11.2 能量轉(zhuǎn)化的方向性和效率,1.認(rèn)識到能量轉(zhuǎn)移具有方向性。 2.認(rèn)識能量轉(zhuǎn)化效率。 3.通過討論交流，知道能量轉(zhuǎn)化有方向性。 4.有用能量轉(zhuǎn)化與守恒的觀點(diǎn)分析物理現(xiàn)象的意識。,思考：水能從低處往高處流嗎？水能自發(fā)地從低處往高處流嗎？,一、能量轉(zhuǎn)化的方向性,如果水是自發(fā)地流只能從高處往低處流，同樣能量的自發(fā)流向也不是隨意的，即能量的轉(zhuǎn)化具有方向性。,1.討論交流：這些情形可能嗎？,試看分析以下過程能否實(shí)現(xiàn)，以及實(shí)現(xiàn)過程中的能量轉(zhuǎn)化情況。,（1）一杯水靜置一段時(shí)間后，其中的一部分水自行從另一部分水中吸取熱量，沸騰成水蒸氣?另一部分水則內(nèi)能減少，凝結(jié)成冰?,熱傳遞的過程是有方向性的，這個(gè)過程可以向一個(gè)方向自發(fā)地進(jìn)行，但是向相反的方向卻不能自發(fā)地進(jìn)行。 注意：內(nèi)能總是自發(fā)地從高溫物體向低溫物體轉(zhuǎn)移而不會自發(fā)地由低溫物體向高溫物體轉(zhuǎn)移。,（2）枯萎的花兒，自發(fā)從空氣中吸取能量和水分，重?zé)ㄇ啻海?枯萎的花兒，也不可能自發(fā)從空氣中吸取能量和水分。,（3）坡底的巨石從周圍環(huán)境中獲取能量，滾向坡頂？,機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，而內(nèi)能不可全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能而不引起其他變化！,（4）汽車從北京開到天津，掉轉(zhuǎn)車頭，可以不再消耗新的燃料，從空氣、尾氣中吸取能量，返回北京？,返程不再耗油.,這是不可能的。因?yàn)楸黄渌镔|(zhì)吸收后變?yōu)橹車h(huán)境的內(nèi)能，我們無法把這些內(nèi)能收集起來重新利用，這種現(xiàn)象叫作能量的耗散。能量的耗散從能量轉(zhuǎn)化的角度反映出自然界中宏觀過程的方向性。,通過以上的分析很明顯這些過程都是不可能實(shí)現(xiàn)的，我們在現(xiàn)實(shí)生活中也從未看到這樣的現(xiàn)象發(fā)生過。自然界中許多自發(fā)的過程都是有方向的，或者說能量的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移也是有方向的。,2.能量流動具有方向性 （1）轉(zhuǎn)移的方向性 熱量只能自發(fā)地從高溫物體轉(zhuǎn)移到低溫物體，反之要想使熱量自發(fā)地從低溫物體流入高溫物體是不可能的。但如果有外界適當(dāng)?shù)母深A(yù)，或滿足一定的條件，熱量可以從低溫物體轉(zhuǎn)移至高溫物體。,例如空調(diào)可以將熱量從低溫的室內(nèi)移至高溫的室外，但外界必須做功，這種轉(zhuǎn)移才是可能的，空調(diào)不開不做電功，這種轉(zhuǎn)移就是不可能的。,（2）轉(zhuǎn)化的方向性 指內(nèi)能和其他形式的的能量（如電能、機(jī)械能等）的相互轉(zhuǎn)化具有方向性。其他形式的能量可以自發(fā)地轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，而內(nèi)能不可無條件地轉(zhuǎn)化為其他形式的能量。,例如鐘表在再次上緊發(fā)條之前,終會停下,機(jī)械能終會完全轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)能，內(nèi)能不可自發(fā)地轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。,總之如果某個(gè)過程涉及了熱量，能量的轉(zhuǎn)化（和轉(zhuǎn)移）就將是“覆水難收”，無法自發(fā)地沿反方向發(fā)生，除非我們耗費(fèi)額外的能量提供幫助。,思考：因?yàn)槟芰渴鞘睾愕模晕覀儾恍枰?jié)約能源，這種說法對嗎？并說明原因。,現(xiàn)實(shí)的宏觀世界中，物體間一旦存在溫差，就會有熱量的傳遞；摩擦無處不在，機(jī)械能會不斷轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。我們對能量的利用，無法避免涉及熱量的生成與轉(zhuǎn)移。于是，每一次能量的利用。都會減少這個(gè)世界上可利用、便于利用的能量的總量。,這種說法不正確，因?yàn)槟芰哭D(zhuǎn)化具有方向性。,這就是為什么雖然能量是守恒的，我們?nèi)匀灰?jié)約能源的原因。,在實(shí)際工作和生活中，人們把一種能量轉(zhuǎn)化為另一種能量總是為了某種目的：,用燃?xì)庠顭康氖菫榱税阉疅裏峄驘_；并希望燒水時(shí)將天燃?xì)馊紵a(chǎn)生的熱量完全傳遞給水壺中的水。,使用電梯是為了把人或物體提高到一定的高度；并希望每消耗1千瓦時(shí)的電能完全轉(zhuǎn)化成人或物體的勢能。,二、能量轉(zhuǎn)化中的效率,生活經(jīng)驗(yàn)告訴我們，這些理想都不可能發(fā)生在所有的能量利用過程中，能量損耗不可避免 。,以天燃?xì)鉄粔厮疄槔?1.輸入能量,我們把天然氣完全燃燒釋放出的化學(xué)能稱為輸入能量。,3.輸出無效能量 把散發(fā)到大氣、壺體中的那部分能量稱為輸出無效能量。,2.輸出有效能量 壺水水吸收的那部分能量稱為輸出有效能量。,輸入能量=輸出有效能量+輸出無效能量,4.輸入能量、輸出有效能量和輸出無效能量的關(guān)系,根據(jù)能量守恒定律：,為了進(jìn)一步描述這些過程，人們定義了能量的轉(zhuǎn)化效率。,5.能量轉(zhuǎn)化效率,即= ，任何情況下，1!,其實(shí)，在所有的能量利用的過程中，都有以上的關(guān)系。,W有,W總,討論交流各種“效率”,在“機(jī)械與功”一章中，我們研究了機(jī)械效率，即有用功在總功中所占的比例；在“改變世界的熱機(jī)”一章中，我們又知道了熱機(jī)的效率，即內(nèi)能轉(zhuǎn)化為有用機(jī)械能的效率。這些效率，跟我們今天學(xué)習(xí)的“能量轉(zhuǎn)化效率”是一回事嗎？為什么？,機(jī)械效率定義:有用功在總功中所占的百分比，叫機(jī)械效率，機(jī)械效率總小于1。,熱機(jī)效率：熱機(jī)所做有用功（有效利用的能量）與燃料完全燃燒釋放的熱量之比叫作熱機(jī)效率。,熱機(jī)工作時(shí)總是有能量的損失，所以熱機(jī)效率始終小于1。,提高能量利用中的轉(zhuǎn)化效率是節(jié)能問題的核心，是可持續(xù)發(fā)展的重要措施之一。,即都可表示為：,（一）能量的轉(zhuǎn)化具有方向性 涉及了熱量，能量的轉(zhuǎn)化（和轉(zhuǎn)移）是有方向的，無法自發(fā)地沿反方向發(fā)生，除非我們耗費(fèi)額外的能量提供幫助。 （二）能量轉(zhuǎn)化中的效率 輸入能量=輸出有效能量+輸出無效能量 能量轉(zhuǎn)化效率=輸出有效能量/輸入能量 即= W有/W總，任何情況下，1!,1. 一般情況下（ ）能只能從高溫問題轉(zhuǎn)移到低溫物體，不能相反。如冬天，火爐把自己能傳遞給房間里的空氣，供人們?nèi)∨坏搅舜禾欤覀儾荒馨堰@些能量重新收集起來供來年再用，上述事例說明：能量的轉(zhuǎn)化、能量的轉(zhuǎn)移，都是有（ ）性的；請?jiān)倥e一個(gè)符合這一規(guī)律的例子：,內(nèi),方向,物塊在地面上因摩擦部分機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，這些內(nèi)能不會再轉(zhuǎn)化成機(jī)械能。,2下列說法正確的是（） A能量是守恒的，所以無須節(jié)約能源 B物體的溫度越高，含有的熱量越多 C熱量只能自發(fā)地從高溫物體轉(zhuǎn)移到低溫物體，不能相反 D相同質(zhì)量的0的水比0的冰內(nèi)能少,C,3下列關(guān)于能量轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)化的方向性的說法中，不正確的是（） A在自然界中不是所有能量都能利用 B能量的利用是有條件的，也是有代價(jià)的 C不同溫度的物體發(fā)生熱傳遞時(shí)，熱傳遞的方向只能從高溫物體到低溫物體，不會相反 D汽車，剎車時(shí)，車的動能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，這些內(nèi)能可以收集起來，再作為車行駛的動力,D,4.提高能量的利用效率，除了不隨便浪費(fèi)能源外，主 要還需改進(jìn)應(yīng)用能源的技術(shù)常采用的措施有（ ） A讓燃料充分燃燒 B采用保溫隔熱措施，減少熱量的散失 C充分利用余熱和減少有害摩擦 D增加能量的轉(zhuǎn)化環(huán)節(jié),ABC