14 第1节 能量的转化与守恒-【教材笔记】2026-2027学年九年级全一册物理课前预习笔记（人教版·新教材）

第十四章内能的利用 火能驱散寒冷和黑暗，带来温暖和光 明。摩擦生火使人第一次支配了一种自然力 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。 课程标准要求 1.了解能量及其存在的不同形式。能描述不同形式的能量和生产生活的联系。 2.通过实验，认识能量可以从一个物体转移到其他物体，不同形式的能量可以 相互转化。 3.知道能量守恒定律。列举日常生活中能量守恒的实例。有用能量转化与守恒 的观，点分析问题的意识。 4.了解热机的工作原理。知道内能的利用在人类社会发展史中的重要意义。 5.从能量转化的角度认识燃料的热值。 6.从能量转化和转移的角度认识效率。 第1节 能量的转化与守恒 学习目标 1.了解能量在自然界中存在的多种形式。 2.知道能量的转移和转化，能解释一些常见现象中的能量转化过程。 3.了解能量守恒定律，能用能量转化与守恒的观点分析问题。 ?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（图14.1-1)、电能、水 能、化学能等，也可以相互转化吗？ 图14.1-1风能和太阳能 知识点1) 能量的转化 ®想想做做 1.机椒能转化为内能 完成下面一组小实验。 2.光能转化为内能 3.光能转化为电能，电能再转化为机械能 1.来回迅速摩擦双手。 4.机械能转化为内能和电能 2.用黑塑料袋盛些水，插入温度计后系好袋口，放在阳光下。 3.将太阳能电池连在小电扇上，并使太阳能电池对着阳光。 4.将塑料笔杆在头发或毛衣上摩擦后靠近细碎的纸屑。 。 钻木取火、 观察实验中的现象，讨论发生了哪些能量转化。 》搓手取暖 你还能指出一些事实，说明力现象与热现象有联系、力现象与电现 象有联系、电现象与热现象有联系吗？最好把现象演示给大家。 手摇式发电机 自然界中的各种现象都是互相联系的。科学家经 电水壶、电烙铁 过长期探索，发现能量转化非常普遍。在一定条件下， 各种形式的能量是可以相互转化的：摩擦生热，机械 能转化为内能；水电站里水轮机带动发电机发电，机 20 教材笔记物理九年级RJ 械能转化为电能：电动机带动水泵把水送到高处，电能 转化为机械能：植物吸收太阳光进行光合作用，光能转 化为化学能；燃料燃烧时发热，化学能转化为内能… 图14.1-2中给出了两个实例，请你来补充一些吧。 摩擦生热 内能 ▲发体膨胀功 炉热的铁水 大阳能热水安 打火石冷 机械能 光能 太阳帆 电灯 生命体 合 用 可 的活动 电能 菱电池充起 化学能 斋电池放电 图14.1-2各种形式能量的转化 知识点2 能量守恒定律 ®想想议议 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？因为它们的机椒能在逐渐藏少图41-3小球在地面弹跳的频闪 你认为减少的机械能到哪里去了？ 照片 在秋千和小球的运动中，看似能量减少了，其实是→通过摩擦或碰撞把机裁 在运动过程中，有一部分机械能转化成了内能。 能转化成了内能 大量事实表明：能量既不会凭空消失，也不会凭 第十四章 内能的利用 21 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。这就是能量守恒定律(law of conservation of energy)o 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，无论是物理学的问题还 是化学、生物学、地理学、天文学的问题，所有能量转 化的过程，都遵循能量守恒定律。从日常生活到科学研 究、工程技术，这一定律都发挥着重要的作用。例如， 在行驶的燃油汽车中，燃料的化学能通过燃烧转化为燃 气的内能，再通过发动机做功把内能转化为机械能。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，能量的总量不变。 不少人曾经设想制造一种不需要动力就可以源源 不断地对外做功的机器，人们把这种机器叫作永动 机。然而，在科学技术发展的历史上，从来没有一种 永动机成功过。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。 D想想议议 图14.1-4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？ 要使机器持续不断地做功，即要有水不断 地流下来，就要消耗能量把流到低处的水 图14.1-4一种设想中的永动机 抽到高处，而机械的各个部件之间有摩 擦，会产生内能，机减能会逐渐减少，使流下的水不能全部被抽回 22 教材笔记物理九年级RJ 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一一热质，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。 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，同时为建立能 量守恒定律奠定了基础。 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。 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。 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？水从高处流下，水的重力势能转化为水的动能。 水冲击水轮机，带动水轮机转动，水的动能通过做功的方式转移给水轮机，使其 机椒能增大。水轮机带动发电机发电，机椒能转化为电能。 第十四章内能的利用 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。储能时， 风能、太阳能转化为电能，电能再转化为化学能； 照明时，化学能转化为电能，电能再转化为光能。 图14.1-5 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 60m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？ B 甲 图14.1-6 不能。提示：运动员在空中运动时，一部分机械能要克服空气阻力做功，转化为内 能，导致运动员的机械能总量不断减少。 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。 食物提供的化学能除了转化为内能外，还可以转化为机械能，使人体器官和人体肌肉 运动。因为人体还会产生微弱的生物电流，所以食物提供的化学能还可以转化为电 能。食物的化学能还可以转化为人体本身的化学能，以脂肪等形式储存于体内。略。 图14.1-7 图14.1-8 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。不正确。理由：轻轻推 倒第一块小木板，小木板倒下，其重力势能转化为动能，这部分动能传递给下一 块木板，使下一块木板也获得能量发生运动，如此依次传递能量，最终使得最后 一块大木板被推倒。在整个过程中，并不是产生了更多的能量，而是能量在不同 木板之间进行传递和转化。 24 教材笔记物理九年级RJ