2. 能量转化的方向性和效率

合集下载

热力学第二定律及其应用于能源转化过程中

热力学第二定律及其应用于能源转化过程中热力学是研究能量转化和能量流动的物理学分支，它建立了能量守恒和热力学第一定律的基础上，研究了能量转化的效率问题。

热力学第二定律是热力学的重要基本定律之一，它描述了能量转化的方向性和不可逆性。

在能源转化过程中，热力学第二定律具有重要应用，它为能源转化的优化和效率提供了理论依据。

热力学第二定律的表述有多种形式，其中最具有代表性的形式是克劳修斯表述和开尔文表述。

克劳修斯表述指出，在一个封闭系统中，热量不会从低温物体自发地传递给高温物体，除非外界对系统进行了功的输入。

这意味着在能量转化过程中，热量只能从高温物体流向低温物体，而不会反过来。

开尔文表述则指出，不可能通过一个循环过程从单一热源吸热并完全将热量转化为功而不产生其他效果。

热力学第二定律的重要性在于它限制了能源转化的效率。

在自然界中，能量转化过程都会伴随着能量的损耗，即有一部分能量转化为无用的热量而无法被利用。

这是由于熵的增加，或者说系统的无序性增加。

根据热力学第二定律，能量转化的过程总是趋向于提高系统的熵，而这正是能量无法完全转化为有用功的原因。

在能源转化过程中，热力学第二定律对能源的利用提供了指导。

为了提高能源转化的效率，我们需要设计并优化能源转化系统，以减小能量损耗和熵增。

有几种常见的应用方式可以帮助我们实现这一目标。

首先，热力学第二定律告诉我们在能源转化过程中要尽量避免能量的浪费。

通过优化系统结构、改进传热方式、减小温度差等手段，可以提高能源转化的效率。

例如，在电力行业中，通过采用高效的热电联产技术，将余热转化为电能，实现能源的再利用。

其次，热力学第二定律对工业过程进行了优化。

在化工过程中，通过合理设计反应器、选择合适的催化剂和反应条件，可以提高反应的选择性和转化率，降低不必要的能量损耗。

在能源转化过程中，将高温烟气中的热能回收，并用于提供加热能源，可以大幅度降低能源消耗。

此外，热力学第二定律对能源系统的规划和管理也有指导意义。

能量转换与效率计算

能量转换与效率计算能量转换是一种将一种能量形式转化为另一种能量形式的过程，而效率是指能量转换过程中所利用的能量与所输入的能量之间的比例。

一、能量转换的基本原理能量转换涉及到不同种类能量之间的相互转化，如机械能转化为热能、电能转化为光能等。

这些能量转换是根据能量守恒定律和能量转化定律进行的。

能量守恒定律是指在一个封闭系统中，能量的总量是恒定不变的。

根据这个定律，我们可以推导出能量转换过程中的一些基本原理：1. 能量的转化方式：在能量转换过程中，能量可以以不同的方式转化，包括机械能、热能、电能、光能等形式。

2. 能量的转化效率：能量转化的效率是一个衡量能量利用程度的指标。

能量转化效率越高，所用能量越少，能量利用率越高。

3. 能量的损失：能量转化过程中常常伴随着能量的损失，这是由于能量转化过程中产生的一些不可避免的能量损耗，如摩擦热、热辐射等。

二、能量转换与效率计算在实际应用中，我们经常需要计算能量转化的效率，以评估能源利用的有效性。

以下是几种常见能量转换过程的效率计算方法：1. 机械能转化为热能：在摩擦运动中，机械能会转化为热能。

效率计算公式为：能量转化效率 = 输出的热能 / 输入的机械能2. 电能转化为光能：在发光二极管（LED）中，电能被转化为光能。

效率计算公式为：能量转化效率 = 输出的光能 / 输入的电能3. 燃烧产生的热能转化为电能：在燃烧发电中，燃烧产生的热能可以转化为电能。

效率计算公式为：能量转化效率 = 输出的电能 / 输入的热能4. 太阳能电池的效率计算：太阳能电池将太阳能转化为电能。

效率计算公式为：能量转化效率 = 输出的电能 / 输入的太阳能在实际应用中，为了提高能量转换的效率，我们需要采取一系列措施，如减少能量的损失、提高能量转换器件的效率等。

总结：能量转换是一种将一种能量形式转化为另一种能量形式的过程，而效率是指能量转换过程中所利用的能量与所输入的能量之间的比例。

能量转换的效率计算可以根据不同的能量转换形式采用相应的计算公式。

能量转化的方向性ppt

效率=输输出入的的有总用能能量量 ×100％
感谢您的阅读！为了便于学习和使用，本文档下载后内容可随意修改调整及打印，欢迎下载！
电动机
发电机
热传递
能源与可持续发展
大气污染
水污染
人类在消耗能源，尤其是使用化石能源的同时，也给环境带来了一些问题，如废气对大气污染，废渣对土壤污染，渗漏的石油造成水污染等。
我们是不是应该立即停止使用化石能源呢？说说你的看法。
能量转化的方向性和效率小结
永动机不可能制成！
1、能量转化与转移的方向性规律自然界中许多自发的过程都是有方向的，或者说能量的转化和转移也是有方向的。 2、能量转化的效率
——第二类永动机也不可能制成！
世界能源的资源状况及消耗种类比例
能源
已探明储量
可开采年限
石油 1.36×1012t 30~40年
天然气
1.38×1015 m3
50~60年
煤
2×1013t 约300年
人类面临严重的能源危机！
利用能源的过程带来的环境问题
温室效应
.
酸雨
光化学烟雾、浮尘
臭氧层受到破坏
你认为这样的永动机可以制造成功吗？
单. 向性过程人：死不能复生
自发的
.
破镜不能重圆覆水难收
单向性
光阴似箭
不可逆性
总结：自然过程的方向性
大量的事实表明，自然界中的一切实际变化过程
都具有方向性，朝某个方向的变化是可以自发发
生的，相反方向的变化却是受到限制的。这时如
果要使变化了的事物重新回复到原来的状态，一
能量的转化与守恒定律能量既不会凭空产生，也不会凭
空消失，它只能由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，在转化或转移的过程中其总量保持不变。

能量转化的方向性和效率

讲授新课
（2）枯萎的花儿，自发从空气中吸取能量和水分，
重焕青春？
枯萎的花儿，也不可能自发从空气中吸取能量和水分。
讲授新课
（3）坡底的巨石从周围环境中获取能量，滚向坡顶？
机械能可以全部转化为内能，而内能不可全部转化为机械
能而不引起其他变化！
讲授新课
（4）汽车从北京开到天津，掉转车头，可以不再消
会有热量的传递；摩擦无处不在，机械能会不断转
化为内能。我们对能量的利用，无法避免涉及热量的生成与转移。于是，每一次能量的利用。都会减少这个世界上可利用、便于利用的能量的总量。这就是为什么虽然能量是守恒的，我们仍然要节约能源的原因。
讲授新课
二能量转化中的效率在实际工作和生活中，人们把一种能量转化
第十一章物理学与能源技术
2.能量转化的方向性和效率
导入新课
讲授新课
课堂小结
随堂训练
导入新课
能量的转化和转移无处不在。然而，许多
情况虽然并不违背能量守恒定律，但在实
际情形中却不会发生，这是为什么呢？
这是因为能量的转化具有方向性。
导入新课
学习目标 1.认识到能量转移具有方向性。
2.认识能量转化效率。
为另一种能量总是为了某种目的：
用燃气灶烧水，目的是为了把水烧热或烧开；
并希望烧水时将天燃气燃烧产生的热量完全传递给水壶中的水。使用电梯是为了把人或物体提高到一定的高
度；并希望每消耗1千瓦时的电能完全转化成人或
物体的势能。
讲授新课
生活经验告诉我们，这些理想都不可能发生在
所有的能量利用过程中，能量损耗不可避免。
能终会完全转变为内能，内能不可自发地转化为机
械能。

《能源与可持续发展》教案

学案5 能量的转化与守恒能源与可持续发展(选学)[学习目标定位] 1.了解各种不同形式的能，知道能量守恒定律的探索过程.2.能够叙述能量守恒定律的内容，会用能量守恒的观点分析、解释一些实际问题.3.知道能源短缺和环境恶化问题，增强节约能源和环境保护意识．知识储备区一、能量的转化与守恒1．能量的多样性：自然界中能量的形式多种多样，例如，机械能、内能、电磁能、光能、化学能、核能、生物能等．2．能量守恒定律的确立过程：目前科学界公认迈尔、焦耳、亥姆霍兹是能量守恒定律的奠基者．3．能量守恒定律：能量既不能凭空产生，也不能凭空消失，它只能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，在转化或转移的过程中其总量不变．4．能量守恒定律确立的意义(1)揭示了自然界各种运动形式不仅具有多样性，而且具有统一性．物体的各种运动形式之间可以相互转化．(2)宣布“第一类永动机”不可能制成．二、能源与可持续发展1．能量的转化效率：能量的转化效率＝有用的能量输入的能量.2．能量转化和转移的方向性：能量的转化和转移具有方向性，或者说能量的转化和转移具有不可逆性．3．第二类永动机不可能性：第二类永动机并不违背能量守恒定律，但违背了能量转化和转移的不可逆性.学习探究区一、能量守恒定律 [问题设计]在验证机械能守恒定律的实验中，重物带着纸带下落时，计算结果发现，减少的重力势能的值大于增加的动能的值，即机械能的总量在减少．原因就是存在纸带和打点计时器之间的摩擦力和空气的阻力等．是不是考虑了各种摩擦和阻力后这部分能量就消失了呢？答案不是．它转化成了机械能以外的其他形式的能量，除重力或弹力做功外，其他任何力对物体做功使物体的机械能增加或减少的过程，实质上都是其他形式的能与机械能相互转化的过程，在转化的过程中，能的总量是不变的．这是大自然的一条普遍规律，而机械能守恒定律只是这一条普遍规律的一种特殊情况．[要点提炼]1．能量守恒定律的理解某种形式的能减少，一定存在其他形式的能增加，且减少量和增加量一定相等．某个物体的能量减少，一定存在其他物体的能量增加，且减少量和增加量一定相等． 2．能量守恒定律的表达式 (1)从不同状态看，E 初＝E 终． (2)从能的转化角度看，ΔE 增＝ΔE 减． (3)从能的转移角度看，ΔE A 增＝ΔE B 减．3．第一类永动机违背能量守恒定律因而不能制成．二、能量的转化效率 [问题设计]观察教材中轿车的能量流向图，计算下列问题．(1)轿车行驶时，做有用功的能量占燃料能量的比例是多少？ (2)在散热器和排气管中散失的能量占多大比例？答案 (1)燃料的能量为70 kW，做有用功的能量为9 kW，所以有用功的能量占的比例为970×100%≈12.9%.(2)散失的能量为52 kW，比例为5270×100%≈74.3%. [要点提炼]1．机器做功不能将输入的能量全部转化为有用的能量，必然会有一部分能量损失掉． 2．能量转化效率是转化为有用功的能量跟输入能量的比值，即能量的转化效率＝有用的能量输入的能量.三、能量转化和转移的方向性 [问题设计]一碗热水放在室内，过一会自动变凉，说明热量从高温的水传给了周围的空气．若把一碗凉水放到温度较高的环境中，水是否会自动变热？把水放到温度较低的环境中，水是否会自动变热？答案会，凉水放到温度较高的环境中，吸收周围空气的热量，水的温度升高；不会，将水放到温度较低的环境中水不会自动变热．[要点提炼]1．能量的转化和转移具有方向性，或者说，能量的转化和转移具有不可逆性．(1)热传递具有方向性，即与热现象相关的能量转化过程是有方向性的．内能总是自发地从高温物体向低温物体转移，而不能自发地从低温物体向高温物体转移．(2)做功具有方向性：机械能可以全部转化为内能，但内能不能全部转化为机械能而不引起其他变化．2．第二类永动机不违背能量守恒定律，但违背了能量转化和转移的不可逆性．四、功能关系的理解1．功和能的关系可以从以下两个方面来理解：(1)不同形式的能量之间的转化通过做功来实现，即做功的过程就是能量转化的过程；(2)做了多少功就有多少能量从一种形式转化为另一种形式，即能量转化的多少可用做功的多少来量度．2．常用的几种功能关系功能的变化表达式重力做功正功重力势能减少重力势能变化WG＝－ΔEp＝Ep1－Ep2负功重力势能增加弹力做功正功弹性势能减少弹性势能变化W弹＝－ΔEp＝Ep1－Ep2负功弹性势能增加合力做功正功动能增加负功动能减少动能变化 W合＝ΔEk＝Ek2－Ek1除重力(或系统内弹力)外其他力做功正功机械能增加机械能变化W其他＝ΔE＝E2－E1负功机械能减少两物体间滑动摩擦力对物体系统做功内能变化 fs相对＝Q注意功和能的本质不同，并且功和能也不能相互转化，而只能是通过做功实现能量的转化．典例精析一、对能量守恒定律的理解例1 下列关于能量守恒定律的认识正确的是( )A．某种形式的能减少，一定存在其他形式的能增加B．某个物体的能量减少，必然有其他物体的能量增加C．不需要任何外界的动力而持续对外做功的机械——永动机不可能制成 D．石子从空中落下，最后静止在地面上，说明机械能消失了解析根据能量守恒定律可知，能量既不会凭空产生，也不会凭空消失．能量只能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，A、B对，D错．永动机违背了能量守恒定律，故它不可能制造出来，C对．答案 ABC二、能量守恒定律的应用例2 如图1所示，一个粗细均匀的U形管内装有同种液体，液体质量为m .在管口右端用盖板A 密闭，两边液面高度差为h ，U形管内液柱的总长度为4h ，拿去盖板，液体开始运动，由于管壁的阻力作用，最终管内液体停止运动，则该过程中产生的内能为( )图1A.116mghB.18mghC.14mghD.12mgh解析去掉右侧盖板之后，液体向左侧流动，最终两侧液面相平，液体的重力势能减少，减少的重力势能转化为内能．如图所示，最终状态可等效为右侧12h 的液柱移到左侧管中，即增加的内能等于该液柱减少的重力势能，则Q ＝18mg ·12h ＝116mgh ，故A 正确．答案 A三、对功能关系的理解及应用例3 如图2所示，在光滑的水平面上，有一质量为M 的长木块以一定的初速度向右匀速运动，将质量为m 的小铁块无初速度地轻放到长木块右端，小铁块与长木块间的动摩擦因数为μ，当小铁块在长木块上相对长木块滑动L 时与长木块保持相对静止，此时长木块对地的位移为s ，求这个过程中图2(1)系统产生的热量；(2)小铁块增加的动能；(3)长木块减少的动能；(4)系统机械能的减少量．解析画出这一过程两物体位移示意图，如图所示．(1)m 、M 间相对滑动的位移为L ，根据能量守恒定律，有Q ＝μmgL ，即摩擦力对系统做的总功等于系统产生的热量．(2)根据动能定理有μmg (s －L )＝12mv 2－0，其中(s －L )为小铁块相对地面的位移，从上式可看出ΔE k m ＝μmg (s －L )，说明摩擦力对小铁块做的正功等于小铁块动能的增加量．(3)摩擦力对长木块做负功，根据功能关系，得ΔE k M ＝－μmgs ，即长木块减少的动能等于长木块克服摩擦力做的功μmgs .(4)系统机械能的减少量等于系统克服摩擦力做的功ΔE ＝μmgL . 答案 (1)μmgL (2)μmg (s －L ) (3)μmgs (4)μmgL课堂要点小结一、能量守恒定律的表达式E 初＝E 终或ΔE 增＝ΔE 减或ΔE A 增＝ΔE B 减．二、能源与可持续发展1．能量的转化效率：转化为有用功的能量跟输入能量的比值． 2．能量转化和转移的方向性．三、功能关系的理解 1．功是能量转化的量度． 2．常用的几种功能关系.自我检测区1．(对能量守恒定律的理解)利用能源的过程实质上是( ) A．能量的消失过程B．能量的创造过程 C．能量不守恒的过程D．能量转化或转移并且耗散的过程答案 D解析利用能源的过程实质上是能量转化或转移的过程，在能源的利用过程中能量是耗散的，A、B、C错误，D正确．2．(能量守恒定律的应用)一颗子弹以某一速度击中静止在光滑水平面上的木块，并从中穿出，对于这一过程，下列说法正确的是( )A．子弹减少的机械能等于木块增加的机械能B．子弹和木块组成的系统机械能的损失量等于系统产生的热量 C．子弹减少的机械能等于木块增加的动能与木块增加的内能之和 D．子弹减少的机械能等于木块增加的动能与木块和子弹增加的内能之和答案 BD3．(功能关系的应用)如图3所示，斜面的倾角为θ，质量为m 的滑块距挡板P 的距离为s 0，滑块以初速度v 0沿斜面上滑，滑块与斜面间的动摩擦因数为μ，滑块所受摩擦力小于重力沿斜面向下的分力．若滑块每次与挡板相碰均无机械能损失，求滑块经过的总路程．图3答案 1μ(v 202g cos θ＋s 0tan θ)解析滑块最终要停在斜面底部，设滑块经过的总路程为s ，对滑块运动的全程应用能量守恒定律，全程所产生的热量为Q ＝12mv 20＋mgs 0sin θ 又因为全程产生的热量等于克服摩擦力所做的功，即Q ＝μmgs cos θ解以上两式可得s ＝1μ(v 202g cos θ＋s 0 tan θ).。

第12.3节能量转化的方向性

第十二章热力学定律12.3 能量转化的方向性目标导航知识要点难易度1. 自发过程的方向性：热现象都是不可逆2. 热力学第二定律的克劳修斯表述和开尔文表述3. 能量的耗散和品质退降★★★★★知识精讲一、热力学第二定律1.自发过程的方向性(1)问题：在自然界发生的一切过程中能量都是守恒的，一个导致能量创生或消失的过程是不可能出现的。

但符合能量守恒定律的宏观过程都能自发地进行吗？(2)自发热现象：热传递：从高温到低温；气体膨胀：体积由小到大扩散：密度由密到疏；摩擦生热：做功转化为热(3)凡是涉及热现象的自发过程，都有特定的方向性。

而相反的过程，即使不违背能量守恒定律，也不会自发地进行。

这就是说，一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的。

(4)本质上，自发的热现象是从有序到无序的过程。

用熵来表示无序程度，即热现象过程都是熵增加的过程。

2. 热力学第二定律内容反映宏观自然过程的方向性的定律就是热力学第二定律。

(1) 克劳修斯表述：不可能把热量从低温物体传到高温物体，而不引起其他变化。

制冷机工作原理Q1=Q2+WQ1：向高温热库放出的热量W：外界所做的功Q2：从低温热库吸收的热量克劳修斯表述阐述的是传热的方向性：两个温度不同的物体相互接触时，热量可以自发地从高温物体传向低温物体。

强调了“在不引起其它的变化的条件下，热量不可能自发地从低温物体传到高温物体”要实现相反方向的过程，必须借助外界的做功，因而产生其它影响或引起其它变化。

(2) 开尔文表述：不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化。

热机工作原理Q 1=Q 2+WQ 1：从高温热库吸收的热量W ：对外界所做的功Q 2：向低温热库散发的热量机械能与内能转化的方向性：机械能可以全部转化为内能，而内能无法全部转换为机械能。

“不可能从单一热库吸收热量”的意义：不仅要从一个热库吸热，而且一定会向另一个热库放热。

(3) 第二类永动机如果一台热机，效率为： 1211Q Q W Q Q η-==，热机从热源吸取的热量Q 1全部变成功W ，即Q 2＝0，该机器唯一的结果就是从单一热源吸取热量全部变成功而不产生其它影响。

《能量转化的方向性》讲义

《能量转化的方向性》讲义在我们生活的这个世界中，能量的转化无处不在。

从太阳的辐射能转化为地球上万物生长所需的化学能，到汽车燃烧汽油将化学能转化为机械能，能量的转化贯穿着我们生活的方方面面。

然而，在这些看似寻常的能量转化过程中，存在着一个至关重要的特性——方向性。

什么是能量转化的方向性呢？简单来说，就是能量的转化不是随心所欲、任意进行的，而是具有一定的规律和限制。

有些能量转化过程可以自发地进行，而有些则不能，或者需要特定的条件才能实现。

让我们先来看看一些常见的自发能量转化过程。

例如，热总是从高温物体自发地传递到低温物体。

想象一下一杯热咖啡放在室温下，随着时间的推移，咖啡会逐渐冷却，热量从热咖啡传递到周围的空气中，直到咖啡和周围环境达到相同的温度。

这个过程是自然而然发生的，不需要我们施加额外的力量或干预。

再比如，重物从高处落下，其重力势能会自发地转化为动能。

一个在山顶的石头，当没有外界约束时，会自动滚落下来，重力势能不断减少，转化为石头下落的动能。

然而，与之相反的过程却不是自发的。

热量不会自发地从低温物体传递到高温物体，石头也不会自动从地面滚回山顶，增加其重力势能。

这就是能量转化方向性的体现。

为什么会存在这种方向性呢？这与热力学第二定律密切相关。

热力学第二定律有多种表述方式，其中一种常见的表述是：不可能从单一热源吸取热量，使之完全变为有用功而不产生其他影响。

用通俗的话来解释，就是在能量转化的过程中，总会有一部分能量变得无法被有效利用，这部分能量通常以热能的形式散失掉。

例如，在汽车发动机中，燃料燃烧产生的能量只有一部分转化为驱动汽车前进的有用功，大部分能量都以热量的形式散失到环境中。

这种能量转化的方向性对我们的生活和社会有着深远的影响。

在能源利用方面，它提醒我们能源的使用不是无限的，而且在能量转化过程中会存在效率的限制。

比如，传统的火力发电站，通过燃烧煤炭将化学能转化为电能，其效率通常只有 40%左右，这意味着大部分的能源都被浪费了。

教科版物理九年级下册能量转化的方向性和效率随堂检测

11.2 能量转化的方向性和效率同步卷1一．选择题（共10小题）1．关于能的概念，下列说法中正确的是（）A．一个物体只有做了功，才能说明它具有能B．一个物体被站立的人举在手中，物体不能做功，所以物体没有能C．一个物体能够做功，我们就说这个物体具有能D．一个物体已经做的功越多，说明它具有的能越多2．下列对能量转化的描述不正确的是（）A．蓄电池充电：电能——化学能B．太阳能电池板：电能——太阳能C．萤火虫发光：生物质能——光能D．内燃机工作：化学能——内能——机械能3．初中阶段，我们学习了许多有趣的物理现象。

关于以下现象的解释正确的是（）A．图甲：用丝绸摩擦的玻璃棒接触验电器金属球的瞬间，电子由玻璃棒向金属箔转移B．图乙：给瓶内打气，瓶塞跳起能量转化形式与热机做功冲程能量转化形式相同C．图丙：设想的永动机有可能实现，因为它遵循能量守恒定律D．图丁：将气球在头发上摩擦后它们相互吸引，是因为分子间存在引力的缘故4．流动着的水、风、张开的弓都可以对别的物体做功，说明它们都具有能。

那么关于功和能，下列说法不正确的是（）A．物体已经做的功越多，具有的能越多一B．物体做功的过程就是能量转化的过程C．能的单位与功的单位相同，都是焦耳D．物体有时既具有动能也具有重力势能5．在“电闪雷鸣”这一自然现象中，没有涉及到的能量形式（）A．电能B．声能C．电磁能D．核能6．关于能的概念，下列说法中正确的是（）A．一个物体能够做功，就说这个物体具有能B．一个物体已做过的功越多，说明这个物体具有的能越多C．一个物体做了功，说明这个物体具有能D．用线悬挂着的小球，没有做功，所以没有能7．2021年9月17日13时30分许，神舟十二号载人飞船返回舱反推发动机成功点火后，神十二安全降落在东风着陆场预定区域（如图所示为飞船返回过程模拟示意图）。

下列有关说法正确的是（）A．火箭的燃料燃烧的过程是内能转化为化学能B．反推发动机点火后，发动机工作是机械能转化为内能C．在大气层内的降落过程中，与空气摩擦是机械能转化成内能D．火箭选用液态氢作燃料，主要是因为氢具有较大的比热容8．下列用电器工作时，关于能量转化说法正确的是（）A．日光灯只把电能转化为内能B．石英钟只把电能转化为声能C．电动汽车把电能转化为机械能和内能D．电池充电是把化学能转化为电能9．下列关于能量转化和守恒的说法中，正确的是（）A．水力发电过程中，内能转化为电能B．手机充电过程中，电能转化为机械能C．柴油机做功冲程中，内能转化为机械能D．热机的工作过程不遵循能量守恒定律10．下列关于能的转化和守恒的叙述，正确的是（）A．电风扇工作时，将机械能转化为电能B．汽车匀速下坡时，机械能守恒C．汽油机做功冲程中，机械能转化为内能D．绿色植物的光合作用将光能转化为化学能二．填空题（共3小题）11．小阳和小乐在收听新闻中发现：海啸、山洪、泥石流、火山爆发等自然灾害频繁发生。

2021-2022教科版九年级下册物理第十一章第二节能量转化的方向性和效率

2021-2021教科版九年级下册物理第十一章第二节能量转化的方向性和效率一、单选题（共10题；共20分）1.下列关于能量的转化和守恒的说法中错误的是（）A. 钻木取火是将机械能转化成内能B. 酒精燃烧时，将化学能转化为内能C. 发电机发电时，将机械能转化为电能D. 人们对太阳能的开发和利用，说明能量可以凭空产生2.关于能量的转移和转化，下列判断正确的是（）A. 热量可以从低温物体转移到高温物体B. 能量转移和转化没有方向性C. 电取暧器辐射到房间里的热量可以再利用D. 汽车由于刹车散失的热量可以再自动地用来驱动汽车3.下列关于能量转化、转移现象的说法中，错误的是（）A. 暖瓶塞被热气弹开，内能转化为机械能B. 给电池充电，化学能转化为电能C. 电饭锅工作，电能转化为内能D. 用热水袋取暖，内能发生了转移4.下列关于能量的说法中，不正确的是（）A. 所有能量转化过程，都遵守能量守恒定律B. 汽油机的做功冲程中，内能转化为机械能C. 电动机在工作的过程中，电能转化为机械能的效率小于1D. 物体受到平衡力的作用时，其重力势能一定保持不变5.下列关于能量转化和守恒的说法或理解，正确的是（）A. 自然界中能量的形式是多种多样的，所有形式的能量全部都能被人类利用B. 根据能量转化和守恒定律，不同能量可以相互转化，无需担心地球能量不足C. 原子核能所释放的能量称为核能；可控制地进行核反应的装置称为核反应堆D. 汽车刹车时，车的动能转化为内能，这些内能可以收集起来再作为车行驶的动力6.如图所示的四个过程，从能量转化和转移的角度看，属于机械能转化为内能的是（）A. 夏天晾衣服B. 用湿毛巾降温C. 厨房炒菜D. 锯木头电锯发热7.关于能量及其能量之间的转化，下列说法正确的是（）A. 坠落的陨石在空中划过一道亮光时，内能转化为机械能B. 火箭在加速上升时，机械能保持不变C. 拦河大坝使水位升高，增加了水的重力势能D. 火山具有内能，冰山不具有内能8.下列家用电器，主要利用电流热效应工作的是（）A. 收音机B. 电烤炉C. 电风扇D. 电视机9.下列四种现象中，只有能的转移而不发生能的转化过程的是（）A. 冬天，用手摸户外的铁块时感到冷B. 植物吸收太阳光进行光合作用C. 水蒸气会把壶盖顶起来D. 闭合开关，电灯会发光10.关于能量的转化和守恒，下列说法正确的是（）A. 植物吸收太阳光进行光合作用，是光能转化为化学能B. 水电站里水轮机带动发电机发电，是电能转化为机械能C. 能量可以凭空产生D. 永动机是可以制成的二、多选题（共1题；共3分）11.下列关于能量转化的说法中正确的是（）A. 电动机将电能转化为内能B. 发电机将电能转化为机械能C. 太阳能电池将太阳能转化为电能D. 四冲程柴油机的做功冲程将内能转化为机械能三、填空题（共4题；共8分）12.如图所示，小汽车行驶时发动机工作时，内部能量转化形式是________ ；从小汽车的外型判断，小汽车在水平路面行驶时对地面的压强________ 小汽车静止时对地面的压强（填“大于”、“小于”或“等于”13.如今电动车越来越受到人们的欢迎，行驶中的电动车主要是将________能转化为________能，在给电动车充电时，电能转化为________能储存在蓄电池内。

高中物理【能源与可持续发展】教案知识点

高中物理【能源与可持续发展】教案知识点学习目标要求核心素养和关键能力1.知道能量转移或转化的方向性。

2.知道能源的分类与应用。

3.了解能源与社会可持续发展的关系。

科学责任增强节约能源的意识，注意保护环境。

一能量转移或转化的方向性1．能量守恒定律能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中，能量的总量保持不变。

2．能量转化或转移的方向性科学研究发现，一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的。

3．能量耗散(1)燃料燃烧时一旦把热量释放出去，就不会再次自动聚集起来供人类重新利用。

电池中的化学能转化为电能，电能又通过灯泡转化成内能和光能，热和光被其他物质吸收之后变成周围环境的内能，我们很难把这些内能收集起来重新利用。

这种现象叫作能量的耗散。

(2)能量耗散是从能量转化的角度反映自然界中的宏观过程具有方向性。

二能源的分类与应用1．不可再生能源：煤炭、石油和天然气是目前人类生产、生活中使用的主要能源，这类能源又叫作化石能源。

化石能源无法在短时间内再生，所以这类能源被叫作不可再生能源。

2．可再生能源：水能和风能等能源，归根结底来源于太阳能。

这些能源在自然界可以再生，叫作可再生能源。

3．能源的应用：近年来，我国在能源开发方面取得了很大成就，如太阳能发电、水力发电、风能发电、核能发电等。

三能源与社会发展1．能源利用的三个时期：柴薪时期、煤炭时期、石油时期。

2．能源是人类社会活动的物质基础。

3．能源对社会发展的影响(1)随着人口迅速增长、经济快速发展以及工业化程度的提高，能源短缺和过度使用化石能源带来的环境恶化已经成为关系到人类社会能否持续发展的大问题。

(2)人类的生存与发展需要能源，能源的开发与使用又会对环境造成影响。

可持续发展的核心是追求发展与资源、环境的平衡：既满足当代人的需求，又不损害子孙后代的需求。

(3)要树立新的能源安全观，并转变能源的供需模式。

热力学第二定律文字表述

热力学第二定律文字表述热力学第二定律：能量的自发转化趋于增加熵热力学第二定律是热力学中的基本定律之一，它描述了能量转化的方向性。

热力学第二定律可以用许多方式表述，其中最常见的一种是熵的增加原理。

熵是热力学中一个重要的概念，它描述了系统的无序程度。

熵的增加表示系统的无序程度在自然过程中总是增加的。

换句话说，系统倾向于从有序的状态转化为无序的状态。

这个过程是自发进行的，不需要外界的干预。

为了更好地理解热力学第二定律，我们可以通过以下几个方面来加深理解。

1. 热传导：热传导是一种能量传递的方式，它遵循热力学第二定律。

热传导的基本原理是热量会自发地从高温物体传递到低温物体，而不会反过来。

这是因为高温物体的分子运动更剧烈，能量更加分散，而低温物体的分子运动较为缓慢，能量更加集中。

因此，热力学第二定律告诉我们，能量的自发传递是一个从高温到低温的过程。

2. 热机效率：热机效率是衡量热能转化效率的指标。

根据热力学第二定律，任何热机的效率都不能达到100%。

热机效率的上限由卡诺循环给出，它是一个理想化的热机模型。

卡诺循环在等温和绝热过程中工作，通过最大限度地减少熵的增加来提高效率。

然而，无论如何优化，热力学第二定律限制了热机的效率，使其无法达到100%。

3. 熵的增加：熵的增加是热力学第二定律的核心概念。

熵的增加意味着能量转化过程中的无序程度增加。

例如，当我们将一杯热水与冷水混合时，热水的热量会传递给冷水，使整个系统的熵增加。

这个过程是不可逆的，因为无法将冷水的热量再转移回热水，使系统回到原始的有序状态。

4. 热力学箭头：热力学第二定律还引入了时间箭头的概念。

时间箭头指出自然界中一些过程的不可逆性。

根据热力学第二定律，系统倾向于从有序到无序的方向发展，即由低熵状态向高熵状态转化。

这个过程是不可逆的，无法通过反向过程恢复原始的有序状态。

总结起来，热力学第二定律描述了能量转化的方向性，即能量自发地从高温物体传递到低温物体，使系统的无序程度增加。

热力学第二定律揭示了能量转化的方向性

热力学第二定律揭示了能量转化的方向性热力学第二定律是热力学的重要基础之一，它描述了能量转化的方向性。

根据第二定律，自然界中能量会不可避免地发生从有序到无序的转化，这种转化过程可以体现为系统的熵增。

本文将深入探讨热力学第二定律对能量转化方向性的揭示，并说明其在工程和自然界中的实际应用。

热力学是研究能量转化和能量传递的科学，其核心原理可以通过热力学第一定律和热力学第二定律来描述。

热力学第一定律告诉我们能量守恒定律，即能量既不能创造也不能毁灭，只能从一种形态转化为另一种形态。

而热力学第二定律则对这种能量转化的过程进行了详细说明。

热力学第二定律的核心概念是熵（Entropy），它描述了一个系统的无序程度。

熵可以理解为系统中微观粒子分布与状态的一种度量，它是热力学状态函数中的一个重要指标。

根据热力学第二定律，一个孤立系统的熵总是趋向于增加或保持不变，在宏观尺度上则表现为熵的增加。

简单来说，熵增就等于有序性的减少。

为了更好地理解热力学第二定律，我们可以从经典的热力学循环中提取一些例子进行分析。

例如，卡诺循环是一个理想化的热机循环，它由绝热过程和等温过程组成。

通过对卡诺循环的分析，我们可以得出一个关键结论：没有任何一个热机循环可以将热量完全转化为功，总会有一部分热量被废弃在低温环境中。

这意味着能量转化时总有一部分会变得无法利用，从而造成能量的损失。

热力学第二定律还给出了一个重要的结论，即熵增定理。

它指出孤立系统的熵总是趋向于增加，直到达到最大值。

这意味着自然界中的过程总是趋于无序。

举个例子，当我们把一颗糖块放在热水中时，糖块最后会完全溶解，并与水分子均匀混合。

这个过程符合热力学第二定律，糖块溶解后产生了更高的熵，即更高的无序程度。

热力学第二定律在工程和自然界中有着广泛的应用。

在工程领域，热力学第二定律对能源转化系统有着重要的启示作用。

以汽车发动机为例，根据热力学第二定律，发动机在燃烧过程中会产生大量的废热。

为了提高汽车的能量利用率，工程师们通常会设计热回收系统，将废热转化为有用的能量，从而提高汽车的燃油经济性。

2019_2020春九年级物理全册18.4能量转化的基本规律18.5能源与可持续发展基础与强化必刷题(含解析)

18.4能量转化的基本规律◆要点1 能量守恒定律（1）内容：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，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，而在转化或转移过程中，能量的总量保持不变，这个规律叫能量守恒定律。

（2）意义：①能量守恒定律是自然界最普遍、最重要的基本规律之一。

②从原子到宇宙，只要有能量转化，就一定服从能量守恒定律。

◆要点2 能量的转化（1）能量存在的形式：机械能、内能、电能、化学能、光能、核能等。

（2）能量的转化：不同形式的能在一定的条件下，可以相互转化。

（3）能量的转移：能量可以从一个物体转移到另一个物体，也可以从物体的一部分转移到另一部分。

（4）能量转化和转移的区别：转化，能量的形式发生变化；转移，能量的形式没有变化。

◆要点3 能量转移和转化的方向性（1）方向性：能量的转化和转移都有方向性。

（2）能量的利用：我们在能量的转化和转移过程中利用能量。

18.5 能源与可持续发展◆要点1 能量转化的效率（1）能量转化装置的效率：输出的有用能量与输入的总能量的比值叫能量转化装置的效率。

（2）能量转化装置的效率计算：效率=输出的有用能量×100%输入的总能量◆要点2 能源与可持续发展（1）能源问题：①世界上能源消耗巨大，化石能源蕴藏量有限；②能源消耗会造成不同程度的环境恶化。

（2）解决能源危机：①节约常规能源，提高利用率。

②改进能源结构、大力开发新能源。

Δ基础题系列◆1. (2019·黄石)能源科技的发展促进了人类文明的进步，下列有关能源的说法错误的是（）A．目前的核电站是靠原子核的裂变进行发电的B．能量转化是守恒的，所以能源是取之不尽用之不竭的C．风力发电机将风能转化为电能D．水能、太阳能都是可再生能源【答案】B【解析】A、核电站发电利用的是原子核的裂变，故A正确；B、能量虽守恒，但可以利用的能源是有限的，不是取之不尽用之不竭的，故B错误；C、水电站主要是将水中蕴含的机械能转化为电能，故C正确；D、水能、太阳能可以从自然界源源不断地得到，属可再生能源，故D正确。

11.1能量守恒定律11.2能量转化的方向性和效率

植物吸收太阳光太阳能热水器太阳能电池进行光合作用
太阳能转化为化学能
太阳能转化为内能
太阳能转化为电能
光化转换
光热转换
光电转换
地球上的能量主要来自太阳
能量守恒定律
能量既不能创造，也不会消灭，它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，而在转化和转移的过程中，能量的总量保持不变。
烧水过程中，有一定比例的热量会散发到大气、壶体中。所有能量利用的过程中，能量损耗都不可避免。
输入能量：天然气完全燃烧消耗的化学能水吸收的那部分能量输出有效能量：输出无效能量：散发到大气、壶体中的那部分能量
输入能量=输出有效能量+输出无效能量
能量转化效率
η
输出有效能量
一、能量守恒定律
• MIT机械能守恒-单摆演示实验_2.flv(第3第7 句）
重力势能
内能
动能
电能
体转移到另一个物体，形式多样的能量之间还可以相互转化。
电能的转移
能量转移
各种形式的能可以互相转化
燃料燃烧
钻木取火
机械能转化为内能
化学能转化为内能
=
输入能量
任何情况下，η<1
机械效率：有用功占总功的比；热机效率：热机用来做有用功的能量与燃料完全燃烧放出的能量之比；
节能问题的核心是提高能量利用中的转化效率！
掉在地上的弹性小球为什么越跳越低?
为能量守恒定律什么小球摆存在空气阻力动越来越低将小球和空气的内能加上，总能量不变？
能量转化的方向性和效率
一、能量转化的方向性
水总是自发地从高处往低处流，能量的流向也并不是随意的。

能量转化的方向性和效率 PPT课件

9．在一个生态系统的食物链中，如绿色植物→鼠→蛇→鹰，绿色植物经光合作用，将太阳能转化为化学能，并沿食物链逐级传递，然而每级生物进行呼吸作用时，都要释放能量。因此，能量在传递过程中逐渐减少，对此下列叙述中正确的是( B )
A．沿食物链传递能量过程中，能量不守恒 B．沿食物链传递能量过程中，能量仍然是守恒的 C．沿食物链传递能量过程中，有时能量守恒，有时不守恒 D．沿食物链传递能量过程中，总能量没有减少，反而增多了
四、计算题 (16 分) 14．如图所示的是一种太阳能路灯的电路示意图，光控开关 S 白天与 a 点接触，太阳能电池板给蓄电池充电；晚上与 b 点接触，蓄电池给路灯供电，太阳能电池板在晴天时每天可接收太阳能 7.5 kW·h，能使“12 V 30 W”的一盏路灯正常工作 5 天(路灯平均每天工作 10 h)，求： (1)路灯正常工作时的电阻； (2)正常工作时每盏灯每天消耗的电能； (3)太阳能电池板把光能转化为电能的效率。
5．(6分)如图所示，是大豆生长过程的图示，不过次序已经打乱，请回答下列问题：
(1)正确顺序：__aebdc__。(填字母) (2)相反顺序的情况会不会发生？__不会__。 (3)它说明了什么问题？__能量的转移是有方向性的__。
能量转化中的效率
6．(8 分)用煤气灶把 1 kg、初温为 20 ℃的水烧到 70 ℃，消耗了 10 g 煤气。已知水的比热容是 4.2×103 J/(kg·℃)，煤气的热值为 4.2×107 J/kg，则水吸收的热量为__2.1×105__J，煤气完全燃烧放出的热量为__4.2×105J，煤气灶烧水的效率为__50__%。
C．在任何时候，能量C的释放都是有益的 D．能量总是守恒的，因此没必要节约能源 3．(4分)下列说法正确的是( ) A．任何能量都可以无条件地被人类利用 B．内能也可能从低温物体转移到高温物体 C．能量的转移和转化都具有方向性 D．在能量的转移和转化过程中，能的总量可能会减少

常德市六月上旬九年级物理下册第十一章物理学与能源技术 2 能量转化的方向性和效率教案教科版

2. 能量转化的方向性和效率┃教学小结┃第三节内燃机(30分钟)一、选择题1.下图中的四个冲程不是按照热机正常工作的顺序排列的,你认为让汽车获得动力的冲程是( )2.用酒精灯给试管加热,如图所示,试管口软木塞冲出的过程中,下列说法正确的是( )A.水蒸气对软木塞做功,水蒸气内能增大B.水蒸气的内能转化为软木塞的机械能C.能量的转化与热机压缩冲程能量转化相同D.试管口的“白气”是水蒸气汽化形成的3.四冲程的汽油机一个工作循环中,对外做功的次数是( )A.3次B.2次C.1次D.4次4.汽车已走进很多现代家庭,如图为汽车的四冲程汽油机气缸的工作示意图,按吸气、压缩、做功、排气的顺序排列,下列排序正确的是( )A.乙丙甲丁B.甲丁乙丙C.丙乙甲丁D.丙丁甲乙5.当拖拉机的柴油机出现故障而使转速急剧增加,正常操作已经不能使它停转(这种故障叫“飞车”)时,下列应急措施中可行的是( )A.捂住进气口B.立即找一个隔热的东西捂住排气口C.脚踏刹车板,同时手拉制动器D.让它空转,等油全部耗完自动停下二、填空题6.内燃机有四个工作冲程,如图所示是内燃机的冲程,活塞下降时,燃气内能(选填“减少”或“增加”)。

7.汽油机的压缩冲程中,气缸内汽油和空气混合物的压强,温度。

8.在热机里,通常汽油机的效率比柴油机的效率要(选填“高”或“低”);飞机通常用汽油机是因为;一些重型运输工具,如轮船、火车、大型载重汽车的内燃机使用的是。

三、简答题9.在公路上有一辆小汽车和一台拖拉机发生故障,经检查都是因为蓄电池坏了,不能启动。

有人认为,只要把它们推动以后,汽车和拖拉机都能正常启动,这种说法对吗?为什么?四、实验探究题10.如图所示是某种内燃机某一冲程的示意图。

由图可知:(1)这种内燃机是机。

(2)它表示的是冲程。

(3)在这个冲程中能转化为能。

(4)完成这一冲程,曲轴和飞轮转转。

(5)内燃机铭牌上标注1 800 r/min字样,则它正常工作时1 s对外做功次。

《能源与可持续发展》教案教案

第四节：能源与可持续开展【教学目标】知识与技能1．了解人类利用能源的开展足迹，知道能量的转移和转化都是有方向性的。

2．了解我国和世界能源消耗的增长状况，认识能源消耗对环境的影响。

3．知道能源与人类生存和社会开展的关系，使学生认识能源可持续开展的重要意义4．认识未来能源的特征。

过程与方法1．通过指导学生分析事例，培养学生分析问题和理论联系实际的能力。

2．通过指导学生阅读教材，培养学生的自学能力。

情感、态度与价值观1．通过对能量转移、转化具有方向性的理解，增强节能意识。

2．通过亲身的体验和感悟，关心自己身边的能源消耗对环境的影响，关注人类对能源的需求和大量消耗能源所带来的问题，有可持续开展的意识，对保护环境，维持自然界的平衡与和谐负有责任感。

3．使学生养成将科学效劳于人类的习惯，有振兴中华的使命感和责任感。

【教学重点】1、能量转化和转移的方向性。

2、能源与可持续开展。

【教学难点】收集消耗能源对环境造成破坏的资料用以讨论能量转化和转移的方向性。

【教学准备】实物投影、幻灯片，多媒体教学设备【教学过程】教学内容教师活动学生活动一、温故知新二、生活情境，激趣导入【复习提问】能量守恒定律的内容是什么？【课件展示】节约用电【提出问题】既然能量是守恒的，为什么我们还要节约用电呢？【教师引导】原来用电器在工作的时候把电能转化成其他的能量，比方：电灯工作时把电能转化成内能和光能。

这些能量有的不是我们需要的，有的不能重复利用，不能再变成供电灯发光的电能了。

【引入新课】由此可见为了社会的可持续开展我们每个人应当节约能源。

本节课我们就来学习能源与可持续开展。

【板书课题】第4节：能源与可持续开展〔设计意图：这样引入新课很自然，表达了物理知识是来源于生活的。

自然地提出问题并可复习能量守恒定律，同时使学生养成节约能源的意识。

〕答复：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能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，在转化或转移的过程中，能量的总量不变。

《能量转化及其方向性》讲义

《能量转化及其方向性》讲义在我们生活的这个世界里，能量的转化无处不在。

从太阳的光能被植物转化为化学能，到汽车燃烧燃料将化学能转化为机械能，再到电灯将电能转化为光能和热能，能量的转化贯穿着我们生活的方方面面。

然而，能量的转化并非随心所欲，它具有一定的方向性。

首先，我们来理解一下什么是能量转化。

能量转化，简单来说，就是一种形式的能量转变为另一种形式的能量。

例如，当我们把一个球从高处扔下，球的重力势能逐渐减小，而在下落的过程中，球的速度不断增加，其动能不断增大。

在这里，重力势能就转化为了动能。

再比如，我们使用电池驱动玩具车，电池内部的化学能通过电路和电机转化为了玩具车的机械能，使玩具车能够行驶。

那么，为什么说能量转化具有方向性呢？这就涉及到热力学的一些基本定律。

热力学第一定律，也称为能量守恒定律，它告诉我们，在一个孤立系统中，能量的总量是保持不变的。

也就是说，能量不会凭空产生，也不会凭空消失，它只会从一种形式转化为另一种形式。

但是，热力学第二定律指出，在任何自发的过程中，系统的熵总是增加的。

熵可以理解为系统的混乱程度。

这就意味着，能量的转化具有一定的方向性，有些过程是可以自发进行的，而有些则不能自发进行。

比如，热总是从高温物体自发地传递到低温物体，而不会反过来从低温物体自发地传递到高温物体。

如果要实现从低温物体到高温物体的热传递，就必须要对系统做功，比如使用空调或者冰箱。

在空调和冰箱中，通过消耗电能，将热量从低温环境“搬运”到高温环境，但这个过程并不是自发的。

再来看机械能和内能的转化。

摩擦生热的过程中，机械能会转化为内能，但是内能却不能自发地全部转化为机械能。

这就好比我们推动一个物体在粗糙的表面上运动，由于摩擦力的作用，物体的机械能会不断转化为内能，使物体的温度升高。

但是，这些内能不会自动地再转化为机械能，让物体重新回到原来的运动状态。

能量转化的方向性在实际生活中有很多重要的应用和影响。

例如，在能源的利用方面，我们知道煤炭、石油等化石能源的燃烧可以将化学能转化为热能和电能。