师：同学们，今天我们一起来学习高二粤教版物理第五章能量的转化与守恒能源综合。上节课我们学习了电路中的能量，掌握了电功等概念和规律。电功$W = UIt$，电功率$P = UI$，焦耳定律$Q = I^{2}Rt$，热功率$P = I^{2}r$。闭合电路中功率关系$EI = U_{外}I + U_{内}I$，$EI$表示电源的总功率，$U_{外}I$表示外电路消耗的功率，$U_{内}I$表示内电路消耗的功率。
我们已经学过机械能、电能，自然界中还存在着不同形式的能量，包括电能、内能、核能、化学能等。机械能是与物体运动、位置高度或形变相关的能量，可以表现为动能或势能。行驶的车辆、被拉开的弓都具有机械能，声音本质上也是机械能的一种表现形式。电能是与电有关的能量，工作中的发电机、电池等具有电能。电磁能是指电磁场所具有的能量，例如无线电波、红外线、紫外线等都具有电磁能。内能是指物质中分子动能和势能的总和，自然界中一切物体都具有内能。核能是指通过核反应由原子核所释放的能量，例如原子弹或氢弹爆炸时释放的能量。化学能是指发生化学变化时所释放出来的能量，例如石油、煤炭、天然气燃烧时释放的能量。
这幅图展示了太阳能转化为其他形式能量的过程。太阳的辐射能到达地球，树木利用光能制造化合物，储存化学能。树木燃烧时，储存的化学能释放为内能和光能。太阳的辐射能被水吸收，使水蒸发上升，形成云的水蒸气具有势能，水的部分势能转化为雨滴降落的动能。流水的一部分动能释放声能。流动的水驱动水力发电站的发电机，水的动能转化为电能，借助铁塔连接起来的输电线越过田野输送电能。
那么能量的转化遵循什么规律呢？我们知道在只有重力做功的情况下，动能和势能可以相互转化，在转化过程中，机械能总量保持不变，即$E_{k1} + E_{P1} = E_{k2} + E_{P2}$。那么不同形式的能量在相互转化的过程中，能的总量是否也保持不变呢？在闭合电路中，根据闭合电路的欧姆定律$E = U + Ir$可以得到$EIt = UIt + I^{2}Rt$，其中$EIt$表示电源产生的电能，$UIt$为对外输出的能量，$I^{2}Rt$为电源内阻消耗的内能。上述式子表明电能在转化过程中能的总量保持不变，即能量守恒。
大量事实表明，能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化和转移过程中，其总量保持不变，这就是能量守恒定律。
自然界中的有些变化可以自发进行，而另一些却不能，必须借助外界的作用才能实现。例如热传导过程是有方向性的，热量从高温物体向低温物体的热传导过程能自发进行，而其相反方向的过程不能自发进行。如果要热量从低温物体传给高温物体，必须借助外界的作用。例如电冰箱消耗了电能对冷却系统做功，可以不断地把热量从冰箱内部的低温区传给外界空气，以维持电冰箱内部的低温。一旦切断电源，外界的热量就会自发地传给电冰箱，使其温度升高。
一个足球在草地上滚动，由于克服摩擦力做功最后会停下来。在此过程中，足球的机械能全部转化为内能，这个过程是自发进行的。人们从没有发现静止在地面的足球靠自行降低温度而自发地运动起来。这表明机械能和内能的转化过程也是有方向性的，机械能全部转化为内能的过程是可以自发进行的，而相反方向的过程是不能自发进行的。
理论和实践研究表明，在自然界的一切自发过程中，能量的转化和转移都是有方向性的，且都遵守能量守恒定律。在能源利用的过程中，能量在数量上虽未减少，但在可利用的品质上降低了，从便于利用的能源变成不便于利用的能源，这是能源危机的深层次含义，也是自然界的能量虽然守恒，但还是要节约能源的根本原因。
在当前世界能源结构中，人类所利用的能源主要是石油、煤炭、天然气等化石能源，但是化石燃料的使用给人类带来了环境污染和能源短缺的压力，这使得全世界开始关注新能源，并希望新能源能够克服化石燃料燃烧带来的污染和可能出现的能源枯竭问题。
水能、风能、太阳能、核能等作为新能源已经是当前国际能源开发利用的热点。水能是指水体的动能、势能和压力能等能量资源。目前最易开发和利用的是河流水能，主要用于水力发电。通过在天然的河流上修建拦水大坝积蓄势能，然后通过引水管道将高位置的水引导至低位置的水轮机，使水的势能转变为水轮机的机械能，带动发电机发电，从而实现从水能到电能的转换。水能资源最显著的特点是可再生、无污染，开发水能对江河的综合治理和利用具有积极的作用。我国三峡水电站是目前世界上规模最大的水电站，它在国民经济中发挥着巨大的作用。
风能是因为空气流动而提供能量，风力发电是利用风力带动风车叶片旋转，把风能转变为风车叶片的机械能。发电机在风车叶片转轴的带动下旋转发电，最终经变换器转换成合适的电压送入电网。风能是一种清洁、安全、可再生的绿色能源，利用风能对环境无污染，对生态无破坏，对人类社会可持续发展具有重要意义。我国陆地上风能储量约2.53亿千瓦，海上可开发和利用的风能储量约7.50亿千瓦。
太阳以辐射的方式向宇宙空间释放出巨大的能量，对太阳能的利用主要有太阳能的光热转换、光电转换、光化学转换三种。太阳能热水器是一种将太阳能转化成热能的加热装置。冷水通过管道进入太阳能热水管内，流过集热板，集热板收集太阳能，将太阳能转化为内能，然后把冷水加热。由于冷水的密度比热水的密度大，热水会自动往上升，形成一个循环动力，水在集热板处逐渐升温，达到一定温度后就进入储热水箱供热水。太阳能是一种取之不尽、用之不竭、对环境无污染的能源。利用太阳能集热器作为热源，可代替传统锅炉；使用太阳能热水器和太阳灶等，可节约生活燃料。利用太阳能电池直接把太阳能转化为电能，是利用太阳能最有前途的方式。太阳能电池已被成功用于人造地球卫星，现在开始转向地面应用。利用太阳能发电可省去费用庞大的输电设备。随着太阳能电池转换效率的提高及制作太阳能电池成本的降低，其发电成本将大大低于目前其他各种方式的发电成本，可以预见，太阳能将成为21世纪人类的一种主要能源。