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(共20張PPT)
第十一章 物理學與能源技術
第2節 能量轉化的方向性和效率
討論：既然能量是守恒的，那地球上的能量就不會減少了，為什么還需要節約能源？在實際中會出現能源危機嗎？
新知導入
1.認識到能量轉移具有方向性。
2.知道能量轉化的效率。
學習目標
討論交流 這些情形可能嗎？
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取熱量，沸騰成水蒸氣，另一部分水則內能減少，凝結成冰。
內能的轉移（熱傳遞）是有方向性的，內能總是自發地從高溫物體向低溫物體轉移而不會自發地由低溫物體向高溫物體轉移。
一、能量轉化的方向性
新知學習
枯萎的花兒，自發從空氣中吸取能量和水分，重煥青春
坡底的巨石從周圍環境中獲取能量，滾向坡頂
枯萎的花兒，也不可能自發從空氣中吸取能量和水分。
機械能可以全部轉化為內能，而內能不可全部轉化為機械能而不引起其他變化！
從北京開到天津的汽車，掉轉車頭，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
散失的內能及由于摩擦轉化成了輪胎、地面和空氣的內能，不能再自動地轉化為機械能驅動汽車。
能量的轉化和轉移具有方向性，有些能量可以利用，有些則不能。
研究表明，如果某個過程中涉及了熱量，能量的轉化（和轉移）就將是“覆水難收”，無法自發地沿反方向發生，除非我們耗費額外的能量提供幫助。
因為現實的宏觀世界中，物體間一旦存在溫差，就會有熱量的傳遞；摩擦無處不在，機械能會不斷轉化為內能。我們對能量的利用，無法避免涉及熱量的生成與轉移。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。
【思考】既然自然界的能量是守恒的，為什么我們仍然要節約能源呢？
在實際工作和生活中，人們把一種能量轉化為另一種能量總是為了某種目的：
用燃氣灶燒水，目的是為了把水燒熱或燒開；并希望燒水時將天燃氣燃燒產生的熱量完全傳遞給水壺中的水。
使用電梯是為了把人或物體提高到一定的高度；并希望每消耗1千瓦時的電能完全轉化成人或物體的勢能。
二、能量轉化中的效率
生活經驗告訴我們，這些理想都不可能發生在所有的能量利用過程中，能量損耗不可避免 。
以天燃氣燒一壺水為例：
1.輸入能量
我們把天然氣完全燃燒釋放出的化學能稱為輸入能量。
3.輸出無效能量
把散發到大氣、壺體中的那部分能量稱為輸出無效能量。
2.輸出有效能量
壺水水吸收的那部分能量稱為輸出有效能量。
輸入能量=輸出有效能量+輸出無效能量
4.輸入能量、輸出有效能量和輸出無效能量的關系
根據能量守恒定律：
為了進一步描述這些過程，人們定義了能量的轉化效率。
5.能量轉化效率
即η = ，任何情況下，η<1!
能量轉化效率=
輸出有效能量
輸入能量
其實，在所有的能量利用的過程中，都有以上的關系。
W有
W總
討論交流各種“效率”
在“機械與功”一章中，我們研究了機械效率，即有用功在總功中所占的比例；在“改變世界的熱機”一章中，我們又知道了熱機的效率，即內能轉化為有用機械能的效率。這些效率，跟我們今天學習的“能量轉化效率”是一回事嗎？為什么？
機械效率定義:有用功在總功中所占的百分比，叫機械效率，機械效率總小于1。
熱機效率：熱機所做有用功（有效利用的能量）與燃料完全燃燒釋放的熱量之比叫作熱機效率。
熱機工作時總是有能量的損失，所以熱機效率始終小于1。
提高能量利用中的轉化效率是節能問題的核心，是可持續發展的重要措施之一。
能量轉化效率 =
輸出有效能量
輸入能量
即都可表示為：
能量的轉化具有方向性:
涉及了熱量、能量的轉化（和轉移）是有方向的，無法自
發地沿反方向發生，除非我們耗費額外的能量提供幫助。
能量轉化中的效率:
輸入能量=輸出有效能量+輸出無效能量
能量轉化效率=輸出有效能量/輸入能量
即η= W有/W總，任何情況下，η<1!
能量轉化的方向
性和效率
課堂小結
1．下列說法正確的是（　　）
A.能量是守恒的，所以無須節約能源
B.物體的溫度越高，含有的熱量越多
C.熱量只能自發地從高溫物體轉移到低溫物體，不能相反
D.相同質量的0℃的水比0℃的冰內能少
C
隨堂練習
2．下列關于能量轉移和轉化的方向性的說法中，不正確的是（　）
A.在自然界中不是所有能量都能利用
B.能量的利用是有條件的，也是有代價的
C.不同溫度的物體發生熱傳遞時，熱傳遞的方向只能從高溫物體到低溫物體，不會相反
D.汽車，剎車時，車的動能轉化為內能，這些內能可以收集起來，再作為車行駛的動力
D
3.關于能量守恒定律及能量轉化或轉移的方向性，下列說法中錯誤的是（ ）
A.能量不能被創造或被消滅
B.自然界中自發進行的熱傳遞過程總是從高溫物體向低溫物體進行
C.內能可以自動地、不引起其它變化地完全轉化為機械能
D.自然界實際進行的與熱現象有關的一切宏觀過程都是有方向性的
C
4.關于熱機能量轉化的效率，下列說法中正確的是（ ）
A.熱機做一定的有用功，消耗的燃料越少，效率一定越高
B.熱機做的有用功越多，效率一定越高
C.熱機消耗的燃料越少，效率一定越高
D.熱機做功越快，效率一定越高
A

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