第17章 能量的转移和转化 能源（复习课件）物理沪科版（五四学制）2024九年级下册

该初中物理课件聚焦“能量的转移和转化 能源”单元复习，系统梳理能量概念、转移转化规律、能源开发利用及可持续发展知识，从原子基础、运动形式与能量对应到守恒定律、方向性，再到能源类型与危机应对，构建完整知识网络。 其亮点在于融合自主活动（如小球撞击观察、墨水扩散实验）与实例分析（永动机设计、能源危机案例），通过科学探究培养科学思维，渗透科学态度与责任，分层设计助力知识巩固，为教师提供针对性复习方案。

沪科版（五·四学制） 九年级下册 第17章 能量的转移和转化 能源 单元复习 01 02 03 04 05 CONTENTS 能量的转移和转化 能源的开发与利用 能源与可持续发展 PART ONE 能量的转移和转化 19 世纪初，英国科学家道尔顿（J. Dalton， 1766—1844）在研究化学反应时发现，物质是由在化学反应中保持不变的最小单元构成的，或者说，构成物质的最小单元在化学反应中保持不变。道尔顿把这个最小单元称为原子 。 原子 解释1：物质是由原子构成的。 解释2：我们知道，化学反应的实质是（分子分解成原子），原子的重新组合。 那么，原子在化学反应中自然是保持不变的。 物质不同的运动形式对应不同的能量，与机械运动对应的是机械能，与分子热运动对应的是内能，与电荷运动对应的是电能……我们所熟悉的各种运动形式：鸟儿飞翔、气体扩散、电流等无不对应着不同形式的能量。 不同的运动形式对应不同的能量 运动形式 能量 机械运动 分子热运动 电荷运动 机械能 内能 电能 自主活动 如图17-1-2所示，小球A静止在轨道的底端，从某一高处释放小球B，观察两小球的运动情况。两小球运动过程中有能量的转移或转化吗？ 现象：小球B向下运动，当小球B撞击小球A时，小球B的速度减小，小球A开始运动。 拓展趣味思考：若mA≫mB，会发生什么现象？ 小球B向下运动时，重力做功，小球B的重力势能减小，动能增加，重力势能转化为动能。当小球B撞击小球A时，小球B对小球A做功，小球A获得动能，而小球B动能减小， 动能从小球B转移到小球A。这表明做功往往伴随着能量的转移或转化。 做功往往伴随着能量的转移或转化 如图17-1-3所示，我国神舟载人飞船返回舱在进入大气层高速下降的过程中，返回舱表面温度高达2 000 ℃, 变成一个通红的火球，这是由于空气阻力做功，返回舱的部分机械能转化为内能。图17-1-1中秋千的摆动幅度越来越小， 也是由于摩擦力和空气阻力对秋千做功，将男孩和秋千的机械能转化为内能。 图17-1-3 进入大气层的载人飞船返回舱 机械能转化为内能 如图17-1-4所示电路，把一根铜丝的两端分别与两根铁丝相连接，两根铁丝的另一端再与一个电流传感器相连。 用酒精灯给铁丝与铜丝的一个连接点加热。观察电流传感器示数的变化， 并思考这一过程中能量是如何转化的。 自主活动 内能转化为电能 图17-1-4 用酒精灯加热铁丝与铜丝的连接点 在上述实验中，观察到电流传感器示数不为零，即电路中有电流通过，这表明用酒精灯加热的过程中有一部分内能转化为电能。 不同形式的能量在一定条件下都可以转移或转化。 植物进行光合作用，将光能转化为化学能； 电流通过电风扇，将电能转化为机械能； 章首图所示的水电站，可以将水的机械能转化为电能。 ①煤炭所具有的化学能是远古植物将阳光的能量转化并储存在体内的。 ②刹车过程中，汽车的机械能减小，减少的机械能并未消失，而是转化成了内能。 ③杯子里的热水慢慢变冷，热水的内能转移到了空气中。 举例分析 大量事实表明： 能量既不会凭空产生，也不会凭空消失；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，或者从物体的一部分转移到其他部分；在转化或转移的过程中，能量的总和保持不变。这就是能量守恒定律。 能量守恒定律 历史上曾有很多人梦想制成不需要输入任何能量却能够不断对外输出能量的机器—永动机。如图17-1-5所示，无论他们的设计看起来多么巧妙，却从未有人取得成功，这是因为这类永动机的设想违背了能量守恒定律。 永动机 酷暑炎炎，动物园用冰块给大熊猫降温，热量从大熊猫身上转移到冰块（图17-1-6）。高温物体和低温物体接触，热量只会从高温物体自发地转移到低温物体，而不会从低温物体自发地转移到高温物体。 能量转化或转移的过程不仅遵循能量守恒定律，还具有方向性。 篮球从高处落下，与地面多次碰撞后，最终总会停下来，是由于摩擦力和空气阻力做功而使机械能转化为内能。但我们从未看到相应的逆过程：内能重新自发地转化为机械能而使篮球越弹越高。 将一滴墨水滴入清水中，可以观察到墨水扩散的现象。这滴墨水会重新与清水分离吗 （图 17-1-7 ）？ 不会。 自主活动 尽管扩散、热传递、摩擦生热等现象都符合能量守恒定律，但它们的逆过程不会自发发生。 俗话所说的“覆水难收”“破镜难圆”，从物理学的角度看就是能量的转移和转化具有方向性。 能量在不同形式之间相互转化、在物体之间转移时，并不是符合能量守恒定律的过程就一定能发生，能量的转化和转移具有方向性。 能量的转移和转化具有方向性 PART TWO 能源的开发与利用 能量以各种形式蕴藏在大自然中，使世界呈现出生机勃勃的景象。我们把能够提供能量的物质资源叫做能源。 能源 风能 水能 核能 煤 石油 ........ 能源 地球上大部分能源所具有的能量都来自太阳 （图17-2-2）。太阳的照射使地表的水蒸发形成雨和雪，雨雪降落到地面形成河流，流动的水具有水能。由于地球上的日照不均匀，地球表面的不同区域存在温差，引起大气流动产生风能。 水能和风能 大自然给予我们丰富的馈赠，有些能源可以从自然界直接获得，如风能、水能、地热能（图 17-2-3）、核能、煤、石油、天然气等能源，在农村生活中常见的秸秆（图 17-2-4）、薪柴等也可以从自然界直接获得。 从自然界直接获得的能源 有些能源不能从自然界直接获得，但可以经过加工或转化而来，例如需对石油进行提炼才能获得汽油，需对煤进行加工才能获得焦炭（图 17-2-5），生活中常见的电能也是由其他形式的能源转化而来的。 能源的加工或转化 如右图所示是石油提炼过程中的较为重要的一个环节，我们可以结合化学教材中工业上制备氧气的方法一起学习；其原理都是利用它们沸点的不同将其蒸发分离出来。 石油的提炼 能源的开发与利用对人类文明的进步有着深远影响，人们探索开发利用能源的脚步从未停止过。历史上曾经历多次重大能源变革，每一次新的能源开发利用和技术突破，都极大地促进了生产力的提高和文明的进步。 火的利用 农业与柴薪时代 化石能源时代 电力与核能 能源变革 人类最早使用的能源是太阳能，原始时期， 人类所能获得的能源来源于太阳辐射所带来的光热。人类历史上第一次意义重大的能源革命是对火的利用，由此人类开发利用能源的时代正式开启。从“钻木取火”开始，意味着火这种自然力被人类初步掌握，从而使人类走出了茹毛饮血的时代。农业文明时代的秸秆、薪柴等是火力的主要来源。 太阳能 对火的利用 风能曾作为重要的能源很早就被人们开发利用，主要用于船舶航行、风车灌溉等。唐代诗人李白留有脍炙人口的著名诗句“乘风破浪会有时， 直挂云帆济沧海”，可见古人已知道利用风能。 风能 水能的开发利用也有着悠久的历史，应用于农业、冶炼、纺织等多个领域。我国劳动人民对水力的机械化利用远在汉代时就已经出现，如图17-2-6 所示，汉代学者桓谭在《桓子新论》中记载了一种用水力舂米的机械—水碓。正是由于水力机械的广泛应用，极大地推动了当时社会生产力的发展。 水能 在近代，能源的开发利用迅猛发展。18 世纪蒸汽机（图 17-2-7）的发明，开启了人类将内能大规模转化为机械能的时代，煤炭以其高热值、分布广的优点成为全球第一大能源。随后， 人们发明了以汽油和柴油为燃料的内燃机，石油以其更高热值、更易运输等特点，成为了新的重要能源。 内能转化为机械能的时代 19 世纪初电磁感应现象的发现，使人类进入了大规模获取电能的时代，电能被广泛应用于动力、照明、通信、广播等各个领域，在我 们的生产生活中起到重大的作用。20 世纪近代 物理学的成果为核能的利用奠定了理论基础，核能技术的不断进步和转化应用，极大提高了人类社会生产力水平。 当今社会，随着能源开发利用新技术的不断涌现，能源的利用方式更加多样化，促使人类以更加高效和可持续的方式不断开发利用新的能源。 PART THREE 能源与可持续发展 人类活动需要不同形式的能量，不同能量的利用价值是不同的。使用能源的过程中，虽然能量的总量并未改变，但能量的利用价值却在降低。机械在工作的时候，部件之间必然相互摩擦，摩擦产生的热量耗散在环境中，这部分能量难以再被利用；发电厂生产的电能通过输电线传输（图 17-3-2 ），输电线会发热，部分电能转化为内能，这部分内能也不能自发地转化为电能为人们所利用。 大量事实表明，能量的利用效率不可能达到100%。 能量的利用效率不可能达到100% 自然界中有些能源可以源源不断地得到补充，或能在较短周期内再生，比如风能、水能、 太阳能等，这些能源称为可再生能源。但有些能源的形成需要漫长的时间，越用越少，也不能在短期内从自然界得到补充，比如煤、石油、天然气都是古代生物的残骸 通过长期的地质变迁形成的，这类能源称为不可再生能源。 可再生能源与不可再生能源 作为人类生存和发展的重要物质基础，煤 炭、石油、天然气等化石能源支撑了19世纪以来人类文明的进步和社会经济发展。然而这些能 源的不可再生性和人类对其的巨大消耗，使它们正在逐渐枯竭，由此带来了与此相关的能源危机问题。 能源危机 我们可以从哪些方面应对能源危机？ 一、节能减排 1. 全民节约：推广节能家电、减少不必要的能源消耗，如分时电价和智能电表可优化用电习惯 。 ‌ 2. 企业优化：改进生产工艺，提高燃料利用率，减少浪费（如煤的干馏、石油分馏等技术） 。 ‌ 二、清洁能源替代 1. 可再生能源：加速太阳能、风能、氢能等清洁能源的开发与应用，逐步替代化石能源 。 ‌ 2. 储能技术：建设分布式储能系统，解决清洁能源间歇性问题 。 ‌‌ 能源是环境的一部分，节约能源本身就是对环境的保护。日常生活中，我们可以从节约用水、节约用电、减少使用一次性餐具等力所能及的小事做起，节约能源保护环境。 应对能源危机 化石能源的过度使用也是造成环境变化与污染的主要因素。如图17-3-3所示，大量化石能源的消耗，引起温室气体排放，使大气中温室气体浓度增加、温室效应增强， 导致全球气候变暖。 同时，化石能源消耗过程中还带来了大量的有害气体和烟尘排放，也是造成大气污染的重要原因。 化石能源的过度使用 通过科技的创新，目前主要的清洁能源有核能、太阳能、地热能等。 核能 核能是通过核反应使原子核发生变化时所释放的能量，通常指重核裂变或轻核聚变所释放的巨大能量。 清洁能源—核能 20世纪30 年代，科学家们发现用中子轰击铀核，能使其分裂成几个中等质量的核，同时释放巨大的能量（图 17-3-4）。原子核裂变时，不但会释放巨大的能量，还会伴随2～3个中子产 生，新的中子又会使其他原子核继续裂变。如果核裂变反应不加以控制，会瞬间爆发出巨大的能量，无法应用于生产生活。 核裂变 图17-3-5是江苏连云港田湾核电站。核电站中具有可以控制核裂变反应的装置，使核能有控制地释放，从而能稳定地发电。 与常规的火力发电相比，核能发电不会排放出大量有害气体。但核电站使用的核燃料及产生的核废料都具有放射性，放射性材料或其释放的核辐射一旦泄漏，会严重地污染环境，所以核电站都建有多层防护外壳，核废料也要妥善地处理。 较轻的原子核在一定条件下能聚合成较重的原子核，同时会释放巨大的能量。20 世纪50 年代，世界上第一颗氢弹爆炸，其瞬间产生的巨大能量震惊世界。科学家们希望可以控制核聚变的过程，使能量持续稳定地输出。 核聚变 核能发电造成的污染 太阳能 太阳（图 17-3-7）是一个巨大而炙热的星球，它的主要成分是氢和氦。在太阳的中心区域不断发生着核聚变，几乎每秒就有6亿多吨氢聚变成氦，同时源源不断地释放出巨大的能量。这些能量向广袤的宇宙辐射，虽然仅有很小的一部分到达地球，但却是地球上大部分能量的来源，深刻地影响着地球的生态。 清洁能源—太阳能 地热能 地球内部的温度高达几千摄氏度， 如此高的温度必然蕴藏着巨大的能量，这种来 自地表下面的能量就是地热能。地热能除了可直接用于发电，发电后的热排水还可实现供暖、 种植、养殖、旅游等综合利用，是清洁的零碳能源。 储量巨大且绿色无污染的地热能，将是极富潜力的未来能源。 清洁能源—地热能 能源是社会发展的基础和动力源泉。全球能源危机是当前人类面临的重大挑战，需要采取节能减排、能源转型、开发新能源等一系列措施综合应对。 加强全球合作，也是解决能源危机的关键， 全人类需要共同努力，为实现可持续能源发展贡献智慧和力量。 感谢观看 THANK YOU FOR WATCHING $