能量的轉(zhuǎn)化與轉(zhuǎn)移

能量的轉(zhuǎn)化與轉(zhuǎn)移達(dá)?芬奇是意大利著名的畫家，他曾經(jīng)設(shè)計(jì)了一個(gè)“永動(dòng)機(jī)”，如圖所示．他設(shè)計(jì)時(shí)認(rèn)為右邊的鋼球比左邊的鋼球離輪心更遠(yuǎn)些，在兩邊不均衡的作用力下，輪子會(huì)沿箭頭方向不停地轉(zhuǎn)動(dòng)，但實(shí)驗(yàn)的結(jié)果卻是否定的．達(dá)?芬奇的“永動(dòng)機(jī)”為什么不能“永動(dòng)”呢?一、各種各樣的能量能量的形式有機(jī)械能、內(nèi)能、電能、光能、聲能、磁能、化學(xué)能、核能等.1）機(jī)械能：機(jī)械能又包括動(dòng)能和勢(shì)能．例如：繃緊的橡皮筋、山上的石頭、水庫中蓄積的水等，都具有勢(shì)能．當(dāng)松開繃緊的橡皮筋時(shí)，它會(huì)動(dòng)；山崩時(shí)，石頭會(huì)向下移動(dòng)；水庫泄洪時(shí)，水流急下等，這些物質(zhì)的移動(dòng)表現(xiàn)出動(dòng)能；（2）內(nèi)能：燃燒木柴，就是氧化分解木柴中的碳?xì)浠瘜W(xué)鍵，釋放出能量，使周圍的溫度升高，這就是熱能，又稱內(nèi)能；（3）電能：電流具有的能量．電能可以使電器用品產(chǎn)生作用，如電鍋將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮茈姛魧㈦娔苻D(zhuǎn)化為光能；電風(fēng)扇將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能；（4）光能：燃料燃燒時(shí)，部分的能量會(huì)以光的形式來表現(xiàn)；陽光也有光能，可以使我們溫暖，另外可以供植物進(jìn)行光合作用；5）聲能：聲音也有能量，例如聲音可以震動(dòng)耳膜，巨大的聲響可以震破玻璃6）磁能：磁鐵在吸引鐵時(shí)所表現(xiàn)出的能就是磁能；（7）化學(xué)能：由于物質(zhì)之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)變化而產(chǎn)生的能量．例如：木材的燃燒是一種化學(xué)反應(yīng)，燃燒時(shí)產(chǎn)生的光和熱，就來源于木材里儲(chǔ)存的化學(xué)能；8）核能：是由于核反應(yīng)，物質(zhì)的原子核結(jié)構(gòu)發(fā)生變化而產(chǎn)生的能量．例如：原子彈、氫彈爆炸時(shí)釋放的能量就來源于原子核的反應(yīng)；練習(xí)：自行車、電動(dòng)自行車、普通汽車消耗的能量類型分別是（）①生物能②核能③電能④太陽能⑤化學(xué)能①④⑤B.①③⑤C.①②③D.①③④二、能量的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移探究：在生活中，我們經(jīng)常能見到如下現(xiàn)象：（1）來回迅速摩擦雙手，手感到發(fā)熱；（2）流動(dòng)的水可以帶動(dòng)水輪機(jī)發(fā)電；（3）給小燈泡通電，它就會(huì)發(fā)光；（4）火柴頭達(dá)到著火點(diǎn)以后，產(chǎn)生火焰；（5）冬季，手捧冒著熱氣的熱水，一會(huì)兒就變涼了；（6）運(yùn)動(dòng)的小球去碰靜止小球，靜止的小球運(yùn)動(dòng)起來；（7）手握冰塊，冰塊很快溶化成水。分析：上面的實(shí)例中：實(shí)例①是機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能；②是機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能；③是電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能和光能；④是化學(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能.這前四個(gè)實(shí)例表明：能量可以從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式。實(shí)例⑤是熱水的內(nèi)能轉(zhuǎn)移到周圍的空氣中去了;⑥是運(yùn)動(dòng)小球的機(jī)械能轉(zhuǎn)移給了原來靜止的小球；⑦是手的內(nèi)能轉(zhuǎn)移給了冰塊，這后三個(gè)實(shí)例表明：能量可以從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體?？偨Y(jié)：（1） 能的轉(zhuǎn)化：各種形式的能在一定條件下可以發(fā)生轉(zhuǎn)化：動(dòng)能和勢(shì)能的轉(zhuǎn)化：在滾擺實(shí)驗(yàn)中，若無阻力，滾擺的重力勢(shì)能和動(dòng)能可以相互轉(zhuǎn)化，且滾擺在最高點(diǎn)的重力勢(shì)能等于最低點(diǎn)的動(dòng)能，也等于滾擺在滾動(dòng)過程中的動(dòng)能與重力勢(shì)能的和，即機(jī)械能的總量保持不變。內(nèi)能和機(jī)械能的相互轉(zhuǎn)化：在摩擦生熱現(xiàn)象中，機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，克服摩擦做了多少功，就有多少機(jī)械能轉(zhuǎn)化為等量的內(nèi)能；同樣在氣體膨脹做功現(xiàn)象中，內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，氣體膨脹做了多少功，就有多少內(nèi)能轉(zhuǎn)化為等量的機(jī)械能。其他形式能之間的轉(zhuǎn)化：燃料燃燒時(shí)放出熱量，化學(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能.植物吸收太陽光進(jìn)行光合作用，光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能。（2） 能的轉(zhuǎn)移：在熱傳遞中，能量從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一物體上，或從物體的一部分轉(zhuǎn)移到另一部分，能量的總量保持不變。練習(xí)：說出下列過程中能量轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的情況.TOC\o"1-5"\h\z（1）火箭點(diǎn)燃后騰空而起 ；（2）飛馳的流星拖著一條發(fā)光的尾巴 ；（3）電飯煲通電煮飯 ；（4）曬太陽感到暖和 ；（5）植物的光合作用 。例：小明為了探究物體的動(dòng)能和勢(shì)能的互相轉(zhuǎn)化情況，他拿了一只皮球并讓皮球從手中落到地上。發(fā)現(xiàn)皮球落地后又彈跳起來，到達(dá)某一高度時(shí)又下落到地上，然后又彈跳起來??，但皮球每次彈起上升的高度一次比一次小。在整個(gè)過程中：（1） 說明皮球機(jī)械能的轉(zhuǎn)化情況。（2） 指出皮球在哪些位置時(shí)的動(dòng)能為零。（3） 分析皮球“每次彈起上升的高度一次比一次小”的原因。分析：（1）“皮球從手中落到地上”，說明皮球是從手中由靜止下落的。皮球在下落、彈起的整個(gè)過程中，先后發(fā)生運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的變化是：皮球在手中靜止f加速下落f落地發(fā)生形變f恢復(fù)形變反彈f減速上升f靜止，再開始加速下落f落地發(fā)生形變f恢復(fù)形變反彈f減速上升f靜止……?？梢姡で蚓哂械臋C(jī)械能形式是：重力勢(shì)能、動(dòng)能、彈性勢(shì)能。各個(gè)過程中能量的轉(zhuǎn)化情況是：皮球在手中時(shí)：皮球靜止，無動(dòng)能，有重力勢(shì)能。加速下落的過程中：高度減小，重力勢(shì)能減少；運(yùn)動(dòng)速度增大，動(dòng)能增加。在此過程中，重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能。落地發(fā)生形變的過程中：當(dāng)皮球開始與地面接觸時(shí)，由于皮球的速度最大，動(dòng)能也最大，因而皮球不能馬上停止運(yùn)動(dòng)；皮球與地面接觸后，地面使皮球發(fā)生形變，動(dòng)能減少，彈性勢(shì)能從無到有。不斷增大；當(dāng)皮球的動(dòng)能減少到零時(shí)，形變結(jié)束，彈性勢(shì)能最大。在此過程中，動(dòng)能轉(zhuǎn)化為彈性勢(shì)能?；謴?fù)形變反彈的過程中：彈性勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能。減速上升過程中：運(yùn)動(dòng)速度減小，動(dòng)能減少；高度增大，重力勢(shì)能增加，在此過程中，動(dòng)能轉(zhuǎn)化為重力勢(shì)能。（2）動(dòng)能為零時(shí)，皮球靜止，由上述分析可知，皮球在手中、皮球形變最大時(shí)、皮球反彈上升到最大高度時(shí)，動(dòng)能力零。（3）假如皮球只有動(dòng)能和勢(shì)能相互轉(zhuǎn)化，則機(jī)械能守恒，此時(shí)彈起上升的高度與下落的高度相等，而皮球每次彈起上升的高度一次比一次小，說明皮球在整個(gè)過程中機(jī)械能不守恒，肯定有機(jī)械能轉(zhuǎn)化為其它形式能量，使機(jī)械能損失。造成機(jī)械能損失的原因有二：一是皮球在下落、上升過程中受到空氣阻力的作用，使得機(jī)械能減少；二是皮球在落地壓縮恢復(fù)形變的過程中，也有機(jī)械能損失。如果在其他條件相同時(shí)，讓皮球分別落在沙地、土地、玻璃上，你會(huì)發(fā)現(xiàn)皮球落在玻璃上彈起上升的高度最大，說明皮球落在玻璃上機(jī)械能損失較小。三、能量轉(zhuǎn)化與效率探究：（1）白熾燈在工作時(shí)，電能全部轉(zhuǎn)化為光能嗎？（2）小轎車在行駛過程中，汽油的化學(xué)能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能嗎？分析：白熾燈發(fā)光時(shí)會(huì)發(fā)熱，總有一部分電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能；小轎車在行駛過程中部分化學(xué)能轉(zhuǎn)化成了內(nèi)能和聲能．也就是說，它們?cè)诠ぷ鲿r(shí)都有一部分能量浪費(fèi)了．為了表示它們工作時(shí)產(chǎn)生的有用的能量與總能量的關(guān)系，我們引入了“效率”這一物理量?？偨Y(jié)：通常，能量轉(zhuǎn)換裝置的效率可用下式表示：效率=輸出的有用能量100%

輸入的總能量對(duì)于熱機(jī)來說，轉(zhuǎn)化為有用功的能量與燃料完全燃燒后所釋放的能量之比叫做熱機(jī)的效率。為了合理地利用能源，人們一直在努力地提高熱機(jī)的效率，其主要途徑是減少熱機(jī)工作過程中各種能量的損失．從蒸汽機(jī)到內(nèi)燃機(jī)，能源利用率從6%提高到30%以上，可見，能源轉(zhuǎn)換裝置效率的提高離不開科技的進(jìn)步。練習(xí)：關(guān)于熱機(jī)的效率，以下說法中正確的是（）A.熱機(jī)做的有用功越多，效率就一定越高B.熱機(jī)的功率大，效率就一定高C.熱機(jī)單位時(shí)間里耗費(fèi)的燃料少，熱機(jī)的效率就一定高D.以上說法都不對(duì)四、能量守恒定律實(shí)驗(yàn)1：將一個(gè)乒乓球從一定高度放手后，落在地板上又彈起；現(xiàn)象（結(jié)果）：乒乓球彈起的高度越來越低；實(shí)驗(yàn)2：將一個(gè)鐵塊放在熱水中，用溫度計(jì)分別測(cè)鐵塊和水的溫度；現(xiàn)象（結(jié)果）：鐵塊溫度升高，水的溫度降低。分析：乒乓球在不斷跳起過程中，重力勢(shì)能、動(dòng)能、彈性勢(shì)能之間不斷發(fā)生轉(zhuǎn)化，而跳起的高度降低，說明總的機(jī)械能減少，而這個(gè)過程中乒乓球與地面碰撞及克服空氣阻力做功，使內(nèi)能增加.可見小球的機(jī)械能減少了，并不是能量丟失了，而是轉(zhuǎn)化成了另一種形式的能一一內(nèi)能。乒乓球跳起次數(shù)越多，做的功越多，內(nèi)能增加越多，而跳起高度越低，機(jī)械能減少越多。鐵塊溫度升高，內(nèi)能增加，熱水溫度降低，內(nèi)能減少，內(nèi)能從熱水轉(zhuǎn)移給鐵塊，在這個(gè)過程中，如果沒有和其他物體發(fā)生熱傳遞，則熱水減少的內(nèi)能等于鐵塊增加的內(nèi)能，鐵塊和熱水總的內(nèi)能并沒有減少。而實(shí)際上，這個(gè)過程中鐵塊和水總的內(nèi)能要減少一些，并不是內(nèi)能丟失了，因?yàn)橛胁糠帜芰可⑹У娇諝庵?，被空氣吸收，如果把空氣增加的?nèi)能也算進(jìn)去，總的內(nèi)能是不變的。由上面的探究，我們可以得出結(jié)論：一個(gè)物體能量減少，并不是能量消失了，一定轉(zhuǎn)移給了其他物體，或轉(zhuǎn)化成了其他形式的能.一個(gè)物體能量增加，并不是憑空產(chǎn)生了能量，而是從其他物體獲得，或從其他形式的能轉(zhuǎn)化而來。總結(jié)：能量守恒定律：能量既不會(huì)消滅，也不會(huì)創(chuàng)生，它只會(huì)從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體，或從一種形式轉(zhuǎn)化成另一種形式，而能的總量保持不變。練習(xí)：如圖所示，從斜面上滾下的小球能推動(dòng)平面上的木塊前進(jìn)一段距離，最后小球和木塊都靜止.對(duì)此現(xiàn)象，下列說法中正確的是（）小球和木塊的機(jī)械能都消失了小球的機(jī)械能轉(zhuǎn)移到木塊上，但機(jī)械能的總量保持不變小球和木塊的機(jī)械能轉(zhuǎn)化成其他形式的