第十章 能量守恒定律 A. 能的转化和能量守恒定律

1.能量的形式 机械能（动能、势能） 内能（热能） 电能 磁能 化学能 太阳能(光能) 核能(原子能) 能以多种形式存在于自然界，每一种形式的能对应于一种运动形式。

风能 wind 类别 风是地球上的一种自然现象，它是由太阳辐射热引起的。太阳照射到地球表面，地球表面各处受热不同，产生温差，从而引起大气的对流运动形成风。据估计到达地球的太阳能中虽然只有大约2％转化为风能，但其总量仍是十分可观的。全球的风能约为2.74X109MW，其中可利用的风能为2X107MW，比地球上可开发利用的水能总量还要大10倍。

石油类燃料fossil fuel 类别 石油是水中堆积的微生物残骸，在高压的作用下形成的碳氢化合物。石油经过精制后可得到汽油、煤油、柴油和重油。石油在地球上分布不均，中东占54%，北美占12%，南美占9%，几乎占了可确认埋藏量的3/4。

水电 hydroelectric 类别 水力发电是从流动的水的能量中产生的电能。原理是利用一条大堤坝蓄水成湖，引水流过大堤坝的涡轮桨叶，从而推动涡轮电机发电。 水力发电最丰富的地方，通常都有高山峻岭和充沛的雨量，形成流速高、流量大的河流。水力发电是可再生的能源，不会污染空气。

潮汐能Tidal 类别 潮汐与潮流能来源于月球、太阳引力。 潮汐的能量与潮差大小和潮量成正比；潮流、海流的能量与流速平方和通流量成正比 。 据调查统计，我国沿岸和海岛附近的可开发潮汐能资源理论装机容量达2179万kW，理论年发电量约624亿kWH，波浪能理论平均功率约1285万kW，潮流能理论平均功率1394万kW。

生物能 Biomass 类别 生物能是太阳能以化学能形式贮存在生物中的一种能量形式，一种以生物质为载体的能量，它直接或间接地来源于植物的光合作用，在各种可再生能源中，生物质是独特的，它是贮存的太阳能，更是一种唯一可再生的碳源，可转化成常规的固态、液态和气态燃料。 目前世界各国都正在着手开发和利用，如沼气。

地热能Geothermal 类别 地热能是来自地球深处的可再生热能。它起源于地球的熔融岩浆和放射性物质的衰变。地下水的深处循环和来自极深处的岩浆侵入到地壳后，把热量从地下深处带至近表层。在有些地方，热能随自然涌出的热蒸汽和水而到达地面， 地热能是指贮存在地球内部的热能。其储量比目前人们所利用的总量多很多倍，而且集中分布在构造板块边缘一带、该区域也是火山和地震多发区。

核能 nuclear 类别 在50多年前，科学家发现铀-235原子核在吸收一个中 子以后能分裂，同时放出2-3个中子和大量的能量，放出 的能量比化学反应中释放的能量大得多，这就是核裂变能， 也就是我们所说的核能。 核电站是利用原子核内部蕴藏的能量产生电能的新型发电站

太阳能 solar power 类别 太阳内部高温核聚变反应所释放的辐射能。太阳向宇宙空间发射的辐射功率位3.8×10^23kW的辐射值，其中20亿分之一到达地球大气层。到达地球大气层的太阳能，30%被大气层反射，23%被大气层吸收，其余的到达地球表面，其功率为8×10^13kW。 据估算，地球上每年接收的太阳能，相当于地球上每年燃烧其他燃料所获能量的3000倍，因此，大力开发利用太阳能是21世纪的高新技术。

煤炭coal 类别 煤炭是地球上蕴藏量最丰富，分布地域最广的化石燃料。据世界能源委员会的评估，世界煤炭可采资源量达4．84×10 4亿t标准煤，占世界化石燃料可采资源量的66．8％。 煤炭是埋藏在地下的植物受地下和地热的作用，经过几千万年乃至几亿年的炭化过程，释放出水份、二氧化碳、甲烷等气体后，含氧量减少而形成的，含炭量非常丰富。由于地质条件和进化程度不同，含炭量不同，从而发热量也就不同。按发热量大小顺序分为无烟煤、烟煤 和褐煤等。

点燃的火柴 飞机飞行 火山喷发 闪电

核电站 通讯卫星 太阳灶 石油开采

能量的转化 机械能 <-> 内能（燧木取火） 水能 --> 电能（水力发电） 风能 --> 电能（风力发电） 水能   --> 电能（水力发电） 风能   --> 电能（风力发电） 太阳能 --> 电能（太阳能发电） 太阳能 -->化学能（光合作用） 核能   --> 内能（原子弹爆炸）

自主活动 根据箭头标出的各种能之间的转化 关系，请例举事例，说明它们是如何实现转化的？ 机械能 核反应堆 燃烧 蒸汽机 发电机、电动机 内能 电能 化学能 核能 核反应堆 燃烧 蒸汽机 发电机、电动机 电热器 蓄电池

能量可以通过一定途径从一种形式转化成另一种形式，或从一个物体到另一个物体，而能量的总量是不变的。 举例： 化学能 太阳能 高温高压、无氧 光合作用 生物能 燃烧 发电机 内能 热机 机械能 电能

2.内能变化的两个途径 做功过程：摩擦生热 热传递过程：辐射、传导、对流 内能变化的两个途径：做功和热传递 做功和热传递在改变物体内能上是等效的。

历史回眸 英国物理学家焦耳（James Prescort Joule,1818～1889）一生致力于实验研究。从1840年到1878年的将近40年的时间里，他研究了电流的热效应，压缩空气的温度升高以及电、化学和机械作用之间的联系。他做了400多次实验，用各种方法测定了热功当量的值，为能量守恒定律的发现奠定了坚实的实验基础。 焦耳测定热功当量的实验装置

3.能的转化和能量守恒定律 能量既不会产生，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，而能的总量保持不变 能的转化和守恒定律的最后确定，是在19世纪中叶由迈尔、焦耳和亥姆霍兹等人完成的。

永动机不可能制成 所谓永动机是期望在没有外界能源供给，即不消耗任何燃料和动力的情况下，源源不断地得到有用的功。 永动机违反了能量守恒定律，因此永动机不可能制成。

能够提供可利用能量的物质资源叫做能源 能量从哪里来？ 能源 类别 一次能源 二次能源 常用能源 煤炭、石油、天然气、水力 电能 新能源 太阳能、地热、风能、潮汐能、海洋能、可燃冰 核能

如何开发和利用能源？ 能量的总量是不变的。 地球上的能源是有限的，在人类无限扩张的能源需求下，将日趋枯竭。

如何开发和利用能源？ 开发新能源 我们要开发和利用对环境没有污染和危害的清洁能源。比如：太阳能、地热能、风能、潮汐能、海洋能等。 这些能源数量巨大且可以再生。 太阳塔原理图 节能 我们要提高能源利用率。提高能源利用率的根本途径是减少转化和传递过程中的损失，如提高燃烧效率、提高热机效率、减少废气带走的热量、减少导线中的能量损失、减少传动过程中的摩擦损失等。

在下列有关能的转化的几种说法中，不正确的是 ： D A、用锯子锯木头，锯条会发热，是由于机械能转化成内能 B、当水壶中的水沸腾时壶盖会跳动，这是内能转化为机械能 C、给蓄电池充电的过程中，电能转化为化学能 D、在燃料燃烧的过程中，内能转化为光能

下面是关于能量转化和转移的一些说法，其中错误的是： A A、电动机工作时是将机械能转化成电能的过程 B、冬天将手放到炉旁烤火感到暖和，是内能从一个物体转移到另一个物体的过程 C、木材燃烧是将化学能转化为内能的过程 D、打桩机的重锤下落的过程，是将重力势能转化为动能的过程

2001年9月11日，恐怖分子利用劫持的2架客机，装满燃油，先后水平撞击世贸大楼的南北塔楼，使两大楼产生幅度近1米的晃动和猛烈燃烧。一个多小时后两幢110层的高楼相继倒塌，造成数千人的伤亡。使两幢大楼遭受重创的巨大能量是 ： C A、飞机的重力势能 B、飞机的内能 C、燃油燃烧产生的内能和飞机的动能 D、以上都是

下列说法中错误的是： A A、能的转化和守恒定律只适用于物体内能的变化 B、只要有能的转化和转移，就一定遵从能量守恒定律 C、能的转化和守恒定律是人们认识自然和利用自然的有力武器 D、任何一种形式的能在转化为其它形式的能的过程中，消耗多少某种形式的能量，就能得到多少其它形式的能量，而能的总量保持不变

俄罗斯“和平号”空间站完成了历史使命，于2001年3月23日从太空进入大气层，最后坠入南太平洋大海中。设空间站庞大的结构不解体，它在坠落过程中： C A、势能减小，机械能不变 B、动能与势能相互转化，且势能全部转化成动能 C、内能增大，温度升高 D、坠入海底越深，所受浮力越大

第十章 能量守恒定律 B. 能源的开发和利用

1.能源（source of energy) 能够提供可利用能量的物质资源 水力发电站 太阳能发电站 火力发电站 核电站 风力发电站 地热发电站 波浪发电站 太阳能收集站 沼气发酵池 潮汐发电站

2.能源的分类 常用能源：煤、石油、天然气 新能源：太阳能、核能、地热能 一次能源：直接来自然界的能源，如石油、煤炭等。 二次能源：从一次能源直接或间接转化 而来的能源，如电能等。 燃料能源：煤、石油、天然气、核能 非燃料能源：太阳能、风能、地热能等

地球上的能源是取之不尽的吗？ 根据中国能源网（www.china5e.com）提供的资料：“随着世界人口的增加和经济的发展，人类对能源的需求日益增加，威机构预测，到2020年全世界的能源需求将比1995年的能源消耗增长一倍，如果这些能源全部使用化石燃料－煤、石油、天然气，到2020年，世界上就难以找到满足100亿人口的煤矿和油田可供开发了。”

3.合理利用能源 节能 开发新能源 开发节能技术、开拓新能源利用技术、开发清洁能源是利用能源的技术发展方向。

开发新能源 澳大利亚政府决定建造一座高达1000米的“太阳塔”，利用太阳能进行风力发电。

冷水 开发新能源 热水 循环式太阳能热水器 采热器