师：同学们，大家好。这节课我们来学习第14章《内能的利用》的第三节——能量的转化和守恒。1万年前，古人钻木取火，人类第一次学会利用自然的力量。200年前，古老热机蒸汽机的发明，给人类带来了巨大动力。如今，生活中广泛使用的电能以及各种新能源，给人类社会带来了巨大进步。可以说，人类文明的发展史，就是一部能量转化技术的进步史。
自然界和生活中存在着各种形式的能量。比如运动的物体具有动能，拉长的橡皮筋具有弹性势能，山巅的危石具有重力势能。动能和势能统称为机械能。自然界中还有其他机械能形式，像风能、水能、潮汐能等等。在我们已学知识中，除了机械能，还有内能，无论是冰冷的冰山，还是炙热的火焰，一切物体都具有内能。
当然，生活中还有广泛使用的电能，它通过高耸的输电线完成输送。各种食物内部存储的能量，我们称之为化学能。像煤炭、液化石油气等燃料内部存储的能量，也称为化学能。太阳给人类带来光和热，太阳能也叫光能，是人类能源的宝库。除了这些常见能量，还有地热能、核能（又称为原子能）等等。
自然界和生活中存在着各种形式的能量，科学家们经过长期探索，发现自然界中各种现象都是互相联系的，各种现象变化常常存在着能量的转化。现在，请同学们伸出可爱的小手，和老师一起来完成一个小实验。像这样来回迅速地摩擦双手，大家有什么感觉呢？是不是感觉到手变暖和了？这一过程发生了怎样的能量转化呢？对，克服摩擦做功，使机械能转化为内能。搓手可以取暖，而利用木头与木头之间的摩擦，古人就发明了钻木取火。
像搓手取暖、钻木取火，实现了机械能向内能的转化。那反过来，内能不能转化为机械能呢？这是蒸汽机模型，大家看到了什么现象？用酒精灯给金属盒中的水加热一段时间后，轮子转动了起来。水沸腾以后产生大量的水蒸气，水蒸气对轮子做功，推动轮子转动。在这个过程中，水蒸气的内能转化为轮子的机械能。钻木取火、搓手取暖以及蒸汽机，实现了内能与机械能之间的相互转化。
神奇美丽的三峡水电站，是世界上最大的水电站，它把水的机械能转化为电能。而电风扇在工作时，则把电能反过来又转化为机械能。像水力发电、电风扇，实现了机械能和电能之间的相互转化。老师这里有一个小家电，我们给它接通电源。看，小电扇转动起来了，同学们猜一猜老师用的是几号电池呢？让我们一起来揭晓答案。哇，居然是土豆，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，将它们串起来使用，就制成了土豆电池。土豆电池把土豆内部存储的化学能转化为电能。我们生活中许多电池的原理和它是一样的，比如干电池、纽扣电池（也就是氧化银电池）、蓄电池、锂电池。当它们向外供电时，就把化学能转化为电能为人类服务。而当电量不足时，我们就要给手机、笔记本电脑充电续航，这一过程又将电能转化为化学能，存储在这些电池内部。给手机充电、蓄电池向外供电，实现了电能和化学能之间的相互转化。
能量的转化不仅仅存在于人类的生活和生产中。植物通过光合作用将光能转化为化学能存储在植物体内，然后慢慢长大。而夏天的夜晚，萤火虫发光，则又将体内存储的化学能转化为光能。植物进行光合作用、萤火虫发光，实现了光能和化学能之间的相互转化。像炽热的铁水发出红热的光泽，是将内能转化为光能。而生活中常见的太阳能热水器、太阳灶烧水，则又将光能转化为水的内能，为人类服务。炽热的铁水发光、太阳能和太阳灶烧水，实现了内能和光能之间的相互转化。电灯能给人类带来光明，电灯在工作时，是将电能转化为光能。2021年5月15日，我国首次火星探测任务天问一号火星探测器在火星着陆，它开启了我国星际探测的新征程，实现了从地月系到行星际的跨越。在遥远的火星，火星车是如何获取能量，为车上的电子仪表供电的呢？火星车上有太阳能电池板，它就能将光能转化为电能，为车上的电子仪器供电。电灯、太阳能电池，实现了电能和光能之间的相互转化。这是电动小车，让我们一起来看一看它是如何运动的呢？
感温片、散热片、塑料盒、铝盒，这是冰水，将冰水倒入塑料盒中，这是热水。将热水倒入铝盒中，再把铝盒放在感温片上，看，小车运动起来了。这说明小车获得了机械能，那么同学们，小车的机械能从何而来呢？没错，是电能。那电能又是如何得到的呢？对，是车上的感温片，利用温度差把内能转化为了电能。那反过来，电能不能转化为内能呢？生活当中这样的电加热器比比皆是，像电饭煲、电饼铛、电炉子、电热毯，它们则方便地将电能转化为内能。温差发电以及生活中各种电加热器，实现了电能和内能之间的相互转化。
同学们，是不是已经发现了，无论是简单的机械运动，还是复杂的化学反应，无论是光现象、热现象，还是无处不在的电现象，它们都有着内在的联系，而这些联系就以能量转化的形式发生着。内能、机械能、电能、化学能、光能，不同形式的能量在一定条件下都可以发生相互转化。这是风光互补太阳能路灯，头顶小风扇，肩扛太阳能电池，它在工作时是将光能和风能转化为电能。人类获取内能的主要方式是燃烧燃料，木材的燃烧就是将木材内部存储的化学能转化为内能。而煤炭等化石能源的燃烧获取内能用于发电，就是火力发电。火力发电的过程是将煤炭等化石能源内部存储的化学能，通过燃烧的方式转化为内能去加热锅里、锅炉里的水，生成高温的水蒸气，然后通过水蒸气去冲动涡轮机转动，将内能转化为机械能，同时涡轮机又带动发电机发电，将机械能转化为电能。
食物也是一种燃料，植物释放化学能的过程也不断地发生在我们体内。食物释放的化学能除了转化为人体的内能，使人的体温保持在37摄氏度左右，另外由于人的机械运动还要转化为人体的机械能。另外，人体中含有微弱的生物电流，所以也会转化为人体的电能。能量转化的过程就是做功的过程，不同形式的能量在一定条件下可以相互转化，而相同形式的能量在一定条件下则可以发生转移。寒冷的冬日，当我们用暖手宝取暖时，就将暖手宝的内能一部分转移给了手，此时内能发生了转移。这是牛顿摆，将右侧的小球抬起一定高度，由静止释放，注意观察它的运动情况。我们看到右侧的小球撞击后静止了，而左侧的小球则向左摆动。同学们思考一下，这说明了什么呢？这说明右侧小球的机械能通过撞击转移给了左侧的小球，可见机械能在一定条件下也可以发生转移。不同形式的能量在一定条件下可以相互转化，而相同形式的能量在一定条件下则可以发生转移。能量在转移的过程中，由一个物体转移到另一个物体，而能量的形式则没有发生变化。生活中我们经常利用煤气灶来炒菜，煤气这种燃料的化学能通过燃烧的方式转化为燃气的内能，然后通过热传递的方式又去加热了锅和菜，即将燃气的内能转移给一部分给我们的锅和菜。
能量的转化和转移也并不是割裂的，人类在利用能量的过程中往往都伴随着能量的转化和转移。不同形式的能量在一定条件下可以相互转化，而相同形式的能量在一定条件下则可以发生转移。人们逐渐发现了自然界中各种现象，它们都不是孤立的，而是相互联系的。18世纪末到19世纪上半叶，自然科学中的一系列重大发现广泛地揭示出各种自然现象之间的普遍联系和转化。正是在这种情况下，以德国医生迈尔、英国科学家焦耳为代表的许多科学家通过大量的实验，为发现能量守恒定律做出了重大贡献。