14.1能量的转化与守恒 （课件）2025-2026学年人教版九年级全一册物理

14.1能量的转化与守恒 第十四章 内能的利用 RJ 九年级 全一册 （2024） 火能驱散寒冷和黑暗，带来温暖和光明。摩擦生火第一次使人支配了一种自然力量，而蒸汽机的发明则给人类带来了巨大的动力。 将内能转化成机械能的各种热机广泛使用在汽车、火车、轮船、飞机和火箭上。热机是怎样将内能转化成我们需要的能量的？学习完这一章，你就会清楚了。 导入新课 太阳能如何让水变热？这里发生了什么能量变化？ 答：太阳能热水器将光能转化为内能 ，再通过热传递，把热量传递给水，实现水的加热。 导入新课 手机充电时，电能去了哪里？充电前后能量形式有何改变？ 答：手机充电时，电能通过电池内部的电化学反应，转化为化学能并储存在电池中。 导入新课 我们已熟知的能量 “家族成员” 机械能 内能 电能 化学能 光能 导入新课 小实验：用手快速来回弯折铁丝，感受铁丝温度变化。 思考：来回弯折铁丝时，我们消耗了什么能量？铁丝又获得了什么能量？能量形式发生了怎样的转变？ 来回弯折铁丝时，我们消耗身体里的化学能（吃饭获得的能量），通过肌肉用力传递给铁丝变成机械能 。铁丝内部摩擦生热，机械能又转化成内能，所以摸起来发烫。简单说就是：化学能→机械能→内能 。 简单总结：通过这个小实验，我们看到了不同能量形式之间似乎存在着某种联系，能够相互转化。 导入新课 在生活中，从日常电器的运转，到自然界的风云变幻，能量时刻都在发生着转化与转移。 那么，这些复杂的能量变化背后，是否存在着统一的规律？能量会凭空消失或产生吗？ 让我们带着这些疑问，开启今天的探索之旅 —— 能量的转化与守恒。 一、能量的转化和转移 （一）能量存在的形式 风能、核能、潮汐能等 光所具有的能量 物质发生化学变化时释放出来的能量 物体内所有分子热运动的动能和分子势能的总和 电具有的能够做功的能 物体具有的动能和势能之和 能量的常见存在形式 机械能 内能 光能 化学能 电能 其他形式的能量 一、能量的转化和转移 （二）能量的转化 在一定条件下，一种形式的能量转化成 形式的能量，这种现象叫作 。自然界中各种形式的能，在一定条件下 相互转化，伴随物体 而表现出来。 摩擦生热， 转化为 ；水电站里水轮机带动发电机发电， 转化为 ；电动机带动水泵把水送到高处， 转化为 ；植物吸收太阳光进行光合作用， 转化为 ；燃料燃烧时发热， 转化为 …… 能量转化其有普遍性。 另一种 能量的转化 都可以 做功 机械能 内能 电能 机械能 电能 机械能 光能 化学能 化学能 内能 一、能量的转化和转移 太阳能热水器 白炽灯 蜡烛燃烧 光合作用 蓄电池充电 蓄电池放电 发电机 电动机 热机 摩擦生热 地热发电 太阳能电池 燃烧 生命体活动 打火石 太阳帆 图14.1-2中给出了两个实例，请你来补充一些吧。 例题1：关于能量，下列说法正确的是（　 　） A．热水袋取暖时，内能转化为机械能 B．蓄电池充电时，电能转化为化学能 C．电动机工作时，机械能转化为电能 D．暖瓶塞跳起时，机械能转化为内能 B 一、能量的转化和转移 （三）能量的转移 1. 形式的能量，可以从一个物体 到另一个物体，或者从物体的一部分转移到另一部分。 2.实例： 同一种 转移 冬天我们晒太阳的时候，太阳的内能会转移到我们身上，让我们感觉暖和。 风具有机械能，吹动风力发电机的叶片转动，风的机械能转移到风力发电机的叶片上。 一、能量的转化和转移 （四）能量转化和转移的区别 1.能量转化时能量的形式 变化。例如 。在能量转化过程中，一种形式的能量增加，肯定有其他形式的能量 。 2.能量转移时能量的形式 变化。例如 . 。 发生了 并没有发生 减少 蜡烛燃烧时，蜡烛的化学能转化为光能和内能 用热水袋取暖时，内能从高温的热水袋 转移到人体 一、能量的转化和转移 深层理解： 正确理解能量的“转化”和“转移” 1.判断能量是发生转化还是发生转移的方法是看能量的形式是否发生变化。 2.在改变物体内能的两种方式中，做功改变内能实质上是能量的转化，热传递改变内能实质上是能量的转移。 例题2：自然界的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其他形式。如图所示的事例中，能量的形式发生了转移的是 （　 　） ①图甲：高温的电炉丝使周围的空气温度上升 ②图乙：流星从夜空快速滑过发出耀眼的光亮 ③图丙：试管中高温水蒸气弹出管口的橡胶塞 ④图丁：涨潮时海水涌入水坝冲击水轮机转动 A．①② B．②③ C．①④ D．②④ C 二、能量守恒定律 停止用力，摆动的秋千会越摆越低；掉在地上的弹性小球会跳起，但是越跳越低（图14.1-3）。 讨论秋千和小球在运动中的能量转化。 为什么它们到达的高度会逐渐降低？ 是否丢失了能量？你认为减少的机械能到哪里去了？ 答：高度逐渐降低，说明机械能减少了，但能量并没有丢失，实际上是通过摩擦或碰撞把机械能转化成了内能。 二、能量守恒定律 （一）能量守恒定律内容： 大量事实表明：能量 凭空消失， 凭空产生，它只会从一种形式 为其他形式，或者从一个物体 到其他物体，而在转化和转移的过程中，能量的总量 。这就是 。 既不会 也不会 转化 转移 保持不变 能量守恒定律 二、能量守恒定律 （二）理解能量守恒定律： 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。自然界中所有能量转化的过程，都遵循能量守恒定律。 2.能量守恒定律的确定性：能量转化过程中，一种形式的能量减少多少，其他形式的能量就会增加多少；能量转移过程中，一个物体的能量减少多少，其他物体的能量就会增加多少。在转化或转移前后，能量总量保持不变。 自然界中，能量是守恒的，但能源是不守恒的。 并不是某种形式能量的总量保持不变。 二、能量守恒定律 深层理解： 在能量转化过程中，往往存在某一种能量不守恒。如：从高空下落的篮球，每次弹起的高度都在减小，这是因为篮球的机械能在减少，而减少的机械能转化为了内能。在这一过程中，机械能不守恒，而总的能量却是保待不变的。 二、能量守恒定律 从日常生活到科学研究、工程技术，能量守恒定律都发挥着重要的作用。 例如，在行驶的燃油汽车中，燃料的 通过燃烧转化为燃气的 ，再通过发动机 把内能转化为 。在这个过程中，燃料的化学能一部分转化为机械能，一部分转化为发动机和周围环境的内能，能量的总量 。 化学能 内能 做功 机械能 不变 二、能量守恒定律 能量守恒 机械能守恒 区别 含义 转化和转移前、后，各种形式的能量的总和不变 转化前、后机械能的总和不变 应用条件 任何能量转化和转移的过程 只有动能和势能相互转化，即没有能量损失或额外的能量补充 联系 机械能不守恒时，能量仍守恒 （三）能量守恒定律与机械能守恒定律的区别与联系 二、能量守恒定律 （四）永动机 1.永动机： 。 你认为永动机可能实现吗？或者换句话说，你见过不加油不充电就能跑的汽车吗？ 答：在科学技术发展的历史上，从来没有一种永动机成功过。 不需要动力就可以源源不断地对外做功的机器 2.永动机不可能实现的原因 ①能量守恒定律的发现，使人们认识到：任何一部机器，只能使能量从一种形式转化为其他形式，而不能无中生有地制造能量。因此，根本不可能造出永动机。 ②能量在转化过程中只要有运动，摩擦就是不可避免的，从而产生热，这样运动的能量就会减少，如果不补充能量，运动最终就会停止，可见不需要动力却可以一直运动的机器也是不存在的。 二、能量守恒定律 二、能量守恒定律 二、能量守恒定律 右图是一种设想中的永动机，它通过高处的水流冲击叶片，使叶片转动来对外做功，同时带动抽水机将水从低处抽到高处，从而循环工作。你能不能从能量守恒的角度说明它为什么不能一直工作下去？ 答：水从高处落下的动能转化为被抽水机抽上去的水的重力势能和叶片对外做功的能量，由于能量守恒，被抽上去的水的重力势能小于从高处落下的水的动能，被抽上去的水少于落下的水；且机器运行时各个部件之间有摩擦，随着机器运行，抽上去的水越来越少，机器最终停止运行。 例题3：现在很多电动汽车为了节能安装了一套“能量回收装置”。在刹车时该装置可带动发电机发电，将机械能转化为电能储存起来，但轮胎与地面摩擦会产生大量内能，这些内能是无法自动转化成机械能供汽车运动的，这是因为能量的转移和转化具有___ __。此种“能量回收装置”工作时_____（选填“遵循”或“不遵循”）能量守恒定律。 遵循 方向性 例题4：下列关于能量守恒和转化的说法正确的是（　　） A．风力发电，说明能量可以凭空产生 B．汽车刹车，说明能量可以凭空消失 C．木炭燃烧，说明光能可以转化为化学能 D．钻木取火，说明机械能可以转化为内能 D 科学世界 对热的本质的认识过程 热是一种常见的现象。热是什么？ 17 世纪以后，根据摩擦生热的现象，不少物理学家都认为热是一种特殊的运动形式，但是这种看法由于缺乏精确的实验证据，还不能形成科学的理论。热质说将热看成一种没有质量或不可称量的流质——热质，认为热质不生不灭，存在于一切物体之中，物体的冷热程度，取决于其中所含热质的多少。到了 18 世纪，热质说由于能够解释某些实验结果，因而在当时获得了承认。热质说对摩擦生热的解释是，摩擦并没有改变热质的总量，但物质在摩擦时比热容降低了，因此摩擦可以使物体的温度升高。 科学世界 1798 年，英国物理学家伦福德发现钻孔钻下的金属屑具有极高的温度，甚至可以使水沸腾。伦福德认为，由摩擦所生的热，来源似乎是无穷无尽的，要用热质说解释摩擦生热现象，钻下的金属屑的比热容要改变很大才行。于是他设计并做了一系列实验，发现钻下的金属屑的比热容在摩擦时并没有降低。根据实验结果，伦福德断言热质说不足为信，应当把热看成一种运动形式。热质说的统治地位开始动摇了。 1799 年，英国化学家戴维做了更加严格的实验，有力地打击了热质说。 此后，科学家进一步研究了热和做功的关系，特别是英国物理学家焦耳做了大量实验，定量地研究了热和功的关系，证明做了多少机械功，就有多少机械能转化成与热相关的能量。焦耳的工作表明热不是一种特殊的物质，同时为能量守恒定律奠定了基础。 科学世界 透过表面现象追求背后的本质，这是科学家寻根究底、追求真理精神的体现。能量守恒定律的建立，彻底否定了热质说，同时为分子动理论的发展开辟了道路。人们认识到：宏观的热现象原来是物体内部大量分子的无规则运动的表现，物体内部的能量就是前面讲过的内能。热量不表示物质所含“热质”的多少，而表示在热传递过程中传递的能量的多少。 科学世界 1 用水发电时，水从高处流下冲击水轮机，水轮机转动并带动发电机发电。在这个过程中发生了哪些能量转化？ 答：在这个过程中发生了以下能量转化： ①重力势能转化为动能：水从高处流下，高度降低，速度增大，其重力势能转化为动能。 ②机械能转化为电能：水轮机转动带动发电机发电，发电机将机械能转化为电能。 2 图14.1-5 展示的是“风光互补”景观照明灯。它的最上端是一台风力发电机，灯柱上还配有太阳能电池板，底部的蓄电池可以储存电能。请说明这种景观照明灯在储能和照明时有哪些能量转化。 答：这种景观照明灯在储能和照明时的能量转化如下： ①储能时：风力发电机的叶片在风力作用下转动，机械能转化为电能，再将电能储存到蓄电池中，此过程是电能转化为化学能；太阳能发电储能：太阳能电池板吸收太阳能，将太阳能转化为电能，然后电能在蓄电池中转化为化学能储存起来。 ②照明时：蓄电池放电，化学能转化为电能，电能通过导线传输到灯泡，灯泡将电能转化为光能和内能，实现照明功能。 3 图14.1-6 甲是运动员在2022 年北京冬奥会自由式滑雪大跳台训练的情景。运动员从60 m高的跳台上的A点自由滑下，从B点冲出，如图14.1-6乙所示。运动员在空中能否达到与A点高度相同的C点？为什么？ 答：不能。因为运动员从A点自由滑下到B点再冲出的过程中，存在摩擦力和空气阻力做功，会有一部分机械能转化为内能，导致其机械能减少，机械能不守恒。所以运动员在空中上升的高度无法达到与A点相同的高度，即不能到达C点。 4 食物（图14.1-7）也是一种“燃料”，葡萄糖等营养成分在人体细胞里与氧结合，提供细胞生命活动所需的能量。这种过程没有火焰，但化学能同样可以转化为内能。从能量守恒的角度看，食物提供的化学能还转化为哪些能量？ 人体摄入的能量（营养师常称之为热量）过多或过少，都有损于健康。对于正在长身体的初中学生，每天应该摄入多少能量？应该如何调整饮食？查阅资料、进行调查，写一篇科学报告，并与同学交流。 答：从能量守恒的角度看，食物提供的化学能除了转化为内能，还转化为以下能量： ①机械能：人体进行各种运动，如行走、跑步、抬手等动作时，肌肉收缩做功，化学能转化为机械能，使身体各部分产生运动。 ②电能：人体的神经细胞传递信号需要电能，心脏的正常跳动也依赖生物电，这些电信号的产生和传导都需要消耗化学能转化来的电能。 ③化学能：用于合成和储存身体内的其他物质，如蛋白质、脂肪等，将食物中的化学能转化为这些物质中的化学能储存起来。 报告略。 参考资料 11~14岁的青少年一天需要差不多75kg的蛋白质，1g蛋白质相当于4卡路里（1卡=4.184焦耳）的能量；能量来源于鱼、肉、蛋、豆、奶，蛋白质是组成器官增长及调节生长发育和性成熟的各种激素的原料，蛋白质摄入不足会影响青少年的生长发育，青少年每日摄入的蛋白质应有一半以上为优质蛋白，为此膳食中应含有充足的肉类和大豆类；脂肪的能量男生差不多是2400~2900卡路里，女生2200~2500卡路里，脂肪和能量的比例是1:9；每天必须补充适当的糖类（碳水化合物），另外矿物质的补充对孩子的成长是非常关键的，Ca：1000mg/天、Mg：500mg/天、Fe：18mg/天；还有维生素的补充：维生素A可以保护孩子的视力、维生素E可促进腺素的分泌；水，1千卡的热量需要1~1.5ml的水来输送。 5 如图14.1-8 所示，轻轻推倒第一块小木板就会产生连锁反应，使最后一块大木板被推倒。有人认为，实验说明了用很少的能量可以产生较多的能量，所以能量守恒定律不成立。你认为他的说法正确吗？说说理由。 答：他的说法不正确。能量守恒定律是自然界的基本规律之一，在任何情况下都成立。在这个过程中，推倒第一块小木板时，木板依次被推倒，是因为每块木板倒下时都将自身的重力势能转化为动能，再传递给下一块木板。整个过程中，能量只是在不同形式（重力势能和动能）之间相互转化，以及在不同物体（各个木板)之间传递，总能量是守恒的。 $$