能量的转化和守恒

能量的转化和守恒

作者：陶 强 孙双肆

来源：《初中生世界(初三物理)》2007年第11期

能量的转化和守恒定律，是人类历经数世纪，总结了力学、热学、电学、磁学、化学、电化学、生物化学等诸多领域，特别是经历了力学、电磁学与热力学的多种实验及观察后，推导出来的一条适合于整个自然界的普遍性科学定律。能量的转化和守恒定律的发现，把各种自然现象用定量的规律联系起来，找到了各种现象的公共量度——能量，说明不同运动形式在相互转化中有量的共同性。能量的概念是科学中重要的概念，是物理课程标准规定的三大主题之一。用能量的观点分析物理问题，是物理学中的重要研究方法。

一、能量的转化

我们是在能的转化或转移过程中利用能量的，如打桩机的重锤从高处落下是重力势能转化为动能的过程；高温蒸汽推动发电机发电的过程是内能转化为机械能再转化为电能的过程；电能通过电动机可转化为机械能；电能通过白炽灯或荧光灯可转化为光能和内能；电能通过电解槽可转化为化学能，等等。在分析有关能量转化的问题时，关键是分析什么能在增大，什么能在减小，从而归纳出是什么能转化为什么能。

其中特别需要注意，在某些事例中，能量的转化可能是多向性的。例如从空中落下的皮球，在触地变形的过程中，动能在减小、重力势能也在减小，而弹性势能在增加，因此是动能和重力势能转化为弹性势能，其中动能转化为弹性势能占主要部分。再如物体在有空气阻力的空中下降时，物体的重力势能不但转化为动能，还有一部分重力势能由于物体与空气摩擦生热而转化为内能。

例题1说明下列过程中机械能的转化：

(1)拉开的弓将箭射出；

(2)骑自行车下坡不蹬也越来越快；

(3)悬挂的吊灯被风吹动后，来回摆动；

(4)飞行的网球碰到网球拍的网后被弹回。 分析 (1)拉开的弓具有弹性势能，射出的箭具有动能，拉弓射箭是将弓的弹性势能转化为箭的动能；(2)自行车在坡上具有重力势能，下坡过程，它的高度变小，自行车的重力势能越来越小，下坡时越来越快，说明动能越来越大，自行车的重力势能转化为动能；(3)吊灯在摆动过程中，从最低点到最高点，动能逐渐减小，重力势能逐渐变大，动能转化为重力势能从最高点到最低点则相反，是重力势能转化为动能；(4)网球接触网球拍的网后，使网形变，球减速，动能减小，而网由于形变而具有弹性势能，所以从球触网开始到球的速度为零，网形变幅度最大这段时间，是球的动能转化为网的弹性势能。球网在恢复原状的过程中，把球弹回，网，的弹性势能减小，球的动能增加，网的弹性势能转化为球的动能。

第3节

能量的转化和守恒

1.能分析常见现象中的能量转化。

2.了解能量转化可以反映出自然界中各种现象不是孤立的,而是互相联系的。

3.知道永动机不可能实现。

一、能量的转化

1.常见的能量有 机械能 、 内能 、 光能 、 电能 等。

2.通过书上的《想想做做》,我们可以知道在一定条件下,不同形式的能可以 相互转化 。

3.在生活和生产中,能量转化的例子很多,如:

(1)摩擦生热, 机械 能转化为 内 能;

(2)水电站里水轮机带动发电机发电, 机械 能转化为 电 能;

(3)电动机带动水泵把水送到高处, 电 能转化为 机械 能;

(4)植物吸收太阳光进行光合作用, 光 能转化为 化学 能;

(5)燃料燃烧时发热, 化学 能转化为 内 能。

二、能量守恒定律

4.掉在地上的篮球会跳起,但是越跳越低,为什么?是否丢失了能量?减少的机械能到哪里去了?

答案 篮球跳起再回落过程中,受到空气阻力的作用,其机械能越来越少。能量未丢失。减少的机械能转化为内能。

5.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。

能量守恒定律 是自然界最普遍、最重要的基本定律之一。

6.我们可以从以下四个方面理解能量守恒定律。

(1)存在:能量既不会凭空 创造 ,也不会凭空 消灭 。

(2)转化或转移:从一种形式 转化 为另一种形式或者从一个物体 转移 到另一个物体。

(3)结果:在转化和转移的过程中,能量的总量保持 不变 。也就说,某种形式的能减少,一定是转化为其他形式的能。

(4)普遍性:能量守恒定律是自然界最普遍、最重要的定律之一,所有能量转化过程都遵守这个规律。

7.永动机为什么不能制造出来?

答案 永动机的设计违背了能量守恒定律。

1.通过图书、网络探究“能量转化的方向性”。

《能量的转化和守恒》教学设计

一、教学目标

1、知识与技能

1） 知道各种形式的能量是可以相互转化的。

2）知道在转化的过程中，能量的总量是保持不变的。

3）能举出日常生活中能量守恒的实例。

2、过程与方法

1）通过学生自己做小实验，发现各种现象的内在联系，体会各种形式能量之间的相互转化。

2）通过讨论体会能量不会凭空消失，只会从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到另一个物体。

3、情感态度与价值观感

1）通过学生自己做小实验，激发学生的学习兴趣，对物理规律有一个感性认识。

2）通过学生讨论锻炼学生分析问题的能力。

二、重点与难点

1、教学重点：能量守恒定律

2、教学难点：运用能的转化和守恒定律对具体的自然现象进行分析，说明能是怎样转化的

三、教学用具准备

1、教具：多媒体设备、课件、乒乓球等。

四、教学过程设计 创设情境，引入新课：

复习上一节课的内容

进行几个小实验，注意观察现象:

① 来回迅速摩擦双手,手会感觉到热。机械能转化为内能。

② 黑塑料袋内盛水,插入温度计后系好,放在阳光下,过一会儿,可观察到温度升高。光能转化为内能。

③ 小电扇转动起来，光能转化为电能再转化为机械能。

④ 钢笔杆能够吸引小纸片，机械能转化为电能。

教师总结:经过长期的探索,发现各种现象不是彼此孤立，而是相互联系的。用能量的概念及能量转化的观点，可以反映这种联系，在一定的条件下，各种形式的能量可以相互转化。

新知探究：

交流展示：

师生互动:上述现象中能量的形式发生了改变，有无能量形式不改变的现象呢？你能利用书桌上的物 品设计两个小实验吗？

讨论学生所做小实验得出结论：能量不仅可以转化而且可以转移，在能量转移的过程中能量形式没有变。

师生互动:。老师实验:乒乓球自由落在地上弹起来,最终会静止。

通过讨论乒乓球的运动过程,提示学生机械能减少了,是不是能量丢失了?实际上是通过摩擦把机械能转化为内能。从而引出能量守恒定律。

能量的转化与守恒

能量是物理学中一个重要的概念，它存在于宇宙万物之中，贯穿着我们的生活。能量的转化与守恒原理是指能量在物质间相互转化，且在转化过程中总能量保持不变的规律。

一、能量的转化

能量的转化可以发生在不同的形式之间，包括机械能、热能、化学能、电能等。下面我们以常见的能量形式为例，来探讨能量的转化过程。

1. 机械能的转化

机械能是物体运动和位置所具有的能量，包括动能和势能。当物体在高处具有势能时，其下降过程中势能会转化为动能。例如，将一个弹簧压缩起来，当我们松开手时，弹簧会迅速弹开，弹簧的势能转化为运动的动能。

2. 热能的转化

热能是物体内部分子和原子的运动所具有的能量。热能的转化可以通过热传导、辐射和对流等方式进行。例如，将一杯热水倒入冷水中，热水分子的热运动会传递给冷水分子，热能逐渐转化为冷水的热能。

3. 化学能的转化

化学能是物质在化学反应中所具有的能量。当物质发生化学反应时，原子和分子之间的键被打破或形成，化学能会转化为其他形式的能量。例如，我们吃食物时，人体会将食物中的化学能转化为身体所需的能量。

4. 电能的转化

电能是电荷在电场中具有的能量。电能转化主要发生在电路中，通过电流的流动，电能可以转化为其他形式的能量，如光能、热能等。举个例子，当我们打开电灯开关，电能会转化为光能，照亮整个房间。

二、能量守恒定律

能量守恒定律是指在封闭系统中，能量总量始终保持不变。这个定律是基于能量的可转化性和不可破坏性而建立的。在自然界的任何一个过程中，能量既不会凭空产生，也不会消失，只会在不同形式之间转化。

能量守恒定律可以通过以下几个方面进行解释：

1. 闭合系统

能量守恒定律适用于封闭系统，也就是在该系统内部没有能量的流入和流出。在这种情况下，系统中的能量总量始终保持不变。例如，一个密封的容器内气体的总能量在物质间的碰撞、分子的运动过程中保持不变。

2. 不同形式能量之间的转化 能量在不同形式之间可以相互转化，但总能量保持不变。例如，当我们用手推动一个物体时，我们身体的化学能转化为物体的动能；而物体最终停下来时，动能转化为机械能和热能。