师：同学们好，请准备好学习用品和学习任务单，今天我们共同学习第20章第三节“能的转化与能量守恒”。同学们知道能量有哪些形式吗？
生：自然界中能量形式多样，我们已了解的有光能、机械能、内能、化学能、电能、核能等。
师：没错，人们发现自然界中的能量可以从一个物体转移到其他物体。请同学们观察教材图20 - 18所示的三个实例，思考讨论以下问题：一、分析各实例中是什么能量发生了转移？能量转移的具体过程是怎样进行的？二、这三个实例在能量转移的过程中有什么共同特点？
（学生思考讨论）
师：谁来分享一下？用热水袋取暖时，是什么能量发生了转移，过程是怎样的？
生：用热水袋取暖时，热水的内能转移到人体。
师：同一根绳连接的两个小球，绿球下降蓝球上升，这是什么能量转移，过程如何？
生：绿球的机械能转移给蓝球。
师：发电站的电能又是如何转移的呢？
生：发电站的电能通过输电线转移到用户。
师：依据这些实例，我们容易发现，能量是可以在两个物体之间转移的，而且在能量转移过程中形式保持不变。那你们还能列举哪些能量转移的例子吗？
生：冰镇可乐的内能转移给冰块。
师：很好。这是一个牛顿摆，将右侧的小球抬起到一定高度，由静止释放，大家注意观察它的运动情况。
（教师操作牛顿摆）
师：我们看到右侧的小球撞击后停止了，而左侧的小球向左摆动，这说明了什么？
生：说明右侧小球的机械能通过撞击转移给了左侧小球。
师：非常好。能量不仅可以转移，而且各种形式的能量在一定条件下还可以相互转化。书本中为我们提供了两则实例，如图20 - 19，请同学们完成填空，并思考讨论能量的转化与能量的转移有什么区别？
（学生完成填空并思考讨论）
师：谁来说说电池充电和放电时，能量是如何转化的？
生：电池充电时，电能转化成化学能；电池放电时，化学能转化成电能。
师：与能量的转移不同，能量发生转化时，能量的形式发生了改变。那除了化学能和电能之间可以相互转化，其他形式的能量可以转化吗？观察核电站工作流程示意图，结合20.2节所学知识，完成填空。
（学生观察并完成填空）
师：谁来说说核电站工作时，能量是如何转化的？
生：核反应堆工作时，铀核裂变释放的核能转化为蒸汽的内能。然后将高温高压的蒸汽通入涡轮机中，驱动涡轮机转动，使蒸汽的内能转化成涡轮机的机械能，并带动发电机使机械能转化成电能。
师：非常棒。那你们还能列举一些在生活和生产中关于机械能、内能、电能、光能等能量间相互转化的实例吗？
生：使用电风扇时，电能转化为机械能。
生：烧水时，电能转化为内能。
生：打开台灯，电能转化为光能。
生：生活中使用的太阳能热水器可以将光能转化为内能。
生：实验室里，使用手摇发电机发电，机械能转化为电能。
师：很好，还有在工业生产中应用广泛的摩擦焊接机技术，利用工件端面相互运动、相互摩擦所产生的热，使端部达到热塑性状态，然后迅速顶锻完成焊接。这是什么能量转化呢？
生：机械能转化为内能。
师：炽热的铁水发光，又是什么能量转化？
生：内能转化为光能。
师：这是一台简易汽轮机模型，下方放置有酒精灯，三脚架上固定有一个金属盒，金属盒中装有水，其上有一出气孔，正对着叶轮。请同学们认真观察实验。
（教师进行实验操作）
师：你们看到了什么现象？
生：用酒精灯给金属盒中的水加热一段时间后，叶轮转动了起来。
师：那你们能解释一下产生这个现象的原因吗？
生：水沸腾后产生大量的水蒸气，水蒸气对叶轮做功，推动叶轮转动。整个过程中燃料的化学能转化为水的内能，产生的大量水蒸气对叶轮做功，水蒸气的内能转化为叶轮的机械能。
师：非常正确。老师这里有一个小电扇，接通电源。看，小电扇转起来了。同学们猜一猜，老师用的是什么发电呢？
生：不知道。
师：竟然是土豆，它居然也能发电。我们把铜片和锌片插在几个煮熟的土豆里，然后接触电极，就制成了最简易的电池。土豆电池在使用时把什么能转化为什么能，驱动小电扇工作，小电扇又将什么能转化为什么能？
生：土豆电池在使用时把化学能转化为电能，驱动小电扇工作，又将电能转化为机械能。
师：课堂上我们已经罗列了一些各种形式的能量在一定条件下可以相互转化的实例，课后也希望大家可以积极探寻，仔细观察，并且一起讨论交流。在能量由一个物体转移到其他物体或由一种形式转化为其他形式的过程中，遵循什么规律？例如数量方面有没有变化？这个问题一直是人们研究的重要课题。图20 - 20是使用电动机提升物体的示意图，请想一想电动机提升物体时消耗了什么能，转化成了什么能，为什么能转化？电动机消耗的能量是否全部转化成了物体的机械能？若把转化后的各种能量都加起来，其总量与消耗的电能相比，是变多了、变少了，还是不变？
（学生思考）
师：谁来说说？
生：电动机在工作时消耗了电能，消耗的电能一部分转化为机械能，还有一部分转化为内能。该过程中电能减少了，但机械能和内能增加了。
师：科学家经过长期的研究发现，在一定量的某种形式的能减少的同时，总伴随着其他形式的能的增加，总的能量是守恒的。也就是说能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，只能从一个物体转移到其他物体，或者从一种形式转化为其他形式。能量在转移和转化过程中，能的总量保持不变，这就是著名的能量守恒定律。它与细胞学说、生物进化论一起，被恩格斯誉为19世纪自然科学的三大发现。能量守恒定律是自然界最普遍、最根本的基本定律之一，大至宇宙天体，小到原子世界都服从这一定律。人类从日常生活到科学研究，也都离不开能量守恒定律。历史上曾有人妄想不用消耗能量就能使机械运转，或用很少的能量就能使机器永不停息地运转，并为此设计制作了各种各样的永动机。图20 - 21是历史上两种永动机的模型示意图。机械运转过程中伴随有内能的产生，机械能的总量在减小，不可能一直运动下去，所以永动机都失败了。永动机在工作中机械能被消耗，发电站输出的电能如果不能被及时利用，也会被消耗。那么，多余的电能该如何利用呢？