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能量的转化与守恒讲义

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能量的转化与守恒
一、能量的相互转化
1．各种形式的能量有：电能、热能、化学能、生物能，机械能（包括动能和势能）、光能、太阳能、水能、风能，原子核能、地热能、潮汐能等。
2．能量的相互转化实质上是能量的转移和转化过程，包括“消耗能量”、“利用能量”和“获得能量”。能量的转化普遍存在，如动能转化为势能，化学能转化为电能，生物能转化为势能，电能转化为光能和热能等。

二、能量转化的量度（1）
1．做功是表示能量转化的多少。
2．做功的两个必要出素：一是：作用在物体上的力；
二是：物体在力的方向上通过了一段距离。
3．功的定义功等于力跟物体在力的方向上通过的距离的乘积。
4．功的公式：W=F·S（功=力×距离），
F：作用在物体上的力； S：物体在F方向上通过的距离。
5．功的单位：焦耳，简称为“焦”，符号为“J”，1焦耳=1牛·米
重要提示：
1．物体做功的多少，只与F和S有关，而与物体的质量、物体具体的运动状态（是而匀速、变速）无关，与是否受摩擦（即物体表面是否粗糙）等因素也无关。
2．F和S必须是同时作用在同一物体上（同一时间内所作用的力和移动的距离）。

三、能量转化的量度（2）
1．功率是表示物体做功快慢的量。（能量转化的快慢）
2．功率的定义：物体在单位时间里完成的功叫功率。
W
t
3．功率的公式：P = ，P = Fν。
4．功率的单位：瓦特，简称“瓦”，符号“W”
单位之间的换算关系：1瓦=1焦／秒，1千瓦=1000瓦；1兆瓦=106瓦-
重要提示：
1．功率大小是由W与t共同决定的，做功多的物体不一定功率大。利用其变形公式P= Fν可以用来解释为什么汽车上坡时要减速而加大油门，其解释为：当P一定时， F与ν成反比，汽车上坡时，由于发动机的功率一定，司机采用降低速度的方法来获得较大的牵引力的缘故。

四、动能和势能（1）
1．能量：一个物体能够做功，这个物体就具有能（量），能量的单位是焦耳。
2．动能物体由于运动而具有的能。动能的大小与物体的质量和速度有关，物体质量越大．运动速度越快，其动能也就越大。
3．势能可分为重力势能和弹性势能。
（1）重力势能是指物体由于被举高而具有的势能．它与物体的质量和物体被举高的高度有关，质量越大．被举得越高，势发生形变能越大。
（2）弹性势能：物体由于而具有的势能，弹性形变越大，物体的势能就越大。
重要提示：1．一切运动的物体都具有动能。
2．物体只要被举高，就具有重力势能；物体发生弹性形变，就具有弹性势能。

五、动能和势能（2）
1．机械能：动能和势能的总和，叫机械能。
2．机械能守恒定律：动能和重力势能可以相互转化，而且在转化过程中，如果不受阻力。机械能的总量保持不变。
3．物体的动能和弹性势能也可以相互转化。
重要提示： 在动能和势能的相互转化时，若有“物体匀速下落”或“物体在运动过程中有发热”或“物体表面粗糙”或不提“物体表面光滑”等字样时，均有部分机械能转化为内能，从而使机械能不守恒。

科学探究：
1．摆锤实验：用细绳把摆锤悬挂起来，将摆锤拉到某一高度后放手，在摆锤向下摆动过程中，重力势能变小，速度变大，摆锤的动能增大。当摆锤向上摆动过程中．速度变小，摆锤的动能减小，重力势能增大。
2．滚摆实验： 滚摆下降过程中，重力势能减小，转速增大，动能变大。当滚摆上升过程中，转速变小，动能变大，重力势能增大 。
实验表明：（1）物体的动能和重力势能可以相互转化。
（2）物体的动能和弹性势能也可以相互转化。
思考：若没有摩擦阻力．摆锤和滚摆将怎样运动？

六、物体的内能
1．热运动：物体内部大量微粒的无规则运动
2．内能：物体内部大量微粒做热运动具有的能，也叫热能。
3．做功和热传递都可以改变物体的内能，且是等效的。做功改变内能的实质是热能与其他形式的能之间的转化。热传递实质上是内能从高温物体传递到低温物体，或者从同一物体的高温部分传递到低温部分。
4．燃料燃烧是一种化学变化，是物质剧烈氧化的过程。从能量的转化看，燃料燃烧释放热量的过程是将贮存在燃料中的化学能转化为内能的过程。
5．燃料热值：1千克某种燃料完全燃烧时放出的热量。其单位是焦/千克（J/kg）。
重要提示：
1．微粒的无规则运动与温度有关，温度越高，微粒的无规则运动越剧烈。
2．热运动是指大量微粒的无规则运动，单个微粒无热运动可言。可见，单个微粒也无内能可言。
3．内能的大小跟物体的质量也有关，例如一壶沸水的内能比一杯沸水的内能就要大得多。

七、电能的利用（1）
1．电流做功的过程，就是把电能转化为其他形式的能的过程．电流对电器做了多少功，就有多少电能转化为其他形式的能。
2．电功率：表示电流做功的快慢，也即表示电能转化为其他形式的能的快慢．电功率的定义式：

3．电功率的单位：瓦特，简称“瓦”，符号“W”，还有千瓦（kW）。
4．额定电压：用电器正常工作时的电压。用U额表示；额定功率：是用电器在额定电压下消耗的功率，用P额表示。
重要提示：1．实际功率是指用电器在实际电压下工作时的功率，用P实表示。
2．电灯的亮度是由电灯的功率来决定的，当电灯正常发光时，由额定功率来决定，若电灯不正常发光．则由它的实际功率来决定。

八、电能的利用（2）
1．电功率大小等于通过这个电器的电流与这个电器两端电压的乘积。
2．电功率的公式：P = UI 。
3．电功：电流在某段电路上做的功，公式为：W = UIt 。单位：焦耳，1焦 = 1伏·安·秒
4．电能表上的计量单位：千瓦时，俗称度。电功的单位。
1千瓦时 = 1000瓦×3600秒 = 3.6×106焦
重要提示：1．电流做功的实质：电流在某段电路上做的功，等于这段电路两端的电压与通过这段电路的电流，以及通电时间的乘积。
2．电功的单位与机械功的单位一样，都是焦耳。

九、电能的利用（3）
1．电能表：测量用电器消耗的电能大小的仪器，符号“kW·h”，千瓦时俗称“度”。
2．电能的单位之间的换算关系：1千瓦时 = 1000瓦×3600秒 = 3.6×106焦
重要提示：1．电能表的规格“220V 10A”表示电能表的额定电压是220伏，允许通过的额定电流是10安。
3．某电能表面标有“1800R/kWh”，它表示电路每消耗1千瓦时的电能，该电能表的转盘转过1800转。

十、电热器
l．常见的电热器：电饭煲、电热水壶、电熨斗、电吹风机、电烙铁等。
2．电流的热效应：电流通过各种导体时．会使导体的温度升高的现象。
3．焦耳定律：电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比，跟导体的电阻成正比，跟通电时间成正比。用公式表示为：Q = I2Rt。
重要提示：
l．各种电热器都是利用电流的热效应来工作的。电流通过导体发热的过程实质上是电能转化为内能的过程。
2．电热器的优点：清洁、无污染、热效率高、便于控制和调节等。
3．W = UIt和Q = I2Rt是有区别的，只有当电能全部转化为内能时，电热正好等于电功时，W = Q才能成立。

十一、核能的利用
1．核能：原子核发生变化时要释放出核能，或称原子能。
2．获得核能的两种途径：重核裂变（原子弹)和氢核聚变（氢弹）。
3．核电站中的能量转化：核能一→内能一→机械能一→电能。
4．常见的放射线：α射线、β射线、γ射线。
5．放射线的应用：可以通过变异，培育优良品种：用γ射线做手术——γ刀；用射线来杀菌、保鲜。

十二、能量的转化与守恒
1．能量转化和守恒定律：能量既不会消灭，也不会创生，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另一个物体，而在转化或转移过程中，能的总量保持不变。
2．常见的能量有：化学能、大阳能、电能、机械能、动能、势能、内能等，这些能量之间都可以相互转化或转移。
重要提示：
1．能量转化和守恒定律是自然界最普遍、最基本的定律。
2．永动机是违反能量转化和守恒定律的，能量的转化和转移是有一定的方向性的，

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