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第十四章 內(nèi)能的利用
九上物理 RJ
第1節(jié) 能量的轉(zhuǎn)化與守恒
3. 理解能量守恒定律，有用能量守恒定律的觀點分析物理現(xiàn)象的意識，體會能量守恒定律的普適性。
1. 了解能量及其存在的多種形式。
2. 知道能量的轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)化，能解釋一些常見現(xiàn)象中的能量轉(zhuǎn)化過程。
學習目標
課堂導入
火能驅(qū)散寒冷和黑暗，帶來溫暖和光明。摩擦生火第一次使人支配了一種自然力量，而蒸汽機的發(fā)明則給人類帶來了巨大的動力。
將內(nèi)能轉(zhuǎn)化成機械能的各種熱機廣泛使用在汽車、火車、輪船、飛機和火箭上。熱機是怎樣將內(nèi)能轉(zhuǎn)化成我們需要的能量的 學習完這一章，你就會清楚了。
課堂導入
通過前面的學習，我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)可以通過做功將其他形式的能量轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。生活中的風能、太陽能、電能、水能、化學能等，也可以相互轉(zhuǎn)化嗎
新知探究
知識點1 能量的轉(zhuǎn)化
1.多種形式的能量。
風能
太陽能
電能
水能
化學能
新知探究
知識點1 能量的轉(zhuǎn)化
想想做做
完成下面一組小實驗。
1.來回迅速摩擦雙手。
2.用黑塑料袋盛些水，插入溫度計后系好袋口，放在陽光下。
3.將太陽能電池連在小電扇上，并使太陽能電池對著陽光。
4.將塑料筆桿在頭發(fā)或毛衣上摩擦后靠近細碎的紙片。
……
觀察實驗中的現(xiàn)象，討論發(fā)生了哪些能量轉(zhuǎn)化。
新知探究
知識點1 能量的轉(zhuǎn)化
1.來回迅速摩擦雙手。
2.用黑塑料袋盛些水，插入溫度計后系好袋口，放在陽光下。
3.將太陽能電池連在小電扇上，并使太陽能電池對著陽光。
4.將塑料筆桿在頭發(fā)或毛衣上摩擦后靠近細碎的紙片。
手會發(fā)熱，機械能→內(nèi)能。
一會兒溫度計示數(shù)升高，光能→內(nèi)能。
小電扇會轉(zhuǎn)動起來，光能→電能→機械能。
筆桿會吸引小紙片，機械能→電能→機械能。
現(xiàn)象和能量轉(zhuǎn)化
新知探究
知識點1 能量的轉(zhuǎn)化
2.能量的轉(zhuǎn)化。
汽輪機模型
衛(wèi)星返回地球，摩擦生熱
內(nèi)能
機械能
內(nèi)能→機械能
機械能→內(nèi)能
新知探究
知識點1 能量的轉(zhuǎn)化
2.能量的轉(zhuǎn)化。
電風扇通電旋轉(zhuǎn)
水力發(fā)電
電能
機械能
電能→機械能
機械能→電能
新知探究
知識點1 能量的轉(zhuǎn)化
2.能量的轉(zhuǎn)化。
給手機充電
“土豆”電池
電能
化學能
電能→化學能
化學能→電能
→機械能
新知探究
知識點1 能量的轉(zhuǎn)化
2.能量的轉(zhuǎn)化。
電燈通電
太陽能電池板
電能
光能
電能→光能
光能→電能
新知探究
知識點1 能量的轉(zhuǎn)化
劃火柴
蒸汽機
使用電池
電動機
發(fā)電機
手機充電
太陽能電池
新知探究
知識點1 能量的轉(zhuǎn)化
2.能量的轉(zhuǎn)化。
電水壺、電飯煲
溫差發(fā)電
內(nèi)能
電能
電能→內(nèi)能
內(nèi)能→電能
新知探究
知識點1 能量的轉(zhuǎn)化
2.能量的轉(zhuǎn)化。
熾熱的鐵水發(fā)光
太陽灶燒水
內(nèi)能
光能
內(nèi)能→光能
光能→內(nèi)能
新知探究
知識點1 能量的轉(zhuǎn)化
2.能量的轉(zhuǎn)化。
植物的光合作用
螢火蟲發(fā)光
化學能
光能
光能→化學能
化學能→光能
新知探究
知識點1 能量的轉(zhuǎn)化
劃火柴
蒸汽機
使用電池
電動機
發(fā)電機
手機充電
太陽能電池
溫差發(fā)電
太陽灶
熾熱的鐵水
光合作用
螢火蟲發(fā)光
新知探究
知識點1 能量的轉(zhuǎn)化
3.能量的轉(zhuǎn)移。
烤爐烤肉
西電東送
內(nèi)能的轉(zhuǎn)移
電能的轉(zhuǎn)移
牛頓擺
機械能的轉(zhuǎn)移
新知探究
知識點2 能量守恒定律
想想議議
停止用力，擺動的秋千會越擺越低；掉在地上的彈性小球會跳起，但是越跳越低。
討論秋千和小球在運動中的能量轉(zhuǎn)化。
為什么它們到達的高度會逐漸降低 是否丟失了能量
你認為減少的機械能到哪里去了
新知探究
知識點2 能量守恒定律
視
頻
在秋千和小球的運動中，看似能量減少了，其實是在運動過程中，有一部分機械能轉(zhuǎn)化成了內(nèi)能。
新知探究
知識點2 能量守恒定律
能量既不會憑空消失，也不會憑空產(chǎn)生，它只會從一種形式轉(zhuǎn)化為其他形式，或者從一個物體轉(zhuǎn)移到其他物體，而在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的過程中，能量的總量保持不變。這就是能量守恒定律 (law of conservation of energy )。
能量守恒定律是自然界最普遍、最重要的基本定律之一。大到天體，小到原子核，無論是物理學的問題還是化學、生物學、地理學、天文學的問題，所有能量轉(zhuǎn)化的過程，都遵循能量守恒定律。
1.內(nèi)容
新知探究
知識點2 能量守恒定律
燃油汽車
電動汽車
化學能
（燃料）
內(nèi)能
（燃氣）
燃 燒
機械能
（汽車）
做 功
電能
（電池）
機械能
（汽車）
電動機
化學能＝機械能
電能＝機械能
能量的總量不變
＋內(nèi)能
＋內(nèi)能
發(fā)動機和周圍環(huán)境的內(nèi)能
發(fā)動機和周圍環(huán)境的內(nèi)能
新知探究
知識點2 能量守恒定律
能量守恒定律的發(fā)現(xiàn)，使人們認識到：任何一部機器，只能使能量從一種形式轉(zhuǎn)化為其他形式，而不能無中生有地制造能量。
2.永動機不可能造出。
不少人曾經(jīng)設想制造一種不需要動力就可以源源不斷地對外做功的機器，人們把這種機器叫作永動機。
因此，根本不可能造出永動機。
如圖是一種設想中的永動機，它通過高處的水流沖擊葉片，使葉片轉(zhuǎn)動來對外做功，同時帶動抽水機將水從低處抽到高處，從而循環(huán)工作。你能不能從能量守恒的角度說明它為什么不能一直工作下去
想想議議
新知探究
知識點2 能量守恒定律
高處水槽水的勢能
克服砂輪摩擦做功
帶動抽水機做功→高處水槽水的勢能
分析：能量守恒定律知： 高處水槽不能帶動等質(zhì)量水回到高處，高處水槽最終會干涸。
視
頻
新知探究
知識點2 能量守恒定律
解析：
能量轉(zhuǎn)化
例1.某智能百葉窗的葉片上貼有太陽能板，在光照時發(fā)電，給電動機供電以調(diào)節(jié)百葉窗的開合。該過程中發(fā)生的能量轉(zhuǎn)化是（ ）
A.電能→機械能→光能 B.光能→機械能→電能
C.光能→電能→機械能 D.機械能→電能→光能
C
典型例題
“太陽能板，在光照時發(fā)電”
太陽能→電能
“給電動機供電以調(diào)節(jié)百葉窗的開合”
電能→機械能
典型例題
例2.關于能量，以下判斷正確的是（ ）
A.太陽能電池板可將光能轉(zhuǎn)化為化學能
B.騎自行車時，人的化學能轉(zhuǎn)化為機械能
C.滑梯上勻速下滑的小孩機械能不變
D.只要結(jié)構(gòu)科學合理，永動機是可以制造出來的
B
電能
減小
不可能制成永動機
解析：
能量轉(zhuǎn)化和守恒。
能量的轉(zhuǎn)化與守恒
內(nèi)容
能量守恒定律
能量的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移
課堂小結(jié)
永動機是不存在的
科學世界
對熱的本質(zhì)的認識過程
熱是一種常見的現(xiàn)象。熱是什么
17世紀以后，根據(jù)摩擦生熱的現(xiàn)象，不少物理學家都認為熱是一種特殊的運動形式，但是這種看法由于缺乏精確的實驗證據(jù)，還不能形成科學的理論。
熱質(zhì)說將熱看成一種沒有質(zhì)量或不可稱量的流質(zhì)——熱質(zhì)，認為熱質(zhì)不生不滅，存在于一切物體之中，物體的冷熱程度，取決于其中所含熱質(zhì)的多少。到了18世紀，熱質(zhì)說由于能夠解釋某些實驗結(jié)果，因而在當時獲得了承認。熱質(zhì)說對摩擦生熱的解釋是，摩擦并沒有改變熱質(zhì)的總量，但物質(zhì)在摩擦時比熱容降低了，因此摩擦可以使物體的溫度升高。
1798年，英國物理學家倫福德發(fā)現(xiàn)鉆孔鉆下的金屬屑具有極高的溫度，甚至可以使水沸騰。倫福德認為，由摩擦所生的熱，來源似乎是無窮無盡的，要用熱質(zhì)說解釋摩擦生熱現(xiàn)象，鉆下的金屬屑的比熱容要改變很大才行。于是他設計并做了一系列實驗，發(fā)現(xiàn)鉆下的金屬屑的比熱容在摩擦時
科學世界
對熱的本質(zhì)的認識過程
并沒有降低。根據(jù)實驗結(jié)果，倫福德斷言熱質(zhì)說不足為信，應當把熱看成一種運動形式。熱質(zhì)說的統(tǒng)治地位開始動搖了。
1799年，英國化學家戴維做了更加嚴格的實驗，有力地打擊了熱質(zhì)說。
此后，科學家進一步研究了熱和做功的關系，特別是英國物理學家焦耳做了大量實驗，定量地研究了熱和功的關系，證明做了多少機械功，就有多少機械能轉(zhuǎn)化成與熱相關的能量。焦耳的工作表明熱不是一種特殊的物質(zhì)，同時為能量守恒定律奠定了基礎。
能量守恒定律的建立，徹底否定了熱質(zhì)說，同時為分子動理論的發(fā)展開辟了道路。人們認識到：宏觀的熱現(xiàn)象原來是物體內(nèi)部大量分子的無規(guī)則運動的表現(xiàn)，物體內(nèi)部的能量就是前面講過的內(nèi)能。熱量不表示物質(zhì)所含“熱質(zhì)”的多少，而表示在熱傳遞過程中傳遞的能量的多少。
透過表面現(xiàn)象追求背后的本質(zhì)，這是科學家尋根究底、追求真理精神的體現(xiàn)。
隨堂練習
1. 生活中能量轉(zhuǎn)化的實例很多，下列描述中正確的是（　　）
A．摩擦生熱是把內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能
B．燃料燃燒放熱是把內(nèi)能轉(zhuǎn)化為化學能
C．電動機帶動水泵把水送到高處是把電能轉(zhuǎn)化為機械能
D．摩擦起電是把電能轉(zhuǎn)化為機械能
機械能→內(nèi)能
化學能→內(nèi)能
機械能→電能
C
隨堂練習
2. 如圖為中國03式遠火彈道導彈發(fā)射時的情景。發(fā)射后導彈加速升空，機械能______（選填“變大”“變小”或“不變”）。導彈引爆后會產(chǎn)生極大的破壞力，引爆時______能被釋放出來，轉(zhuǎn)化為內(nèi)能、光能等，這一過程能量的總量______（選填“變大”“變小”或“不變”）。
解析：“加速升空”機械能變大；引爆后，化學能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能、光能等能量時能量守恒。
變大
化學
不變
隨堂練習
3. 如圖展示的是“風光互補”景觀照明燈。它的最上端是一臺風力發(fā)電機，燈柱上還配有太陽能電池板，底部的蓄電池可以儲存電能。請說明這種景觀照明燈在儲能和照明時有哪些能量轉(zhuǎn)化。
儲能時，風力發(fā)電機將機械能轉(zhuǎn)化為電能，太陽能電池板將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，蓄電池再將電能轉(zhuǎn)化為化學能儲存起來；
照明時，蓄電池將化學能轉(zhuǎn)化為電能，電燈再將電能轉(zhuǎn)化為光能。
解析：
隨堂練習
4. 如圖甲是運動員在2022年北京冬奧會自由式滑雪大跳臺訓練的情境。運動員從60 m高的跳臺上的A點自由滑下，從B點沖出，如圖乙所示。運動員在空中能否達到與A點高度相同的C點 為什么
不能；因為運動
員在空中受到空氣阻
力，一部分機械能轉(zhuǎn)
化為內(nèi)能，機械能的總量減小，所以他不能到達與A點高度相同的C點。
解析：
甲 乙

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