第十一章 物理学与能源技术
1．能量守恒定律
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知识点 1 形形色色的能量
1．自然界中存在着多种形式的能，下列对能的叙述中不正确的是( )
A．贮存在食物中的能称为化学能
B．钩码被举高后具有的能是动能
C．声能是一种听得到的能量
D．植物通过光合作用把光能转化为化学能
2．如图11－1－1所示，空中运动的足球具有_________能；阳光具有________能；烫手的暖气片具有较大的________能；干电池内储存有________能，工作时转化为________能。
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图11－1－1
知识点 2 不同形式能量的相互转化
3．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．电饭锅烧饭——电能转化为内能
4．贵港火电厂是中国华电在华南的第一家大型电厂，火电厂进的是“煤”，出的是“电”，在这个过程中的能量转化是( )
A．机械能→内能→化学能→电能
B．化学能→内能→机械能→电能
C．化学能→重力势能→动能→电能
D．内能→化学能→机械能→电能
5．下列说法正确的是( )
A．砂轮磨刀时，内能转化为机械能
B．陨石进入大气层成为流星时，内能转化为机械能
C．水沸腾后，壶盖不停跳动是水的动能转化为壶盖的动能
D．用打气筒打气时筒壁发热是机械能转化为内能
6．如图11－1－2所示是世界上早期的蒸汽汽车模型，燃料燃烧使水温升高，水的________能增加，再转化为汽车的________能，使汽车前进。
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图11－1－2
7．在我国青藏高原上，有一个羊八井地热区，地热电厂担负着拉萨市一部分的电力供应。工作流程如图11－1－3所示，其能量转化过程为：将内能转化为________能，再转化为________能。
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图11－1－3
知识点 3 能量守恒定律和永动机
8．在各种形式能量相互转化的过程中，下列说法正确的是( )
A．机械能一定守恒
B．各种形式的能量都守恒
C．各种形式能的总量一定守恒
D．内能一定守恒
9．水力发电是将水的机械能转化为________能；自然界中能量在转化和转移的过程，能的总量保持________。
10．如图11－1－4所示是达·芬奇设想的永动机。你认为能实现吗？________；请说明理由：________。
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图11－1－4
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11．太阳能是人类优先开发和利用的新能源之一，关于太阳能的利用，下列说法正确的是( )
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图11－1－5
A．图甲中，绿色植物通过光合作用将太阳能转化为化学能
B．图乙中，太阳能热水器通过做功的方式将太阳能转化为水的内能
C．图丙中，太阳能交通信号灯将太阳能直接转化为信号灯的光能
D．图丁中，首架环球航行的太阳能飞机将太阳能直接转化为飞机的机械能
12．能量守恒定律的建立是人类认识自然的一次重大飞跃，它是最普通、最重要、最可靠的自然规律之一，下列说法正确的是( )
A．因为能量是不守恒的，所以需要节约能源
B．因为能量是守恒的，所以不可能发生能源危机
C．能量转化过程中，数量虽然没有减少，但在可利用的数量上降低了
D．能量可以被消灭，也可以被创生
13．能量守恒定律是自然界基本定律之一，下列对该定律的理解正确的是( )
A．根据该定律可知：某个人具有的能量总是保持不变
B．“摩擦生热”是创造热能的过程，说明能量可以从无到有创造出来
C．自然界任何制造永动机的设想，无论它多么巧妙，都是徒劳
D．一个单摆在来回摆动多次后总会停下来，说明能量是不守恒的
14．根据能量守恒定律，以下情形可能发生的是( )
A．出膛的子弹射穿木板，以更快的速度继续前进
B．电水壶里的水沸腾了，给该电水壶断电，水的沸腾却永远不会停止
C．两个斜面相对接，小球从左斜面滚下后，继续冲上右斜面
D．孤岛上被人们遗忘的一只机械表，默默地走了几十年
15．内燃机是用燃料燃烧产生的内能来做功的。如图11－1－6甲所示中问号部分的能量表示____________________。如图乙所示的设计，上面水箱中的水冲到叶轮上，带动水泵旋转，下面水箱的水又抽到上面水箱中，从而实现了能量的转化和守恒。这样的设计________(选填“能”或“不能”)实现。
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图11－1－6
16．某同学给大家展示了一幅“特殊烧水装置图”，表达了他对自然界中能量转化规律的理解。请你结合图内的任意两个环节，简述能量在自然界中的转化情况及你所理解的能量转化规律。
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图11－1－7
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17．2017·黑龙江 下列关于能量转化转移现象的说法中，正确的是( )
A．蓄电池充电时，化学能转化为电能
B．暖瓶塞跳起时，机械能转化为内能
C．用热水袋取暖时，内能发生了转移
D．电动机工作时，机械能转化为电能
详解详析
1．B
2．机械 光 内 化学 电
3．C 4.B 5.D
6．内 机械
7．机械 电
8．C 9.电 不变
10．不能 违背能量守恒定律
11．A [解析] 太阳能热水器通过热传递的方式将太阳能中的内能转化为水的内能；太阳能交通信号灯将太阳能先转化为电能，再转化为信号灯的光能；首架环球航行的太阳能飞机将太阳能首先转化为电能，再转化为飞机的机械能。
12．C 13.C 14.C
15．高温尾气带走的热量 不能
16．太阳→西红柿：太阳能转化为化学能。
西红柿→人：化学能转化为人体能量。
人→车轮：人的能量转化为车轮的机械能。
车轮→发电机：机械能转化为电能。
发电机→电炉子：电能转化为内能。
气体发声：内能转化为声能。
规律：自然界中能量是守恒的；能量既不能消灭，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另一个物体；在转化和转移过程中，能量的总量保持不变。
17．C
教
材
解
读
本节通过了解能量之间的转化以及电能在生活和生产中的转化和利用的过程，让学生体会各种形式能量的相互转化，通过讨论交流太阳能的转化和利用等各种现象的内在联系，得出能量守恒定律。本节教学内容符合学生认知规律，能够体现从生活走向物理、注重科学探究的新课程理念。由于新课标对这部分内容在过程与方法上增加了体验性目标层次，因此应尽可能让学生多动手、多经历、多体验、多感受，在感受中进步与成长。
教
学
目
标
知识与技能
1.了解能量存在的不同形式，解释生产、生活中各种形式的能量是如何转化的。
2.理解能量守恒定律，知道永动机不可能制成。
3.了解能量转化效率η＝ 。
4.初步了解现实生活中能量的转化与转移有一定的方向性。
过程与方法
1.通过做实验，发现各种现象的内在联系，体会各种形式能量之间的相互转化过程。
2.通过复习热机的效率及分析生活实例，认识能量在转化和转移过程中的效率，并讨论提高能量转化效率的可能途径。
情感、态度
与价值观
1.通过分析自然界中各种能量的转化过程，渗透事物之间相互联系的观点。
2.对能量的转化和守恒有一个感性的认识，为建立科学世界观和方法论打好基础。
重
点
难
点
重点：理解能量守恒定律与转化效率，并应用其解决实际问题。
难点：能量转移和能量转化的方向性。
知
识
梳
理
区分能量的转移和转化
能量的转移
能量的转化
实质
能量从一个物体转移到另一个物体上
能量从一种形式转化为另一种形式
特点
能量形式不变
能量形式改变
实例
热传递是内能发生了转移
光电池是光能转化为电能
学点1 形形色色的能量
阅读教材P38内容，完成下列问题：
问题：物体的运动形式不同，对应的__能量形式__也不同。常见的能量有__机械能、内能、电能、光能、化学能、地热能__等等。
学点2 不同形式能量的相互转化
阅读教材P39～P40内容，并观察图11－1－1，完成下列问题：
图11－1－1
问题1：由图可知：动能和势能之间可以相互转化；机械能和内能之间可以相互转化；电能和光能、内能可以相互转化。由此可知，不同形式的能之间__可以相互转化__。
问题2：为了便于传递、输送，我们在现代生活中利用最广泛的能量形式是__电能__。现代化的生活就是以电能为中心的能量转化和利用的过程。
问题3：我们生产、生活中所利用的各种能量，最终都来源于__太阳能__。
学点3 能量守恒定律
阅读教材P41内容，完成下列问题：
问题1：由图11－1－1可知，小球在来回摆动过程中所能达到的最高点越来越低，这是由于__空气阻力__，致使小球的机械能__减少__，但考虑到增加的内能，其总能量仍然__守恒__。
问题2：能量既不会创造，也不会消灭；当能量从一个物体转移到其他物体或从一种形式转化为其他形式时，总量不变。这称为__能量守恒定律__。
学点4 永动机是不可能实现的
阅读教材P41～P42内容，完成下列问题：
问题：永动机不可能实现的原因是它违背了__能量守恒定律__。任何机器运行时，如果它对外做功就__必然消耗能量__，不消耗能量就无法__对外做功__，因而永动机是永远不可能制造成功的。
学点5 能量转化的方向性
阅读教材P43～P44内容，完成下列问题：
问题：能量的流向不是随意的，具有__一定方向性__，能量的转化和转移无法自发地沿__反方向__发生。我们对能量的利用，无法避免涉及热量的生成与转移。于是，每一次能量的利用，都会减少世界上可利用、便于利用的能量的总量，所以我们仍然要__节约能源__。
学点6 能量转化中的效率
阅读教材P44～P45内容，完成下列问题：
问题：(1)输入能量＝__输出有效能量__＋输出无效能量。
(2)能量转化效率＝，即η ＝____。
(3)任何情况下，η__<__1。
课件25张PPT。第十一章 物理学与能源技术1 ．能量守恒定
2．能量转化的方向性和效率导学设计应用示例第十一章 物理学与能源技术课堂小结课堂反馈导学设计学点1 形形色色的能量1. 能量守恒定律 2．能量转化的方向性和效率阅读教材P38内容，完成下列问题：
问题：物体的运动形式不同，对应的____________也不同。常见的能量有_______________________________________等等。 机械能、内能、电能、光能、化学能、地热能能量形式学点2 不同形式能量的相互转化1. 能量守恒定律 2．能量转化的方向性和效率1. 能量守恒定律 2．能量转化的方向性和效率问题1：由图可知：动能和势能之间可以相互转化；机械能和内能之间可以相互转化；电能和光能、内能可以相互转化。由此可知，不同形式的能之间____________________。
问题2：为了便于传递、输送，我们在现代生活中利用最广泛的能量形式是___________。现代化的生活就是以电能为中心的能量转化和利用的过程。
问题3：我们生产、生活中所利用的各种能量，最终都来源于___________。 可以相互转化电能太阳能学点3 能量守恒定律1. 能量守恒定律 2．能量转化的方向性和效率阅读教材P41内容，完成下列问题：
问题1：由图11－1－1可知，小球在来回摆动过程中所能达到的最高点越来越低，这是由于__________，致使小球的机械能_________，但考虑到增加的内能，其总能量仍然____________。
问题2：能量既不会创造，也不会消灭；当能量从一个物体转移到其他物体或从一种形式转化为其他形式时，总量不变。这称为___________________。 空气阻力减少守恒能量守恒定律学点4 永动机是不可能实现的1. 能量守恒定律 2．能量转化的方向性和效率阅读教材P41～P42内容，完成下列问题：
问题：永动机不可能实现的原因是它违背了___________________。任何机器运行时，如果它对外做功就__________________，不消耗能量就无法____________，因而永动机是永远不可能制造成功的。 能量守恒定律必然消耗能量对外做功学点5 能量转化的方向性1. 能量守恒定律 2．能量转化的方向性和效率阅读教材P43～P44内容，完成下列问题：
问题：能量的流向不是随意的，具有___________，能量的转化和转移无法自发地沿___________发生。我们对能量的利用，无法避免涉及热量的生成与转移。于是，每一次能量的利用，都会减少世界上可利用、便于利用的能量的总量，所以我们仍然要____________。 一定方向性反方向节约能源学点6 能量转化中的效率1. 能量守恒定律 2．能量转化的方向性和效率类型一 不同形式能量的相互转化1. 能量守恒定律 2．能量转化的方向性和效率应用示例例1 在下列对能量转化的描述不正确的是( )
A．摩擦生热属于机械能转化为内能
B．发电机工作属于电能转化为机械能
C．光合作用属于光能转化为化学能
D．蓄电池充电属于电能转化为化学能B1. 能量守恒定律 2．能量转化的方向性和效率[解析]发电机工作过程中，消耗了机械能，得到了电能，机械能转化为电能，故B不正确。类型二 能量守恒定律1. 能量守恒定律 2．能量转化的方向性和效率例2 在各种形式的能量相互转化过程中，下列说法正确的是( )
A．机械能一定守恒
B．几种形式的能量一定守恒
C．各种形式能的总量一定守恒
D．内能一定守恒C1. 能量守恒定律 2．能量转化的方向性和效率[易错警示]能量不会凭空产生，也不会凭空消失，即一个物体的总能量发生了变化，必有另一个物体的总能量同时发生了变化。自然界中所具有的能量的总量保持不变，这就是能量守恒定律。能量守恒定律是自然界中最基本的定律之一，能量守恒定律对一切物体总是适用的。类型三 能量转化的方向性1. 能量守恒定律 2．能量转化的方向性和效率例3 能量的转化和转移具有_________。热量_______自发地从低温物体传给高温物体；汽车制动时，由于摩擦动能转化为内能，这些内能_______自动地再次开动汽车。(后两空均选填“能”或“不能”)方向性不能不能1. 能量守恒定律 2．能量转化的方向性和效率[解析]在热传递过程中，不引起其他变化的情况下，内能只能从高温物体转移到低温物体；摩擦生热时内能以热量的形式散发掉。所以能量转化和转移具有方向性，热量不能自发地从低温物体转移到高温物体；汽车制动时，摩擦动能转化为内能，这些内能不能自动地再次开动汽车。1. 能量守恒定律 2．能量转化的方向性和效率[易错警示]能量的转化和守恒类型四 能量转化中的效率1. 能量守恒定律 2．能量转化的方向性和效率108075%1. 能量守恒定律 2．能量转化的方向性和效率课堂小结1. 能量守恒定律 2．能量转化的方向性和效率课堂反馈1. 能量守恒定律 2．能量转化的方向性和效率1．下列有关能量转化的叙述正确的是( )
A．内燃机在做功过程中机械能转化为内能
B．发电机发电时，将机械能转化为电能
C．干电池、蓄电池对外供电时，将电能转化为化学能
D．电风扇正常工作过程中，电能主要转化为内能 B1. 能量守恒定律 2．能量转化的方向性和效率化学内内动(或机械)1. 能量守恒定律 2．能量转化的方向性和效率3．克服摩擦或压缩气体做功时，消耗________能，使________能转化为________能，而且消耗多少________能，就得到多少________能，在这个过程中，能量的总量____________。机械机械内机械内保持不变1. 能量守恒定律 2．能量转化的方向性和效率4．汽车刹车的过程中，机械能转化为内能，内能散失到空气中，此过程能量的总和__________(选填“增大”“不变”或“减小”)。散失到空气中的内能无法自动转化为机械能再用来驱动骑车，这是因为能量的转移和转化具有__________性。不变方向5．南方牌太阳能电池的光电转化效率是20%，这就说明吸收100 J的太阳能转化为电能的只有_____J，它反映了设备性能的优劣。广义上讲，效率等于____________与_____________的比值。1. 能量守恒定律 2．能量转化的方向性和效率输入能量20输出有效能量1. 能量守恒定律 2．能量转化的方向性和效率6．下列关于能量守恒定律的说法，正确的是( )
A．能量是守恒的，所以我们有用不尽的能量
B．能量的转化、转移都是有方向性的
C．实际过程中，能量经转化后，总能量就会减少
D．机械能和电能是可以相互转化的。因此，自然界中所有的能量转化都是可逆的B2.能量转化的方向性和效率
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知识点 1 能量转化的方向性
1．汽车刹车时，由于摩擦，汽车的动能转化为地面、空气的________能，这些能量不能自动地用来再次开动汽车，这说明能量的转化、转移具有____________。
2．如图11－2－1所示，坡底的巨石从周围环境中获取能量，滚向坡顶，这样的情形________(选填“可能”或“不可能”)发生。原因是能量的转化具有__________。
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图11－2－1
3．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( )
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图11－2－2
A．①②③④ B．②③④①
C．②①③④ D．①③④②
知识点 2 能量转化中的效率
4．如图11－2－3所示反映了一只“220 V 100 W”的白炽灯正常工作时的能量转化情况，下列说法中错误的是( )
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图11－2－3
A．图中括号内的能量应该是光能
B．生活中使用这种灯泡，电能的利用效率高，有利于节能
C．图中电能是白炽灯正常工作1 s消耗的电能
D．白炽灯正常工作时电能转化为光能的效率为10%
5．如图11－2－4所示是太阳能路灯，灯杆顶端是太阳能电池板，它能将太阳能转化为电能，并给灯杆下方的蓄电池充电，供夜晚路灯照明。若在一定时间内，太阳光辐射到该太阳能电池板上的能量为2.1×107 J，这些能量经转化后，可供功率为35 W的路灯工作50 h，则该路灯消耗的电能为J，该太阳能路灯的转化效率为%。
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图11－2－4
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6．下列有关能量转化和守恒的说法正确的是( )
A．用电器通电工作时，将其他形式的能转化为电能
B．氢氧化钠与盐酸反应是放热反应，该反应将内能转化为化学能
C．植物光合作用合成有机物，说明能量可以创生
D．“既要马儿跑，又要马儿不吃草”违背了能量转化和守恒定律
7．用煤气灶把1 kg、初温为20 ℃的水烧到70 ℃，消耗了10 g煤气。已知水的比热容是4.2×103 J/(kg·℃)，煤气的热值为4.2×107 J/kg，则水吸收的热量为________J，煤气完全燃烧放出的热量为________J，煤气灶烧水的效率为________%。
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8． 不同能量之间可以相互转化，在转化过程中，能量的总量保持________。除此之外，能量的转化还有一定的________性。
9． 某校车在平直的公路上以54 km/h的速度匀速行驶20 min，受到的阻力是6×103 N，消耗柴油7.5 L。(q柴油＝4×107 J/kg，ρ柴油＝0.8×103 kg/m3)求：
(1)发动机做有用功的功率。
(2)发动机的效率。
详解详析
1．内(热) 方向性
2．不可能 方向性
3．C 4.B 5.6.3×106 30
6．D
7．2.1×105 4.2×105 50 [解析] 水吸收的热量：Q吸＝ cmΔt＝4.2×103 J/(kg·℃)×1 kg×(70 ℃－20 ℃)＝2.1×105 J；
10 g煤气完全燃烧放出的热量：Q放＝mq＝10×10－3 kg×4.2×107 J/kg＝4.2×105 J；
燃气灶烧水的效率：
η＝×100%＝×100%＝50%。
8．不变 方向
9．(1)因校车在平直的公路上匀速行驶，说明校车处于平衡状态，则校车受到的牵引力和阻力是一对平衡力，所以，发动机的牵引力：F＝f＝6×103 N，
发动机做有用功的功率：P＝＝＝Fv＝6×103 N× m/s＝9×104 W。
(2)匀速行驶20 min，发动机做的有用功：W＝Pt＝9×104 W×20×60 s＝1.08×108 J，
由ρ＝可得，消耗柴油的质量：
m＝ρ柴油V＝0.8×103 kg/m3×7.5×10－3 m3＝6 kg，
消耗的柴油完全燃烧释放的热量：
Q放＝mq柴油＝6 kg×4×107 J/kg＝2.4×108 J，
发动机的效率：η＝×100%＝×100%＝45%。
