【沪粤2024版】九下20.3 能量的转化与能量守恒 学案

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【学习目标】
1.科学观念：明确能量的多种形式，区分能量转移与转化，理解能量守恒定律及转化方向性；
2．科学思维：通过分析教材实例，提升能量变化的判断能力，能解释永动机失败原因；
3．科学探究：完成教材“能量转移”“能量转化”活动，深化对能量规律的认知；
4．科学态度与责任：感受古代科技智慧与现代能量利用成就，树立节能意识。
重点：
区分能量的转移与转化，认识能量转化的方向性，理解能量守恒定律的内涵。
难点：
准确判断生活中能量的转移与转化类型，会解释永动机失败的原因。
【自主学习】
1.人们发现,自然界中的能量不仅可以从一个物体________到另一个物体,而且在一定条件下，形式多样的能量之间还可以相互_________。
2.能量既不会凭空_________，也不会凭空__________，只能从一个物体__________到其他物体,或者从一种形式__________为其他形式。能量在转移和转化的过程中,__________保持不变。这就是__________，能量守恒定律是自然界最_______、最_________的定律之一，大至宇宙天体，小到原子世界，都服从这一定律。
3.大量事实表明,能的转化和转移过程是有_________的，多数能源在消耗过程中,用一点就少一点,不能_________；此外,尽管在转化过程中能量是_________但总有相当一部分的能量是不能被有效利用的，成为“_________”。
4.能量的转化和转移过程是有__________，多数能源消耗后_________，用一点少一点；转化过程中总有相当一部分能量不能被___________，成为“___________”，因此________、提高能源_________是当务之急。
5.采用新技术、新设备，改进工艺流程，减少能的转化_________，充分利用_______，用_________的新产品代替高耗低效的旧产品等。
【合作探究】
1.自然界中能量的形式
在以前我们学习过内能、机械能、电能、电磁能、化学能等，另外还有太阳能、生物能、地热能、潮汐能、核能等新型能源。
人们发现，自然界中的能量不仅可以从________转移到_________，而且在一定条件下，形式不同的能量之间还可以_________。
2.能量的转移：指的是能量的_________，能量从一种物体转移到_________，或者从物体的一部分转移到_________，能量形式_________。
活动1：如图是一些能量转移的实例，你能说出各例中是什么能量发生了转移吗？
（a）用热水袋取暖
图中热水袋中水的内能转移到了人身上，是_______发生了转移。
（b）一个球下降，另一个球上升
图中绿球的重力势能转移到了蓝球上，是__________发生了转移。
（c）发电站产生的电能通过输电线送到用户
发电站产生的电能通过输电线送到用户，是_________发生了转移。
想一想：你还能列举哪些能量转移的例子？
打台球时，白球撞击彩球，
白球的______转移到了彩球上。
3.能量的转化
一种形式的能量变成另一种形式的能量的过程，能量形式________。
活动2：（1）如图是一些能量转化的实例，你能说出各例中能量是如何转化的吗？
手机充电时，______转化成__________。
电池放电时，_________转化成_______。
如图所示的核电站工作流程示意图中，核反应堆工作时，铀核裂变释放的______能转化成蒸汽的______能；然后将高温高压的蒸汽通入涡轮机中，驱动涡轮机转动，使蒸汽的_______能转化成涡轮机的_______能；并带动发电机，使________能转化成______能。
想一想：
你还能列举一些在生活和生产中关于机械能、内能、电能间相互转化的实例吗
思考：如图电动机在工作时耗了哪些能量？是否都转化成了机械能？还转化成哪些形式的能量？如果把转化后的所有能量加起来，与消耗的电能有什么关系？
电动机提升物体的示意图
1.能量守恒定律
能量既不会__________，也不会_________，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。能量在转移和转化过程中，总量______。这就是能量守恒定律。
2.对能量守恒定律的理解
（1）普遍性：能量守恒定律是自然界最______、最______的定律之一。大至宇宙天体，小到原子世界，都服从这一定律。
（2）定律的成立是_____条件的。
3.永动机：指___________任何能量、只靠_______就能永远对外做功、永远不停运转的机器。
(a）亨内考的“永动机” (b）列奥那多的“永动机”
思考讨论：你能分析制作“永动机”失败的原因吗？
拓展延伸
“永动机”分两类：
第一类永动机：不用燃料、不耗电、不输入任何能量，却能永远输出动力。失败的根本原因是违反了能量守恒定律
第二类永动机：想从空气、海水、环境里无限吸热并全部转化为功，不产生其他变化。失败的根本原因是违反热力学第二定律：热量不可能自发地、完全地变成有用功，一定会有损耗（散热、摩擦等），效率永远达不到100%，更不可能无限做功。
1.能量的转移与转化具有方向性。
热水袋取暖
内能自动从高温的热水袋转移到低温的人体，________从人体转移回热水袋；
烧开水
煤或天然气的化学能转化为水的内能，水冷却时，_______无法自动复原为煤或天然气的化学能；
汽车行驶
汽油的化学能转化为_____，损耗的__________无法自动用来再次开动汽车。
摩擦可以生热，机械能可以方便地转化为内能，但却不能反方向使内能全部变成_______。
荡秋千的运动中，由于摩擦的存在，一部分机械能会转化为内能，而这部分内能_______自发地再转化为机械能。
（1）大量事实表明，能量的转化和转移过程是有_______。
（2）能量的转化和转移过程是有方向性的理解
①内能可以自发地从____温物体转移到_______温物体，而_______自发地由低温物体转移到高温物体；
②其他形式的能可以自发地转化为_____，而内能不能_______转化为其他形式的能。
2.节约能源
（1）意义
能量的转化和转移过程是有方向性的。多数能源消耗后________，用一点少一点；转化过程中总有相当一部分能量不能被有效利用，成为“无用能量”，因此节约_______、提高_____是当务之急。
（2）措施
采用新技术、新设备，改进工艺流程，减少能的转化______，充分利用_____，用______的新产品代替高耗低效的旧产品等。
信息浏览
抽水蓄能电站
抽水蓄能发电站利用电网上用不完的电驱使水泵将低处的水抽
到高处，这样电能就转化为水的势能储存起来。到了白天用电高峰，抽水蓄能发电站再把高处的水放下来，推动水轮机发电，将电送回电网。
河北丰宁抽水蓄能电站是世界上规模最大的抽水蓄能电站
STSE 水车
1.阅读课文叙述一下水车的工作原理。
2.龙骨水车在东汉时已有使用，至今已有1800余年历史，体现我国古代劳动人民的智慧，大大提高了生产效率
水车
【归纳整理】
1.不同形式的能量可以发生转化；同种形式的能量可以发生转移。
2.能量守恒定律：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。能量在转移和转化过程中，总量保持不变。这就是能量守恒定律。
3.内能可以自发地从高温物体转移到低温物体，而不能自发地由低温物体转移到高温物体；
4.其他形式的能可以自发地转化为内能，而内能不能自发地转化为其他形式的能。
【课堂练习】
1.有关能量的转移、转化和利用，下列说法正确的是（　　）
A．电烤炉取暖，是电能转移到人体
B．钻木取火，是内能转化为机械能
C．中医提倡的热水泡脚，是通过热传递的方式增大脚部的内能
D．用嘴对着手哈气取暖，主要是通过做功的方式增大手的内能
2.有关能量的转移、转化和利用，下列说法正确的是（　　）
A．电烤炉取暖，是电能转移到人体
B．钻木取火，是内能转化为机械能
C．中医提倡的热水泡脚，是通过热传递的方式增大脚部的内能
D．机械能和电能可以相互转化，所以能量转化没有方向性
3.下列关于能量的转化和守恒的说法，正确的是（　　）
A．因为能量是守恒的，所以不存在能源危机
B．人们对太阳能的开发和利用，说明能量可以凭空产生
C．任何制造永动机的设想，无论它看上去多么巧妙，都是一种徒劳
D．轻绳一端固定在天花板上，另一端连接一重物在竖直面内来回摆动许多次后总会停下来，说明这个过程中的能量不守恒
【课后巩固】
1.列举几个能量转化的例子。
2.目前，一些城市交通指示灯及路灯照明系统已使用太阳能供电。白天，太阳能转化为电能，除供正常使用外，将多余的能量储存 在蓄电池内，夜晚供交通指示灯及照明灯发光。请完成下面的方框图，使其正 确反映这个过程中能量转化的情况。
太阳能→电能→____________→____________→光能。
3.阅读本节“信息浏览”中的抽水蓄能电站介绍，尝试说明它在工作过程中经历了哪些能量的转化。并讨论每个环节里的能量损耗在哪些方面。
1.小明同学在寒假参与社区义务劳动，下列对其劳动过程中的能量转化分析正确的是（ ）
A．用电动扫地机清扫路面——电能转化为内能
B．把重物搬到楼上——机械能转化为化学能
C．用燃气灶烧水——化学能转化为内能
D．给电动自行车充电——机械能转化为电能
2．2025年11月桂林市举办的第八届青少年科技运动会上，纸青蛙跳远（如图所示）项目备受关注。下列分析正确的是（　　）
A．纸青蛙离开手后向前运动的过程中，手对它做功
B．纸青蛙在空中加速下落过程中，重力势能转化为动能
C．纸青蛙在水平地面滑行至停下后，能量消失
D．纸青蛙从按压形变到松手跳起过程中，弹性势能转化为动能
3．某研学小组走进汽车制造厂参观学习，听讲解员详细介绍了汽油机的工作原理。下列示例中，能量转化形式与汽油机做功冲程相同的是（　　）
A．弯折铁丝，铁丝弯折处温度升高 B．电烤箱通电工作，将冷面包烤至金黄
C．冬天搓手取暖，手掌的温度逐渐升高 D．火箭点火后加速升空，直冲云霄
4.如图展示的是“风光互补”景观照明灯，其最上端是一台风力发电机，灯柱上还配有太阳能电池板发电，电能传输到底部的蓄电池可以储存起来。下列说法正确的是（　　）
A．白天，太阳能电池板将光能转化成化学能
B．风力发电机，工作时将电能转化为机械能
C．蓄电池在夜晚供电时，蓄电池将内能转化为电能
D．夜晚，照明灯工作时不能将电能全转化为光能，但能量总量守恒
5.在人类发展的进程中，曾经有不少人试图制造一种不需要输入任何能量就能永不停息对外做功的机器，人们把这种机器叫做“永动机”。我们知道，这种“永动机”违反了 定律，是不可能制造成功的。
6.中国人民解放军火箭军向太平洋相关公海海域发射一发弹道导弹，准确落入预定海域。
(1)东风31AG导弹点火加速升空时，发动机将燃料燃烧释放的内能大部分转化为 能，在此过程中 （选填“遵守”或“不遵守”）能量守恒定律。
(2)东风31AG导弹采用的是三级固体燃料，与液态燃料相比，固态燃料的分子作用力较 （填“大”或“小”）从而具有更好的存储稳定性，且它具有较高的热值；若固体燃料的热值为，则质量为10kg的固体燃料完全燃烧放出的热量为 J。
7.跨学科实践：制作简易汽轮机模型。
热机对人类文明发展起着重要的推动作用，同学们提出了制作简易汽轮机模型的想法。
(1)如图所示，在易拉罐内部装入约半罐 （选填“水”或“细沙”），将一根吸管插入易拉罐内，用橡皮泥将罐的开口处密封。将易拉罐放置在支架上，吸管的一端对准小风扇的扇叶。
(2)实验时，将易拉罐下面的酒精灯点燃，当有 （选填“热空气”或“水蒸气”）持续喷出时，扇叶就不断转动起来。
(3)此工作过程的能量转化情况为：化学能 机械能。
(4)在测试过程中同学们发现，需要加热很长的时间扇叶才开始转动，这可能是因为罐内的水 （选填“太多”或“太少”）。
【课后评价】
这节课我给自己☆☆☆☆☆颗星。
【参考答案】
【课前预习】
答案：1.转移 转化 2..产生 消失 转移 转化 总量 能量守恒定律 普遍 根本 3.方向性 再生 守恒的 无用的能量 4.方向性的 不能再生 有效利用 无用能量 节约能源 利用率 5.次数 余热 高效节能
【合作探究】
探究点一：
答案:1.一个物体 其他物体 相互转化 2.传递 另一种物体 另一部分 不变 活动1：（a）内能 （b）重力势能 （c）电能 想一想：动能 能量 能量 3.改变 活动2：（1）电能 化学能 化学能 电能
（2）核 内 内 机械 机械 电
想一想答案：机械能转化为内能：冬天搓手取暖，通过摩擦生热，机械能转化为内能；
机械能转化为电能：水力发电机发电，水流的机械能转化为电能；
内能转化为机械能：蒸汽机工作，内能转化为机械能；
内能转化为电能：火力发电，内能转化为电能；
电能转化为机械能：电动机转动，电能转化为机械能；
电能转化为内能：电暖器发热，电能转化为内能。
探究点二：
答案：思考参考答案：
（1）电动机在工作时耗了电能。
（2）没有全部转化为机械能。
（3）除转化为提升物体的机械能外，还转化为电动机发热的内能。
（4）转化后的所有能量加起来，与消耗的电能总量相等。
1.凭空产生 凭空消失 保持不变 2.（1）普遍 根本 （2）无 3.不消耗 自身 思考讨论参考答案：这两种“永动机”都是不需要任何动力或燃料，却能不断地对外做功，它们都违背了物理学基本规律——能量守恒定律：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，只能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，在转化和转移过程中，能量的总量保持不变。
机器对外做功必须消耗能量，不存在“无中生有”的能量，因此这类永动机无法制成。
探究点三：
答案:1.不会自动 减少的内能 机械能和内能 内能 机械能 不可能（1）方向性的 （2）①高 低
不能 ②内能 自发地 2.（1）不能再生 能源 能源利用率（2）次数 余热 高效节能
【课堂练习】
1.【答案】C
【解析】A、电烤炉取暖是利用电流的热效应工作的，是电能先转化为内能，内能通过热传递转移到人体，故A错误；
B、古人钻木取火是通过做功方式将机械能转化为内能，故B错误；
C、热水泡脚，是通过热传递的方式将水的内能转移到脚上，增大脚部的内能，故C正确；
D、对着手“呵气”取暖，是热的传递过程，属通过热传递改变物体内能，故D错误；故选：C。
2.【答案】C
【解析】A、电烤炉取暖是利用电流的热效应工作的，是电能先转化为内能，内能通过热传递转移到人体，故A错误；
B、古人钻木取火是通过做功方式将机械能转化为内能，故B错误；
C、热水泡脚，是通过热传递的方式将水的内能转移到脚上，增大脚部的内能，故C正确；
D．机械能和电能虽然可以相互转化，但能量转化具有方向性，故D错误。故选：C。
3.【答案】C
【解析】A、燃料的燃烧得产生的能量才能利用，而燃料一旦消耗完，不能得到补充，因此能源存在危机；故A错误。
B、能量是不能凭空产生的，此说法违背了能量守恒定律，故B错误；
C、能量既不能凭空产生也不能凭空消失，任何制造永动机的设想，无论它看上去多么巧妙，故C正确；
D、在转化的过程中能的总量保持不变，能量是守恒的，故D错误。故选：C。
【课后巩固】
基础练习
1.太阳能→ゝ电能→>化学能→电能→光能。
解析：白天，太阳能转化为电能，多余的能量储存在蓄电池内，则是转化为化学能，夜晚供交通指示灯及照明灯发光，则是由化学能转化为电能，电能转化为光能。
2.蓄电池充电时，将电能转化为化学能;电热水壶工作时，将电能转化为内能；钻木取火，将机械能转化为内能。
3.抽水蓄能电站工作过程中的能量转化：抽水储能阶段:电能转化为机械能(水的重力势能)
放水发电阶段：机械能(水的重力势能)转化为电能。
每个环节里的能量损耗：抽水储能阶段:电能转化为机械能的过程中，存在电能损耗(如电机的发热损耗)、机械能损耗(如水的摩擦损耗、管道的摩擦损耗等)。
放水发电阶段:机械能转化为电能的过程中，存在机械能损耗(如水轮机的摩擦损耗、发电机的摩擦损耗等)、电能损耗(如发电机的发热损耗、输电线路的损耗等)
能力提升
1.【答案】C
【详解】A．用电动扫地机清扫路面——电能转化为机械能，故A错误；
B．把重物搬到楼上——化学能转化为机械能，故B错误；
C．用燃气灶烧水——燃料燃烧，化学能转化为内能，用于给水加热，故C正确；
D．给电动自行车充电——电能转化为化学能，故D错误。
故选C。
2.【答案】BD
【详解】A．纸青蛙离开手后向前运动的过程中，手与纸青蛙不接触，没有对纸青蛙施加力的作用，手没有对它做功，故A错误；
B．纸青蛙在空中加速下落过程中，质量不变，高度降低，重力势能减小，速度增大，动能增大，重力势能转化为动能，故B正确；
C．纸青蛙在水平地面滑行至停下后，是因为受到阻力的作用，机械能转化为内能，根据能量守恒定律可知，能量不会消失，故C错误；
D．纸青蛙从按压形变到松手跳起过程中，弹性形变变小，弹性势能变小，质量不变，速度变大，动能变大，弹性势能转化为动能，故D正确。
故选BD。
3.【答案】D
【详解】 汽油机的做功冲程是将内能转化为机械能的过程。在该冲程中，燃料燃烧产生高温高压气体，推动活塞运动，从而对外做功。
A．铁丝弯折处温度升高：这是通过做功使机械能转化为内能，与汽油机做功冲程的能量转化方向相反，故A不符合题意；
B．电烤箱通电工作，将冷面包烤至金黄：这是电能转化为内能，与汽油机做功冲程的能量转化形式不同，故B不符合题意；
C．搓手取暖，手掌的温度逐渐升高：这是机械能转化为内能，同样与汽油机做功冲程的能量转化方向相反，故C不符合题意；
D．火箭点火后加速升空，直冲云霄：这是燃料燃烧产生高温高压气体推动火箭运动，将内能转化为机械能，与汽油机做功冲程的能量转化形式相同，故D符合题意。
故选D。
4.【答案】D
【详解】A．白天，太阳能电池板是将光能转化为电能，再由蓄电池将电能转化为化学能储存起来，故A错误；
B．风力发电机工作时，是将机械能转化为电能，而不是电能转化为机械能，故B错误；
C．蓄电池在夜晚供电时，是将储存的化学能转化为电能，而不是内能转化为电能，故C错误；
D．夜晚，照明灯工作时，电能主要转化为光能，但同时也会有一部分转化为内能，因此不能将电能全部转化为光能；但根据能量守恒定律，能量的总量是保持不变的，故D正确。
故选D。
5.【答案】能量守恒
【详解】“永动机” 不需要输入任何能量就能永不停息对外做功，这违反了能量守恒定律，因为能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，只能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，总量保持不变。
6.【答案】(1) 机械 遵守 (2) 大 1.0×108
【详解】（1）[1] 导弹点火加速升空时，燃料燃烧释放的内能通过发动机转化为导弹运动的动能和重力势能，即机械能。
[2] 能量守恒定律是自然界普遍规律，任何过程（包括能量转化）均遵守该定律。
（2）[1] 固态燃料分子间距离较小，作用力较大，因此分子不易自由移动，形态稳定，存储安全性更高。
[2] 燃料完全燃烧放出的热量由公式计算，其中固体燃料的质量，热值，代入得固体燃料完全燃烧放出的热量为
7.【答案】(1)水(2)水蒸气(3)内能(4)太多
【详解】（1）要持续产生大量水蒸气，因此易拉罐内部应注入水。
（2）汽轮机主要利用水蒸气来推动叶轮。点燃易拉罐下面的酒精灯，当有水蒸气喷出时，扇叶就转动起来。
（3）此工作过程的能量转化情况为：酒精的化学能转化为水和水蒸气的内能，水蒸气的内能再转化为扇叶的机械能。
（4）加热很长时间扇叶才开始转动，说明将水加热至沸腾需要的热量多，即水的质量大。
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