3.8 能量的转化与守恒（同步课件）-【上好课】2024-2025学年九年级科学上册同步精品课堂（浙教版）

3.8 能量的转化与守恒 浙教版九年级科学上册 第三章 能量的转化与守恒 我们知道，动能和势能之间可以相互转化。那么，其他形式的能量是否也会发生相互转化呢?能量在转化过程中遵循什么规律? 一、能量的相互转化 (1)能量可以在两个物体之间转移,能量形式也可以转化。 ①太阳能的转化 ②人体能量的来源及转化:人体所需的能量都来自于食物,食物被吸收的过程,是食物的化学能转化为人体的内能、电能、机械能等能量的过程。 一、能量的相互转化 (2)能量转化的普遍性: 自然界中的能量有多种表现形式，如机械能、内能、化学能、电能、电磁能、核能等。 自然界中各种形式的能量不是孤立的,它们可以在一定的条件下发生转化,能量也可以在同一物体或不同的物体间相互转移。能量转化是普遍现象,自然界中物质运动形式的变化中伴随着能量的相互转化。 一、能量的相互转化 下列物体具有哪种形式的能量?物体的能量发生怎样变化? 一、能量的相互转化 能量可以在两个物体之间转移，能量形式也可以转化。能量转化的现象在我们周围经常发生。如图3-97所示，太阳光照射到绿色植物的叶片上，叶片通过光合作用把水和CO₂合成为淀粉等有机物质，将电磁能(光能)转变为化学能储存在植物里;太阳光照射到大气层中，使大气产生对流,将电磁能转变为空气的动能;太阳光照射到太阳能热水器上，使水的温度升高，将电磁能转变为水的内能;太阳光照射到电池板上，将电磁能转化为电能。 一、能量的相互转化 人的生命活动和人体完成的各种动作，都需要能量。所有这些能量都来自于食物。人吃进各种食物，食物消化后被吸收的营养物质由血液输送到人体各处，食物的化学能转化为人体的内能、电能、机械能等，如图3-98所示。 一、能量的相互转化 我们每天都在使用电能，电能由发电厂提供。在火力发电厂中，燃烧煤或者天然气来加热水，水沸腾后产生的蒸汽驱动涡轮机转动，涡轮机带动发电机，发电机发出的电通过输电线传输到各地的用户，如图3-99所示。对于燃煤发电厂，电能是由化学能经过一系列能量转化后得到的。 如图 3-100 所示，青蛙从地上跃起捕捉害虫。在这个过程中，青蛙消耗了什么能?这些能量到哪里去了?青蛙获得了什么能?这些能量来自哪里? 一、能量的相互转化 大量事实表明，自然界中各种形式的能量都不是孤立的，不同形式的能量之间会发生相互转化，能量也会在不同的物体间相互转移。各种形式的能量之间的转化是非常普遍的现象，自然界中物质运动形式的变化总伴随着能量的相互转化。平常我们所说的“消耗能量”、“利用能量”或者“获得能量”，实质上就是能量相互转化或转移的过程。 氢氧化钠在水中溶解，温度会升高;硝酸铵在水中溶解，温度会降低。这两种物质在溶解过程中，能量的形式各发生了怎样的转化? 例1.目前长沙城区的老居民小区正在进行水路改造,改造中用到了一种打孔工具一冲击钻。冲击钻工作时,钻头在电动机的带动下不断地冲击墙壁，打出圆孔,如图3-8-1所示。冲击钻在工作过程中,其能量转化关系是( ) A.内能转化为机械能 B.内能转化为电能 C.只有机械能和内能的转化 D.有电能、机械能和内能的转化 【答案】D 【解析】冲击钻工作时,钻头在电动机带动下不断地冲击墙壁,打出圆孔,电动机工作时电能转化成机械能和一小部分的内能;钻头冲击墙壁,克服摩擦做功，机械能又转化成内能,使钻头内能增加,温度升高,由此分析,在该过程有电能、机械能和内能的转化。 二、能量的转化与守恒定律 能量由一种形式转化为另一种形式的过程中，能量的多少是否发生变化? 如图 3-102 所示，用电动机提升重物时，电动机消耗的电能，是否都转化为重物的机械能?是否还转化为其他形式的能量?如果把转化后的各种形式的能量全部加起来，是否跟电动机消耗的电能相等? 二、能量的转化与守恒定律 大量事实告诉我们，在能量的形式发生相互转化的过程中，某种形式的能量减少了多少，另一种形式的能量一定会相应地增加多少。同样，某种形式的能量增加了多少，另一种形式的能量一定会相应地减少多少，而能的总量保持不变。也就是说:能量既不会消灭，也不会创生，它只会从一种形式转化为另一种形式，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，能的总量保持不变。这就是能量转化和守恒定律。 二、能量的转化与守恒定律 能量转化和守恒定律是自然界最普遍、最重要的基本定律之一。无论是机械运动，还是生命运动;无论是宇宙天体，还是微观粒子，都遵循这个定律。 能量转化和守恒定律是许多科学家经过长期探索，于19世纪中叶建立起来的。它是科学史上最重大的发现之一，它把各种自然现象统一起来，描绘出一幅自然界普遍联系的世界图景。 二、能量的转化与守恒定律 达·芬奇(Leonardoda Vinci，1452~1519)曾设计了一个“永动机”:一只圆轮，里面装有可以自由滚动的重钢球，如图3-103 所示。利用隔板的特殊形状，使轮子一边的钢球总是滚到另一边距离轮心远些的地方，这样，在钢球的重力作用下，轮子便会转动不息。你认为这个“永动机”能旋转不息吗?为什么? 二、能量的转化与守恒定律 (3)永动机一不可能成功 所谓“永动机”是指不消耗任何能量和燃料,却能源源不断对外做功的机器。而事实证明,能量在转化过程中只要运动,摩擦就是不可避免的,就会产生热,这样运动的能量就会减少,如果不补充能量,运动就会停止。“永动机”不可能成功的事实告诉我们,违反能量转化和守恒定律的事件是不可能发生的。能量是不可能凭空创造出来的。即所谓的“消耗能量”“利用能量”“获得能量”的实质是能量相互转化或转移的过程。 二、能量的转化与守恒定律 (4)机械能守恒与能量守恒定律的区别 ①机械能守恒是有条件的一没有能量损失或额外的能量补充,因为机械能守恒是指一个物体如果只存在着动能和势能之间的转化时,机械能的总量将保持不变。如果存在机械能与其他形式能之间的转化,机械能总量发生改变,机械能不再守恒,例如克服摩擦做功,机械能的总量将减少，损失的机械能将转化为其他形式的能。 ②能量守恒定律的成立不需要条件。这是因为能量转化形式是多样的,可以在机械能、内能、化学能、电能、光能、声能间相互转化,不限于动能和势能之间的转化,在转化过程中,一种形式的能减少,另一种形式的能必然增加,能的总量保持不变。 三、能量的转移和转化的方向性 “永动机”不可能成功的事实告诉我们，违反能量的转化和守恒定律的事件是不可能发生的。那么，遵循能量的转化和守恒定律的事件是否一定会发生呢?让我们看两个事例。 当一块炽热的铁块投入水中时，内能从铁块传递给水，从而使铁块的温度降低，水的温度升高，最后两者达到相同的温度。但是，相反的过程并不会自发地发生。铁块不可能自发地从同温度的水中吸收热，使自己变得炽热，尽管这一过程并不违反能量转化和守恒定律。 当杂技演员沿竹竿下滑时，演员的重力势能有一部分转化为手和竹竿的内能，使手和竹竿的温度升高。但是，相反的过程也不会自发地发生，即手和竹竿不可能自发地降低温度，而使人的位置升高，尽管这一过程也不违反能量转化和守恒定律。 三、能量的转移和转化的方向性 (1)内能总是自发地从高温物体转移到低温物体，而不能从低温物体自发地转移到高温物体。如烧杯中的热水变冷等,是内能自发地从高温物体转移到低温物体。电冰箱、空调制冷,都是从低温物体的内部吸热，向外面放热，使内能从低温物体转移到高温物体。这种转移不是自发地进行的,必须要有附加的条件:消耗电能，电动机(压缩机)做功。 (2)机械能可自发地转化为内能,但内能无法自发地转化为机械能。如汽车制动刹车时,由于摩擦,机械能变成地面、轮胎及空气的内能,但是这些内能不能再次转化为汽车的机械能而使汽车重新启动。 可见,能量的转移和转化是有一定的方向性的。能量可以自发地朝一个方向进行,但不能自发地朝反方向进行。 请你举例加以说明，能量的转移和转化有一定的方向性有什么实际意义? 例2.汽车在刹车过程中,因摩擦将能转化为地面、轮胎和空气的_______。转化后,这些能将无法再自动转化为使汽车行驶所需要的能量,这种现象说明能量的转化具有__性,但在能量的转化和转移过程中,能的总量保持_____。 【答案】机械；内能；方向；不变 【解析】解析:汽车在刹车过程中,因摩擦将机械能转化为地面、轮胎和空气的内能。转化后,这些能将无法再自动转化为使汽车行驶所需要的能量，这种现象说明能量的转化具有方向性,但在能量的转化或转移过程中,能的总量保持不变。 生产和生活中需要消耗大量能量。请判断下列活动中，属于利用化学能的是 (　　) A．发射航天器 B．水车转动 C．太阳能供热 D．风力发电 课堂小练习 【答案】A 【解析】A.发射航天飞机过程中燃料燃烧有新物质生成，属于化学变化，故A符合题意； B.水车汲水灌溉过程中没有新物质生成，属于物理变化，故B不符合题意； C.太阳能供热过程中没有新物质生成，属于物理变化，故C不符合题意； D.风力发电过程中没有新物质生成，属于物理变化，故D不符合题意。 故选A。 下列关于能量转化的实例中，你认为说法正确的是 (　　) A．水轮机带动发电机发电——电能转化为机械能 B．燃料燃烧——化学能转化为内能 C．植物光合作用——光能转化为内能 D．给蓄电池充电——化学能转化为电能 【答案】B 【解析】A.水轮机带动发电机发电，将机械能转化为电能，故A错误； B.燃料燃烧都是将化学能转化为内能，故B正确； C.植物进行光合作用的过程中，将太阳能转化为化学能，故C错误； D.给蓄电池充电时，把电能转化成化学能储存在电池里，故D错误。 故选B。 课堂小练习 下列关于能量的说法中，正确的是 (　　) A．被大风摇动的树干不具有能量 B．我们吃的瓜果蔬菜等食物都含有能量 C．被拉伸的弹簧具有能量，而被压缩的弹簧不具有能量 D．水库中的水不具有能量，只有当它从水库中流下时才具有能量 课堂小练习 【答案】B 【解析】A.被大风摇动的树干具有机械能量，故A错误；。 B.我们吃的瓜果蔬菜等食物中都含有能量，故B正确； C.被拉伸的弹簧具有能量而被压缩的弹簧也具有能量，故C错误； D.水库中的水具有重力势能，故D错误。 故选B。 课堂小练习 【答案】C 【解析】A.塑料小花不是真正的植物，其叶子不能进行光合作用，故错误； BC.电流驱动电动机使小花左右摆动，将电能转化成机械能，故B错误，C正确； C.花盆表面的太阳能电板在光照下产生电流，将太阳能转化为电能，符合题意； D.小花没有将动能转化为化学能的条件，故D错误。 故选C。 有一种在阳光下能不断摇摆的塑料小花(如图所示)，花盆表面的太阳能电池板在光照下产生电能驱动电动机，使小花左右摆动。下列有关该小花摆动过程中能量转化的描述正确的是(　　) A．叶片将光能转化为化学能 B．电动机将机械能转化为电能 C．电动机将电能转化为机械能 D．小花将机械能转化为化学能 课堂小练习 【答案】A 【解析】新能源汽车要给电池充电，消耗电能，电动车行驶要消耗电池释放的电能，A正确。 故选：A。 出行是人们工作、生活必不可少的环节，出行的工具多种多样，使用的能源也不尽相同。新能源汽车所消耗能量的类型是（　　） A．电能 B．风能 C．太阳能 D．声能 课堂小练习 【答案】A 【解析】如图所示，用柠檬制得的水果电池可以让发光二极管发光(类似小灯泡发光)。在这个化学变化过程中，化学能首先转化成了点电能，然后电能转化为二极管的光能； 故答案为：A 如图所示，用柠檬制得的水果电池可以让发光二极管发光(类似小灯泡发光)。在这个化学变化过程中，化学能首先转化成了 (　　) A．电能 B．光能 C．热能 D．化学能 $$