20.1 能量的转化与守恒（教学课件）-【上好课】九年级物理全一册同步高效课堂（沪科版）

第二十章 能源、材料与社会 上海科学技术出版社 义务教育物理课程标准实验教科书编写组  编著 能量的转化与守恒 第二十章 能源、材料与社会 第一节 学习目标 了解能量及其存在形式，能说出一些常见的能量名称，知道自然界中有多种形式的能量。(物理观念) 知道能量可以从一个物体转移到另一个物体，也可以从一种形式转化为另一种形式。(物理观念) 理解能量守恒定律，知道永动机不可能制成，并能自觉地利用能量守恒定律分析有关问题。(科学思维) 了解能量转移与转化的方向性。(物理观念) 能解释一些常见现象中的能量转化过程。(科学思维) 1 2 3 4 5 课堂总结 02 课后作业全解 03 学习新课 01 综合提升训练 04 目录导航 导入新课 自然界存在着各种形式的能量。例如：机械能、内能、电能、太阳能、化学能、核能等。 这些不同形式的能量可以相互发生转化吗？在转化的过程中有没有规律呢？ 学习新课 01 第一节 能量的转化与守恒 知识一、多种形式的能量 能量有机械能、内能、电能、光能、声能、磁能、化学能、核能等多种形式。我们已学过机械能、电能和内能等，下面将学习化学能和核能。 木材燃烧 1. 化学能 （1）概念：是由于化学反应而产生的能量。 （2）实例：木材的燃烧是一种化学反应，燃烧时产生的光和热就来源于木材里储存的化学能。食物也具有化学能，人们的生活、工作所消耗的能量就来源于食物里储存的化学能。 知识一、多种形式的能量 2. 核能 （1）概念：是由于核反应，物质的原子核结构发生变化而释放的能量。 （2）实例：原子弹、氢弹爆炸时释放的能量就来源于核能。 我国第一颗氢弹爆炸 我国第一颗原子弹爆炸 知识一、多种形式的能量 3. 交流与讨论 在日常生活和生产活动中处处都离不开能量。你能说出图中各种物体所具有的能量吗？ （a）山顶上的石块具有机械能；（b）滚动的足球具有机械能；（c）加热后的物体具有内能；（d）牛奶、面包和水果具有化学能；（e）导线中的电流具有电能。 【例题1】热机的特点是将燃料燃烧获得内能，然后通过做功驱动机器。它们都是利用了储存在燃料中的（　　） A．势能 B．电能 C．化学能 D．机械能 所有的燃料都储存了化学能，而热机工作的过程是将燃料的化学能转化为内能，再通过做功的方式将内能转化成机械能的过程，故ABD不符合题意，C符合题意。 故选C。 C 知识一、多种形式的能量 1. 能量的转移 同种形式的能量在不同物体之间或同一物体的不同部分之间发生转移，称为能量的转移。 知识二、能量的转移与转化 自然界中，能量不但可以从一个物体转移到其他物体，而且可以从一种形式转化为其他形式。 流水推动水轮机旋转： 水的机械能➛水轮机的机械能 热传递时，内能转移： 水的内能 ➛人体内能 2. 能量的转化 （1）能量转化的过程是一种形式的能转化为其他形式的能的过程。 （2）不同形式的能量可以在一定条件下相互转化，如图所示。 知识二、能量的转移与转化 ①钻木取火 ②水轮机带动发电机发电 ③LED灯发光 转化 机械能 内能 转化 机械能 电能 转化 电能 光能 3. 地球上能量的来源 我们生产、生活中利用的能量大都来自太阳能。太阳辐射向地球传递了巨大的能量。 （1）水能和风能 水 、空气的流动产生了水能和风能，而水、空气流动的能量来自吸收的太阳能。 知识二、能量的转移与转化 （2）煤、石油 、天然气等燃料中蕴含的能量 植物通过光合作用将太阳能转化为化学能储存在其体内，动物直接或间接地从植物中获取能量。古代的动物、植物遗体在地下或海底，经过一系列变化，变成了煤、石油、天然气等燃料。所以煤、石油 、天然气等燃料中蕴含的能量间接来自太阳能。 （3）直接利用太阳能：太阳能热水器、太阳能电池等。 常见能量的一些转化实例 知识二、能量的转移与转化 蓄电池放电 蓄电池充电 电动机 发电机 摩擦生热 蒸汽机 燃料燃烧 太阳能热水器 光合作用 蜡烛燃烧 电热器 地热发电 电灯 太阳能电池 打火石 太阳帆 炽热的铁水 知识二、能量的转移与转化 视频欣赏——《常见能量的种类》 【例题2】2024年5月，中国“嫦娥六号”任务搭载四个国际载荷成功发射升空。火箭发射时，燃料燃烧获得的能量使其加速升空，与该过程能量转化形式相同的是（　　） A．热机做功冲程 B．钻木取火过程 C．水力发电过程 D．物体上抛过程 火箭发射时，燃料燃烧获得的能量使其升空，该过程为内能转化成机械能。 A．热机做功冲程中内能转化成机械能，故A符合题意； B．钻木取火过程机械能转化成内能，故B不符合题意； C．水力发电过程为机械能转化成电能，故C不符合题意； D．物体上抛过程中克服阻力做功，机械能转化成内能，故D不符题意。 A 知识二、能量的转移与转化 故选A. 知识三、能量守恒定律 1. 分析能量守恒现象 （1）小球的摆动 小球摆动时，势能与动能不断地相互转化。当小球到达最高处时势能最大；随着小球的下降，势能逐渐减小，动能逐渐增大，势能转化为动能；当小球下降到最低点时，势能最小，动能则最大。 小球摆动的高度越来越低，最后停下来。说明这个过程中机械能减小了，而摆动过程中要克服空气阻力做功，使小球和周围空气的内能增大。 小球的摆动 知识三、能量守恒定律 （2）乒乓球的弹跳 从高处掉到地板上的乒乓球会先弹起后落下，落下又弹起，但是越跳越低，最终会静止下来。 这一过程中，小球的重力势能与动能不断地相互转化。乒乓球弹起的高度逐渐降低，说明总的机械能减小，而在这个过程中，乒乓球与地面碰撞及克服空气阻力做功，使乒乓球内能增大。 乒乓球弹跳的频闪照片 知识三、能量守恒定律 （3）跳动的小丑 如图所示的玩具小丑在跳动过程中，能量是如何转化的吗？ 玩具小丑向上跳时，弹簧恢复原长，弹性势能减少，小丑速度不为零，具有动能，小丑高度增加，重力势能增加。在小丑向上跳的过程中，弹性势能转化为动能和重力势能。 小丑跳动的幅度越来越小，最后停下来。说明这个过程中能量减小了，而跳动过程中要克服摩擦阻力做功，使小丑和周围空气的内能增大。 跳动的小丑 分析与总结 （1）小球、乒乓球和小丑的机械能减小，并不是能量丢失了，而是转化成了另一种形式的能——内能。 小球摆动次数越多，乒乓球弹起次数越多，阻力对它们做的功就越多，小球和乒乓球的内能增大就越多，而摆动和弹起的高度越低，机械能减小就越多，减小的机械能转化为增大的内能。 （2）可见，一个物体能量减小，并不是能量消失了，而是转移给了其他物体，或转化成了其他形式的能量；一个物体能量增大，并不是凭空产生了能量，而是从其他物体获得或从其他形式的能量转化而来。 知识三、能量守恒定律 知识三、能量守恒定律 能量既不会消灭，也不会创生，它只会从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到其他物体，而能的总量保持不变。 2. 能量守恒定律 能量守恒定律是19世纪自然科学的三大发现之一，也是自然界最普遍、最重要的基本规律之一，恩格斯把它称作“伟大的运动基本定律”。自然界的一切变化过程，小到原子世界，大到宇宙空间，只要有能量的变化，都无一例外地严格遵循能量守恒定律。 3. 对能量守恒定律的理解 （1）能量守恒定律的普遍性 能量守恒定律是自然界最普遍、最重要的基本定律之一 。 自然界中的一切变化过程，只要有能量转移 或转化，都遵循能量守恒定律。 （2）能量守恒定律包括“能量转化”和“能量转移”两个方面。 （3）永动机的失败：不消耗能量，能够永远对外做功的机器——永动机是不存在的，它违背了能量守恒定律。 （4）能量守恒定律的成立是无条件的。 能量从一种形式转化为其他形式，一种形式的能量减少多少，其他形式的能量就会増加多少；能量从一个物体转移到另一个物体上，一个物体的能量减少多少，另一个物体的能量就増加多少。能量的总量保持不変。 知识三、能量守恒定律 【例题3】如图是小球在地面弹跳的频闪照片， 下列说法中正确的是（　　） A．小球弹起的高度越来越小，说明此过程中能量不守恒 B．在此过程中小球的机械能总量是保持不变的 C．小球运动到相同的高度，具有相同的动能 D．在小球的运动中，有一部分机械能转化成了内能 AB．由图知，小球运动过程中弹起的高度越来越小，说明重力势能越来越小，同时速度越来越慢，也就是动能越来越小，所以小球的机械能减少；机械能减少的原因是克服与空气摩擦做功，与地面撞击做功，能量的总量是不变的，故AB错误； C．小球运动到相同的高度，质量不变，速度不同，动能不同，故C错误； D．在小球的运动中，与空气摩擦做功或与地面撞击做功，有一部分机械能转化成了内能，故D正确。 D 知识三、能量守恒定律 故选D. 知识四、 能量转移与转化的方向性 如图所示，瀑布飞流而下，这是因为：自然状态下水总是从高处流向低处. 1. 能量转移的方向性 如图所示，热水中的冰块逐渐熔化，这是因为：自然状态下热量总是从高温物体传递到低温物体. （1）观察以下日常生活中经常发生的一些现象，为什么？ 知识四、 能量转移与转化的方向性 （2）想一想，以下情况会发生吗? 你坐在房间里，房间里充满空气。突然，这些空气自行聚拢到某一个角落，使你窒息，如图所示。 一杯水的内能自发集中到这杯水的上层，使上面的水剧烈地沸腾，而下面的水却结成了冰，如图所示。 结论：这两幅图所示的情况并不违反能量守恒定律，但却不可能发生，这是为什么呢？原来，自然界中许多自发的过程都是有方向的，或者说 能量的转移是有方向的. 房间的空气会自行聚拢吗 上面的水自发地沸腾、下面的水自发地结冰，可能吗 知识四、 能量转移与转化的方向性 我们从石油中提炼出汽油，汽车内燃机工作时，把汽油中的化学能转化为汽车的机械能、内能等。 化学能 机械能 内能 这些机械能、内能无法再转化回可以被利用的能源。所以说 2. 能量转化的方向性 能量的转化是有方向的. 知识四、 能量转移与转化的方向性 典例分析： 钟表上紧发条工作，但终会停下，机械能完全转化为内能，没有任何外界的影响或帮助，是一个“自发过程”。 “自发过程”是一个不可逆的过程. 但是若要钟表自动从周围环境吸热，使这部分内能转化为发条的弹性势能是不可能做到的。 内能并非不可能转化为其他形式的能量，而是必须满足一定的条件，例如，热机就可以实现这样的转化，但这种转化必须满足一定的条件。 结论：能量的转移和转化是有方向性的. 我们是在能量转化或转移过程中利用能量的。所谓“永动机”是这样一种机器：它不需要外界输入能量或者只需要一个初始能量就可以永远做功。层出不穷的“永动机”设计方案，都在科学的严格审查和实践的无情检验下一一失败了。1775 年，法国科学院宣布“本科学院以后不再审查有关‘永动机’的一切设计”。 永动机的失败是由于违反了能量守恒定律，这种机械是不可能制造出来的‌。 3. 永动机 知识四、 能量转移与转化的方向性 一种“永动机”的设想 视频欣赏——《永动机》 知识四、 能量转移与转化的方向性 【例题4】如图所示是十三世纪法国亨内考设计的“魔轮”。轮子边缘上通过可以自由转动的铰链等距安装了12个相同的活动短杆，杆端分别套了一个相同的重球。亨内考认为由于右侧重球距离转轴较远，转轮会沿顺时针方向越转越快，即转轮的机械能会不断地增大。你认为这种说法是________（选填“正确”或“错误”）的，理由是__________ 。 魔轮在转动时，会存在能量损失，部分机械能转化为内能，根据能量的守恒定律，魔轮在无外力作用时，不会越转越快，所以亨内考的说法是错误的。 见解析 知识四、 能量转移与转化的方向性 错误 02 课堂总结 第一节 能量的转化与守恒 课堂总结 能量守恒 定律 能量既不会消灭，也不会创生，它只会从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到其他物体，而能的总量保持不变. ①能量形式：机械能、内能、电能、光能、声能、磁能、化学能、核能等。 ②不同形式的能量可以发生转化；同种形式的能量可以发生转移. 能量的转 移和转化 能量的 转化与守恒 ①能量的转移和转化是有方向性的。 ②永动机的失败是由于违反了能量守恒定律. 能量转移和 转化的方向性 03 课后作业全解 第一节 能量的转化与守恒 课后作业全解 1．说出下列过程中能量转化或转移的情况。 （1）启动汽车的发动机，汽车向前开。___________。 （2）滑滑梯时，臀部发烫。____________。 （3）利用电饭锅烧饭。_____________________。 （4）用太阳能电池板给十字路口的红绿灯供电。 ___。 （1）汽车向前运动是靠发动机来提供动力的，发动机将燃料燃烧的内能转化为汽车运动的机械能； （2）滑滑梯时，克服臀部和滑梯之间的摩擦力做功，机械能转化为内能； （3）电饭锅是利用电热来工作的，将电能转化为内能； （4）用太阳能电池板给十字路口的红绿灯供电，将太阳能转化为电能。 内能 →机械能 机械能 →内能 电能 →内能 太阳能 →电能 课后作业全解 2．雷电是大气中的放电现象，你能说出其中能量转化的方式吗 ? 雷电是大气中的放电现象，其能量转化方式主要包括电能转化为内能、光能和机械能（声波）。‌ 当电流在两块带电云间穿过时，会发热发光，这个过程消耗的是电能，得到的是内能和光能。‌ 课后作业全解 1. 地球会永远绕太阳运动吗？ 答：地球环绕太阳的运动称为地球公转，太阳是一颗恒星，发光、发热，太阳提供的能量来源于氢核聚变产生的能量。在高温和高压状态下，4个氢原子核经过一系列的聚变反应变成一个氦原子核，并释放大量的热量。按照现有的数据估算，目前，太阳大约46亿岁，正处于稳健的中年状态，太阳还可以再燃烧50亿年左右，如果太阳进入生命的尾声，那么地球也就不能绕太阳运动了。 课后作业全解 答：‌太阳的质量很大，但它不会永远为地球提供能量。‌太阳的能量来源于其内部的核聚变反应，这个过程会随着时间的推移逐渐减弱，最终导致太阳能量供应减少。 太阳通过核聚变将氢转化为氦，释放出巨大的能量。这个过程在太阳的核心持续进行，但随着时间的推移，太阳的核燃料会逐渐耗尽，导致核聚变反应减弱，进而影响地球接收到的太阳能。 2. 示例：太阳的质量很大，它是否会永远为地球提供能量? 04 综合提升训练 第一节 能量的转化与守恒 1. 在我国西藏高原地区，有一个羊八井地热区，地热电厂担负着拉萨市一部分电力供应。工作流程如图所示，经过地下井→汽轮机→发电机，其能量转化过程：将内能转化为______能再转化为____能. 机械 由图可知，地下井中热的水蒸气上升至汽轮机处驱动汽轮机转动，水蒸气的部分内能转化为汽轮机的机械能；发电机与汽轮机共轴，汽轮机带动发电机转动，产生感应电流，机械能转化为电能. 电 综合提升训练 2. 下列现象中，只发生能的转移而未发生能的转化的是（ ） A.行驶中的电动自行车 B.爆竹点燃后腾空而起 C.滚摆越滚越低 D. 热水在空气中逐渐变凉 D 行驶中的电动自行车，将电能转化为机械能；爆竹点燃时，火药的化学能转化为燃气的内能，燃气膨胀推动爆竹腾空而起，燃气的一部分内能转化为爆竹的机械能；滚摆越滚越低，是因为滚摆在运动过程中要克服空气的阻力做功，将机械能不断转化为内能，滚摆的机械能不断减少；热水在空气中逐渐变凉，是因为热水不断向空放热，热水的内能不断向空气转移，热水的内能逐渐减少，温度逐渐降低。 所以选D. 综合提升训练 综合提升训练 3．能量的转换是自然界普遍的现象。下列关于能量转换的分析错误的是（ ） A．水果电池：化学能→电能 B．发电机：电能→机械能 C．光合作用：光能→化学能 D．钻木取火：机械能→内能 A．水果电池，电池内部发生化学反应，而对外发电，因此是化学能转化为电能，故A正确； B．发电机是将机械能转化为电能，故B错误； C．光合作用是植物、藻类和某些细菌，在光的照射下，经过反应，利用光合色素，将二氧化碳和水转化为有机物，将光能转化成化学能储存在有机物中，故C正确； D．钻木取火过程中需要克服摩擦做功，将机械能转化为内能，故D正确。 B 故选B。 综合提升训练 4．不同形式的能量可以在一定条件下相互转化，如图中给出了两个实例，请你做一些补充。圆圈内A的能量形式是_____能，圆圈内B的能量形式是______能，序号⑤的实例有____________（选填“摩擦生热”或“燃料燃烧”）。大量事实表明，能量在转化和转移的过程中，能量的总量_______（选填“变小”、“不变”或“变大”） 不变 内 电 摩擦生热 由图知，电灯将电能转化为光能判断B能量为电能，加热器将电能转化为内能，故A为内能。 摩擦生热时克服摩擦做功，是通过做功改变物体的内能，机械能转化为内能。 根据能量守恒定律，能量在转化和转移的过程中，能量的总量不变。 综合提升训练 综合提升训练 5．下列对能量转化与守恒分析错误的是（　　） A．水电站主要将机械能转化为电能 B．由能量守恒定律可知，永动机是不可以制造成功的 C．太阳能热水器主要将太阳能转化为内能 D．由于能量不会凭空消失，所以内燃机会将内能全部转化成机械能 D 综合提升训练 A．水电站是将水的机械能最终转化为电能，故A正确，不符题意； B．能量既不会凭空消灭，也不会凭空产生，它只会从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到另一个物体，而在转化和转移的过程中，能量的总量保持不变。所有能量转化的过程都服从能量守恒定律。所以，永动机是不可能制造成功的，故B正确，不符合题意； C．太阳能热水器是吸收太阳能来加热水的，是将太阳能转化为内能，故C正确，不符合题意； D．由于能量不会凭空消失，内燃机在将内能转化为成机械能时，会有部分能量转移到空气中，不会全部转化成机械能，故D错误，符合题意。 故选D。 综合提升训练 6．如图是一位“发明家”设计的一种永动机，他想利用上水池中的水向下的冲力使水轮发电机发电，然后利用发电机发出电能驱动抽水机把下水池中的水再抽回上水池。 （1）发电机工作时能量是如何转化的？ （2）该永动机能否持续运转？请简要说明理由。 （1）发电机的原理是电磁感应，发电过程中发生的能量转化是机械能转化为电能。 （2）不能，在运转过程中，有摩擦等能量损失，还有用电器也消耗能量，最后装置会由于机械能消耗殆尽而停止下来。 Lavf58.45.100 Lavf58.45.100 $$