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第8節(jié) 能量的轉(zhuǎn)化與守恒
1.通過生活實例，了解各種形式的能量之間的相互轉(zhuǎn)化，能解釋一些常見現(xiàn)象中的能量轉(zhuǎn)化過程。
2.理解能量轉(zhuǎn)化和守恒定律，能舉出日常生活中能量守恒的實例。
3.了解能量的轉(zhuǎn)化與轉(zhuǎn)移有一定的方向性。
動能和勢能之間可以相互轉(zhuǎn)化。
那么，其他形式的能量是否也會發(fā)生相互轉(zhuǎn)化呢？能量在轉(zhuǎn)化過程中遵循什么規(guī)律？
一、能量的相互轉(zhuǎn)化
1.能量的轉(zhuǎn)移與轉(zhuǎn)化
能量有機械能、內(nèi)能、化學(xué)能、電能、核能等多種形式，各種形式的能量不是孤立的，而是相互聯(lián)系的。
能量可以在兩個物體之間轉(zhuǎn)移，能量形式也可以轉(zhuǎn)化。
（1）能量轉(zhuǎn)移：能量從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體（或從物體的一部分轉(zhuǎn)移到另一部分 ）。
熱水和金屬勺具有內(nèi)能
熱水的內(nèi)能
金屬勺的內(nèi)能
轉(zhuǎn)移
熱水溫度
金屬勺溫度
升高
降低
B物體的勢能
A物體的勢能
轉(zhuǎn)移
A物體和B物體具有動能和勢能
A物體：
B物體：
高度減小，勢能減小
高度增大，勢能增大
①太陽能的轉(zhuǎn)化
（2）能量轉(zhuǎn)化：能量從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式。
太陽能
（電磁能）
照射到植物葉片上
植物的化學(xué)能
照射到大氣層中
空氣的動能
照射到太陽能熱水器上
水的內(nèi)能
照射到太陽能電池板上
電能
②人體能量的來源及轉(zhuǎn)化
人體所需的能量都來自于食物，食物消化后被吸收，食物的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為人體的內(nèi)能、電能、機械能等。
③火力發(fā)電的能量轉(zhuǎn)化
燃料燃燒將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能來加熱水，蒸汽驅(qū)動渦輪機轉(zhuǎn)動，將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能，渦輪機帶動發(fā)電機發(fā)電，將機械能轉(zhuǎn)化為電能。
青蛙從地上躍起捕捉害蟲。在這個過程中，青蛙消耗了什么能？這些能量到哪里去了？青蛙獲得了什么能？這些能量來自哪里？
青蛙從地上躍起捕捉害蟲。在這個過程中，青蛙消耗了化學(xué)能，這些能量轉(zhuǎn)化為機械能；青蛙獲得了機械能，這些能量來自食物的化學(xué)能。
“能量轉(zhuǎn)化”和“能量轉(zhuǎn)移”是兩不同個概念。
“能量轉(zhuǎn)移”是指能量的形式不變，但能量的載體發(fā)生變化。
“能量轉(zhuǎn)化”則指能量的形式發(fā)生變化。
2.區(qū)分能量轉(zhuǎn)化和能量轉(zhuǎn)移
3.能量轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)化的普遍性
（1）自然界中各種形式的能量不是孤立的，不同形式的能量可以在一定條件下相互轉(zhuǎn)化，也可以在不同的物體間相互轉(zhuǎn)移。
（2）能量的轉(zhuǎn)化是普遍現(xiàn)象，自然界中物質(zhì)運動形式的變化總伴隨著能量的相互轉(zhuǎn)化。“消耗能量”“ 利用能量”或者“ 獲得能量”，實質(zhì)上就是能量相互轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程。
光合作用是指植物利用光能，
把二氧化碳和水轉(zhuǎn)化成有機物，并
釋放出氧氣的過程。植物通過光合
作用把光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能。
每年全球光合作用可以產(chǎn)生約1600 億噸糖類。光合作用不僅為生物體提供食物和能量，也是目前世界上主要動力的源泉。人類利用的煤、石油、天然氣等化石能源，是古代植物進行光合作用攢積下來的。光合作用是地球上最主要的能量轉(zhuǎn)化過程。
光合作用
二、能量的轉(zhuǎn)化與守恒定律
實驗中，單擺和滾擺能到達的最大高度逐漸降低，最終停在最低點。
實際中，單擺和滾擺克服空氣摩擦做功，機械能逐漸轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。減少了多少機械能，就增加了多少內(nèi)能。
如果沒有空氣阻力，單擺和滾擺能到達相同的高度。
它們能到達的最高點的高度降低，說明機械能減少了。但實際上能量并沒有消失，是通過做功把一部分機械能轉(zhuǎn)化為了內(nèi)能，能量的總量保持不變。
用電動機提升重物時，電動機消耗的電能是否都轉(zhuǎn)化為重物的機械能？
是否還轉(zhuǎn)化為其他形式的能量？
不是。
電動機消耗的電能一部分轉(zhuǎn)化為重物的機械能，一部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。
如果把轉(zhuǎn)化后的各種形式的能量全部加起來跟電動機消耗的電能相等。
如果把轉(zhuǎn)化后的各種形式的能量全部加起來，是否跟電動機消耗的電能相等？
大量事實告訴我們，在能量的形式發(fā)生相互轉(zhuǎn)化的過程中，某種形式的能量減少了多少，另一種形式的能量一定會相應(yīng)地增加多少。
某種形式的能量增加了多少，另一種形式的能量一定會相應(yīng)地減少多少，而能的總量保持不變。
1.能量轉(zhuǎn)化和守恒定律的內(nèi)容
能量既不會消滅，也不會創(chuàng)生，它只會從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，或者從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體，而在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的過程中，能的總量保持不變。
2.能量轉(zhuǎn)化和守恒定律的意義
能量轉(zhuǎn)化和守恒定律是自然界最普遍、最重要的基本定律之一。無論是機械運動，還是生命運動；無論是宇宙天體，還是微觀粒子，都遵循這個定律。
能量轉(zhuǎn)化和守恒定律是許多科學(xué)家經(jīng)過長期探索，于19 世紀(jì)中葉建立起來的。它是科學(xué)史上最重大的發(fā)現(xiàn)之一，它把各種自然現(xiàn)象統(tǒng)一起來，描繪出一幅自然界普遍聯(lián)系的圖景。
永動機：不消耗任何能量和燃料，卻源源不斷對外做功的機器。
達·芬奇曾設(shè)計了一個“ 永動機”：一只圓輪，里面裝有可以自由滾動的重鋼球，如圖所示。利用隔板的特殊形狀，使輪子一邊的鋼球總是滾到另一邊距離輪心遠些的地方，這樣，在鋼球的重力作用下，輪子便會轉(zhuǎn)動不息。然而，各類“永動機”都沒有成功，也不會成功。
圓輪轉(zhuǎn)動要克服摩擦力和空氣阻力消耗能量，即機械能會轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。根據(jù)能量的轉(zhuǎn)化和守恒定律可知：機械能逐漸減少，經(jīng)過足夠長時間，機械能會全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。
“永動機” 不可能成功的原因
“永動機” 給我們的啟示
違反能量轉(zhuǎn)化和守恒定律的事件是不可能發(fā)生的，能量是不可能憑空創(chuàng)造出來的。
（1）機械能守恒是有條件的——沒有機械能損失，也沒有額外的能量補充。如果存在機械能與其他形式的能量之間的轉(zhuǎn)化，機械能總量發(fā)生改變，機械能不再守恒。
（2）能量守恒不需要條件。能量的形式是多樣的，能量可以在機械能、內(nèi)能、化學(xué)能、電磁能等能量形式間相互轉(zhuǎn)化。在轉(zhuǎn)化的過程中，一種形式的能減少，其他形式的能必然增加，能的總量保持不變。
機械能守恒與能量守恒的區(qū)別
三、能量的轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)化的方向性
“永動機”制造一直失敗的原因：“永動機”違背了能量的轉(zhuǎn)化和守恒定律。
遵循能量的轉(zhuǎn)化和守恒定律的事件是否一定會發(fā)生呢？
冬天，火爐散熱，供人們?nèi)∨l(fā)出的熱量不能收集起來再利用，因為內(nèi)能只能自發(fā)地從高溫物體轉(zhuǎn)移到低溫物體，而不能相反。
汽車制動時，由于摩擦，動能轉(zhuǎn)化成了輪胎、地面、空氣的內(nèi)能，這些能量散失在環(huán)境中，不能再自動地用來驅(qū)動汽車。
能量的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移有一定的方向性。符合能量轉(zhuǎn)化和守恒定律的過程不一定都能發(fā)生。
內(nèi)能總是自發(fā)地從高溫物體轉(zhuǎn)移到低溫物體，而不能自發(fā)地從低溫物體轉(zhuǎn)移到高溫物體；機械能可以自發(fā)地轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，而內(nèi)能不能自發(fā)地轉(zhuǎn)化為機械能。
人們是在能量轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移過程中利用能量的。利用能量是有代價的，也是有條件的，所以要節(jié)約能源。
空調(diào)的制冷
空調(diào)的制冷其實是把室內(nèi)的熱量“搬”到室外，室內(nèi)溫度低，室外溫度高，這似乎違背了能量轉(zhuǎn)移的方向性。但我們需要注意，在空調(diào)工作過程中消耗了電能，空調(diào)壓縮機做功了，所以能把熱量從低溫物體轉(zhuǎn)移到高溫物體。
一、能量的相互轉(zhuǎn)化
能量可以在兩個物體之間轉(zhuǎn)移，能量形式也可以轉(zhuǎn)化。
二、能量的轉(zhuǎn)化與守恒定律
能量既不會消滅，也不會創(chuàng)生，它只會從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，或者從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體。而在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的過程中，能的總量保持不變。
三、能量的轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)化的方向性
能量的轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)化有一定的方向性。人們是在能量轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移過程中利用能量的。利用能量是有代價的，也是有條件的，所以要節(jié)約能源。
1.下列關(guān)于能量轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)移現(xiàn)象的說法，錯誤的是（ ）
A.電池充電，電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能
B.電動機工作，電能轉(zhuǎn)化為機械能
C.暖瓶塞被熱氣彈開，機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能
D.用熱水袋取暖，內(nèi)能發(fā)生了轉(zhuǎn)移
C
2.各種形式的能量都不是孤立的，它們可以在一定條件下發(fā)生轉(zhuǎn)化，且能量的轉(zhuǎn)化是有方向性的。圖中按能量轉(zhuǎn)化的順序，排列正確的是（ ）
A.①②③④ B.②③④① C.②①③④ D.①③④②
C
3.下列有關(guān)能量轉(zhuǎn)化和守恒的說法正確的是（ ）
A.用電器通電工作時，將其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能
B.氫氧化鈉與鹽酸反應(yīng)是放熱反應(yīng)，該反應(yīng)將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能
C.植物光合作用合成有機物，說明能量可以創(chuàng)造
D.“既要馬兒跑，又要馬兒不吃草”違背了能量轉(zhuǎn)化和守恒定律
D
4. 下列實例中各種形式的能之間是如何相互轉(zhuǎn)化的？
（1）火力發(fā)電燃燒煤把______能轉(zhuǎn)化為_____能。
（2）鋸木頭時鋸條發(fā)熱，是將______能轉(zhuǎn)化為____能。
（3）電流經(jīng)過燈泡的燈絲時，燈絲變得灼熱而發(fā)光，____能轉(zhuǎn)化為____能和____能。
（4）給手機電池充電，_____能轉(zhuǎn)化為______能。
化學(xué)
電
機械
內(nèi)
電
內(nèi)
光
電
化學(xué)
請舉例說明，能量的轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)化有一定的方向性有什么實際意義？

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