12.3 能量转化的方向性 课件-2022-2023学年高二下学期物理沪科版（2020）选择性必修第三册

12.3能量转化的方向性 这章我们要研究的是电路中的能量是怎样转化的?用能量守恒定律推导出的闭合电路的规律是怎样的?自然界存在哪些能源?能源的利用与可持续发展有着怎样的关系? 人类的活动离不开能量。大量的事例说明，自发的能量转移或转化过程具有方向性。在能源的利用过程中，能量虽然是守恒的，但是可利用的品质降低了。为了人类的可持续发展，需要我们节约能源和保护环境。 01.电路中的能量转化 问题：以上用电器工作时能量是怎样转化的？ 电热水壶工作时： 电熨斗工作时： 电灯工作时： 电风扇工作时： 电动机工作时： 蓄电池充电时： 电能内能 电能光能和内能 电能机械能 电能机械能 电能内能 电能化学能 问题：功是能转化的量度，电能转化为其他形式的能，是通过什么做功来实现？ 答：通过电流做功来实现的。 问题：电流做功怎样理解？或者说电流做功的本质是什么？ 答：电流做功的本质是导体中有恒定电场，自由电荷在静电力作用下定向移动，这个静电力在做功。 问题：电流做功时能量是怎样转化的？ 答：静电力对自由电荷做正功，电荷的电势能（其实电势能就是平时我们说的电能）减少，其他形式的能增加。 如图所示的一段电路，电流强度为I，两端电压为U，电荷从左向右定向移动经过这段电路所用的时间为t，在这个过程中电流做了多少功。 4.额定功率和实际功率：用电器铭牌上所标称的功率是额定功率.用电器在实际电压下工作的功率是实际功率． 用电器只有在额定电压下工作时实际功率才等于额定功率． 几种常见家用电器的额定功率 用电器 29寸彩电 电熨斗 电冰箱 微波炉 台灯 额定电压（V） 220 220 220 220 220 额定功率（W） 80～150 300～800 100～150 800～1200 40～60 D 　 在真空中，电场力对电荷做正功时，减少的电势能转化为电荷的动能；在金属导体中，在电场力作用下做加速运动的自由电子频繁地与离子碰撞，把定向移动的动能传给离子，使离子热运动加剧，从而将电能全部转化为内能． 电流通过导体时产生热量的多少与哪些因素有关呢? 三、焦耳定律、热功率 结论1.在通电电流和通电时间相同的条件下，电阻越大，电流产生的热量越多. 结论2.在电阻和通电时间相同的条件下，电流越大，电流产生的热量越多. 结论3.在通电电流和电阻相同的条件下，通电时间越长，电流产生的热量越多. 实验结论： 能量转化的方向性是指内能和其他形式的能量(如电能、机械能等)的相互转化具有方向性。电能和机械能可以无条件地(自发地)转化为内能，而内能不可无条件地转化为电能和机械能。 秋千在来回摆动许多次后总会停下来，它通过克服阻力做功而使其机械能转化为内能。同样，我们也从未观察到相应的逆过程:传到空气中的这部分内能重新自发地转变为机械能而使秋千恢复摆动。 热传递、气体自由膨胀、分子扩散、摩擦生热……这些现象的逆过程并不违反能量守恒定律，却从未能自发地发生。大量事实表明，自然界中的一切实际变化都具有方向性。朝某个方向的变化是可以自发发生的，相反方向的变化却是受到限制的。如果要使变化了的事物重新恢复到原来的状态，一定要外界施加影响，或者对外界产生影响，这就是自然过程的不可逆性。 在自然界发生的种种变化中，能量的总值虽然保持不变(守恒)，但是能量可被利用的价值却越来越小，也就是说能量是在退降。 对于人类来说，既需要内能，更需要机械能和电能。内能在转化为机械能的过程中，总有一部分要散发到温度较低的环境里，只有部分内能可成为有用的机械能，另一部分成了“废品”。 从这个意义上说，内能是一种可被利用价值 低的能量。如果其他形式的能量通过摩擦、碰撞、燃烧等过程转化成内能，其能量的可被利用的价值就降低了。 由于自然过程的不可逆性，如果一个系统的内能增加，这个系统就永远无法依靠自身的作用(自发地)回到原先的状态，除非系统依靠外界的帮助。而“外界的帮助”往往会更多地消耗其他形式的能量，又将产生出更多的内能来。 当我们使用地球上的能源时，并不会减少地球上能量的总量，但是能量的可利用价值在降低。例如，汽车行驶时要消耗汽油，汽油在发动机中燃烧，将一部分内 能转化为驱动汽车行驶的机械能、一部分内能使发动机整体升温而传到空气中，还有一部分内能被汽车排气管排出的废气带走，后两部分内能就很难再利用了。 目前，人类消耗的能量主要来自煤炭、石油、天然气等物质。这些能源在地球上的总储量是有限的，燃烧使用后在几百年，乃至几千年内是无法再生的。如果人类不研究和开发新能源，能源危机就会迫在眉睫。所以，为了解决能源危机，世界各国都在积极研究和开发可再生能源和核能等。 练习1．一个标有“1 kΩ　40 W”的电阻器，下列说法错误的是(　　) A．允许长期通过它的最大电流是0.2 A B．额定电压是200