14.1 能量的转化与守恒（培优教学课件）物理新教材人教版九年级全一册

该初中物理课件聚焦“能量的转化与守恒”核心知识点，通过联系前学的做功转化内能，提问生活中风能、太阳能等能量是否可相互转化，搭建前后知识衔接的学习支架，引导学生逐步深入主题。 其亮点在于结合“想想做做”实验（如摩擦双手、太阳能加热水）、生活实例分析（水电站、风光互补灯）及视频《能量及其转化》，以科学探究和科学思维为核心，帮助学生建立能量观念，培养归纳概括能力。学生能直观理解规律，教师可提升教学效率。

人教版 九年级全一册 14.1 能量的 转化与守恒 第十四章 内能与热机 导入新课 生活中的风能、太阳能、电能、水能、化学能等，也可以相互转化吗? 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。 风能和太阳能 学习目标 物理观念 了解多种形式的能量，认识能量的转化和转移，知道能量守恒定律，能用能量守恒的观点解释生活中常见的现象。 科学思维 经历对能量转化和转移现象分析的过程，提高归纳和概括能力。 科学探究 通过列举日常生活中能量守恒的实例，提高收集信息、获取证据、表达观点的能力。 科学态度 与责任 认识到能量守恒定律的重要性和普遍性，体会科学认识是在不断发展的，养成努力探索、 不断思考的学习习惯和遵循客观规律的科学态度。 重点难点 重点 能量守恒定律。 难点 能量守恒定律。 学习内容 1. 能量的转化 2. 能量守恒定律 3. 课堂小结 4. 练习与应用 5. 提升训练 一、能量的转化 第1节 能量的转化与守恒 一、能量的转化 1.自然界存在着各种不同形式的能量 （1）机械能：机械能包括动能、重力势能和弹性势能。 （2）内能：构成物体的所有分子，其热运动的动能与分子势能的总和，叫作物体的内能。一切物体都具有内能。 机械能 内能 一、能量的转化 （3）太阳能 太阳能是一种可再生能源。是指太阳的热辐射能，主要表现就是常说的太阳光线。在现代一般用作发电或者为热水器提供能源。 （4）化学能 化学能是一种很隐蔽的能量，它不能直接用来做功，只有在发生化学变化的时候才可以释放出来，变成内能或者其他形式的能量。 各种物质都储存化学能，如燃料、动物、食物都储存有化学能。 太阳能 化学能 一、能量的转化 （5）电能：电能是指电流以各种形式做功的能力。 （6）核能：核能也叫原子能。原子核结构发生变化放出的能量。通常指重核（如钚、铀）裂变和轻核（氘、氚）聚变时所发出的巨大能量。 水力发电站 德国内卡韦斯特海姆核电站 一、能量的转化 （1）探究能量的转化 【想想做做】完成下面一组小实验。观察实验发生的现象，讨论发生了哪些能量转化。 2. 能量的转化 ①来回迅速摩擦双手。 ②黑塑料袋内盛水，插入温度计后系好袋口，放在阳光下。 ③将太阳电池连在小电扇上，并使它对着阳光。 ④将钢笔杆在头发或毛衣上摩擦后靠近细碎的纸片。 …… 一、能量的转化 【现象与分析】 实验 现象 能量转化 ①来回迅速摩擦双手。 ②黑塑料袋内盛水，插入温度 计系好袋口，放在阳光下。 ③将太阳电池连在小电 扇上，并使它对着阳光。 ④将钢笔杆在头发或毛衣上 摩擦后靠近细碎的纸片。 双手发热 温度计的示数升高 小电扇会转动 吸管会发热，并同时吸引细碎的纸片 机械能→内能 太阳能→内能 太阳能→电能→机械能 机械能→电能→内能 一、能量的转化 （2）能量的转化 自然界中的各种现象都是互相联系的。科学家们经过长期探索，发现能量转化是非常普遍的，在一定条件下，各种形式的能量是可以相互转化的。 一、能量的转化 （3）能量转化的实例 ①机械能与内能的相互转化 “钻木取火”过程中的能量转化： 蒸汽机火车的能量转化： 钻木取火 蒸汽机火车 机械能→内能 内能→机械能 一、能量的转化 ②电能与机械能的相互转化 水电站工作时的能量转化： 高铁运行时的能量转化： 机械能→电能 电能→机械能 三峡大坝水力发电 行驶在沿海铁路上的高铁列车 一、能量的转化 ③电能与内能的相互转化 电水壶烧水时的能量转化： 地热发电站工作时的能量转化： 冰岛国辛格韦德利 ——地热发电站 电能→内能 内能→电能 一、能量的转化 ④电能与光能的相互转化 LED灯发光时的能量转化： 太阳能电池板的能量转化： 太阳能电池板 电能→光能 光能→电能 LED灯 一、能量的转化 ⑤内能与光能的相互转化 白炽灯发光时的能量转化： 太阳能热水器的能量转化： 白炽灯 太阳能热水器 电能→内能→光能 光能→内能 一、能量的转化 尝试一下，按图中给出的实例，你能做些补充吗？ 一、能量的转化 蒸汽机 光伏板 发电机 充电机 燃料燃烧 太阳能热水器 吸热化学反应 燃料燃烧 火药爆炸 压缩气体 地热发电 物体发光 光合作用 干电池 电动机 摩擦生热 一、能量的转化 3. 能量的转移 能量可以从一个物体转移到其他物体，也可以从物体的一部分转移到其他部分。 例如，在热传递过程中，内能从高温物体转移到低温物体或从物体的高温部分转移到低温部分，这些都属于能量的转移。 涨潮时海水涌入水坝冲击水轮机转动，属于机械能的转移。 内能的转移 机械能的转移 一、能量的转化 （1）能量的转化：能的形式发生了改变。如：弯折铁丝时，铁丝的温度升高，内能增加，机械能转化成了内能。 在能量的转化过程中，一种形式的能量增加了，肯定有其他形式的能量减少了。 （2）能量的转移：能量的形式并没有变化。如：用锅烧水时内能从高温的火转移到低温的水和锅上。再如：流水推动水轮机转动，水的机械能转移到了水轮机上。 4. 正确理解能量的“转化”和“转移” 一、能量的转化 视频欣赏——《能量及其转化》 一、能量的转化 【例题1】2025年7月19日，西藏林芝的雅鲁藏布江畔，人类史上最大的水电工程——雅鲁藏布江下游水电工程正式破土动工！工程主要采取截弯取直、隧洞引水的开发方式，该河段落差为2350m，将建设5座梯级电站，创造3个三峡的发电量。水力发电利用的是（　　） A．机械能 B．内能 C．太阳能 D．化学能 A 【解析】水电站通常是利用较高水位的水流到低处，冲击水轮机，带动发电机发电的，涉及到的能量转化是重力势能转化为动能，动能再转化为电能。因此水电站是利用水的机械能转化为电能来发电的。故BCD不符合题意，A符合题意。故选A. 一、能量的转化 【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 一、能量的转化 【解析】①高温电炉丝使周围空气温度上升，将热量传递给空气，能量发生转移，故①符合题意； ②流星从夜空快速滑过，与大气摩擦做功，将机械能转化为内能，使物体温度升高，发出耀眼的光亮，此过程中能量发生了转化，故②不符合题意； ③试管中高温水蒸气将管口的橡胶塞弹出，将水蒸气的内能转化为橡胶塞的机械能，此过程中能量发生了转化，故③不符合题意； ④涨潮时海水涌入水坝冲击水轮机，将海水的机械能转移到水轮机上，使水轮机转动，故④符合题意。故ABD不符合题意，C符合题意。 故选C。 二、能量守恒定律 第1节 能量的转化与守恒 二、能量守恒定律 1. 能量守恒定律 （1）分析能量转化现象 ①小球的摆动 如图所示，使小球从某一高度释放，观察小球的摆动过程，会发现小球越来越低，最后停下来。 为什么小球的高度会逐渐降低？ 是否丢失了能量？ 减少的机械能到哪去了？ 小球的摆动 二、能量守恒定律 小球的摆动 分析：小球摆动时，势能与动能不断地相互转化。当小球到达最高处时势能最大；随着小球的下降，势能逐渐减小，动能逐渐增大，势能转化为动能；当小球下降到最低点时，势能最小，动能则最大。 小球摆动的高度越来越低，最后停下来。说明这个过程中机械能减小了，这是为什么呢？ 原来，小球在运动过程中与空气摩擦会产生热，小球的一部分机械能转化为内能。 机械能→内能 二、能量守恒定律 ②实验：弹性小球的弹跳 抛出弹性小球，观察小球与地面碰撞时的运动情况。会发现掉在地上的弹性小球越跳越低。 为什么高度会逐渐降低？是否丢失了能量？减少的机械能到哪里去了？ 分析：在小球的运动过程中，由于和空气间有阻力，小球克服空气阻力做功，一部分机械能逐渐转化为内能，机械能总量逐渐减少，最终机械能全部转化为内能。 弹性小球在地面弹跳的频闪照片 机械能→内能 二、能量守恒定律 （2）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。这就是能量守恒定律。 二、能量守恒定律 （3）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。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，都服从能量守恒定律。 根据能量守恒定律，在分析自然现象时，如果发现某种形式的能量减少，一定能找到另一种形式的能量增加。 反之，当某种形式的能量增大时，也一定可以找到另一种形式的能量减少。 二、能量守恒定律 （4）运用能量守恒定律分析问题 从日常生活到科学研究、工程技术，这一规律都发挥着重要的作用。例如，在行驶的汽车中，燃料的化学能通过燃烧转化为燃气的内能，再通过热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，一部分转化成了热机和周围环境的内能。能量的总量不变。 机械传热损失一部分能量W3 燃料的化学能 W总=W有用+W1+W2+ W3 废气排出带走的能量W2 有用的 机械能W有用 克服摩擦消耗的能量W1 二、能量守恒定律 （1）永动机 有人曾设想制造一种不消耗任何能量和燃料，却源源不断对外做功的机器，人们把这种机器叫永动机。 这种机器有可能制成吗？ 一种设想中 的永动机 图是一种设想中的永动机，它通过高处的水流冲击叶片，叶片的转动用来对外做功，同时带动抽水器从低处将水抽到高处，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？ 2. 永动机 二、能量守恒定律 （2）分析永动机失败的原因 一种设想中的永动机 如图所示，高处的水具有一定的机械能W总，在水向下流动时，对水轮机做功，水轮机转动，把低处的水又抽到高处。 由于水轮机转动的各部件间存在摩擦，会有部分机械能转化为内能W内能，所以只有一部分能量W抽水用来抽水做功。 根据能量守恒定律可知：W总=W内能+W抽水，可见最后抽水的能量小于原来水的总能量，W抽水<W总，最终使流下的水不能全部抽回。 由能量守恒定律知：无法制成永动机。 二、能量守恒定律 视频欣赏——《永动机》 二、能量守恒定律 【例题3】下图是某科技馆展出的名为“叶子”的小型低碳化未来汽车，汽车顶部的巨型叶子实际上是一个高效光电转换器，车子的动力由压缩空气膨胀推动活塞做功提供。光电转换器的作用实际就是把______能转化为_______能，能量转化过程中，能的总量___________（选填“增加”“减少”或“保持不变”）。 保持不变 【解析】光电转换器的作用实际就是把光能转化为电能，供用电器使用。 能量转化过程中，遵循能量守恒定律，能的总量保持不变。 光 电 二、能量守恒定律 【例题4】有人设想的“永动机”如图所示。下列对该装置开始转动后的分析正确的是（　　） A．装置所具有的机械能始终不变 B．如果没有能量补充，装置最终会停下来 C．根据能量守恒定律，装置可以一直转动下去 D．装置中小球的动能和重力势能不会相互转化 B 【解析】ABC．由于装置运转过程中需要克服摩擦做功，装置所具有的机械能会不断减小，如果没有能量补充，装置最终会停下来，故AC错误，B正确； D．装置中小球的动能和重力势能不断地发生相互转化，故D错误。 故选B。 三、课堂总结 第1节 能量的转化与守恒 三、课堂总结 能量的转化与守恒 ①各种形式的能量：机械能、内能、电能、光能、化学能等. ②能量的转化：由一种形式转化为另一种形式的能量. ③能量的转移：能量的形式不变，由一个物体转移到其他物体. ④能量守恒定律：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另一个物体，而在转化和转移的过程中，能量的总量保持不变. ⑤永动机的失败：是因为违背了能量守恒定律. 三、课堂总结 四、练习与应用 第1节 能量的转化与守恒 四、练习与应用 【解析】 高处的水流下来时水的重力势能减小，动能增加，重力势能转化为动能；冲击水轮机的叶轮，是水的动能转移到叶轮上； 水轮机的叶轮，带动发电机发电，将叶轮上的机械能转化成电能。 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? 四、练习与应用 【解析】 储能时，光能和风能转化为电能，再转化为化学能； 照明时，化学能转化为电能，再转化为光能。 2. 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储能和照明时有哪些能量转化。 四、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60m高的跳台上的A点自由滑下，从B点冲出，如图乙所示。运动员在空中能否达到与A点高度相同的C点?为什么? 四、练习与应用 【解析】不能。 运动员在从A点到B点的过程中，由于摩擦和空气阻力，部分机械能转化为内能； 从B点冲出后，由于空气阻力，也有部分机械能转化为内能，运动员的机械能减少，不能达到与A点高度相同的C点。 四、练习与应用 4. 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。 四、练习与应用 【解析】 人能进行机械运动，所以食物提供的化学能还可以转化为人的机械能。另外，人体内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。 查阅资料时可利用电脑在搜索框中输人“初中学生每天摄入能量”进行搜索、查询。 参考资料见下页。 四、练习与应用 【解析】 11~14 岁的青少年一天需要差不多 75 kg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：1000 mg/天、Mg：500 mg/天、Fe：18 mg/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1~1.5 ml的水来输送。 四、练习与应用 【解析】不正确。 后面更大木块倒下时的动能有一部分是自身的重力势能转化来的，推倒最后一个大木块的能量是前面所有机械能的叠加，能量守恒定律是成立的。 5. 如图所示，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。 五、提升训练 第1节 能量的转化与守恒 五、提升训练 【解析】A．太阳能电池板是将光能转化为电能的装置，故A错误； B.小风扇靠风力带动发电机发电，将机械能转化为电能，故B正确； C. 蓄电池在夜晚给灯泡供电，灯泡发光，将电能转化为光能，故C错误； D．照明灯工作时不能将电能全部转化为光能，有一部分电能会转化为内能，但能量的总量是守恒的。故D错误。 故选B。 1. 如图是“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。下列解释正确的是（　　） A．太阳能电池板是将光能转化为内能的装置 B．小风扇是风力发电机，工作时将机械能转化为电能 C．蓄电池在夜晚供电时，将电能转化为化学能 D．照明灯工作时不能将电能全部转化为光能，能量的总量不守恒 B 五、提升训练 2. 如图是小球在地面弹跳的频闪照片，下列说法中正确的是（　　） A．小球弹起的高度越来越小，说明小球在此过程中能量不守恒 B．根据能量守恒定律，在此过程中小球的机械能总量是保持不变的 C．在小球的运动过程中，有一部分机械能转化成了内能 D．此过程说明了能量守恒定律是需要建立在一定的条件之上才能成立的 C 五、提升训练 【解析】A．由图可知，小球弹起高度越来越小，是因为运动 过程中机械能转化为内能，如：空气阻力、与地面碰撞的能量损失， 但整个系统的总能量是守恒的（机械能 + 内能的总量不变），并非 能量不守恒，故A错误； B．小球的运动过程中，与空气摩擦做功、与地面撞击做功，有一部分机械能转化成内能，散失到空气和地面上，小球的机械能总量会减小，故B错误； C．小球运动时，因空气阻力摩擦、与地面碰撞，一部分机械能转化为内能，如：小球和空气的内能增加，导致机械能减少，弹起高度降低，故C正确； D．能量守恒定律是普遍成立的自然规律，不需要建立在特定条件之上。小球的现象只是机械能与内能的转化，总能量始终守恒，是没有条件的，故D错误。 故选C。 五、提升训练 3. 如题图所示是不同形式的能量的相互 转化图，下列说法不正确的是（ ） A．序号⑩的实例可以是风力发电 B．序号④的实例可以是给充电宝充电 C．圆圈内B的能量形式是电能 D．各种形式的能量在一定条件下可以 相互转化，且转化过程都遵守能量守恒定律 A 五、提升训练 【解析】AC．由图可知，电灯可以将电能转化为光能，所以B是电能；加热器可以将电能转化为内能，所以A是内能。序号⑩是将机械能转化为内能，而风力发电是机械能转化为电能，故A错误，符合题意；C正确，不符合题意； B．序号④是电能转化为化学能，和给充电宝充电时的能量转化形式相同，故B正确，不符合题意； D．各种形式的能量都可以在一定条件下相互转化，能量既不会消灭，也不会创生，只能从一种形式转化为另一种形式，或从一个物体转移到另一个物体上，在转移和转化的过程中能的总量是保持不变的，即符合能量守恒定律，故D正确，不符合题意。故选A。 五、提升训练 4. 下列4幅图的说法中正确的是（　　） A．甲图，用燃气灶烧水时，燃气的化学能转化为水的内能 B．乙图，小球弹跳的高度逐渐降低，说明能量会凭空消失 C．丙图，火箭升空时，以火箭为参照物，发射架是静止的 D．丁图，只要坚持不懈，科学家们终有一天会发明出永动机 A 五、提升训练 【解析】A．用燃气灶烧水时，燃气燃烧发生化学变化，产生大量的热，将化学能转化为内能，再通过热传递将热量传递给水，水的内能增加，该过程燃气的化学能转化为水的内能，故A正确； B．小球弹跳的高度逐渐降低，说明机械能越来越小，机械能转化为其他形式能，能量不会凭空消失，故B错误； C．火箭升空时，以火箭为参照物，发射架的位置发生变化，所以发射架是运动的，故C错误； D．根据能量守恒定律，能量只能从一种形式转化为另一种形式，或从一个物体转移到其他物体，在转化或转移的过程中，能量的总量保持不变，能量不能凭空产生也不能凭空消失，能量的转化是有方向的，所以不会有永动机，故D错误。故选A。 五、提升训练 5. 《天工开物》中记载有一种自动引水灌溉工具——“高转筒车”（如图）。使用时下方转轮安装在河道中，流水驱动轮子转动，系在传动绳索上的竹筒将水从河里源源不断输送到上方农田中。下列说法正确的是（　　） A．这是一台“永动机” B．水在输送过程中水的重力势能增加 C．流水驱动轮子转动时机械能守恒 D．该机械不符合能量转化和守恒定律 B 五、提升训练 【解析】A．“高转筒车”转动时，需要水能提供动力，如果没有水能，它将不能转动，因此不是“永动机”，根据能量守恒定律可知，世界上不存在“永动机”，故A错误； B．水从河里被输送到上方农田的过程中，高度增加了，水的重力势能增加，故B正确； C．流水驱动轮子转动时有一部分机械能转化为内能，机械能减小，故C错误； D．任何能量的转化都符合能量的转化和守恒定律，因此该机械符合能量转化和守恒定律，故D错误。 故选B。 五、提升训练 6. 图甲是太阳能照明风扇，图乙是太阳能照明风扇工作时的能量转化流程图，白天安装在室外的太阳能电池板工作时，给蓄电池充电，将能量以化学能的形式储存，室内的照明风扇工作时蓄电池给电动机和照明灯供电。对图乙方框中能量形式判断正确的是（　　） A．①是“内能” B．②是“电能” C．③是“光能” D．④是“机械能” B 【解析】给电池充电时是将电能转化为化学能，故①是“电能”，电池供电时再将化学能转化为电能，故②是“电能”，电动机工作时将电能转化为机械能，故③是“机械能”，照明灯工作时将电能主要转化为光能，故④是“光能”，故ACD错误，B正确。故选B。 Lavf59.27.100 Lavf59.27.100 $