第十一章物理學(xué)與能源技術(shù)第1節(jié)能量守恒定律第2節(jié)能量轉(zhuǎn)化的方向性和效率1.認(rèn)識生活中常見的能量；2.了解各種形式的能量是可以相互轉(zhuǎn)化的；3.掌握在轉(zhuǎn)化的過程中，能量的總量是保持不變的（難點(diǎn)）；4.能夠舉出日常生活中能量守恒的實(shí)例；5.具有用能量守恒的觀點(diǎn)分析物理現(xiàn)象的意識。6.知道能量的轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)化都是有方向性的（重點(diǎn)）。下面物體都具有什么形式的能量?重力勢能彈性勢能動能內(nèi)能生物質(zhì)能一、能量的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移1.自然界存在著各種不同形式的能量（1）機(jī)械能：機(jī)械能包括動能、重力勢能和彈性勢能。（2）內(nèi)能構(gòu)成物體的所有分子，其熱運(yùn)動的動能與分子勢能的總和，叫做物體的內(nèi)能。一切物體都具有內(nèi)能。（3）太陽能太陽能是一種可再生能源。是指太陽的熱輻射能，主要表現(xiàn)就是常說的太陽光線。在現(xiàn)代一般用作發(fā)電或者為熱水器提供能源。（4）化學(xué)能化學(xué)能是一種很隱蔽的能量，它不能直接用來做功，只有在發(fā)生化學(xué)變化的時候才可以釋放出來，變成內(nèi)能或者其他形式的能量。各種物質(zhì)都儲存化學(xué)能，如燃料、動物、食物都儲存有化學(xué)能。（5）電能電能是指使用電以各種形式做功的能力。（6）核能核能也叫原子能。原子核結(jié)構(gòu)發(fā)生變化放出的能量。通常指重核（如钚、鈾等）裂變和輕核（氘、氚等）聚變時所發(fā)出的巨大能量。核電站2．能量的轉(zhuǎn)化搓手取暖水蒸氣推動塞子內(nèi)能、機(jī)械能之間可以相互轉(zhuǎn)化化學(xué)能可以轉(zhuǎn)化為內(nèi)能光能、化學(xué)能之間可以相互轉(zhuǎn)化螢火蟲發(fā)光2．能量的轉(zhuǎn)化事例能量轉(zhuǎn)化電池手搖發(fā)電機(jī)太陽能電池溫差發(fā)電片事例能量轉(zhuǎn)化手機(jī)充電電動機(jī)電燈電熱水壺機(jī)械能→電能化學(xué)能→電能內(nèi)能→電能光能→電能電能→光能電能→機(jī)械能電能→內(nèi)能電能→化學(xué)能2．能量的轉(zhuǎn)化內(nèi)能機(jī)械能2．能量的轉(zhuǎn)化機(jī)械能電能2．能量的轉(zhuǎn)化2．能量的轉(zhuǎn)化化學(xué)能電能2．能量的轉(zhuǎn)化溫差發(fā)電內(nèi)能電能電飯鍋2．能量的轉(zhuǎn)化太陽能風(fēng)扇電能光能2．能量的轉(zhuǎn)化鉆木取火燃燒發(fā)光光合作用電池手機(jī)電池充電蒸汽機(jī)紅外加熱木材燃燒發(fā)電機(jī)電動機(jī)

在一定條件下，各種形式的能量之間是可以相互轉(zhuǎn)化的。一、能量的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移二、能量守恒定律1.能量守恒定律(1)定義：大量事實(shí)表明，能量既不會憑空消滅，也不會憑空產(chǎn)生，它只會從一種形式轉(zhuǎn)化為其他形式，或者從一個物體轉(zhuǎn)移到其他物體，而在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的過程中，能量的總量保持不變。在秋千的擺動過程中，由于存在空氣阻力和繩索間的摩擦力，秋千克服這些阻力而做功，一部分機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，機(jī)械能總量減少，在反復(fù)擺動后，最終機(jī)械能減少為零，直至全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，停止擺動。(2)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。

大到天體，小到原子核，無論是物理學(xué)的問題還是化學(xué)、生物學(xué)、地理學(xué)、天文學(xué)的問題，所有能量轉(zhuǎn)化的過程，都服從能量守恒定律。

根據(jù)能量守恒定律，在分析自然現(xiàn)象時，如果發(fā)現(xiàn)某種形式的能量減少，一定能找到另一種形式的能量增加；反之，當(dāng)某種形式的能量增大時，也一定可以找到另一種形式的能量減少。既然能量是守恒的，那為什么要節(jié)約能源呢？思考一下1.能量守恒定律三、永動機(jī)如圖是一種設(shè)想中的永動機(jī)，它通過高處的水流沖擊葉片，葉片的轉(zhuǎn)動用來對外做功，同時帶動抽水器從低處將水抽到高處，從而循環(huán)工作。從能量守恒的角度來說，你覺得它能一直工作下去嗎？設(shè)想中一種不消耗任何能量和燃料，卻源源不斷對外做功的機(jī)器，這種機(jī)器叫永動機(jī)。由于水輪機(jī)各部件間存在摩擦，在轉(zhuǎn)動時會有部分機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能W內(nèi)能，一部分能量W抽水用來抽水做功。根據(jù)能量守恒定律可知：W總=W內(nèi)能+W抽水，最后抽水的能量小于原來水的總能量，結(jié)果會是流下的水不能全部抽回。能量守恒定律知：無法制成永動機(jī)?！痉治觥坷?.根據(jù)能量守恒定律，以下情形可能發(fā)生的是（

）A.出膛的子彈射穿木板，以更快的速度繼續(xù)前進(jìn)B.電水壺里的水沸騰了，給該電水壺斷電，水的沸騰卻永遠(yuǎn)不會停止C.兩個斜面相對接，小球從左斜面滾下后，繼續(xù)沖上右斜面D.孤島上被人們遺忘的一只機(jī)械表，默默地走了幾十年C例2.下面事例中，屬于內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的是(

)。A．用錘子敲打釘子時，釘子發(fā)熱B．古代人們的鉆木取火C．水沸騰時，水蒸氣將壺蓋頂起D．用通電的電爐加熱水，水溫升高C

我們知道能量可以轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移，在常溫常壓下，哪一種過程是可以自發(fā)進(jìn)行的？水冰四、能量轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的方向性能量的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移無處不在。然而，許多情況下雖然并不違背能量守恒定律，但在實(shí)際情形中卻不會發(fā)生，這是為什么呢？試著分析以下過程能否實(shí)現(xiàn)，以及實(shí)現(xiàn)過程中能量轉(zhuǎn)化情況。

一杯水靜置一段時間后，其中的一部分水自行從另一部分水中吸收熱量，沸騰成水蒸氣，另一部分水則內(nèi)能減少，凝結(jié)成冰?？菸幕▋?，自發(fā)從空氣中吸取能量和水分，重?zé)ㄇ啻浩碌椎木奘瘡闹車h(huán)境中獲取能量，滾向坡頂從北京開到天津的汽車，掉轉(zhuǎn)車頭，汽車可以從空氣中、已排放的尾氣中吸收能量，不再消耗新的燃料，返回北京以上的過程都是不可能實(shí)現(xiàn)的，我們在生活中也從未看到這樣的現(xiàn)象發(fā)生過?！稗D(zhuǎn)化”是指能量的形式發(fā)生變化，“鉆木取火”是機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，而機(jī)械能和內(nèi)能是兩種不同形式的能。能量轉(zhuǎn)化能量轉(zhuǎn)移“轉(zhuǎn)移”是指能量的形式不發(fā)生變化，如“熱傳遞”只是內(nèi)能從高溫物體（部分）轉(zhuǎn)移到低溫物體(部分)。能量的轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)化具有方向性

熱量只能從高溫物體(部分)轉(zhuǎn)移到低溫物體(部分)，不能相反，具有方向性，否則就要消耗其他的能量。高溫低溫現(xiàn)實(shí)的宏觀世界中，物體間一旦存在溫差，就會有熱量的傳遞；摩擦無處不在，機(jī)械能會不斷轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。我們對能量的利用，無法避免涉及熱量的生成與轉(zhuǎn)移。于是，每一次能量的利用，都會減少這個世界上可利用、便于利用的能量的總量。用燃?xì)庠顭康氖前阉疅裏峄蛘邿_，我們希望燃燒每一升天然氣產(chǎn)生的熱量都完全傳遞給壺中的水，使之升溫、沸騰。你覺得這可能是實(shí)現(xiàn)嗎？五、能量轉(zhuǎn)化中的效率騎自行車上學(xué)時，我們希望消耗的每一分體能能全部轉(zhuǎn)化為自行車和人的動能，這可能嗎？生活經(jīng)驗(yàn)告訴我們。這些理想情況都不可能發(fā)生。在所有的能量利用過程中，能量損耗不可避免。以燒水過程為例，有一定比例的熱量會散發(fā)到大氣。如果把天然氣完全燃燒釋放的化學(xué)能稱為輸入能量，而把水吸收的那部分能量稱為輸出有效能量，把散發(fā)到大氣中的那部分能量稱為輸出無效能量，則根據(jù)能量守恒定律，有如下關(guān)系：輸入能量=輸出有效能量+輸出無效能量能量轉(zhuǎn)化效率能量轉(zhuǎn)化效率η=輸出有效能量輸入能量在任何情況下，能量轉(zhuǎn)換效率η都小于1，因此永動機(jī)不存在。機(jī)械效率是有用功在總功中所占的比例。熱機(jī)效率是內(nèi)能轉(zhuǎn)化為有用機(jī)械能的效率。能量轉(zhuǎn)化效率是輸出的有效能量在輸入的能量中所占的比例，是把一種能量轉(zhuǎn)化為另一種能量。輸入和輸出能量可以是任意一種。能量轉(zhuǎn)化效率與機(jī)械效率、熱機(jī)效率是一回事嗎？1.能量的轉(zhuǎn)化和守恒各種形式的能量：機(jī)械能、內(nèi)能、電能、光能等.能量的轉(zhuǎn)化、能量的轉(zhuǎn)移2.能量守恒定律：能量既不會憑空消滅，也不會憑空產(chǎn)生，它只會從一種形式轉(zhuǎn)化為其他形式，或者從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體，而在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的過程中，能量的總量保持不變.3.永動機(jī)：違背了能量守恒定律.4.能量轉(zhuǎn)移和能量轉(zhuǎn)化具有方向性5.能量轉(zhuǎn)化效率：η總是小于1例3.圖為某