思
能量的转化和转移过程是有方向性的。不是所有的能量都可以利用，能量的利用既有条件，也有代价。正是由于能量转移和转化的方向性存在，节约能源才显得特别重要。
知3－讲
(1)发生热传递时热量只能由高温物体传递给低温物体；(2)电烙铁工作时放出的热量很难再转化为电能。以上两个事实说明能量的转化和转移具有( )
A. 任意性 B. 方向性 C. 单一性 D. 不确定性
例 3
B
知3－讲
思路导引：内能只能自发地从高温物体向低温物体转移；其他形式的能转化为内能后，很难再自发地转化为原来形式的能，这些都说明能量的转化和转移具有方向性。
知3－讲
③说明能量转移和转化具有方向性的实例
(1)内能只能自发地从温度高的物体向温度低的物体转移。
(2)其他形式的能转化为内能后，很难再自发地转化为原来形式的能。
2. [中考·连云港] 核电站是利用核________(填“聚变”或“裂变”)产生的能量发电的；在汽车制动过程中，它的动能转化为地面、轮胎、空气的内能，但这些内能无法自动转化回去，这是因为能量的转移和转化是有________的。
知3－练
裂变
方向性
能的转化与能量守恒
能量
方向性
守恒定律
转化和转移
能的转化与能量守恒
1. 能量的转移和转化
能量的转移，是同种能量从一个物体转移到另一个物体的
过程，能量的形式不变；能量的转化，是一种形式的能量
转化为另一种形式的能量的过程，能量的形式发生改变。
2. 能量守恒定律
(1)每一种运动形式都可以用一种形式的能来量度，各种运
动形式可以在一定条件下互相转化，而运动形式的转化
过程必须伴随着能量的转化(转移)和守恒。
(2)要对外做功，必须消耗能量，不消耗能量就无法对外做
功,能量永远不会凭空消失,也不会凭空产生,若一种形式
的能量减少,一定能找到另一种形式的能量增加或产生。
