初中物理教科版九年级下册2 能量转化的方向性和效率教学设计及反思

2.能量转化的方向性和效率

教学目标

情景导入

合作探究

探究点一  能量转化的方向性

思考：水能从低处往高处流吗？水能自发地从低处往高处流吗？

如果水是自发地流只能从高处往低处流，同样能量的自发流向也不是随意的，即能量的转化具有方向性。

活动：阅读P43，做“讨论交流：这些情形可能吗”。试着分析过程能否实现，以及实现过程中的能量转化情况。

（1）一杯水静置一段时间后，其中的一部分水自行从另一部分水中吸取热量，沸腾成水蒸气?另一部分水则内能减少，凝结成冰?

结论：热传递的过程是有方向性的，这个过程可以向一个方向自发地进行，但是向相反的方向却不能自发地进行。
注意：内能总是自发地从高温物体向低温物体转移而不会自发地由低温物体向高温物体转移。

（2）枯萎的花儿，自发从空气中吸取能量和水分，重焕青春？

结论：枯萎的花儿，也不可能自发从空气中吸取能量和水分。

（3）坡底的巨石从周围环境中获取能量，滚向坡顶？

结论：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！

（4）汽车从北京开到天津，掉转车头，可以不再消耗新的燃料，从空气、尾气中吸取能量，返回北京？

结论：这是不可能的。因为被其他物质吸收后变为周围环境的内能，我们无法把这些内能收集起来重新利用，这种现象叫作能量的耗散。能量的耗散从能量转化的角度反映出自然界中宏观过程的方向性。

归纳总结：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。
（1）转移的方向性。热量只能自发地从高温物体转移到低温物体，反之要想使热量自发地从低温物体流入高温物体是不可能的。但如果有外界适当的干预，或满足一定的条件，热量可以从低温物体转移至高温物体。

（2）转化的方向性。指内能和其他形式的的能量（如电能、机械能等）的相互转化具有方向性。其他形式的能量可以自发地转化为内能，而内能不可无条件地转化为其他形式的能量。

思考：因为能量是守恒的，所以我们不需要节约能源，这种说法对吗？并说明原因。

这种说法不正确，因为能量转化具有方向性。现实的宏观世界中，物体间一旦存在温差，就会有热量的传递；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。

探究点一  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。

    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 。

以天燃气烧一壶水为例：

1.输入能量：我们把天然气完全燃烧释放出的化学能称为输入能量。

2.输出有效能量：壶水水吸收的那部分能量称为输出有效能量。

3.输出无效能量：把散发到大气、壶体中的那部分能量称为输出无效能量。

4.根据能量守恒定律，输入能量、输出有效能量和输出无效能量的关系：

    输入能量=输出有效能量+输出无效能量

为了进一步描述这些过程，人们定义了能量的转化效率。

5.能量转化效率：

其实，在所有的能量利用的过程中，都有以上的关系。

活动：阅读P45，讨论交流：各种“效率”。

在“机械与功”一章中，我们研究了机械效率，即有用功在总功中所占的比例；在“改变世界的热机”一章中，我们又知道了热机的效率，即内能转化为有用机械能的效率。这些效率，跟我们今天学习的“能量转化效率”是一回事吗？为什么？

（1）机械效率：有用功在总功中所占的百分比，叫机械效率，机械效率总小于1。

（2）热机效率：热机所做有用功（有效利用的能量）与燃料完全燃烧释放的热量之比叫作热机效率。热机工作时总是有能量的损失，所以热机效率始终小于1。

归纳总结：

    提高能量利用中的转化效率是节能问题的核心，是可持续发展的重要措施之一。

板书设计

2.能量转化的方向性和效率

教学反思

    本节课教学内容包括两个板块：能量无以伦比的方向性和能量转化中的效率。首先，以实例分析能量的转化是具有方向性的，明确能量转化具有方向性的实际意义，对能量的转化与转移的深入理解，疏理归纳出能量转化的方向性。其次，结合前面学习的“机械与功” “改变世界的热机”中的机械效率和热机效率来对比学习，从而归纳总结出“能量转化效率”。