能量轉(zhuǎn)化的方向性 課件-高二下學(xué)期物理滬科版（2020）選擇性必修第三冊

12.3能量轉(zhuǎn)化的方向性這章我們要研究的是電路中的能量是怎樣轉(zhuǎn)化的?用能量守恒定律推導(dǎo)出的閉合電路的規(guī)律是怎樣的?自然界存在哪些能源?能源的利用與可持續(xù)發(fā)展有著怎樣的關(guān)系?人類的活動離不開能量。大量的事例說明，自發(fā)的能量轉(zhuǎn)移或轉(zhuǎn)化過程具有方向性。在能源的利用過程中，能量雖然是守恒的，但是可利用的品質(zhì)降低了。為了人類的可持續(xù)發(fā)展，需要我們節(jié)約能源和保護環(huán)境。01.電路中的能量轉(zhuǎn)化問題：以上用電器工作時能量是怎樣轉(zhuǎn)化的？電熱水壺工作時：電熨斗工作時：電燈工作時：電風(fēng)扇工作時：電動機工作時：蓄電池充電時：電能內(nèi)能電能光能和內(nèi)能電能機械能電能機械能電能內(nèi)能電能化學(xué)能問題：功是能轉(zhuǎn)化的量度，電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能，是通過什么做功來實現(xiàn)？答：通過電流做功來實現(xiàn)的。問題：電流做功怎樣理解？或者說電流做功的本質(zhì)是什么？答：電流做功的本質(zhì)是導(dǎo)體中有恒定電場，自由電荷在靜電力作用下定向移動，這個靜電力在做功。問題：電流做功時能量是怎樣轉(zhuǎn)化的？答：靜電力對自由電荷做正功，電荷的電勢能（其實電勢能就是平時我們說的電能）減少，其他形式的能增加。如圖所示的一段電路，電流強度為I，兩端電壓為U，電荷從左向右定向移動經(jīng)過這段電路所用的時間為t，在這個過程中電流做了多少功。4.額定功率和實際功率：用電器銘牌上所標稱的功率是額定功率.用電器在實際電壓下工作的功率是實際功率．用電器只有在額定電壓下工作時實際功率才等于額定功率．幾種常見家用電器的額定功率

用電器29寸彩電電熨斗電冰箱微波爐臺燈額定電壓（V）220220220220220額定功率（W）80～150300～800100～150800～120040～60D

在真空中，電場力對電荷做正功時，減少的電勢能轉(zhuǎn)化為電荷的動能；在金屬導(dǎo)體中，在電場力作用下做加速運動的自由電子頻繁地與離子碰撞，把定向移動的動能傳給離子，使離子熱運動加劇，從而將電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能．電流通過導(dǎo)體時產(chǎn)生熱量的多少與哪些因素有關(guān)呢?三、焦耳定律、熱功率結(jié)論1.在通電電流和通電時間相同的條件下，電阻越大，電流產(chǎn)生的熱量越多.結(jié)論2.在電阻和通電時間相同的條件下，電流越大，電流產(chǎn)生的熱量越多.結(jié)論3.在通電電流和電阻相同的條件下，通電時間越長，電流產(chǎn)生的熱量越多.實驗結(jié)論：能量轉(zhuǎn)化的方向性是指內(nèi)能和其他形式的能量(如電能、機械能等)的相互轉(zhuǎn)化具有方向性。電能和機械能可以無條件地(自發(fā)地)轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，而內(nèi)能不可無條件地轉(zhuǎn)化為電能和機械能。秋千在來回擺動許多次后總會停下來，它通過克服阻力做功而使其機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。同樣，我們也從未觀察到相應(yīng)的逆過程:傳到空氣中的這部分內(nèi)能重新自發(fā)地轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能而使秋千恢復(fù)擺動。熱傳遞、氣體自由膨脹、分子擴散、摩擦生熱……這些現(xiàn)象的逆過程并不違反能量守恒定律，卻從未能自發(fā)地發(fā)生。大量事實表明，自然界中的一切實際變化都具有方向性。朝某個方向的變化是可以自發(fā)發(fā)生的，相反方向的變化卻是受到限制的。如果要使變化了的事物重新恢復(fù)到原來的狀態(tài)，一定要外界施加影響，或者對外界產(chǎn)生影響，這就是自然過程的不可逆性。在自然界發(fā)生的種種變化中，能量的總值雖然保持不變(守恒)，但是能量可被利用的價值卻越來越小，也就是說能量是在退降。對于人類來說，既需要內(nèi)能，更需要機械能和電能。內(nèi)能在轉(zhuǎn)化為機械能的過程中，總有一部分要散發(fā)到溫度較低的環(huán)境里，只有部分內(nèi)能可成為有用的機械能，另一部分成了“廢品”。從這個意義上說，內(nèi)能是一種可被利用價值低的能量。如果其他形式的能量通過摩擦、碰撞、燃燒等過程轉(zhuǎn)化成內(nèi)能，其能量的可被利用的價值就降低了。由于自然過程的不可逆性，如果一個系統(tǒng)的內(nèi)能增加，這個系統(tǒng)就永遠無法依靠自身的作用(自發(fā)地)回到原先的狀態(tài)，除非系統(tǒng)依靠外界的幫助。而“外界的幫助”往往會更多地消耗其他形式的能量，又將產(chǎn)生出更多的內(nèi)能來。當(dāng)我們使用地球上的能源時，并不會減少地球上能量的總量，但是能量的可利用價值在降低。例如，汽車行駛時要消耗汽油，汽油在發(fā)動機中燃燒，將一部分內(nèi)能轉(zhuǎn)化為驅(qū)動汽車行駛的機械能、一部分內(nèi)能使發(fā)動機整體升溫而傳到空氣中，還有一部分內(nèi)能被汽車排氣管排出的廢氣帶走，后兩部分內(nèi)能就很難再利用了。目前，人類消耗的能量主要來自煤炭、石油、天然氣等物質(zhì)。這