教科版2020年物理九年級下冊第11章《第2節(jié)能量轉(zhuǎn)化的方向性和效率》課件（共27張PPT）

1、第十一章第十一章 物理學(xué)與能源技術(shù)物理學(xué)與能源技術(shù)第第2 2節(jié)節(jié) 能量轉(zhuǎn)化的方向性和效率能量轉(zhuǎn)化的方向性和效率教科版物理九年級下冊1.1.認識到能量轉(zhuǎn)移具有方向性。認識到能量轉(zhuǎn)移具有方向性。2.2.認識能量轉(zhuǎn)化效率。認識能量轉(zhuǎn)化效率。3.3.通過討論交流，知道能量轉(zhuǎn)化有方向性。通過討論交流，知道能量轉(zhuǎn)化有方向性。4.4.有用能量轉(zhuǎn)化與守恒的觀點分析物理現(xiàn)象的有用能量轉(zhuǎn)化與守恒的觀點分析物理現(xiàn)象的意識。意識。學(xué)習(xí)目標學(xué)習(xí)目標思考：思考：水能從低處往高處流嗎？水能自發(fā)地從低處水能從低處往高處流嗎？水能自發(fā)地從低處往高處流嗎？往高處流嗎？一、一、能量轉(zhuǎn)化的方向性能量轉(zhuǎn)化的方向性 如果水是自發(fā)地流只能

2、如果水是自發(fā)地流只能從高處往低處流從高處往低處流，同，同樣能量的自發(fā)流向也不是隨意的，即樣能量的自發(fā)流向也不是隨意的，即能量的轉(zhuǎn)化能量的轉(zhuǎn)化具有方向性。具有方向性。探究新知探究新知1.1.討論交流：這些情形可能嗎？討論交流：這些情形可能嗎？ 試看分析以下過程能否實現(xiàn)，以及實現(xiàn)過程中的試看分析以下過程能否實現(xiàn)，以及實現(xiàn)過程中的能量轉(zhuǎn)化情況。能量轉(zhuǎn)化情況。（1 1）一杯水靜置一段時間）一杯水靜置一段時間后，其中的一部分水自行后，其中的一部分水自行從另一部分水中吸取熱量，從另一部分水中吸取熱量，沸騰成水蒸氣沸騰成水蒸氣? ?另一部分水另一部分水則內(nèi)能減少，凝結(jié)成冰則內(nèi)能減少，凝結(jié)成冰? ? 熱傳遞的

3、過程是熱傳遞的過程是有方向性有方向性的，這個過的，這個過程可以程可以向一個方向自發(fā)向一個方向自發(fā)地進行，但是向地進行，但是向相相反的方向卻不能自發(fā)地進行反的方向卻不能自發(fā)地進行。注意：內(nèi)能總是自發(fā)地從高溫物體向低溫注意：內(nèi)能總是自發(fā)地從高溫物體向低溫物體轉(zhuǎn)移而不會自發(fā)地由低溫物體向高溫物體轉(zhuǎn)移而不會自發(fā)地由低溫物體向高溫物體轉(zhuǎn)移。物體轉(zhuǎn)移。（2 2）枯萎的花兒，自發(fā)從空氣中吸取能量和水分，）枯萎的花兒，自發(fā)從空氣中吸取能量和水分，重?zé)ㄇ啻?？重?zé)ㄇ啻海靠菸幕▋?，也不枯萎的花兒，也不可能自發(fā)從空氣中可能自發(fā)從空氣中吸取能量和水分。吸取能量和水分。（3 3）坡底的巨石從周圍環(huán)境中獲取能量，滾向坡頂

4、？）坡底的巨石從周圍環(huán)境中獲取能量，滾向坡頂？ 機械能可以全部機械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，而內(nèi)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，而內(nèi)能不可全部轉(zhuǎn)化為機械不可全部轉(zhuǎn)化為機械能而不引起其他變化！能而不引起其他變化！ （4 4）汽車從北京開到天津，掉轉(zhuǎn)車頭，可以不再消）汽車從北京開到天津，掉轉(zhuǎn)車頭，可以不再消耗新的燃料，從空氣、尾氣中吸取能量，返回北京？耗新的燃料，從空氣、尾氣中吸取能量，返回北京？返程不返程不再耗再耗油油. 這是不可能的。因為被其他物質(zhì)吸收后這是不可能的。因為被其他物質(zhì)吸收后變?yōu)橹車h(huán)境的內(nèi)能，我們無法把這些內(nèi)能變?yōu)橹車h(huán)境的內(nèi)能，我們無法把這些內(nèi)能收集起來重新利用，這種現(xiàn)象叫作能量的耗收集起來重新利用

5、，這種現(xiàn)象叫作能量的耗散。散。能量的耗散從能量轉(zhuǎn)化的角度反映出自能量的耗散從能量轉(zhuǎn)化的角度反映出自然界中宏觀過程的方向性然界中宏觀過程的方向性。 通過以上的分析很明顯這些過程都是不可通過以上的分析很明顯這些過程都是不可能實現(xiàn)的，我們在現(xiàn)實生活中也從未看到這樣能實現(xiàn)的，我們在現(xiàn)實生活中也從未看到這樣的現(xiàn)象發(fā)生過。自然界中許多自發(fā)的過程都是的現(xiàn)象發(fā)生過。自然界中許多自發(fā)的過程都是有方向的，或者說能量的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移也是有方有方向的，或者說能量的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移也是有方向的。向的。2.2.能量流動具有方向性能量流動具有方向性（1 1）轉(zhuǎn)移的方向性）轉(zhuǎn)移的方向性 熱量只能自發(fā)地?zé)崃恐荒茏园l(fā)地從高溫物體轉(zhuǎn)移到低溫

6、物體，從高溫物體轉(zhuǎn)移到低溫物體，反反之要想使熱量自發(fā)地從低溫物體流入高溫物體是不可之要想使熱量自發(fā)地從低溫物體流入高溫物體是不可能的。但如果有外界適當?shù)母深A(yù)，或滿足一定的條件，能的。但如果有外界適當?shù)母深A(yù)，或滿足一定的條件，熱量可以從低溫物體轉(zhuǎn)移至高溫物體。熱量可以從低溫物體轉(zhuǎn)移至高溫物體。 例如空調(diào)可以將熱量從低溫的室內(nèi)移至高溫的室例如空調(diào)可以將熱量從低溫的室內(nèi)移至高溫的室外，但外界必須做功，這種轉(zhuǎn)移才是可能的，空調(diào)不外，但外界必須做功，這種轉(zhuǎn)移才是可能的，空調(diào)不開不做電功，這種轉(zhuǎn)移就是不可能的。開不做電功，這種轉(zhuǎn)移就是不可能的。（2 2）轉(zhuǎn)化的方向性）轉(zhuǎn)化的方向性 指內(nèi)能和其他形式的的能量

7、（如電能、機械能指內(nèi)能和其他形式的的能量（如電能、機械能等）的相互轉(zhuǎn)化具有方向性。其他形式的能量可以等）的相互轉(zhuǎn)化具有方向性。其他形式的能量可以自發(fā)地轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，而內(nèi)能不可無條件地轉(zhuǎn)化為其自發(fā)地轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，而內(nèi)能不可無條件地轉(zhuǎn)化為其他形式的能量。他形式的能量。 例如鐘表在再次上緊發(fā)條之前例如鐘表在再次上緊發(fā)條之前, ,終會停下終會停下, ,機械機械能終會完全轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)能，內(nèi)能不可自發(fā)地轉(zhuǎn)化為機能終會完全轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)能，內(nèi)能不可自發(fā)地轉(zhuǎn)化為機械能。械能。 總之如果某個過程涉及了熱量，能量的總之如果某個過程涉及了熱量，能量的轉(zhuǎn)化（和轉(zhuǎn)移）就將是轉(zhuǎn)化（和轉(zhuǎn)移）就將是“覆水難收覆水難收”，無法，無法自發(fā)地沿

8、反方向發(fā)生，除非我們耗費額外的自發(fā)地沿反方向發(fā)生，除非我們耗費額外的能量提供幫助。能量提供幫助。思考：思考：因為能量是守恒的，所以我們不需要節(jié)約因為能量是守恒的，所以我們不需要節(jié)約能源，這種說法對嗎？并說明原因。能源，這種說法對嗎？并說明原因。 現(xiàn)實的宏觀世界中，物體間一旦存在溫差，就現(xiàn)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(zhuǎn)會有熱量的傳遞；摩擦無處不在，機械能會不斷轉(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

9、上可利用、便于利用的能量的總量。少這個世界上可利用、便于利用的能量的總量。這種說法不正確，因為能量轉(zhuǎn)化具有方向性。這種說法不正確，因為能量轉(zhuǎn)化具有方向性。 這就是為什么雖然能量是守恒的，我們?nèi)匀灰@就是為什么雖然能量是守恒的，我們?nèi)匀灰?jié)約能源的原因。節(jié)約能源的原因。 在實際工作和生活中，人們把一種能量轉(zhuǎn)化為在實際工作和生活中，人們把一種能量轉(zhuǎn)化為另一種能量總是為了某種目的：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；用燃氣灶燒水，目的是為了把水燒熱或燒開；并希望并希望燒水時將天燃氣燃燒產(chǎn)生的熱量完全傳遞給燒水時將天燃氣燃燒產(chǎn)生的熱量完全傳遞給水壺中的水。水壺中的水。

10、 使用電梯是為了把人或物體提高到一定的高度；使用電梯是為了把人或物體提高到一定的高度；并希望并希望每消耗每消耗1 1千瓦時的電能完全轉(zhuǎn)化成人或物體的千瓦時的電能完全轉(zhuǎn)化成人或物體的勢能。勢能。二、二、能量轉(zhuǎn)化中的效率能量轉(zhuǎn)化中的效率 生活經(jīng)驗告訴我們，這些理想都不可能發(fā)生在生活經(jīng)驗告訴我們，這些理想都不可能發(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：以天燃氣燒一壺水為例：1.1.輸入能量輸入能量 我們把天然氣完全燃燒釋我們把天然氣完全燃燒釋放出的化學(xué)能稱為輸入能量。放出的化學(xué)能稱為輸入能量。3.3.輸出無效能量輸出無效能量 把散

11、發(fā)到大氣、壺體中的那部分能量稱為輸出把散發(fā)到大氣、壺體中的那部分能量稱為輸出無效能量。無效能量。2.2.輸出有效能量輸出有效能量 壺水水吸收的那部分能量稱為輸出有效能量。壺水水吸收的那部分能量稱為輸出有效能量。輸入能量輸入能量= =輸出有效能量輸出有效能量+ +輸出無效能量輸出無效能量4.4.輸入能量、輸出有效能量和輸出無效能量的關(guān)系輸入能量、輸出有效能量和輸出無效能量的關(guān)系根據(jù)能量守恒定律：根據(jù)能量守恒定律： 為了進一步描述這些過程，人們定義了能量為了進一步描述這些過程，人們定義了能量的轉(zhuǎn)化效率。的轉(zhuǎn)化效率。5.5.能量轉(zhuǎn)化效率能量轉(zhuǎn)化效率即即= = ，任何情況下，任何情況下，11! !能量

12、轉(zhuǎn)化效率能量轉(zhuǎn)化效率= =輸出有效能量輸出有效能量輸入能量輸入能量 其實，在所有的能量利用的過程中，都有以其實，在所有的能量利用的過程中，都有以上的關(guān)系。上的關(guān)系。W W有有W W總總討論交流各種討論交流各種“效率效率” 在在“機械與功機械與功”一章中，我們研究了機械一章中，我們研究了機械效率，即有用功在總功中所占的比例；在效率，即有用功在總功中所占的比例；在“改改變世界的熱機變世界的熱機”一章中，我們又知道了熱機的一章中，我們又知道了熱機的效率，即內(nèi)能轉(zhuǎn)化為有用機械能的效率。這些效率，即內(nèi)能轉(zhuǎn)化為有用機械能的效率。這些效率，跟我們今天學(xué)習(xí)的效率，跟我們今天學(xué)習(xí)的“能量轉(zhuǎn)化效率能量轉(zhuǎn)化效率”是

13、是一回事嗎？為什么？一回事嗎？為什么？機械效率定義機械效率定義: :有用功在總功中所占的百分比，叫有用功在總功中所占的百分比，叫機械效率，機械效率總小于機械效率，機械效率總小于1 1。熱機效率：熱機所做有用功（有效利用的能量）與熱機效率：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。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，所以熱機效率始終熱機工作時總是有能量的損失，所以熱機效率始終小于小于1 1。 提高能量利用中的轉(zhuǎn)化效率是節(jié)能問題的核提高能量利用中的轉(zhuǎn)化效率是節(jié)能問題的核心，是可持續(xù)發(fā)展的重要措施之一。心，是可持續(xù)發(fā)展的重要措施之一。能

14、量轉(zhuǎn)化效率能量轉(zhuǎn)化效率=輸出有效能量輸出有效能量輸入能量輸入能量即都可表示為：即都可表示為：（一）能量的轉(zhuǎn)化具有方向性（一）能量的轉(zhuǎn)化具有方向性涉及了熱量，能量的轉(zhuǎn)化（和轉(zhuǎn)移）是有方向的，無涉及了熱量，能量的轉(zhuǎn)化（和轉(zhuǎn)移）是有方向的，無法自發(fā)地沿反方向發(fā)生，除非我們耗費額外的能量提法自發(fā)地沿反方向發(fā)生，除非我們耗費額外的能量提供幫助。供幫助。（二）能量轉(zhuǎn)化中的效率（二）能量轉(zhuǎn)化中的效率輸入能量輸入能量= =輸出有效能量輸出有效能量+ +輸出無效能量輸出無效能量能量轉(zhuǎn)化效率能量轉(zhuǎn)化效率= =輸出有效能量輸出有效能量/ /輸入能量輸入能量即即= = W W有有/ /W W總總，任何情況下，任何情況

15、下，1! 1! 歸納新知歸納新知1. 1. 一般情況下（一般情況下（ ）能只能從高溫問題轉(zhuǎn)移到低）能只能從高溫問題轉(zhuǎn)移到低溫物體，不能相反。如冬天，火爐把自己能傳遞給房溫物體，不能相反。如冬天，火爐把自己能傳遞給房間里的空氣，供人們?nèi)∨?；到了春天，我們不能把這間里的空氣，供人們?nèi)∨?；到了春天，我們不能把這些能量重新收集起來供來年再用，上述事例說明：能些能量重新收集起來供來年再用，上述事例說明：能量的轉(zhuǎn)化、能量的轉(zhuǎn)移，都是有（量的轉(zhuǎn)化、能量的轉(zhuǎn)移，都是有（ ）性的；）性的；請再舉一個符合這一規(guī)律的例子：請再舉一個符合這一規(guī)律的例子： 內(nèi)內(nèi)方向方向 物塊在地面上因摩擦部分機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，物塊在地

16、面上因摩擦部分機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，這些內(nèi)能不會再轉(zhuǎn)化成機械能。這些內(nèi)能不會再轉(zhuǎn)化成機械能。 課堂練習(xí)課堂練習(xí)2 2下列說法正確的是（）下列說法正確的是（）A A能量是守恒的，所以無須節(jié)約能源能量是守恒的，所以無須節(jié)約能源 B B物體的溫度越高，含有的熱量越多物體的溫度越高，含有的熱量越多 C C熱量只能自發(fā)地從高溫物體轉(zhuǎn)移到低溫物體，不熱量只能自發(fā)地從高溫物體轉(zhuǎn)移到低溫物體，不能相反能相反 D D相同質(zhì)量的相同質(zhì)量的00的水比的水比00的冰內(nèi)能少的冰內(nèi)能少 C C3 3下列關(guān)于能量轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)化的方向性的說法中，下列關(guān)于能量轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)化的方向性的說法中，不正確的是（）不正確的是（）A A在自然界中不是所有能量都能利用在自然界中不是所有能量都能利用 B B能量的利用是有條件的，也是有代價的能量的利用是有條件的，也是有代價的 C C不同溫度的物體發(fā)生熱傳遞時，熱傳遞的方向不同溫度的物體發(fā)生熱傳遞時，熱傳遞的方向只能從高溫物體到低溫物體，不會相反只能從高溫物體到低溫物體，不會相反 D D汽車，剎車時，車的動能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，這些