18.4能量转化的基本规律课件2021-2022学年苏科版物理九年级下册(共38张PPT)

(共38张PPT)
第四节 能量转化的基本规律
第十八章 能源与可持续发展
新知一 能量的转化和转移
1. 自然界中能量的转化和转移
知识链接:
常见的能量转化过程：
项目 能量的转化
内燃机的压缩冲程 机械能转化为内能
燃料燃烧 化学能转化为内能
内燃机的做功冲程 内能转化为机械能
LED 灯发光 电能转化为光能
电风扇通电转动 电能转化为机械能
电熨斗通电发热 电能转化为内能
太阳能电池 太阳能转化为电能
合作探究
(1)自然界中各种形式的能之间是可以相互转化的.
(2)自然界中同一种形式的能量在物体间是可以转移的.
2. 运用对比法认识能量转移和转化
转移 转化
区别 能量的形式不发生变化. 从一个物体转移给另一个物体，或从一个物体的某个部分转移到其他部分 能量的形式发生变化. 由一种形式转化为另一种形式
共性 自然界的一切活动都伴随着能量的转移或转化，在转移或转化的过程中，能量守恒
3. 人类是在能量转化和转移过程中利用能量. 比如，风推动帆船前进，流动空气的部分机械能转变为帆船的机械能.
例 1
图18-4-1 中仅发生能量转移的一组是( )
A. ①② B. ②③ C. ③④ D. ①③
D
方法点拨：
对涉及能量转化和转移的问题，运用分析归纳法，判断物理过程发生变化的前后能的形式分别属于哪一类，形式不变的是转移，变化的是转化.
新知二 能量守恒定律
1. 滴水实验
(1)实验猜想：如图18-4-2 甲所示，搭在盆边的毛巾能自动吸水，并从垂在盆外的另一端不停地滴下，说明毛巾能把低处的水吸到高处. 那么用如图18-4-2 乙所示的多个这样的盆和毛巾，能否做到不消耗能量，就将水从低处抽到高处，从而实现抽水机的功能？
(2)设计实验：如图18-4-3 所示，将两根棉纱带放在两杯水中，图甲中棉纱带垂在杯外的另一端，低于杯中的水位；图乙中棉纱带垂在杯外的另一端，高于杯中的水位.
(3)实验现象：图甲中棉纱带垂在杯外的另一端有水滴滴出，图乙中棉纱带垂在杯外的另一端没有水滴滴出.
(4)实验分析：图甲中有水滴滴出的实质是高处的水能自动流向低处, 是重力势能转化为动能的结果；图乙中没有水滴滴出的实质是低处的水不能自动流向高处，除非要消耗其他形式的能量克服水的重力做功.
(5)实验结论：没有不消耗任何能量, 却能永远地运动并对外做功的机器，即“永动机”是不存在的. 该实验告诉我们：不可能无中生有地获得能量，即各种形式的能量在相互转化时遵循某种基本规律.
3. 对能量守恒定律的理解
(1)能量守恒定律的普遍性：能量守恒定律是自然界最普遍、最重要的基本定律之一. 自然界的一切变化过程，小到原子世界，大到宇宙空间，只要有能量的变化，都无一例外地严格遵循能量守恒定律.
深度理解:
机械能守恒与能量守恒的区别：
①机械能的守恒是有条件的—没有能量损失或额外的能量补充. 例如：克服摩擦做功，机械能的总量将减少，损失的机械能将转化为其他形式的能.
②能量守恒定律的成立不需要条件. 这是因为能量的转化形式是多样的，可以在机械能、内能、化学能、电能、光能、原子能等能量形式间相互转化，不限于动能与势能之间. 在转化过程中，一种形式的能量减少，另一种形式的能量必然增加，能量的总量保持不变.
(2)“永动机”的设想违背能量守恒定律，注定以失败而告终.
永动机是一类不需要外界输入能量，或在仅有一个热源的条件下便能够不断运动并且对外做功的机械.
4. 能量守恒定律的应用
(1)应用能量守恒定律分析物理过程.
(2)能量守恒定律是我们认识自然的重要依据，对于科学研究、工程技术工作有重要的指导意义.
学习了内能及能量的转化和守恒后，同学们在一起梳理知识时交流了以下想法，你认为其中不正确的是( )
A. 做功改变物体的内能是不同形式能的相互转化
B. 热传递改变物体的内能是不同形式能的相互转化
C. 各种形式的能在一定条件下都可以相互转化
D. 能量在转化和转移的过程中总会有损耗，但能量的总量保持不变
例2
B
知识拓展:
能量守恒定律，是在能量转化或转移过程中，各种能量的总量保持不变，而不是某种形式的能量保持不变.
过去几百年来许多人一直致力于发明一种永动机，包括伟大的科学家牛顿，但都以失败告终. 近几年来，科学家发现某种合金具有“形状记忆功能”：如果在较低温度时将它弯曲成某一形状，然后加热到较高温度时再弯曲成另一形状，那么当降低到原来较低温度时，它就会自行恢复到低温时的形状.
例 3
现用它制成如图18-4-4 所示的装置：在可绕圆心O 转动的均匀轻质圆盘上，安装用形状记忆合金做成的螺旋圈，它在温度低时收紧、温度高时放松.
实验表明：当把该圆盘的下半部分浸在盛有一定量热水的水槽中时，只要给圆盘一个起始转动的力，圆盘就能克服摩擦和水的阻力连续转动起来. 这不就是一个可以不消耗能量的“永动机”吗？你认为上述装置是否可以看成一个“永动机”呢？为什么？
特别提醒:
自然界中各种机械都必须遵守能量守恒定律，任何违背了能量守恒定律的机械都不会成功. 如图18-4-4 所示的装置， 在获得机械能时，必须消耗内能，显然它不是所谓的“永动机”.
解：不可以；热水不可能一直维持一定的温度，如果要维持一定的温度，就必须消耗其他形式的能，因此，记忆合金盘转动的机械能仍是由其他形式的
能转化而来的.
新知三 能量转移和转化的方向性
1. 自然界中事物发展的方向性
(1)放入热水中的冰块逐渐熔化，热量从热水传递到冰块，而不是从冰块传递到热水.
(2)汽车在刹车时，动能转化为路面、轮胎、空气的内能，这些能量不可能再转化为汽车的动能，使汽车再开动起来.
2. 能量转移的方向性 热量能自发地从高温物体转移到低温物体，但不能自动从低温物体转移到高温物体.
3. 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.
典例分析：
钟表上紧发条工作，终会停下，机械能完全转化为内能，不需要任何外界的干预，不需要满足任何的条件. 而要钟表自动从周围环境吸热，使这部分内能转化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，例如，热机就可以实现这样的转化，但这种转化必须满足一定的条件.
4. 能的利用
(1)能源的利用是有条件的.
(2)能量释放时失去控制会酿成灾害.
5. 理解注意点
(1)能量的转化和转移都具有方向性.
(2)能量的转化和转移遵循能量守恒定律，不能错误地认为在使用能源的过程中，就不需要节约能源.
[中考·嘉兴] 各种形式的能量都不是孤立的，它们可以在一定条件下发生转化，且能量的转化是有方向的，图18-4-5 中几幅图按能量转化的顺序，排列正确的是( )
A. ①②③④ B. ②③④①C. ②①③④ D. ①③④②
C
例4
下列有关能量转化的说法中错误的是(　　)
A．核电站发电——核能转化为电能
B．太阳能电池——太阳能转化为电能
C．汽油机做功冲程——机械能转化为内能
D．电饭锅煮饭——电能转化为内能
1
C
巩固新知
下列四种现象中，只发生能的转移而不发生能的转化的过程是(　　)
A．烧水时，水蒸气顶起壶盖
B．闭合开关后，电熨斗发热
C．冬天，用手摸户外的金属杆时手感觉到冷
D．给电动自行车的蓄电池充电
C
2
学习了内能及能量的转化和守恒后，同学们在一起梳理知识时交流了以下想法，你认为其中不正确的是(　　)
A．做功改变物体的内能是不同形式能的相互转化 B．热传递改变物体的内能是不同形式能的相互转化
C．各种形式能在一定条件下都可以相互转化
D．能量在转化和转移的过程中，总量保持不变
B
3
【2020·淮安淮安区一模】汽车刹车过程中，因摩擦将机械能转化为地面、轮胎和空气的内能，这些能量将无法重新自动地转化为汽车行驶所需要的能量，此现象说明能量转化具有________性；能量在转化或转移过程中，能的总量保持________．
4
方向
不变
【中考·滨州】手机已成为人们必备的通信工具，它是通过________传递信息的．随着手机充电技术的不断发展，无线充电等先进技术逐步走入我们日常生活之中．如图是一款手机无线充电实物图，在给手机充电的过程中，电能转化为________能．人类是在能量的转化或转移过程中利用能量的，而能量的
转化和转移是有________性的，因此可利
用的能源是有限的．
电磁波
5
化学
方向
下列关于能量转移和转化的说法中，正确的是(　　)
A．热量只能自发地从高温物体转移到低温物体 B．内能只能从内能大的物体转移到内能小的物体
C．在任何时候，能量的释放都是有益的
D．能量总是守恒的，因此没必要节约能源
A
6
【中考·嘉兴】各种形式的能量都不是孤立的，它们可以在一定条件下发生转化，且能量的转化是有方向性的．下面几幅图按能量转化的顺序，排列正确的是(　　)
A．①②③④
B．②③④①
C．②①③④
D．①③④②
7
C
【中考·内江】根据能量守恒定律，下列情形可能发生的是(　　)
A．随着科学技术的不断发展和提高，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
8
B
能量转化的基本规律
能量转化的
基本规律
节约能源
能量守恒定律
永动机的失败
能量转化的方向性
可用能量的减少
归纳新知
再见