第2节 能量的转化与守恒
[教材链接] 转化
例1 C [解析] 风能是可再生能源,故A错误;小风扇利用风力发电,将机械能转化为电能,故B错误;太阳能电池板是将光能转化为电能,故C正确;风力发电机既可以在白天工作也可以在夜间工作,故D错误.
[教材链接] 1.产生 消失 转化 转移 保持不变 2.否定
[科学探究] 不能制造出来,因为这种发电机违反了能量守恒定律.
例2 CD [解析] 能量存在形式多种多样,比如内能、机械能、光能、电能、核能等等,不同形式的能量之间可以相互转化,并且转化过程中能量的总量是守恒的,选项D正确;任何物质都存在内能,也就是说任何物质都具有能量,选项C正确;具有一定高度的物体有重力势能,具有一定速度的物体有动能,动能和重力势能只是机械能的两种形式,能量还有很多其他形式,选项A、B错误.
例3 A [解析] 设历时为t,能够利用的太阳能量为E0=t×50×10% J=7t×103 J,根据功率的表达式有Pmax=,解得Pmax=7 kW,B、C、D错误,A正确.
随堂巩固
1.A [解析] 在水平公路上行驶的汽车,发动机熄火之后,速度越来越小,最后停止,这一过程中,汽车所受的阻力做功,机械能转化为内能,选项A正确.电风扇通电后开始转动,电流做功,电能转化为机械能,有一部分转化为内能;断电后转动着的风扇又慢慢停下来,阻力做功,机械能转化为内能,选项B错误.火药爆炸产生燃气,化学能转化为内能;子弹在燃气的推动下从枪膛发射出去,推力做功,内能转化为机械能;子弹射穿一块钢板,速度减小,阻力做功,机械能转化为内能,选项C错误.柴油的化学能转化为柴油机的机械能,再转化为发电机的电能,电能又通过电动水泵转化为水的机械能,选项D错误.
2.33 W
[解析] 此人因出汗消耗的能量E1=E=×4300 J≈7214 J,对应的功率P1== W≈2 W,根据能量守恒定律,所求散热功率为P2=P-P1=33 W.第2节 能量的转化与守恒
学习任务一 能量的转化
[教材链接] 阅读教材,完成以下填空.
能量的转移与转化:能量可以从一个物体转移到其他物体,也可以从一种形式 为另一种形式.
例1 [2024·漳州一中期末] 如图是一种新型“风光互补”节能路灯.它“头顶”小风扇,“肩扛”太阳能电池板,“腰挎”节能灯.下列说法正确的是 ( )
A.节能路灯利用的风能属于不可再生能源
B.小风扇利用风力发电,将电能转化为机械能
C.太阳能电池板是将光能转化为电能
D.太阳能电池板只能白天工作,风力发电机只能夜间工作
[反思感悟]
【要点总结】
能量转化或转移的判断
学习任务二 能量守恒定律
[教材链接] 阅读教材,完成以下填空.
1.能量守恒定律:在一个孤立系统里,能量既不能凭空 ,也不能凭空 ,它只能从一种形式 为其他形式,或者从一个物体 到其他物体,在转化或转移的过程中,能量的总量 .
2.第一类永动机:不需要任何动力或燃料就能不停地运动甚至对外做功的机器.能量守恒定律 了制造第一类永动机的可能性.
[科学探究] 无需任何能源的发电机能制造出来吗 为什么
例2 (多选)下列说法中正确的是 ( )
A.能量只以势能和动能两种形式存在
B.能量只存在于具有一定高度或运动状态的物体中
C.任何物质均具有能量
D.能量存在形式多种多样,且不同形式之间可以相互转化,并且转化过程中总能量是守恒的
[反思感悟]
例3 [2024·南平一中月考] 光伏发电是利用太阳能的技术之一,它利用太阳能电池板,将照射在其上的太阳能转化为电能.农村居民院落或屋顶的光伏发电装置除满足居民家庭用电,还可向电网供电获得收益.太阳光垂直照射地面,在每平方米的面积上,平均每分钟能得到8.4×104 J的太阳能量,如果我们能利用太阳能量的10%,那么在面积为50 m2的屋顶上可以利用的太阳能量的功率最大为 ( )
A.7 kW
B.8.4 kW
C.70 kW
D.420 kW
【要点总结】
1.能量在转化或转移过程中,总能量不变.能量为状态量,对应某时刻;功与热量是过程量,对应一个过程.
2.由于功是能量转化的量度,因此在做功的过程中必然伴随着能量的转化,不同的力做功,会引起不同形式的能量发生转化.
1.(能量的转化)[2024·长乐一中月考] 关于下列现象中的能量转化的说法正确的是 ( )
A.在水平公路上行驶的汽车,发动机熄火之后,速度越来越小,最后停止,是机械能转化为内能
B.电风扇通电后开始转动,断电后转动着的风扇又慢慢停下来,是电能转化为机械能
C.火药爆炸产生燃气,子弹在燃气的推动下从枪膛发射出去,射穿一块钢板,速度减小,是化学能转化为内能
D.用柴油机带动发电机发电,供给电动水泵抽水,把水从低处抽到高处,是电能转化为机械能
2.(能量守恒定律)[2024·福州一中月考] 人的体温是由下丘脑中特殊神经细胞监察和控制的,当下丘脑温度高于37 ℃时,人体散热机制(如血管舒张、出汗等)就活跃起来,已知人体温度为37 ℃时蒸发18 g汗水所需要的能量为E=4.3×103 J.现有一中年人慢步行走时新陈代谢的功率为35 W,此人慢步行走时的体温保持37 ℃,行走1 h出汗约为30.2 g,试求此人通过传导辐射等方式(不包括出汗)产生的散热功率.(共19张PPT)
第2节 能量的转化与守恒
学习任务一 能量的转化
学习任务二 能量守恒定律
随堂巩固
备用习题
学习任务一 能量的转化
［教材链接］ 阅读教材，完成以下填空.
能量的转移与转化：能量可以从一个物体转移到其他物体，也可以从一种形式______为另一种形式.
转化
例1 [2024·漳州一中期末] 如图是一种新型“风光互补”节能路灯.它“头顶”小风扇，“肩扛”太阳能电池板，“腰挎”节能灯.下列说法正确的是( )
A.节能路灯利用的风能属于不可再生能源
B.小风扇利用风力发电，将电能转化为机械能
C.太阳能电池板是将光能转化为电能
D.太阳能电池板只能白天工作，风力发电机只能夜间工作
√
[解析] 风能是可再生能源，故A错误；小风扇利用风力发电，将机械能转化为电能，故B错误；太阳能电池板是将光能转化为电能，故C正确；风力发电机既可以在白天工作也可以在夜间工作，故D错误.
【要点总结】
能量转化或转移的判断
学习任务二 能量守恒定律
［教材链接］ 阅读教材，完成以下填空.
1.能量守恒定律：在一个孤立系统里，能量既不能凭空______，也不能凭空 ______，它只能从一种形式______为其他形式，或者从一个物体______到其他物体，在转化或转移的过程中，能量的总量___________.
产生
消失
转化
转移
保持不变
2.第一类永动机：不需要任何动力或燃料就能不停地运动甚至对外做功的机器.能量守恒定律______了制造第一类永动机的可能性.
否定
［科学探究］ 无需任何能源的发电机能制造出来吗？为什么？
[答案] 不能制造出来，因为这种发电机违反了能量守恒定律.
例2 (多选)下列说法中正确的是( )
A.能量只以势能和动能两种形式存在
B.能量只存在于具有一定高度或运动状态的物体中
C.任何物质均具有能量
D.能量存在形式多种多样，且不同形式之间可以相互转化，并且转化过程中总能量是守恒的
√
√
[解析] 能量存在形式多种多样，比如内能、机械能、光能、电能、核能等等，不同形式的能量之间可以相互转化，并且转化过程中能量的总量是守恒的，选项D正确；任何物质都存在内能，也就是说任何物质都具有能量，选项C正确；具有一定高度的物体有重力势能，具有一定速度的物体有动能，动能和重力势能只是机械能的两种形式，能量还有很多其他形式，选项A、B错误.
例3 [2024·南平一中月考] 光伏发电是利用太阳能的技术之一，它利用太阳能电池板，将照射在其上的太阳能转化为电能.农村居民院落
A. B. C. D.
或屋顶的光伏发电装置除满足居民家庭用电，还可向电网供电获得收益.太阳光垂直照射地面，在每平方米的面积上，平均每分钟能得到的太阳能量，如果我们能利用太阳能量的，那么在面积为的屋顶上可以利用的太阳能量的功率最大为( )
√
[解析] 设历时为，能够利用的太阳能量为，根据功率的表达式有，解得，B、C、D错误，A正确.
【要点总结】
1.能量在转化或转移过程中，总能量不变.能量为状态量，对应某时刻；功与热量是过程量，对应一个过程.
2.由于功是能量转化的量度，因此在做功的过程中必然伴随着能量的转化，不同的力做功，会引起不同形式的能量发生转化.
1.如图所示,某水力发电站是我国最早自行设计建设的水电站,水库年净流量约为110亿立方米,年发电量为18.6亿千瓦时,上下游高度差约为108 m,里面装有九台发电机组,装机总容量(即九台机组一起工作时的功率)为662.5兆瓦(1兆=1×106),只有在用电高峰期才会开启九台机组.设每户人家平均每月用电为155度,我们平时所说的一度电即为1千瓦时的电能,根据以上信息,以下分析正确的是(g取10 m/s2,水的密度为
ρ水=1×103 kg/m3,1 kW·h=3.6×106 J) ( )
A.该水力发电站可以为1.0×106户家庭供电
B.一年平均开启的发电机组约为6台
C.水电站是将水的机械能转化为电能,该发电站的转化效率约为56%
D.3.3立方米的水从水库上游流下时,发出的电能约为一度电
√
√
[解析] 用户的总用电量为W=155×12×n=18.6×108 kW·h,解得n=1.0×106户,故A正确;
设一年平均开启的发电机组为m组,根据18.6×108 kW·h=×365×24×m,解得m≈3台,故B错误;
水的重力势能为Ep=mgh=ρVgh,年发电量为W=18.6×108 kW·h,该发电站的转化效率约为η=×100%≈56%,故C正确;
3.3立方米的水从水库上游流下时,减少的重力势能为ΔEp=m'gh=ρV1gh=3.564×106 J,一度电为1 kW·h=3.6×106 J,易知3.3立方米的水从水库上游流下时,发出的电能小于一度电,故D错误.
1. (能量的转化)[2024·长乐一中月考] 关于下列现象中的能量转化的说法正确的是( )
A.在水平公路上行驶的汽车，发动机熄火之后，速度越来越小，最后停止，是机械能转化为内能
B.电风扇通电后开始转动，断电后转动着的风扇又慢慢停下来，是电能转化为机械能
C.火药爆炸产生燃气，子弹在燃气的推动下从枪膛发射出去，射穿一块钢板，速度减小，是化学能转化为内能
D.用柴油机带动发电机发电，供给电动水泵抽水，把水从低处抽到高处，是电能转化为机械能
√
[解析] 在水平公路上行驶的汽车，发动机熄火之后，速度越来越小，最后停止，这一过程中，汽车所受的阻力做功，机械能转化为内能，选项A正确.电风扇通电后开始转动，电流做功，电能转化为机械能，有一部分转化为内能；断电后转动着的风扇又慢慢停下来，阻力做功，机械能转化为内能，选项B错误.火药爆炸产生燃气，化学能转化为内能；子弹在燃气的推动下从枪膛发射出去，推力做功，内能转化为机械能；子弹射穿一块钢板，速度减小，阻力做功，机械能转化为内能，选项C错误.柴油的化学能转化为柴油机的机械能，再转化为发电机的电能，电能又通过电动水泵转化为水的机械能，选项D错误.
2. (能量守恒定律)[2024·福州一中月考] 人的体温是由下丘脑中特殊神经细胞监察和控制的，当下丘脑温度高于时，人体散热机制(如血管舒张、出汗等)就活跃起来，已知人体温度为时蒸发汗水所需要的能量为.现有一中年人慢步行走时新陈代谢的功率为，此人慢步行走时的体温保持，行走出汗约为，试求此人通过传导辐射等方式(不包括出汗)产生的散热功率.
[答案]
[解析] 此人因出汗消耗的能量，对应的功率，根据能量守恒定律，所求散热功率为.第2节 能量的转化与守恒
第3节 珍惜大自然
1.A [解析] 图中几种现象的共同特点是物体的机械能转化为其他形式的能量,A正确.
2.D [解析] 水力发电污染性较小,同时将水的机械能转化为电能,故A、B正确,与题意不符;如果仅将水落差增大,那么水流到水轮机处的速度就增大,这一方法可加大发电的功率,故C正确,与题意不符;由于水下落过程以及发电机装置都有摩擦,故该装置不可能将水库中储存的水的机械能全部转化为电能,故D错误,符合题意.
3.A [解析] 太阳能是可再生能源,故A正确;太阳能电池板工作时将太阳能转化为电能,过程中能量是守恒的,能量没有被消灭,也没有被创生,太阳能的利用只能说明能量是可以转化的,故B、C、D错误.
4.BD [解析] 电能转化为光能,化学能转化为内能,无法再加以收集利用,选项B、D均为能量耗散.
5.B [解析] 第一类永动机违反能量守恒定律,所以不可能制成;第二类永动机虽然不违反能量守恒定律,但是不可能存在一种装置,从单一热源中吸热使之完全变成有用功而不产生其他影响,所以也是不可能制成的,A错误;一切与热现象有关的过程都不可能自发地进行,则摩擦生热的过程是不可逆过程,B正确;空调既能制热又能制冷,是消耗了电能,不是自发进行的,C错误.能量的转化过程尽管符合能量守恒定律,高品质的能量能够自发地变为内能耗散到空中,但耗散的低品质的能量不能再集中利用,所以会发生能源危机,D错误.
6.C [解析] 停用空调时,可以通过遥控器关机,但对节约用电无作用,因为待机状态要消耗电能,故A错误;使用空调时总将其自动温度控制器设定在16 ℃会多耗电,故B错误;看完电视不是通过遥控器关机,而是及时关闭电源总开关,待机电路断电,可以节约用电,故C正确;使用电风扇时,不管温度多高,都将风扇开到最高风速挡,这将导致耗电较多,故D错误.
7.C [解析] 在t时间内空气的动能为Ek=mv2=ρvtSv2=ρπr2v3t,则此风力发电机发电的功率约为P=,代入数据解得P=145.8 W,故选C.第2节 能量的转化与守恒
第3节 珍惜大自然建议用时:20分钟
◆ 知识点一 能量的转化
1.[2024·福州一中月考] 不同的物理现象往往反映出相同的物理规律.如图所示现象中在能量转化方面的共同点是 ( )
A.物体的机械能转化为其他形式的能量
B.物体的动能全部转化为重力势能
C.其他形式的能量转化为物体的机械能
D.物体的重力势能转化为其他形式的能量
◆ 知识点二 能量守恒定律
2.[2024·同安一中月考] 如图是水电站的发电原理图,由图可知,下列说法错误的是 ( )
A.水力发电是一种污染性较小的发电方式
B.该装置将机械能转化为电能
C.要加大发电的功率,可采用仅“增大水落差”的方法
D.该装置可以将水库中储存的水的机械能全部转化为电能
3.[2024·泉州一中期末] 太阳能电池板为中国空间站正常工作提供能量.当光线照射电池板表面时,一部分太阳能被电池板中的硅材料吸收,使材料中电子的电势能增大.下列说法正确的是 ( )
A.太阳能是可再生能源
B.电子的电势能增大,说明能量可以被创生
C.太阳能被硅材料吸收,说明能量可以被消灭
D.只有部分太阳能被硅材料吸收,说明能量不守恒
◆ 知识点三 自然过程的方向性
4.(多选)下列现象属于能量耗散的是 ( )
A.利用水流能发电
B.电能通过灯泡中的电阻丝变为光能
C.电池的化学能变为电能
D.火炉把屋子烤暖
5.关于能量的转化,下列说法中正确的是 ( )
A.因为能量守恒,所以“永动机”是存在的
B.摩擦生热的过程是不可逆过程
C.空调既能制热又能制冷,说明热传递不存在方向性
D.由于能的转化过程符合能量守恒定律,所以不会发生能源危机
6.[2024·三明二中月考] 使用家电时,以下做法中有利于节约用电的是 ( )
A.停用空调时,只通过遥控器关机
B.使用空调时总将其自动温度控制器设定在16 ℃
C.看完电视不是通过遥控器关机,而是及时关闭电源总开关
D.使用电风扇时,不管温度多高,都将风扇开到最高风速挡
7.[2024·安溪一中月考] 家用风力发电机可分布在用户附近,是一种可靠的发电模式.某户家庭安装了一台风力发电机,它的叶片转动时可形成半径为0.9 m的圆面.某段时间内该地区的风速是10 m/s,风向恰好与叶片转动的圆面垂直,已知空气的密度为1.2 kg/m3,
假如这个风力发电机能将此圆内10%的空气动能转化为电能,π取3,则此风力发电机发电的功率大小为 ( )
A.14.5 W B.29.2 W
C.145.8 W D.291.6 W
第3节 珍惜大自然
[教材链接] 1.方向性 自动地逆 外界 2.热 方向性
[科学探究] 不能.能量转化是有方向性的,内能不可能自动地、不引起任何变化地完全转化为机械能.
例1 BC [解析] 在能源的利用过程中,能量在数量上不会减少,能量守恒定律依然成立,但是能量会发生耗散,在可利用的品质上会降低,从便于利用的能源变成不便于利用的能源,自然界可利用的能源会越来越少,故A错误,B正确;与热现象有关的自然宏观过程都是不可逆的,能量转化具有方向性,故C正确;自然界中发生的能量转化在自发情况下都是不可逆的,但在其他外在条件介入的情况下可以发生逆过程,故D错误.
[教材链接] 1.无序程度 无序 有序 2.无效能量 无效 有效 3.随手关灯 节约用水 垃圾分类
[物理观念] 气态的熵最大,液态的熵次之,固态的熵最小.由大量分子组成的系统自发变化时,总是向着无序程度增大的方向发展,至少无序程度不会减小.这就是说,任何一个系统自发变化时,系统的熵要么增加,要么不变,但不会减少.质量相同、温度相同的水,可以由固态自发地向液态、气态转化,所以,气态时的熵最大,其次是液态,固态时的熵最小.
例2 B [解析] 内能不可以自发地转化成动能,只能在有外界作用的情况下把内能转化成动能,选项B错误,选项C正确;自然界涉及热现象的宏观过程都具有方向性,选项D正确;热量可以自发地从高温物体传给低温物体,但不能自发地从低温物体传给高温物体,选项A正确.
随堂巩固
1.BD [解析] 电能可以全部转化为内能,如电热器,故A错误;根据能量转化具有方向性可知,在火力发电中,燃气的内能不可能全部转化为电能,故B正确;热机中,燃气内能不可能全部转化为机械能,而不产生其他影响,故C错误;在热传导中,热量不可能自发地从低温物体传递给高温物体,故D正确.
2.AD [解析] 根据熵的意义可知,熵值越大,意味着系统越“混乱”和“分散”,无序程度越高.熵值越小,意味着系统越“整齐”和“集中”,也就是越有序,选项A、D正确.第3节 珍惜大自然
学习任务一 自然过程的方向性
[教材链接] 阅读教材,完成以下填空.
1.自然界宏观过程具有 ,是不可能 向进行的.要使它们逆向进行就必须由 对它们施加作用.
2.开尔文及克劳修斯总结出重要的自然规律:自然发生的与 现象有关的一切宏观过程都是有 的不可逆过程.
[科学探究] 有人曾设想,设计一种内燃机,通过技术改进,可以使燃料燃烧产生的内能完全转化为机械能,而不引起其他变化,这种技术能实现吗 为什么
例1 (多选)[2024·福清一中月考] 把刚煮好的热鸡蛋放在冷水中,过一会儿,鸡蛋的温度降低,水的温度升高,最后水和鸡蛋的温度相同.但是相反的过程,即原来温度相同的水和鸡蛋,过一会儿水的温度自发地降低,而鸡蛋的温度上升,这样的现象我们从来没看到过.燃料燃烧时一旦把热量释放出去,就不会再次自动聚集起来供人类重新利用.电池中的化学能转化为电能,电能又通过灯泡转化为内能和光能,热和光被其他物质吸收之后变成周围环境的内能,我们很难把这些内能收集起来重新利用.这些现象说明 ( )
A.在能源的利用过程中,能量会减少,能量守恒定律不成立
B.我们在利用能源时,能量会耗散,自然界可利用的能源会越来越少
C.与热现象有关的自然宏观过程都是不可逆的,能量转化具有方向性
D.自然界中发生的能量转化都是不可逆的,各种能量最终都会转化为内能
【要点总结】
1.机械能与内能转化的方向性
机械能可以全部转化为内能,但内能不可能自动地、不引起任何变化地全部转化为机械能.机械能转化为内能不需要专门的装置,而内能要转化为机械能必须通过热机才能实现.
2.热传递的方向性
(1)在热传递过程中,热量可以自发地从高温物体向低温物体转移,但不能自发地从低温物体向高温物体转移.自然界中能量的转化和转移具有方向性.
(2)热量可以自发地从高温物体传递给低温物体,但不能自发地从低温物体传递给高温物体;热量要从低温物体传到高温物体,必须要通过做功的方式来进行,如电冰箱、空调制冷等.
3.对于“自发”的认识
(1)“自发”是指不需要第三者的介入、不会对第三者产生任何影响,也就是指没有任何外界的影响或帮助.热量会从高温物体传向低温物体,这就是“自发”的方向.
(2)机械能可以全部转化为内能,这个过程是“自发”的,但相反的过程不可能自发地进行且不引起任何变化.
学习任务二 熵与地球家园
[教材链接] 阅读教材,完成以下填空.
1.熵是描述处于不同状态的物体,分子运动的 的物理量.熵越高,就意味着系统越 ;熵越低,就意味着系统越 .
2.熵就是某一系统中存在的一定单位的 的总和.熵的增加就意味着 能量的增加, 能量的减少.因此,我们应节省有效的能量.无论是不可再生能源还是可再生能源,我们都应珍惜.
3.地球是我们共同的家园.珍惜地球家园的蓝天白云、绿地森林、碧水清波,珍惜地球家园的每一个存在!爱护地球家园,从我做起!从诸如 、 、 等小事做起.行动起来吧,爱护我们的地球,让我们的家园变得更美丽!
[物理观念] 如图所示,质量、温度相同的水分别处于固态、液态和气态三种状态下,它们的熵的大小有什么关系 为什么
例2 下列说法中不正确的是 ( )
A.热量只能自发地从高温物体传给低温物体而不能自发地从低温物体传给高温物体
B.内能不能转化为动能
C.内能不能自发地转化为动能
D.自然界中涉及热现象的宏观过程都有方向性
[反思感悟]
【要点总结】
1.引入熵后,关于自然过程的方向性就可以表述为:在任何自然过程中,一个孤立系统的总熵不会减少.
2.熵和系统内能一样都是一个状态函数,仅由系统的状态决定.从分子动理论的观点来看,熵是分子热运动无序(混乱)程度的量度.
1.(能量转化和转移的方向性)(多选)[2024·厦门一中月考] 根据能量转化和转移的方向性,下列判断正确的是 ( )
A.电能不可能全部转化为内能
B.在火力发电中,燃气的内能不可能全部转化为电能
C.热机中,燃气的内能可能完全转化为机械能,而不产生其他影响
D.在热传导中,热量不可能自发地从低温物体传递给高温物体
2.(熵)(多选)下列关于熵的说法中正确的是( )
A.熵值越大,意味着系统越“混乱”和“分散”,无序程度越高
B.熵值越小,意味着系统越“混乱”和“分散”,无序程度越高
C.熵值越大,意味着系统越“整齐”和“集中”,也就是越有序
D.熵值越小,意味着系统越“整齐”和“集中”,也就是越有序(共24张PPT)
第3节 珍惜大自然
学习任务一 自然过程的方向性
学习任务二 熵与地球家园
随堂巩固
备用习题
学习任务一 自然过程的方向性
［教材链接］ 阅读教材，完成以下填空.
1.自然界宏观过程具有________，是不可能__________向进行的.要使它们逆向进行就必须由______对它们施加作用.
2.开尔文及克劳修斯总结出重要的自然规律：自然发生的与____现象有关的一切宏观过程都是有________的不可逆过程.
方向性
自动地逆
外界
热
方向性
［科学探究］ 有人曾设想，设计一种内燃机，通过技术改进，可以使燃料燃烧产生的内能完全转化为机械能，而不引起其他变化，这种技术能实现吗？为什么？
[答案] 不能.能量转化是有方向性的，内能不可能自动地、不引起任何变化地完全转化为机械能.
例1 (多选)[2024·福清一中月考] 把刚煮好的热鸡蛋放在冷水中，过一会儿，鸡蛋的温度降低，水的温度升高，最后水和鸡蛋的温度相同.但是相反的过程，即原来温度相同的水和鸡蛋，过一会儿水的温度自发地降低，而鸡蛋的温度上升，这样的现象我们从来没看到过.燃料燃烧时一旦把热量释放出去，就不会再次自动聚集起来供人类重新利用.电池中的化学能转化为电能，电能又通过灯泡转化为内能和光能，热和光被其他物质吸收之后变成周围环境的内能，我们很难把这些内能收集起来重新利用.这些现象说明( )
A.在能源的利用过程中，能量会减少，能量守恒定律不成立
B.我们在利用能源时，能量会耗散，自然界可利用的能源会越来越少
C.与热现象有关的自然宏观过程都是不可逆的，能量转化具有方向性
D.自然界中发生的能量转化都是不可逆的，各种能量最终都会转化为内能
√
√
[解析] 在能源的利用过程中，能量在数量上不会减少，能量守恒定律依然成立，但是能量会发生耗散，在可利用的品质上会降低，从便于利用的能源变成不便于利用的能源，自然界可利用的能源会越来越少，故A错误，B正确；与热现象有关的自然宏观过程都是不可逆的，能量转化具有方向性，故C正确；自然界中发生的能量转化在自发情况下都是不可逆的，但在其他外在条件介入的情况下可以发生逆过程，故D错误.
【要点总结】
1.机械能与内能转化的方向性
机械能可以全部转化为内能，但内能不可能自动地、不引起任何变化地全部转化为机械能.机械能转化为内能不需要专门的装置，而内能要转化为机械能必须通过热机才能实现.
2.热传递的方向性
(1)在热传递过程中，热量可以自发地从高温物体向低温物体转移，但不能自发地从低温物体向高温物体转移.自然界中能量的转化和转移具有方向性.
(2)热量可以自发地从高温物体传递给低温物体，但不能自发地从低温物体传递给高温物体；热量要从低温物体传到高温物体，必须要通过做功的方式来进行，如电冰箱、空调制冷等.
3.对于“自发”的认识
(1)“自发”是指不需要第三者的介入、不会对第三者产生任何影响，也就是指没有任何外界的影响或帮助.热量会从高温物体传向低温物体，这就是“自发”的方向.
(2)机械能可以全部转化为内能，这个过程是“自发”的，但相反的过程不可能自发地进行且不引起任何变化.
学习任务二 熵与地球家园
［教材链接］ 阅读教材，完成以下填空.
1.熵是描述处于不同状态的物体，分子运动的__________的物理量.熵越高，就意味着系统越______；熵越低，就意味着系统越______.
无序程度
无序
有序
2.熵就是某一系统中存在的一定单位的__________的总和.熵的增加就意味着______能量的增加，______能量的减少.因此，我们应节省有效的能量.无论是不可再生能源还是可再生能源，我们都应珍惜.
无效能量
无效
有效
3.地球是我们共同的家园.珍惜地球家园的蓝天白云、绿地森林、碧水清波，珍惜地球家园的每一个存在！爱护地球家园，从我做起！从诸如__________、__________、__________等小事做起.行动起来吧，爱护我们的地球，让我们的家园变得更美丽！
随手关灯
节约用水
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［物理观念］ 如图所示，质量、温度相同的水分别处于固态、液态和气态三种状态下，它们的熵的大小有什么关系？为什么？
[答案] 气态的熵最大，液态的熵次之，固态的熵最小.由大量分子组成的系统自发变化时，总是向着无序程度增大的方向发展，至少无序程度不会减小.这就是说，任何一个系统自发变化时，系统的熵要么增加，要么不变，但不会减少.质量相同、温度相同的水，可以由固态自发地向液态、气态转化，所以，气态时的熵最大，其次是液态，固态时的熵最小.
例2 下列说法中不正确的是( )
A.热量只能自发地从高温物体传给低温物体而不能自发地从低温物体传给高温物体
B.内能不能转化为动能
C.内能不能自发地转化为动能
D.自然界中涉及热现象的宏观过程都有方向性
√
[解析] 内能不可以自发地转化成动能，只能在有外界作用的情况下把内能转化成动能，选项B错误，选项C正确；自然界涉及热现象的宏观过程都具有方向性，选项D正确；热量可以自发地从高温物体传给低温物体，但不能自发地从低温物体传给高温物体，选项A正确.
【要点总结】
1.引入熵后，关于自然过程的方向性就可以表述为：在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减少.
2.熵和系统内能一样都是一个状态函数，仅由系统的状态决定.从分子动理论的观点来看，熵是分子热运动无序(混乱)程度的量度.
1.流动的水带动水磨做功,由于磨盘之间的摩擦、磨盘和粮食之间的摩擦和挤压,使磨盘和粮食的温度升高,水流的一部分机械能转变成了内能,这些内能最终流散到周围的空气中,我们没有办法把这些流散的内能重新收集起来加以利用.请问内能与机械能相比,哪种能量的品质低
[答案] 内能.能量的耗散虽然不会使能量减少,却会导致能量品质的降低.机械能转变成内能实际上将能量从高度有用的形式降级为不大可用的形式,故内能相对于机械能来说是一种低品质的能量.
2.如图所示是一种太阳能草坪节能灯,太阳能电池板负责供给“10 V 9 W”的电子节能灯工作.若太阳能电池板接收太阳能的有效面积为0.3 m2,平均1小时得到的太阳辐射能为4×105 J,太阳光照射时间平均一天按8 h计算,恰好可以供一电子节能灯正常工作10 h.
(1)请说出太阳能节能灯工作过程中的能量转化情况;
[答案] 见解析
[解析] 能量转化:从太阳能转化为电能再转化为光能和内能.
2.如图所示是一种太阳能草坪节能灯,太阳能电池板负责供给“10 V 9 W”的电子节能灯工作.若太阳能电池板接收太阳能的有效面积为0.3 m2,平均1小时得到的太阳辐射能为4×105 J,太阳光照射时间平均一天按8 h计算,恰好可以供一电子节能灯正常工作10 h.
(2)太阳能电池板单位面积上接收太阳能的功率大约是多少
[答案] 370 W
[解析] 太阳能电池板单位面积上接收太阳能的功率
P= W≈370 W.
2.如图所示是一种太阳能草坪节能灯,太阳能电池板负责供给“10 V 9 W”的电子节能灯工作.若太阳能电池板接收太阳能的有效面积为0.3 m2,平均1小时得到的太阳辐射能为4×105 J,太阳光照射时间平均一天按8 h计算,恰好可以供一电子节能灯正常工作10 h.
(3)太阳能节能灯利用太阳能的效率大约是多少
[答案] 10%
[解析] 节能灯利用太阳能的效率
η=×100%≈10%.
1. (能量转化和转移的方向性)(多选)[2024·厦门一中月考] 根据能量转化和转移的方向性,下列判断正确的是( )
A.电能不可能全部转化为内能
B.在火力发电中,燃气的内能不可能全部转化为电能
C.热机中,燃气的内能可能完全转化为机械能，而不产生其他影响
D.在热传导中,热量不可能自发地从低温物体传递给高温物体
√
√
[解析] 电能可以全部转化为内能,如电热器,故A错误;根据能量转化具有方向性可知,在火力发电中,燃气的内能不可能全部转化为电能,故B正确;热机中,燃气内能不可能全部转化为机械能,而不产生其他影响，故C错误;在热传导中,热量不可能自发地从低温物体传递给高温物体,故D正确.
2. (熵)(多选)下列关于熵的说法中正确的是( )
A.熵值越大，意味着系统越“混乱”和“分散”，无序程度越高
B.熵值越小，意味着系统越“混乱”和“分散”，无序程度越高
C.熵值越大，意味着系统越“整齐”和“集中”，也就是越有序
D.熵值越小，意味着系统越“整齐”和“集中”，也就是越有序
[解析] 根据熵的意义可知，熵值越大，意味着系统越“混乱”和“分散”，无序程度越高.熵值越小，意味着系统越“整齐”和“集中”，也就是越有序，选项A、D正确.
√
√
