14.1 能量的转化和守恒 2025-2026学年物理人教版（2024）九年级全一册

截断巫山云雨，高峡出平湖。世界上最大的水电站三峡水电站就是把水的机械能转化为电能。炎炎夏日，当我们接通电源，电风扇就会为我们送来习习凉风，这时电能又转化为机械能，为我们人类服务了。 心里种下一颗种子，哒啦滴哒，它能实现小小愿望，有神奇魔法。听说每个小孩都想要得到它，准备好了我一起。 内能是我们生活中一种常见的能量形式。人类利用内能制造了蒸汽机，拉开了第一次工业革命的序幕，这是汽轮机模型。你看到了什么现象？用酒精灯给金属盒中的水加热一段时间后，叶轮转动了起来。你能解释一下产生这个现象的原因吗？水沸腾后产生大量的水蒸气，水蒸气对叶轮做功，推动叶轮转动。在这个过程中，水蒸气的内能转化为叶轮的机械能。我们已经知道内能可以转化为机械能，机械能也可以转化为内能。例如用高速旋转的砂轮打磨金属时，通过摩擦做工完成了机械能向内能的转化。 null光伏是如今最普遍的绿色能源之一。光伏上的半导体材料可以利用阳光里的光子运动，直接产生电压，制造电力。河北省张北县来自北方的风正推动着涡轮机产生的电能，风力发电的效率很高，被认为是将来能与煤电一较高下的清洁能源。这座由中国科学家建造的核聚变容器叫东方超环，科学家们对核聚变充满信心，因为核聚变的原料请广泛的存在于地球上的海水中，我们的家园能量无处不在。在另一些科学家的眼里，能源的创新可以在最细微的地方。纳米是一种长度单位，一纳米相当于十个原子的长度。2012年，王忠林成功的在纳米尺度下通过摩擦将机械能转化为电能。在繁多的能源类型里，我们坚持寻找最合适的方法与自然和谐共处，也许人类永远无法一劳永逸的解决能源问题，但我们真是在开发能源的道路上每一次创新的构想、每一次创新的尝试和每一次创新的体验，抱有创新精神，我们将继续拥有一个充满动力的未来。祖国的建设需要创新型人才，希望未来有你们的身影。能量守恒定律作为自然界最普遍最重要的基本定律之一，它对我们的生活有着至关重要的影响。让我们一起来重温一下人类这一伟大的发现。 老师，这里有一个牛顿摆。将右侧的小球抬起一定高度，由静止释放，注意观察它的运动情况。我们看到右侧的小球撞击后静止了，而左侧的小球向左摆动，同学们思考一下，这说明了什么？这说明右侧小球的机械能通过撞击转移给了左侧小球，可见机械能在一定条件下也可以发生转移。由此我们可以得出一个结论，相同形式的能量在一定条件下可以发生转移，在转移的过程中，能量的形式没有发生变化。 ？ 点击画面 问题 通过前面的学习，我们已经发现可以通过做功，将其他形式的能量转化为内能，生活中的风能、太阳能（如图）、电能、水能、化学能等也可以相互转化吗？ 太阳能 电能 植物化学能 风能 电能 太阳能 内能 水能 机械能 点击画面 第十四章 内能的利用 第1节 能的转化和守恒 人教版 通辽五中-----韩广胜 机械能 内能 机械能 太阳能 光能 太阳能 化学能 内能 电能 想想做做 太阳能 机械能 点击画面 点击画面 一、能量的转化 不同形式的能量是否可以相互转化？ 机械能 内能 观察与思考 点击画面 三峡水电站 交直 机械能 电能 观察与思考 电风扇（电动机） 点击画面 电解池 化学能 观察与思考 电能 化学电池 点击画面 太阳能 化学能 化学能 光能 光能 电能 光能 内能 观察与思考 摩擦生热 蒸汽机 炽热发光 太阳灶 电动机 发电机 太阳能电池 燃烧物质 植物光合 电池放电 电池充电 地热发电 火药爆炸 加压使化学平衡移动 燃烧、放热反应 加热化学反应 纳米层级可实现将光能转化为机械能 01 02 03 热传递 高压输电 牛顿摆 能量的转移 观察与思考 观察与思考 牛顿摆球无法实现永动，尽管其在理想状态下看似能无限摆动，但现实中因能量损耗，（如空气阻力，摩擦力和非弹性碰撞），最终会停止运动。 牛顿摆 蛇形摆 点击画面 点击画面 点击画面 牛顿摆的工作原理 牛顿摆通过金属球的碰撞演示能量守恒定律。当一端球被抬起释放后，其动能依次传递至末端球，形成周期性摆动。理想情况下，若无能量损失，摆动可无限持续，但这仅存于理论假设中；现实中的能量损耗，实际牛顿摆停止运动的原因包括： ①空气阻力，运动中的球体与空气摩擦，导致动能转化为内能；②摩擦力，球体间悬线与支架间的摩擦,进一步消耗能量； ③非弹性碰撞，碰撞时球体形变，产生振动和声音。使总动能减少。 大量事实表明：各种形式的能都可以相互转化和转移。 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来，但是越跳越低。讨论秋千和小球在运动中的能量转化，为什么达到高度逐渐降低，是否丢失了能量？你认为减小的机械能到哪里去了呢？ 二、能量守恒定律 想想议议 2.减少的机械能到哪里去了？ 小球跟空气、地面摩擦（非弹性碰撞），一部分的机械能转化为内能。 1.小球的高度逐渐降低说明了什么？ 说明了小球的机械能逐渐减少。 能量守恒定律 　　大量事实表明，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其他物体，而在转化和转移的过程中，能量的总量保持不变。 能量守恒定律是自然界最普遍、最重要的基本定律之一。大到天体，小到原子核；各学科；从生活到科学、技术发挥重要作用。 总结与归纳 　　有人曾设想制造一种不需要动力就能源源不断地对外做功的机器，人们把这种机器叫永动机。 　　这种机器有可能制成吗？为什么？ 一种设想中的永动机 想想议议 因为摩擦损失能量 点击画面 课堂小结 认识自然依据 能量转化 改造自然依据 能量转移 做功 热传递等 能量守恒定律 相同形式的能量可以转移 不同形式的能量可以转化 不能消灭，不能创生 总和不变 练习与应用 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？ 水的重力势能 水的动能 水轮机动能 电能 练习与应用 2.如图，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住储能和照明时有哪些能量转化？ 太阳能 风能 电能 电能 电能 化学能 光能 充电 放电 充电 练习与应用 3.图甲是运动员在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米高的跳台上的A点自由滑下，从B点冲出，如图乙所示。运动员在空中能否到达与A点高度相同的C点？为什么？ 运动员从B点飞出时，不能飞到与A点相同高度的C点，∵在弧AB的滑行的过程中，由于克服摩擦做功，有机械能转化为内能，故有机械能损失，不能到达C点。 A B C 练习与应用 4.如图，食物也是一种“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)过多或过少有损于健康。对于正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，并与同学们交流。 食物化学能 电能 化学能 化学能 内能 化学能 机械能 肌体化学能 维持体温37℃ 人体内产生生物电流 供肌体云动 以脂肪的形式储存起来 摄入过多能量的危害： 如果人体能量摄取过多，通过能量的转化或转移特性，会导致脂肪层变厚，人体发胖，血脂增高，心脏负担变重，影响人体健康。 摄入过少能量的危害： 如果人体能量摄取过少，不能提供人体健康所需的营养和能量补充，会导致血糖降低，血压低，免疫力和抵抗力减弱，不能满足人的日常能量输出，长久以往会造成营养不良，影响人体发育和健康根本。 热能是为了满足人体生命活动、生长发育和修复病态的能量需要。由于中学生生长发育旺盛，各种活动频繁，热能的需要量大大超过了小学生。每日热量供给应摄入大约2700卡至2900卡。热能并不是一种单纯的营养素，它是由食物中碳水化合物、蛋白质、脂肪等消化后所释放出来的生物化学能。青少年时期是体格和智力发育的关键时期，也是一个人行为和生活习惯形成的重要时期，充足的营养非常重要。但过食也不好，有以下原则需要遵守： ①三餐要定时，养成良好的饮食行为，少吃甜食等。 ②保证吃好早餐，不然影响学习和健康。 ③不要盲目节食。 ④多吃富含铁和维生素C的食物。 ⑤每天进行充足的户外运动，避免超重和肥胖的发生。 练习与应用 5.如图所示，轻轻推倒第一块小木板就会产生连锁反应，是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。 这种说法不正确。 理由如下： ①多米诺骨牌实验中，第一块骨牌被推动时，人施加一个初始动能。 ②骨牌依次倒下时，重力势能转化动能，推动下一个骨牌。 ③骨牌依次倒下时，它的重心较高，重力势能较大，转化来的动能也较大，但系统总能量不变。 ④能量并未凭空产生，而是通过连锁反应逐步释放。 ∴能量守恒 新能源 点击画面 Lavf59.34.101 Lavf59.34.101 Lavf59.34.101 Lavf58.28.100 Lavf59.34.101 Lavf58.28.100 $$一座座水车十年仿佛像一部史书，记录着我们祖先利用水能资源的聪明才智，绵绵千年过去了，至今仍然还在造福于人民。我国的水能资源非常丰富，发源于西部高原的长江黄河滚滚东流，上下游水位差很大，蕴藏着巨大的能量。水能是一种清洁的能源，在一些地方，利用筑坝截流的方式提高水位差，用来发电，是水能应用的主要形式。水位差，大水由上游流下来时，速度就越大，转化成的动能也就越多，水对水轮机所做的功也就越多。水流冲击着水轮，使水轮旋转，带动发电机旋转，水能转化为电能的过程就是水电站的工作过程。葛洲坝水电站是我国目前最大的水力发电站，这座水电站共装机21台，每年可发电141亿度。世界瞩目的三峡大坝工程建成后将形成175米落差，将是当今世界上最大的水电站，相当于六个葛洲坝电厂的发电量。 既然能量的总量保持不变，有一些人就想制造出一台永动机。他在不消耗任何燃料和动力的情况下不停地工作。课本中有一个永动机的设计方案，通过高处的水流冲击叶片，让叶片转动起来，带动抽水器将低处的水抽回到高处，从而循环工作，图中中间的部分就是安装了一个砂轮，这样人们就可以利用它来工作了，对于这个设想你怎么看？永动机有可能制成吗？当然不可能，因为整个装置无论是水流动时产生的摩擦，还是机器运转时产生的摩擦，都会使机械能转化为不可再回收利用的内能，从而造成机械能的损失。更何况还要用它来工作，这样就会有更多的机械能转化为不可再利用的其他形式的能。所以这种设想是不切实际的，违反了能量守恒定律。那有同学又会问了，如果我消除所有的能量损失，永动机不就能实现了吗？当然，这种想法很美好，可现实能够实现吗？其实同学们早就知道，能量损失不可能完全消除。 首先准备好一个黑色塑料袋、水银温度计，记录温度计的原始数据。第二步，上午九点，在黑色塑料袋中加入适量的水，并放置于阳光照射的窗台上，再将温度即插入袋子中，测量袋子装水的温度，记录温度计的数据。第三步，将放黑色塑料袋在阳光下静置5.5小时，下午14点30分观察温度并记录数据。实验现像，温度计室温原始数据为24摄氏度，上午九点水温测量为26摄氏度，下午14点30分水温测量为35摄氏度。结论，通过阳光照射，黑色塑料袋将光能转化为热能，使塑料袋中水的温度上升，证明了能量的转化。 接通电源。看小电扇转起来了，同学们猜一猜老师用的是几号电池呢？32。一、哇，竟然是土豆，它居然也能发电。我们把铜片和锌片插在几个煮熟的土豆里，然后接触电极，我们就制成了最简易的电池，土豆电池。土豆电池在使用时把化学能转化为电能。其实我们平时所使用的电池和它的原理是一样的，生活中常见的干电池、氧化银电池，也就是纽扣电池、铅酸蓄电池。锂电池。他们都是把电以化学能的形式储存起来。当我们用轻便的笔记本电脑进行工作时用小巧的智能手机阅读电子书刊时，电池就把储存起来的化学能转化为我们所需的电能。当电量不足时，我们就要给手机、笔记本电脑充电续航，这时电能又转化为了化学能。