11.2 能量转化的方向性和效率-【教材解读】2023秋九年级下册初三物理（教科版)

２．能量转化的方向性和效率 知识点一　能量转化的方向性 问题探究:能量转化的方向性 情景假设 情景描述 一杯水静置一段时间后,其中的一部分水 自行从另一部分水中吸取热量,沸腾成水 蒸气,另一部分水则内能减少,凝结成冰 枯萎的花儿,自发从空气中吸取能量和水 分,重焕青春 坡底的巨石从周围环境中获取能量,滚向 坡顶 从北京开到天津的汽车,掉转车头,汽车 可以不再消耗新的燃料,从空气中、已排 放的尾气中吸取能量,返回北京 探究归纳:很明显这些过程都是不可能实现的,我们 在现实生活中也从未看到这样的现象.自然界中许 多自发的过程都是有方向性的,就像水总是自发地从 高处流向低处,能量的转移或转化也是有方向性的. 能量的转移和转化的方向性 (１)能量转移的方向性 刹车 过 程 机 械 能 变 成 内 能 散失到空气中. 空调的制冷 空调 的 制 冷 其 实 是 把 室 内 的热量搬到室外,室内温度 低,室 外 温 度 高,这 似 乎 违 背了 能 量 转 移 的 方 向 性. 但我们需要注意,空调工作 的过 程 中,消 耗 了 电 能,空 调压缩机做功了,所以能把 能量 从 低 温 物 体 转 移 到 高 温物体. ５７ 能量的转移和转化具有方 向性. 电动车中的能量去向 (２)能量转化的方向性 能量转移、转化的方向性与节约能源 涉及热现象的能量转化过程是有方向性的,消耗掉的 内能不能被收集起来再利用,如图所示. 每一次能量的利用,都会减少世界上可利用的、便于利 用的能量的总量.这就是能量虽然守恒我们仍要节约 能源的原因. 【例１】汽车刹车的过程,伴随着能量从机械能转化为内 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 无法自发地转化为机械能再用来驱动汽车,这是因为 能量的转移和转化具有　　　　性. 解析:汽车刹车的过程,伴随着能量从机械能转化为内 能,内能散失到空气中,据能量守恒定律可知,此过程 能量的总和是不变的;散失到空气中的内能无法自发 地转化为机械能再用来驱动汽车,这是因为能量的转 移和转化具有方向性. 答案:不变　方向 知识点二　能量转化中的效率 现象探究:能量转化过程中能量的去向 事例 转化前 的能量 转化后的能量 被利用的能量 不能被利用的能量 电炉烧水 电能 水吸收的能量 散发到大气中和壶体吸 收的能量 ６７ 续表 事例 转化前 的能量 转化后的能量 被利用的能量 不能被利用的能量 电动机 工作 电能 机械能 电动机线圈发热消耗的 电能 汽油机 工作 化学能 机械能 散失到环境中的能量 探究归纳:能量利用过程中,能量损失不可避免. 能量转化效率 (１)在能量的转化中的几个概念(以天然气烧水为例) (２)能量转化效率 为了进一步描述这些过程,人们定义了能量的转化效率: 能量转化效率η＝ 输出有效能量 输入能量 (３)能量转化效率总小于１ 在任何情况下,η都小于１.因为能量在转化过程中, 要克服自身重力、摩擦等因素做功而消耗部分能量; 同样,能量在转移过程中,也不可避免地散失到空气 中或其他相接触的物体上,所以最终有效利用的能量 总要小于转化之前的总能量.所以提高能量转化的效 率是节能问题的核心,是可持续发展的重要措施之一. 三种效率的比较 项目 机械效率 热机效率 能量转化效率 物理 意义 有用功 占总功 的比例 热机用来做有用功的能 量与燃料完全燃烧放出 的能量之比 输出 有 效 能 量占 输 入 能 量的比例 公式 η＝ 有用功 总功 η＝ 热机所做有用功的能量 燃料完全燃烧释放的能量η＝ 输出有效能量 输入能量 相似点 都表示能量的转化效率 汽车尾气的大量排放,不仅 污染环境,还降低了能量转 化的效率. 汽车的能量流向 ７７ 热 机 效 率 与 燃 料 的 种 类、 燃料 的 质 量、热 机 的 工 作 时间、做 功 的 多 少 都 没 有 关系.热机的效率与热机 功率的大小也没有关系. 【例２】某电动机的工作效率是８３％,从能量的转化看,它 表示电动机工作时 (　　) A．总共消耗了８３％的电能 B．将８３％的电能转化成机械能 C．将８３％的电能转化成内能 D．将８３％的机械能转化成电能 解析:电动机工作时主要将电能转化为机械能,电动机 的工作效率是８３％,表示其用来做有用功的机械能占 消耗电能的总量的８３％,即将８３％的电能转化成机械 能,故B说法正确. 答案:B １．有关能源与可持续发展 的说法正确的是 (　　) A．能量是守恒的,故不会 有能源危机 B．涉及热现象的能量的 转移与转化具有方向 性,如消耗掉的内能不 能收集起来再利用,因 此要节约能源 C．水能清洁、安全,因此 修建水电站利用水能 发电,有百利而无一害 D．内能可以自发地完全 转化为机