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能量的轉化與守恒
第十四章 內能的利用 第3節
生活中的能量
觀察下面圖片，說出它們都具有什么形式能量。
水的重力勢能
太陽能
重力勢能
彈性勢能
光能
電能
動能
太陽能
機械能
1
機械能
動能
勢能
重力勢能
彈性勢能
動能與勢能統稱為機械能。
2
內能
構成物體的所有分子，其熱運動的動能與分子勢能的總和，叫做物體的內能。一切物體都具有內能。
冰島國辛格韋德利——地熱發電站
3
太陽能
是一種可再生能源。是指太陽的熱輻射能，主要表現就是常說的太陽光線。
在現代一般用作發電或者為熱水器提供能源。
4
化學能
化學能是一種很隱蔽的能量，它不能直接用來做功，只有在發生化學變化的時候才可以釋放出來，變成內能或者其他形式的能量。
各種物質都儲存化學能，如燃料、動物、食物都儲存有化學能。
化學能是我們生活中常見的能量。
5
生物質能
生物質能源是從太陽能轉化而來，通過植物的光合作用將太陽能轉化為化學能，儲存在生物質內部的能量，與風能、太陽能等同屬可再生能源，可實現能源的永續利用。
發電機
6
電能
電能是指使用電以各種形式做功的能力。
電能
7
核能
也叫原子能。原子核核結構發生變化放出的能量。通常指重核（如钚、鈾等）裂變和輕核（氘、氚等）聚變時所發出的巨大能量。
核電站
核爆炸
能量多種存在：機械能、內能、電能、化學能、光能、核能、潮汐能等。
自然界存在著各種形式的能量
這些不同形式的能量可以相互發生轉化嗎？
手會發熱
①來回迅速摩擦雙手。
②將太陽電池連在小電扇上，并使它對著陽光。
做一做
機械能
內能
光能
電能
機械能
小電扇會轉動起來。
觀察發生的現象，討論發生了哪些能量轉化？
1
各種形式的能可以相互轉化
人類文明的發展史正是一部能量轉化技術的進步史
物理學家經過大量的研究，發現不同形式的能量可以發生相互轉化。
2
機械能與內能的相互轉化
鉆木取火
蒸汽機
轉化
能
能
轉化
能
能
機械
內
內
機械
3
電能與機械能的相互轉化
電車
水電站
轉化
能
能
電
機械
轉化
能
能
機械
電
4
電能與內能的相互轉化
冰島國辛格韋德利——地熱發電站
轉化
能
能
電
內
轉化
能
能
內
電
5
電能與光能的相互轉化
白熾燈
太陽能電池板
轉化
能
能
電
光
轉化
能
能
光
電
6
光能與內能的相互轉化
太陽能熱水器
白熾燈把電能轉化成內能，再把內能轉化成光能。
轉化
能
能
光
內
轉化
能
能
電
內
3
7
水果電池
電動汽車充電
電能與化學能的相互轉化
電池的充電與放電
轉化
能
能
電
化學
轉化
能
能
化學
電
8
太陽
煤炭
火電廠
電動車
化學能
內能和
電能
機械能
太陽能
不同形式的能量之間的轉化
嘗試一下，按圖中給出的實例，你能做些補充嗎？
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蒸汽機
太陽能電池
電 燈
電熱器
發電機
充電機
燃料燃燒
太陽能熱水器
吸熱化學反應
燃料燃燒
火藥爆炸
壓縮氣體
地熱發電
高溫物體發光
光合作用
電池
電動機
摩擦生熱
能量轉化是非常普遍的顯現，但是各種形式的能量之間不能自由地相互轉化。
① 蕩秋千時，若停止用力，秋千會越來越低。為什么高度會逐漸降低？是否丟失了能量？減少的機械能到哪去了？
在秋千的運動過程中，秋千和空氣間有阻力，繩索間存在摩擦力，秋千要克服這些阻力做功，一部分機械能逐漸轉化為內能，機械能總量逐漸減少，最終機械能為零，全部轉化為內能。
想一想
②觀察彈性小球與地面碰撞時的視頻。思考：掉在地上的彈性小球越跳越低。為什么高度會逐漸降低？是否丟失了能量？減少的機械能到哪去了？
在小球的運動過程中，由于和空氣間有阻力，小球克服空氣阻力做功，一部分機械能逐漸轉化為內能，機械能總量逐漸減少，最終機械能全部轉化為內能。
彈性小球在地面彈跳的頻閃照片
想一想
1
大量事實表明
能量守恒定律
能量守恒定律：能量既不會 ，也不會 ，它只會從一種形式 為另一種形式，或者從一個物體 到另一個物體，而在轉化和轉移過程中，能量的總量 。
消滅
創生
轉化
轉移
保持不變
①能量守恒定律是自然界最普遍、最重要的基本定律之一。 所有能量轉化的過程，都服從能量守恒定律。
根據能量守恒定律，在分析自然現象時，如果發現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。
②行駛的汽車中，燃料的化學能通過燃燒轉化為燃氣的內能，再通過熱機做功把內能轉化為機械能。
機械傳熱損失一部分能量W3
燃料的化學能W總=
W有用+W1+W2+ W3
廢氣排出帶走的能量W2
有用的
機械能W有用
克服摩擦消耗的能量W1
在這個過程中，燃料的化學能一部分轉化為機械能，一部分轉化成了熱機和周圍環境的內能。但是，能量的總和保持不變。
電風扇工作時把電能轉化機械能和內能。
電風扇工作時電能轉化為什么能？它們之間的關系是怎樣的？
=
電能
機械能
+
內能
想一想
根據能量守恒定律，它們之間的關系是：
電能=機械能+內能
分析各現象中能的轉化或轉移
水壺里的水蒸汽將壺蓋頂起來
水輪機帶動發電機發電
電風扇轉動
電流通過燈絲使燈絲發光
煤燃燒
光合作用
核電站
用打氣筒打氣
木材燃燒
手搖發電機發電使燈泡發光
內能 機械能
機械能 電能
電能 機械能
電能 內能 光能
化學能 內能
光能 化學能
核能 內能 電能
機械能 內能
化學能 內能
機械能 電能 光能
有人曾設想制造一種不消耗任何能量和燃料，卻源源不斷對外做功的機器，人們把這種機器叫永動機。這種機器有可能制成嗎？
設想中的永動機
2
永動機
而水輪機做機械運動的各部件間有摩擦，會有部分機械能轉化為內能W內能，只有一部分能量W抽水用來對外做功抽水。
高處的水具有一定的機械能W總，在水向下流動時，對水輪機做功，水輪機轉動，把低處的水抽到高處。
根據能量守恒定律可知： W總=W內能+
W抽水，最后抽水的能量小于原來水的總能量，使流下的水不能全部抽回。
在各種形式的能量的相互轉化的過程中，下列說法中正確的是 （ ）
A. 機械能一定守恒
B. 各種形式的能量都守恒
C. 各種形式的能的總量一定守恒
D. 只有機械能轉化為內能
C
下列說法中正確的是（ ）
A．冬天對著手哈氣，手變暖是機械能轉化為內能
B．用酒精燈給水加熱，是機械能轉化為內能
C．高速行駛的汽車爆胎是很危險的，從能量角度來看，是機械能與內能的相互轉化
D．滑冰時冰刀與冰之間相互摩擦，出現一道痕跡，是內能轉化為機械能
C
　小華家使用的是天然氣熱水器，該熱水器的銘牌標明了它的熱效率，表示該熱水器工作時，天然氣完全燃燒所消耗的化學能，有多大比例轉化為水的內能。
小華嘗試估測該熱水器的熱效率，以核對銘牌上的數值是否準確。他把家里自動洗衣機的“水量”設置為40L，用熱水器輸出的熱水注入洗衣機，當注入水的體積達到40L時洗衣機便會自動停止注水。已知當時自來水的溫度是15℃，熱水器輸出熱水的溫度為40℃，注入前天然氣表的示數是2365.89m3，注水后變為2366.05m3，天然氣的熱值為3.2×107J/m3。
請你估測該熱水器的熱效率。
解：水吸收的熱量Q吸=cmΔt
=4.2×103J/( kg·℃) ×103 kg /m3×40×10-3m3×(40-15) ℃
=4.2×106J，
天然氣用量V=2366.05 m3-2365.89m3=0.16 m3，
天然氣完全燃燒放熱
Q放==0.16 m3×3.2×107J/m3 =5.12×106J，
當注入水的體積達到40L時洗衣機便會自動停止注水。當時自來水的溫度是15℃，熱水器輸出熱水的溫度為40℃，注入前天然氣表的示數是2365.89m3，注水后變為2366.05m3，天然氣的熱值為3.2×107J/m3。請你估測該熱水器的熱效率。
天然氣完全燃燒放熱
Q放=Vq=0.16 m3×3.2×107J/m3 =5.12×106J，
該熱水器的效率為
當注入水的體積達到40L時洗衣機便會自動停止注水。已知當時自來水的溫度是15℃，熱水器輸出熱水的溫度為40℃，注入前天然氣表的示數是2365.89m3，注水后變為2366.05m3，天然氣的熱值為3.2×107J/m3。請你估測該熱水器的熱效率。

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