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第1节 能量的转化与守恒
第二十一章 能源、材料与社会
课程讲授
新课导入
本课小结
我们一起来闯关
能列举能量转化和转移的实例，知道能量守恒定律，知道能量转化和转移具有方向，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。
01
能从能量转化和转移的角度认识效率，能用能量转化与守恒的观点分析问题。
02
03
能体会能量守恒定律在科学发展中的意义。有主动提高效率的意识。
素养目标
新课导入
老师先播放一段马儿吃草、奔跑的视频。
老师：要想马儿跑，马儿先吃草。有没有不吃草就能奔跑的马呢？
老师：可是有很多人呀，就梦寐以求的想拥有这样一匹马，包括意大利著名的画家达 芬奇。他曾经设计了一个永动机，那永动机能不能永远运动呢？
一、能量的转化与转移
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1.能量的多样性
我们学过自然界中哪些能量形式？请将它们列举出来。
示例：运动的火车→机械能
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运动，有机械能
碰撞转移
2. 各种能量是不是孤立存在的？不是的，它们可以转移，可以相互转化。
（1）能量的转移
①机械能转移:老师用投影仪展示课本P197图21—1进行分析：
运动，有动能
静止，没有动能
碰撞转移
撞击停止，失去动能
受撞后运动，获得动能
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②内能转移实例：
放出热量，内能发生转移
（2）能量的转化
①太阳→树木→燃煤电厂→剃须刀（正在充电）
②太阳→小麦→人（进食）→自行车
能量转化的顺序：太阳能→树木的化学能→电厂的电能→剃须刀的化学能
③活动：搜集能量转移或转化实例，指名其他小组成员回答，答对得1分，答错扣1分，出题的得1分。
能量转化的顺序：太阳能→小麦的化学能→人的化学能→自行车和人的机械能
（3）总结结论：大量事实说明能量不是孤立存在的。
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3.太阳是能量的源泉
（1）能量从哪儿来呢？
举例：汽油
汽油→古代生物化学能→植物化学能→光合作用→太阳能。
这样，绝大部分的能量来源都归结于太阳能。
（2）地球上的能量主要来源于太阳，生命活动离不开太阳能。如植物的光合作用就是将太阳能转化为化学能，并储存在其体内。
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4.回顾导入环节滚摆实验：尝试回答受重力下降的滚摆为什么又会转上去。
老师根据学生回答情况适时点拨：
重力势能最大
动能最大
5.阅读课本P198“物理聊吧”并分小组解决其中提出的问题。
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二、能量守恒定律
1.实验观察：拿一个乒乓球距桌面一定高度，释放，观察乒乓球的状态。
（1）学习机械功时，拉力做功等于克服摩擦（或重力）做功；（2）忽略其他形式的能时，机械能守恒；（3）做功改变物体内能时，用机械功量度内能的改变；（4）热传递改变物体内能时用热量量度内能的改变；（5）电功量度消耗的电能；焦耳定律计算电流产生热量。
（1）现象描述：
（2）分析乒乓球落下弹起时能的转化情况。
（3）乒乓球的高度逐渐降低，说明其机械能逐渐减少，减少的机械能哪儿去了？有没有消失不见了
乒乓球反复弹起。但高度逐渐降低。
落下时重力势能→动能，上升时动能→重力势能。
跟地面撞击、跟空气摩擦做功，机械能转化为内能。
2. 能量在转化与转移过程中能否量度？
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3. 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。
4. 分析单摆的小球（或荡秋千的人）能量转化过程。
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， 能最大；随着小球的下降， 能逐渐减小， 能逐渐增大， 能转化为 能；当小球下降到最低点时， 能最小， 能则最大。小球在运动过程中与空气摩擦会产生热，小球的一部分 能转化为 能。如果将此内能计算进去，总的能量还是守恒的。
内
势
势
动
势
动
势
动
机械
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5.永动机与能量守恒定律
（1）介绍达 芬奇设计的永动机。
（2）永动机能否一直运动下去？问题出在哪儿？
（3）永动机越来越慢，最后停止过程中，是否遵循能量守恒定律？
小球在来回运动过程中有摩擦。
（4）师生共建：能量守恒定律的建立为永动机敲响了丧钟。
遵循
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三、能量转移和转化的方向
1.交流、讨论问题：
（1）高山瀑布“飞流直下三千尺，疑是银河落九天”，请分析能的转化过程。能不能让该能的转化反过来实现呢？
（2）热传递时能量总是从 物体转移到 物体，能不能反过来传递呢？
（3）摩擦生热过程是 能转化为 能的过程，热量被环境吸收散掉，能不能再收集实现能量反转呢？
势能→动能；不能
不能
非常困难
高温
低温
机械
内
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2.总结结论：能量的转移与转化具有方向性。
研究表明，自然界所有与热现象有关的过程都具有方向性。
4.开发新能源：虽然自然界的能量总量保持不变，但因为能量转移和转化过程中是有方向的，所以我们可以方便获取和使用的能量会越来越少，因而会存在一个能源危机问题，这将促使我们去寻找新能源。
3.动手探究：自主组装电路，组装完成后交换分析电路工作时能的转化情况，且思考能不能实现能量的反转。
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四、能量转移和转化的效率
1. 问题思考：某个品牌的车性能很好，“省油”。
（1）请思考回答，“省油”的意义是什么？
消耗相同的汽油，行驶的路程（做的功）多，或行驶一定的路程（做相同的功）用的油少
（2）简述消耗的能量能量走向：
①
②
③
④
⑤
上图中有用的走向是 ，没有用而浪费的是 。
⑤
①②③④
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（3）有没有一种车能把消耗的汽油的化学能都最终转化为有用的机械能？
（2）能量的利用存在效率问题。100%的能量利用率，这是一个理想情况。
不可能有
2.能量转化效率：
在能量转移和转化的过程中，能量转化和转移过程中输出的有用功能量与输入总能量之比称为能量转化效率。通常有百分率表示。
（1）定义：
其数学表达式为：
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3. 常见能量转移和转化过程，燃料的能量转化效率：
30%
55%
70～90%
柴火灶 燃气灶 微波炉
课堂小结
物体具有能量
转移
其他物体
转化
其他形式
能量守恒定律
遵守
有方向
有效率
我们一起来闯关
1．如图所示是东北人冬季最爱吃的铁锅炖，下列说法正确的是（ ）
A．铁锅将温度传给大饼子
B．吃到热的菜烫嘴，是因为菜含有的热量多
C．有热量不断散失到空气中，这一过程不遵守能量守恒定律
D．炖菜的过程是利用热传递的方式使其内能增大的
2．单摆是一种能够往复摆动的装置，类似于荡秋千。如图所示，将小球拉到A位置由静止释放，小球左右摆动，摆动幅度越来越小，最终停在O点。下列说法正确的是（ ）
A．从O点运动到B点，小球的重力势能转化为小球的动能
B．小球第一次到达O点时动能最大
C．等高点M、N处小球的动能一定相等
D．小球在A点和B点重力势能相等
D
B
我们一起来闯关
3．下列从能量转化的角度说明效率意义的说法中，不正确的是（ ）
A．某太阳能电池的效率是16%，表示太阳能电池把接收的太阳能的16%转化为电能
B．某电动机工作时的效率是83%，表示电动机把其消耗的电能的83%转化为机械能
C．某柴油机工作效率是35%，表示柴油机把柴油燃烧时释放能量的35%转化为化学能
D．某电热水器工作效率是87%，表示电热水器把其消耗电能的87%转化成了水的内能
4．小华准备参加玩具赛车比赛，他运用如图所示的电路来挑选一只能量转换效率较高的电动机．设电池的电压恒定不变，他先用手捏住电动机的转轴，使其不转动，闭合开关后读出电流表的读数为2A；然后放手，当电动机正常转动时，又读出电流表的读数为0.6A．则该玩具电动机正常转动时将电能转化为机械能的效率为 ( )
A．91% B．70% C．30% D．9%
C
B
我们一起来闯关
5．某汽车的能量流程图如图所示，该汽车发动机的热机效率为 ；从汽油燃烧到输出有用功的过程中，能量 （选填“守恒”或“不守恒”）。
6.电动汽车在行驶时，电能主要转化为 ；而电动机产生的热量很难回收，这是因为能量的转化和转移是具有 的。有人认为汽车在行驶过程中，可以使发电机发电，从而永远运动下去，这种说法违背了 定律。
30%
守恒
机械能
方向性
能量守恒
我们一起来闯关
6．某幼儿园游乐室里有一块能发电的地板，当小朋友们在上面跳跃时，小灯泡便会一闪一闪，地板下方铺设的结构如图所示，当踩踏地板时，固定在地板下方的磁铁往复运动，使固定在地面上的弹簧线圈做 磁感线运动，闭合电路中产生 ，小灯泡发光。随着小朋友的上下往复运动时，线圈产生的电流是 （选填“交流电”或“直流电”）。
切割
感应电流
交流电
我们一起来闯关
6．在“探究通电螺线管外部的磁场分布”实验中：
（1）小明在嵌入螺线管的玻璃板上均匀撒满细铁屑，闭合开关后玻璃板 （填写操作方法），观察到细铁屑的排列如图甲所示，同时观察到小磁针发生偏转，则说明通电螺线管周围存在 。此时，如果移走小磁针，该结论 （选填“成立”或“不成立”）；
轻敲
磁场
成立
我们一起来闯关
（2）如图乙把小磁针放到螺线管四周不同位置，螺线管通电后记录小磁针 极的方向，这个方向就是该点的磁场方向。由此判断，通电螺线管外部的磁场分布与 磁体的磁场分布相似；
（3）接下来小明断开开关，对调电源的正负极，闭合开关后，观察小磁针的指向。此时小明是想要探究通电螺线管的极性与 的关系。
N
条形
电流方向
