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第3章 能量的轉化與守恒
第8節 能量的轉化與守恒
一、能量的相互轉化
能量有機械能、內能、化學能、電能、核能等多種形式，各種形式的能量不是孤立的，而是相互聯系的。
動能和勢能之間可以相互轉化。那么，其他形式的能量是否也會發生相互轉化呢？
1.能量的轉移
能量轉移：能量從一個物體轉移到另一個物體（或從物體的一部分轉移到另一部分 ）。
金屬勺放入熱水中
熱水的內能
金屬勺的內能
轉移
熱水溫度 ，內能
金屬勺溫度 ，內能
升高
降低
增加
減少
B物體的勢能
A物體的勢能
轉移
A物體
B物體
高度減小，勢能減小
高度增大，勢能增大
A物體勻速上升，B物體勻速下降
2.能量的轉化
下列物體具有哪種形式的能量？物體的能量怎樣變化？
化學能
內能
轉化
勢能
動能
轉化
能量轉化：能量從一種形式轉化為另一種形式。
大量的事實證明，自然界中各種形式的能量都不是孤立的，不同形式的能量會發生相互轉化，能量也會在不同的物體間相互轉移。
同種形式的能從一個物體轉移到另一個物體
不同形式的能之間
3.太陽能的轉化
太陽能
化學能
轉化
太陽能
機械能
轉化
空氣流動
光合作用
太陽能
內能
轉化
太陽能
電能
轉化
電池板
太陽能熱水器
食物的化學能
人的內能和機械能等
轉化
人體的生命活動需要能量，那么能量來自哪里呢？
4.人體能量的來源及轉化
5.火力發電的能量轉化
在火力發電廠中，燃燒煤或者天然氣來加熱水，水沸騰后產生的蒸汽驅動渦旋機轉動，渦旋機帶動發動機發電。
煤（或天然氣）的化學能
內能
轉化
機械能
電能
轉化
轉化
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，青蛙消耗了化學能，這些能量轉化為機械能；青蛙獲得了機械能，這些能量來自食物的化學能。
（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化，也可以在不同的物體間相互轉移。
（2）能量的轉化是普遍現象，自然界中物質運動形式的變化總伴隨著能量的相互轉化。“消耗能量”“ 利用能量”或者“ 獲得能量”，實質上就是能量相互轉化或轉移的過程。
6. 能量轉移和轉化具有普遍性
光合作用是指植物利用光能，
把二氧化碳和水轉化成有機物，并
釋放出氧氣的過程。植物通過光合
作用把光能轉化為化學能。
每年全球光合作用可以產生約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化過程。
1.分析下列各現象中能的轉化。
（1）鋸木頭，鋸條發熱
（2）木材燃燒
（3）水輪機帶動發電機發電
（4）電動機帶動水泵轉動
（5）電流通過燈絲使燈絲發光
機械能→內能
化學能→內能
機械能 → 電能
電能→機械能
電能 → 內能、光能
（6）煤燃燒
（7）光合作用
（8）核電站發電
（9）壓縮氣體做功
（10）給蓄電池充電
化學能→內能
光能 → 化學能
核能 → 電能
機械能→內能
電能 → 化學能
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生轉化，且能量的轉化是有方向性的。圖中按能量轉化的順序，排列正確的是（ ）
A.①②③④ B.②③④① C.②①③④ D.①③④②
C
二、能量的轉化與守恒定律
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化為了內能，能量的總量保持不變。
能量既不會消滅,也不會創生，它只會從一種形式轉化為另一種形式，或者從一個物體轉移到另一個物體，而在轉化和轉移的過程中，能的總量保持不變。
1.能量轉化和守恒定律的內容
能量轉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。
能量轉化和守恒定律是許多科學家經過長期探索，于19 世紀中葉建立起來的。它是科學史上最重大的發現之一，它把各種自然現象統一起來，描繪出一幅自然界普遍聯系的圖景。
2.能量轉化和守恒定律的意義
用電動機提升重物時，電動機消耗的電能是否都轉化為重物的機械能？
是否還轉化為其他形式的能量？
不是。
電動機消耗的電能一部分轉化為重物的機械能，一部分轉化為內能。
如果把轉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？
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，輪子便會轉動不息。然而，各類“永動機”都沒有成功，也不會成功。
圓輪轉動要克服摩擦力和空氣阻力消耗能量，即機械能會轉化為內能。根據能量的轉化和守恒定律可知：機械能逐漸減少，經過足夠長時間，機械能會全部轉化為內能。
“永動機” 不可能成功的原因
“永動機” 給我們的啟示
違反能量轉化和守恒定律的事件是不可能發生的，能量是不可能憑空創造出來的。所謂的“消耗能量”“利用能量”“獲得能量”的實質是能量轉化或轉移的過程。
3.在一個密封的小房間里，放著一臺開著門的電冰箱，給電冰箱通電，過一段時間后，房間的溫度將（ ）
A.升高
B.降低
C.不變
D.無法確定
A
4.根據能量轉化和守恒定律，以下情形可能發生的是( )
A.出膛的子彈射穿木板，以更大的速度繼續前進
B.孤島上被人們遺忘的一只機械表，默默地走了幾十年
C.兩個斜面相對接，小球從左斜面滾下后，繼續沖上右斜面
D.電水壺里的水沸騰了，給該電水壺斷電，水的沸騰卻永遠不會停止
C
三、能量的轉移和轉化的方向性
一塊熾熱的鐵塊投入水中時能量發生怎樣的轉移？
鐵塊的溫度降低，水的溫度升高，最后兩者達到相同的溫度。
相反的過程會不會自發地發生？
不會。鐵塊不可能自發地從同溫度的水中吸收熱，使自己變得熾熱。
鐵塊的內能
水的內能
轉移
相反的過程不會自發地發生，即手和竹竿不可能自發地降低溫度，而使人的位置升高。
當雜技演員沿竹竿勻速下滑時，能量轉化或轉移情況如何？相反的過程會自發地發生嗎？
演員的重力勢能
手和竹竿的內能
轉化
能量的轉化和轉移有一定的方向性。符合能量轉化和守恒定律的過程不一定都能發生。
內能總是自發地從高溫物體轉移到低溫物體，而不能自發地從低溫物體轉移到高溫物體；機械能可以自發地轉化為內能，而內能不能自發地轉化為機械能。
人們是在能量轉化或轉移過程中利用能量的。利用能量是有代價的，也是有條件的，所以要節約能源。
5.下列有關能量轉化和守恒的說法正確的是（ ）
A.用電器通電工作時，將其他形式的能轉化為電能
B.氫氧化鈉與鹽酸反應是放熱反應，該反應將內能轉化為化學能
C.植物光合作用合成有機物，說明能量可以創造
D.“既要馬兒跑，又要馬兒不吃草”違背了能量轉化和守恒定律
D
6.下列事例中，能說明能量轉化或轉移具有“方向性”的事例是（ ）
A.電能可以轉化為機械能，機械能也可以轉化為電能
B.熱量可以自發地從高溫物體傳遞到低溫物體，但卻不能自發地從低溫物體傳遞到高溫物體
C.動能可以和重力勢能相互轉化
D.電能可以直接轉化為內能，內能也可以直接轉化為電能
B
一、能量的相互轉化
能量可以在兩個物體之間轉移，能量形式也可以轉化。
二、能量的轉化與守恒定律
能量既不會消滅，也不會創生，它只會從一種形式轉化為另一種形式，或者從一個物體轉移到另一個物體。而在轉化和轉移的過程中，能的總量保持不變。
三、能量的轉移和轉化的方向性
能量的轉化和轉移有一定的方向性。符合能量轉化和守恒定律的過程不一定都能發生。
人們是在能量轉移或轉化過程中利用能量的。利用能量是有代價的，也是有條件的，所以要節約能源。

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