14.3 能量的转化和守恒（课件+教案+导学案+同步练习+内嵌视频）

第3节 能量的转化和守恒

一、能量的转化和转移

1．以下现象：

①煤炭燃烧；②热水变凉；③搓手取暖；④摩擦生电；⑤温度计测温度。

属于能量转移的是 _____，属于能量转化的是 _____。

【答案】 ②⑤ ，①③④。

【详解】①煤炭燃烧是化学变化，化学能转化为内能，属于能量的转化；

②热水变凉，热水放出热量，温度降低，属于能量的转移；

③搓手取暖，克服摩擦做功，机械能转化为内能，属于能量的转化；

④摩擦生电，机械能转化为电能，属于能量的转化；

⑤温度计测温度，温度计吸收或放出热量，属于能量的转移；

综上所述，属于能量转移的是②⑤，属于能量转化的是①③④。

2．如图所示，滑板车在人的助力下前行且轮子会发光，车停下来轮子就不发光。从能量转化的角度分析轮子发光原理正确的是（　　）

A．机械能转化为电能，再转化为光能     B．电能转化为机械能，再转化为光能

C．机械能转化为光能，再转化为电能     D．光能转化为机械能，再转化为电能

【答案】A

【详解】人运动时具有机械能，而轮子发光需要电能，所以滑板车发光的能量转化是：机械能转化为电能，电能再转化为光能，故A正确，BCD错误。

故选A。

3.  如图1所示，2021年10月16日，航天员翟志刚、王亚平、叶光富搭乘神舟十三号载人飞船，开始了为期6个月的“太空出差”，六个月后将顺利返航。下列说法正确的是（    ）

A．燃料燃烧时，将化学能转化为机械能

B．火箭加速升空时，动能转化为重力势能

C．空间站的太阳能电池板将太阳能转化为化学能

D．返回舱进入大气层后与大气摩擦，机械能转化为内能

【答案】D

【详解】A．燃料燃烧时，消耗化学能，得到内能，将化学能转化为内能，故A错误；

B．火箭加速升空，质量不变，速度增大，动能增大，同时高度增大，势能也增大，机械能增大，是燃料燃烧所释放的内能转化为机械能，没有动能转化为重力势能，故B错误；

C．太阳能电池板把太阳能转化为电能，供空间站工作时使用，故C错误；

D．返回舱进入大气层后与空气剧烈摩擦，克服摩擦做功，将机械能转化为内能，故D正确。

故选AD。

4. 各种形式的能在一定的条件下可以相互转化，请你仿照图2中给出的两个示例，写出电能转化为机械能、化学能转化为电能、光能转化为内能的实例。

【答案】见解析。

【解析】电风扇在工作过程中消耗电能，转化为机械能；干电池使用过程中消耗化学能，得到电能；

太阳能热水器工作过程中将光能转化为内能。

5．（多选题）自然界的能量可以从一个物体转移到另一个物体，也可以从一种形式转化为其他形式。如图所示的事例中，能量的形式发生了转移的是（　　）

A．图甲：涨潮时海水涌入水坝冲击水轮机转动

B．图乙：原来静止的小球被撞击之后运动起来

C．图丙：高温的电炉丝使周围的空气温度上升

D．图丁：试管中高温水蒸气弹出管口的橡胶塞

【答案】ABC

【详解】A．涨潮时海水涌入水坝冲击水轮机转动，海水的机械能转移到水轮机上，故A符合题意；

B．原来静止的小球被撞击之后运动起来，属于能量的转移，故B符合题意；

C．高温的电炉丝使周围的空气温度上升，是通过热传递改变空气的内能，属于能量的转移，故C符合题意；

D．试管中高温水蒸气弹出管口的橡胶塞，是将水蒸气的内能转化为橡胶塞的机械能，属于能量的转化，故D不符合题意。

故选ABC。

二、能量守恒定律

6. 能量守恒定律的内容：能量既不会凭空消灭，也不会凭空产生，它只会从一种形式______为其他形式，或者从一个物体_________到其他物体，而在转化和转移的过程中，能量的________保不变。这就是能量守恒定律。

【答案】转化，转移，总量。

【解析】能量既不会凭空消灭，也不会凭空产生，它只会从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到其他物体，而在转化和转移的过程中，能量的总量保不变。这就是能量守恒定律。

能量守恒定律是自然界最普遍、最重要的基本定律之一，它揭示了各种形式能量之间的联系。

7．根据能量守恒定律，以下情形可能发生的是（　　）

A．向上抛出的石头在向上运动过程中速度越来越快

B．电热水壶的水沸腾后，给该电热水壶断电后，水的沸腾永不停止

C．上紧发条的玩具小车能从斜面底端沿斜面向上运动

D．孤岛上被人们遗忘的一只机械表，默默地走了几十年

【答案】C

【详解】A．向上抛出的石头在向上运动过程中，高度变大，重力势能变大，动能转化为重力势能，动能变小，质量不变，所以速度越来越小，故A错误，不符合题意；

B．电热水壶的水沸腾后，给该电热水壶断电后，水无法吸收热量，由液体沸腾条件知，水会停止沸腾，故B错误，不符合题意；

C．上紧发条的玩具小车具有弹性势能，弹性势能可以转化小车的动能，动能再转化为小车的重力势能，所以小车能从斜面底端沿斜面向上运动，故C正确，符合题意；

D．机械表工作靠表内弹簧片的弹性势能转化为机械能，机械表零件之间有摩擦，再将机械能转化为内能，不久就会消耗完毕，不会一直默默地几十年，故D错误，不符合题意。

故选C。

8．学习了内能及能量的转化和守恒后，同学们在一起梳理知识时交流了以下想法，你认为其中不正确的是（     ）

A．能量在转化和转移的过程中总会有损耗，但能量的总量保持不变

B．热传递改变物体的内能是不同形式的能的相互转化

C．各种形式的能在一定条件下都可以相互转化

D．能量守恒定律是自然界最普遍、最重要的基本定律

【答案】B

【详解】A．能量在转化和转移的过程中总会有损耗，例如电动机的工作原理就是电能转化为机械能，但是因为机械之间存在摩擦，摩擦生热，所以有一部分电能转化为内能，而这部分的能量转化是我们不需要的，所以可以称这部分能量损耗了；根据能量守恒定律，自然界中所有能量的总量保持不变，说法正确，故A不符合题意；

B．热传递改变物体的内能是内能从高温物体转移到低温物体，是能的转移，不是转化，说法错误，故B符合题意；

C．自然界中存在不同形式的能量，各种不同的能量可以相互转化，说法正确，故C不符合题意；

D．能量守恒定律是19世纪自然科学的三大发现之一，也是自然界最普遍、最重要的基本规律之一，小到原子世界，大到宇宙天体，只要有能的变化，无论是什么变化，都遵循它，此定律的内容是：能量既不会消灭，也不会创生，它只会从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到其他物体，而能的总量保持不变，说法正确，故D不符合题意。

故选B。

9．掉在水平地面上的弹性小球会跳起，而且弹跳的高度越来越低。如图3所示是小球在地面弹跳的频闪照片。下列说法正确的是（　　）

A．小球在1位置和2位置的动能相同

B．在小球运动的过程中，有一部分机械能转化成了内能

C．小球弹起的高度越来越低，说明小球在此过程中能量不守恒

D．此过程机械能是守恒的

【答案】B

【详解】A．由图可知，小球在1位置的机械能大于2位置的机械能，而小球在1位置和2位置的高度相同，重力势能相等，机械能为动能和势能之和，所以小球在1位置的动能大于在2位置的动能。故A错误；

BD．小球弹起的高度越来越低，说明小球的机械能减少，因为在小球运动的过程中，需要克服阻力做功，有一部分机械能转化成了内能，机械能不守恒。故B正确，D错误；

C．小球运动的过程中，需要克服阻力做功，有一部分机械能转化成了内能，但在能的转化和转移过程中，能的总量保持不变。故C错误。

故选B。

10．如图4所示，这是达•芬奇造的一个“永动机”装置，他认为右边的重球比左边的重球离轮心更远些，在两边不均衡的作用下会使轮子沿箭头方向转动不息。如果不施加外力，你认为这个装置______（选填“会”或“不会”）永不停歇地运动下去，理由是：______。

【答案】     不会     见解析

【详解】如果不施加外力，装置在运行过程中会克服摩擦做功，将机械能转化为内能，该装置的机械能会越来越少，装置最终会停下来，不可能永不停歇地运动下去。

11．如图5所示是一种新型照明灯，它“头顶”小风扇，“肩扛”太阳能电池板，“腰挎”照明灯，“脚踩”蓄电池。下列说法中不正确的是（　　）

A．蓄电池白天是将化学能转化为电能

B．照明灯晚上工作时将电能主要转化为光能

C．小风扇利用风力发电时，是将机械能转化为电能

D．太阳能电池板工作时是将太阳能转化为电能

【答案】A

【详解】AD．蓄电池白天充电，光电池板是将太阳能转化为电能，电能转化为化学能，故A错误，符合题意，D正确，不符合题意；

B．照明灯工作时，将电能主要转化为光能，故B正确，不符合题意；

C．利用风力发电时，“小风扇”将机械能转化为电能，故C正确，不符合题意。

故选A。

12. （多选题）据澎湃新闻，近日，广西南宁隆生达发电力科技有限公司（简称“隆生达发”）声称研发出一款“突破能量守恒定律”的电机组（图6），引发争议。该公司官网称，这一技术名为“一种电容补偿式自循环发电系统”，下列分析正确的是（　　）

A．根据能量守恒定律，装置不可能一直转动下去

B．发电技术突破了能量守恒定律，证明能量可以不守恒

C．如果没有能量补充，装置最终会停下

D．不靠任何能量补充，1度电可变为10度电的装置可以实现

【答案】AC

【详解】AC．根据能量守恒定律，该装置工作过程总会因为机械摩擦等原因，有一部分能量会转化为内能损失掉，如果没有能量补充，装置最终会停下，不可能一直转动下去，故AC正确；

B．能量守恒定律是自然界最基本的规律，任何机械在任何时候都要遵守能量守恒，故C错误；

D．根据能量守恒定律，能量不会凭空消失，也不会凭空产生，不靠任何能量补充，1度电不可变为10度电，故D错误。

故选AC。

13．从19世纪末世界上建成第一座水电站以来，水力发电站就成了水能利用的主要形式。如图是水力发电站的原理图，关于水力发电下列说法正确的一组是（   ）    

①上游的水向下沿着导管运动到下游的过程中，水的机械能保持不变；

②运动的水流冲击水轮机使水轮机转动，水流的一部分动能转移为水轮机的动能；

③水轮机带动发电机发电将电能转化为动能；

④要加大水力发电的功率，可以采用“增大落水差”的方法。

A．①②      B．①③   C．②      D．②④

【答案】D

【详解】①上游的水向下沿着导管运动到下游的过程中，水的机械能转化为电能，机械能减小，故①错误；

②运动的水流冲击水轮机使水轮机转动，水流的一部分动能转移为水轮机的动能，然后转化为电能，故②正确；

③水轮机带动发电机发电将动能转化为电能，故③错误；

④可以通过增大落水差增大水的机械能，加大水力发电的功率，故④正确。

故ABC错误，D正确。

故选D。

14．（1）如图7所示，不同形式的能量可以在一定条件下相互转化，如图所示，以下事例中分别属于哪些能量转化（只需考虑最主要的能量转化），请将图中能量转化对应的字母序号填写在相应的横线上。

例：电热水器工作时K。

①热机的压缩冲程___________；

②给某锂电池充电时___________；

③植物吸收太阳光进行光合作用___________；

④电动机带动水泵把水送到高处时___________；

（2）如图8是某汽车汽油机能量流向图，该汽油机的热机效率是________，在一次行驶中消耗了1kg汽油，则汽油完全燃烧产生的热量是_________J，转化的有用机械能是_______J。（汽油的热值4.6×107J/kg）；若汽车的牵引力是1000N，则汽车行驶的距离是______m。

【答案】（1） C；J；O；A；（2）35%；4.6×107；1.61×107；1.61×104.

【详解】（1）①热机压缩冲程是机械能转化为内能，对应的字母是C。

②给某锂电池充电是将电能转化为化学能，对应的字母是J。

③太阳能光合作用是将光能转化为化学能的过程，对应的字母是O。

④电动机是将电能转化为机械能，对应的字母是A。

（2）该汽油机的热机效率η=100%-25%-40%=35%

汽油完全燃烧产生的热量Q燃放=mq=1kg×4.6×107J/kg=4.6×107J

转化的有用机械能W机=ηQ燃放=35%×4.6×107J=1.61×107J

由W=Fs可知汽车行驶的距离

s= W机/F=1.61×107J /1000N =1.61×104m

15. 为了纪念伟大的物理学家爱因斯坦在100年前完成的三项重大科学发现，联合国把2005年定为“国际物理年”，在纪念活动中，小伟展示给大家一幅“特殊烧水装置”图，表达了他对自然界中能量转化规律的理解。

（1）请结合本图内容，说明能量在自然界中的转化规律。

（2）在生产、生活中有许多涉及多次能量转化的事例，请试举一例（至少涉及两次能量转化）

【答案】见解析.

【详解】（1）太阳→西红柿：太阳能转化为化学能；人→车轮：人的能量转化为车轮的机械能；车轮→发电机：机械能转化为电能；发电机→电炉子：电能转化为内能；气体发声：内能转化为声能。规律：自然界中的能量是守恒的；能量既不会消灭，也不会创生；它只会从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到另一个物体；在转化和转移过程中，能量的总量不变。

（2）举例：火电站在工作过程中：燃料燃烧，化学能转化为内能，热机把内能转化为机械能；发电机把机械能转化为电能。

16．（2022·湖南湘西·统考中考真题）以下情景中，将电能转化为机械能的是（　　）

A．核电站利用反应堆产生内能 B．电动机通电转动的过程

C．光伏电池充电的过程 D．汽油机的做功冲程

【答案】B

【详解】A．核电站利用反应堆产生内能，将核能转化为内能，故A不符合题意；

B．电动机通电转动的过程，将电能转化为机械能，故B符合题意；

C．光伏电池充电的过程，将光能转化为电能，故C不符合题意；

D．汽油机的做功冲程，将内能转化为机械能，故D不符合题意。

故选B。

17．（2022·湖南益阳·统考中考真题）下列能量转化或转移的情景中，属于能量转移的是（　　）

A．燃料燃烧时发热          B．用热水袋取暖

C．钻木取火                D．电动机带动水泵把地下水送到地面

【答案】B

【详解】A．燃料燃烧时，将化学能转化为内能，属于能量的转化，故A不符合题意；

B．用热水袋取暖，是热传递过程，内能从热水袋转移到其它物体向上，属于能量的转移，故B符合题意；

C．钻木取火，是克服摩擦做功，将机械能转化为内能，属于能量的转化，故C不符合题意；

D．电动机带动水泵把地下水送到地面，电动机工作时将电能转化为机械能，属于能量的转化，故D不符合题意。

故选B。

18.（2022·四川自贡·中考真题）关于能量守恒定律，下列说法正确的是（　　）

A．能量可以凭空消失

B．能量可以凭空产生

C．能量在转化和转移过程中，能量的总量保持不变

D．热机在工作的过程中不遵循能量守恒定律

【答案】C

【详解】ABC．由能量守恒定律可知，能量既不能凭空产生，也不会凭空消失，当能量从一个物体转移到其他物体或从一种形式转化为其他形式时，总量保持不变，故AB错误，C正确；

D．能量守恒定律适用于自然界中任何形式能的相互转化，热机的工作过程也遵循能量守恒定律，故D错误。

故选C。

19．（2022·山东威海·统考中考真题）为了定量研究机械能和内能之间的转化是否遵循能量守恒定律，小明利用图所示装置进行实验。重物A在下落的过程中通过滑轮、轻绳带动容器中的金属叶片与水摩擦生热，使容器中0.5kg的水温度升高了0.2℃，则水的内能增加________J；经过多次实验，发现重物A的机械能减少量总是稍大于水的内能增加量，为了使此装置的机械能更多的转化为水的内能，你建议小明采取的措施是________。【重物A的质量及每次下落高度保持不变，c水=4.2×103J/（kg·℃）】

【答案】420；见解析。

【详解】0.5kg的水温度升高了0.2℃，水的内能增加

Q吸=cm ∆t=4.2×103J/(kg·℃)×5kg×0.2℃=420J

重物A的机械能减少量，一部分机械能使滑轮克服摩擦做功，一部分转化为水的内能，同时水在吸热的同时，也在放热，所以可采取措施减小热量散失、保温、减小滑轮轮轴的摩擦 、用轻质量的绳子等。

20. （2022·浙江绍兴·中考真题）汽车在给人们的出行带来便利的同时，也带来了能源消耗、尾气污染等问题。

材料一：如图是一辆小汽车行驶时的能耗分配图。汽油在汽缸内完全燃烧时放出的能量，大约只有13%用于驱动汽车前进，而其余87%的能量则被损耗掉了。

材料二：排出的尾气除了CO2、H2O外，还有CO、NO、NO2及未燃烧的碳氢化合物等有害气体。

结合材料：

（1）对汽车行驶时能量形式的转化与损耗途径作出分析。

（2）请从节能、减排等方面对燃油汽车提出技术改进建议。

【答案】（1）见解析；（2）见解析

【解析】（1）汽车行驶时的能量转化分析：汽车的化学能转化为气体内能，然后再转化为活塞的机械能，最后为汽车机械能，转化率很低；损耗途径分析：绝大部分是以热能形式损失的，部分是未完全燃烧的碳氢化合物损失，有少量是汽油蒸发损失。

（2）技术改进建议：减少散热器、排气管和汽油机的热损失；减少汽油的蒸发；使汽油充分燃烧；研制和使用混合动力或者纯电动的新能源汽车。