2020-2021学年第3节 能量的转化和守恒课堂检测

能量的转化和守恒

有没有这样的一个机械，不需要外界给它能量，就能够让它源源不断的向外做功？热量能不能由温度低的物体传给温度高的物体？

智  能  提  要

问：怎样理解“能量守恒定律是自然界最普遍、最重要的基本定律之一“这句话？

答：能量守恒定律具有普遍性和重要性的原因有以下几点：（1）能量守恒定律与发现细胞、进化论一起被恩格斯誉为19世纪自然科学的三大发现，在理论上已被公认；（2）人类的一切活动，包括生活和生产活动，都会有能量的转化问题，例如做功劳动、生活用热、建筑、冶金等等；（3）自然界中的各种变化不管是大到天体、小到原子核内部，也不管是物理学（比如火山爆发）、天文学（比如星球的运动）的问题，所有的能量转化或转移的过程，都服从能量守恒定律；（4）人类研究或从事各项活动，都是以能量守恒定律作为其理论基础的，比如永动机的研制失败．

问：能量守恒定律的内涵是什么？

答：能量既不会凭空消失，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另一个物体，而在转化和转移的过程中，能量的总量保持不变，这就是能量守恒定律．

（1）在热现象中，利用内能做功的过程是内能和其他形式能量的转化过程，做了多少功，就有多少内能转化为等量的其他形式的能量或就有多少其他形式的能量转化为等量的内能，能量是守恒的．例如摩擦生热，机械能转化为内能．

（2）在热传递过程中是内能的转移过程．例如，一杯热水誉一杯冷水混合，稳定后，热水降温减少了多少内能，冷水变热会增加等量的内能，能量是守恒的．

（3）自然界中除了内能可以同其他形式的能量 发生转化外，各种形式的能量也都可以发生相互转化，例如，燃料燃烧释放化学能=完全燃烧获得的内能；再如电动机带动水泵消耗的电能=水泵获得的机械能+电动机发热产生的内能，且能量是守恒的．[来源:学§科§网Z§X§X§K]

问；怎样从能量的角度理解自然界中的各种现象都是互相联系的？[来源:学。科。网]

答；通过课本中的四个学过的相互有联系的现象可知，不同的自然现象之间都有能量的转化：例如摩擦生热（搓手），摩擦是机械运动现象，生热是热现象，摩擦能够生热，说明机械运动现象和热现象有联系．依次类比可逐个分析出其他各种确有能量的转化，能量可以反映这种联系．课本中图15.5-1不同形式的能量的转化实例没有一个标准答案，其中机械能与化学能之间的相互转化，能量的形式稍显生疏，其实在化学课上我们已学习溶液的振荡可加快溶液的反应速率，其实就是一个例证．另外，还有就是食物在人体内“燃烧”转化为人的日常活动所需的机械能等也是化学能转化为机械能的例子．

中 考 撷 要

 本节内容的中考考点是：运用能量守恒定律分析、判断生活实例中内能与其他形式能的相互转化．最近的中考中，经常出现取材于现实生活实际的试题，体现了“从生活走向物理，从物理走向社会”的新课程理念．

智 能 拓 展

你知道吗，能量也会贬值！

我们知道，运动是多种多样的，就其运动形态而论，运动可分为有序运动和无序运动，与此相似，能量也可分为有序能和无序能．一切宏观整体运动的能量和大量电子定向运动的电能都是有序能；而物质内部分子杂乱无章的热运动所具有的能量是无序能．根据能量转化和转移的方向性，有序能可以完全地、无条件地转换为无序能，但有序能不能自动地全部转化为有序能，无序能不能全部被利用，总有一部分要转移到环境中去，无序能转换为有序能是有条件的、不完全的．因此能量的转换特性，导致了能量不仅有“量”的多少，还有“质”的高低．

自发进行的能量转换过程是有方向性的，因此可以说有序能比无序能更有价值，具有更高的品质．有一种普遍的自然现象“摩擦生热．由于摩擦过程中机械能转换为内能，即有序能转换为无序能．能量的转化从量级上看没有变化，但从品质上看却降低了，即它的使用价值变小了，能量使用价值的降低称为能量贬值．摩擦使高品质能量贬值为低品质能量．能量贬值是自然界的普遍现象．例如，汽车制动时，由于摩擦，动能转变成地面、空气的内能，这些能量能够自动地用来再次开动汽车吗？显然不能．这些能量虽然没有消失，但是我们却不能利用它．

我们是在能量的转化或转移的过程中利用能量的，但能量的转化或转移，都是有方向性的．因此，不是什么能量都可以利用．能量的利用是有条件的，也是有代价的．有的东西可以成为能源，有的却不能．

智  能  归  例

题型一   能结合实例分析能量之间的转化和转移

例  下列过程中，属于内能转化为机械能的是（   ）

A．寒冷天气快速搓手，手会感到暖和

B．水轮机带动发电机发电

C．烧红的铁块放入水中，冷水变热

D．壶中的水沸腾时，壶盖不断地在跳动

知识点  通过实例，认识能量之间可以互相转化

闯关点拨  寒冷天气快速搓手，手感到暖和是摩擦生热现象，机械能转化为内能．水轮机带动发电机发电，是机械能转移的过程．烧红的铁块放入水中，使冷水变热，是内能转移的过程，铁放热，内能减小，水吸热，内能增加．壶中的水沸腾时，壶盖不断地在跳动，是水蒸气膨胀对外做功，顶起壶盖后，它自身的内能要减小，从而获得机械能．

答 选D

题型二   能用能量守恒的观点分析物理现象．

例   在某密闭隔热的房间内有一电冰箱，现接通电源使电冰箱开始工作，并打开电冰箱的门，则过段时间后室内的温度将（   ）

A．降低   B．不变   C．升高   D．无法判断[来源:Z_xx_k.Com]

知识点  有用能量转化与守恒的观点分析物理现象的意识

闯关点拨  电冰箱制冷过程中，使冰箱内的温度降低的同时，又使其外部温度升高（将冰箱内部的内能转移到外部），此过程不可能自发发生，必需消耗电能，此部分电能最终也转变为内能，因此从总能量的角度看，室内的内能将增加，室内温度上升．

答  选C

[拓展题]   小华在做如图15-13所示的滚摆实验中，发现滚摆每次上升的高度逐渐减小，小华想：“这是否说明在动能、势能的相互转化的过程中，整个装置的能量不守恒？这不是与能量守恒定律相矛盾吗？”请你帮小华解决他的困惑．

闯关点拨  在能量的转化过程中，某种能量可以增加或减小（即可以不守恒），但总的能量一定是守恒的．

答  在滚摆运动的过程中，由于摩擦不可避免，总有一部分机械能转化为内能，故整个装置的机械能不守恒，但总的能量（即机械能和内能的总和）保持不变．

中考典题精析

考题  2001年3月20日，俄罗斯“和平号”空间站终于走完了它回归地球的全部旅程，坠入太平洋。这个凝聚着人类智慧结晶的庞然大物在高速坠落的过程中分解成许多碎片，这些碎片在天空中燃烧发光，形成一道道明亮的弧线，请回答：①“和平号”空间站进人大气层后向地球坠落的原因是什么?，②“和平号”空间站在下落过程中分解成许多碎片，这些碎片在空气中燃烧发光的原因是什么?这里有什么形式的能量转化?（内蒙古包头市2002年中考题）

闯关点拨  解答此类题目，必须理解改变物体内能的方法可能是热传递，还可能是做功

析  “和平号”空间站进入大气层后，由于受到地球的引力，所以会向地球坠落．空间站在进入大气层后，具有很大的动能和势能．在坠落的过程中要克服与空气摩擦做功，将机械能转化为内能，空间站的温度过高就会燃烧发光．

答  ①受地球的引力；②与空气摩擦生热，机械能转化为内能和光能．

智  能  训  练

基础知识训练

1．从能的转化和守恒的观点来看，用热传递来改变物体的内能，实际上是         的过程，用做功方法来改变物体的内能，实际上是          的过程．（题型一）

2．英国物理学家法拉第经过10年不懈努力，终于在1831年发现了          现象，导致发电机的发明，实现了电能的大规模生产。我国兴建的长江三峡发电机组，是通过       能转化为电能。福州市即将兴建的垃圾焚烧电厂，是将垃圾焚烧后获得的        能。最终转化为电能。（题型一）

3．当水壶中的水烧开时，壶盖会被顶起，从能量转化的观点看，这是水蒸气的_________能转化为壶盖的          能。（题型一）

4．能量转化与守恒是自然界的基本规律之一，下列过程中机械能转化为电能的是 （  ）（题型一）

 A．干电池放电     B．给蓄电池充电

 C．风力发电     D．电动机带动水泵抽水

5．下列现象中，利用内能做功的是（     ）（题型一）

A．冬天在户外时两手相搓一会儿就暖和     B．车刀在砂轮的高速磨擦之下溅出火花

C．在烈日之下柏油路面被晒熔化了         D．火箭在“熊熊烈火”的喷射中冲天而起

6．下列说法中错误的是（   ）（题型二）

A．能的转化和守恒定律只适用于物体内能的变化

B．只要有能的转化和转移，就一定遵从能量守恒定律

C．能的转化和守恒定律是人们认识自然和利用自然的有力武器

D．任何一种形式的能在转化为其他形式的能的过程中，消耗多少某种形式的能量，就能得到多少其他形式的能量，而能的总量是保持不变

7．我区大力发展火力发电，火电厂进的是“煤”，出的是“电”，在这个过程中能量的转化是（    ）（题型一）

A．机械能→内能→化学→能电能   B．化学能→内能→机械能→电能

C．化学能→重力势能→动能→电能   D．内能→化学能→机械能→电能[来源:学。科。网Z。X。X。K]

综合提高训练

1．指出下列现象中能量的转化和转移情况．（题型一）

（1）气体膨胀做功                              ．

（2）植物进行光合作用                          ．

（3）燃料燃烧                                  ．

（4）风吹动帆船前进                            ．

2．如图15-14所示，在试管内装一些水，用软木塞塞住，用酒精灯加热试管使水沸腾，水蒸气会把软木塞冲出．在水蒸气冲出软木塞的过程中，_________的内能减少而软木塞的________能增加．

（题型一）

3．太阳是一个巨大的能源，直接利用太阳能不会污染环境．围绕地球运转的通信卫星，其两翼安装的太阳电池板，能把________能直接转化成_______能，供通信卫星使用，太阳能还可以直接转化成内能，现有一太阳能热水器，在晴天，每天可将50kg水从20℃加热到50℃，若燃烧煤气来加热这些水，则至少需要消耗掉________m3的煤气．[已知完全燃烧1米3煤气可放出3.9×107J的热量，水的比热为4.2×103J/（kg·℃）] （题型一）

4．下列事例中，属于做功改变物体内能的是（     ）（题型一）

A．在火上点燃火柴头，使火柴头温度升高

B．冬天人们围着火炉烤火身体感觉暖和

C．两手互相摩擦，手感觉暖和

D．在阳光照射下，水盆里的水温度升高

5．“五一”黄金周，吴昊同学和爸爸妈妈一起游览花果山，在他们乘坐旅游车沿盘山公路下山的过程中，发现司机师傅要不时地踩踏刹车踏板，当车行驶至中途还要停下来，让工作人员用水龙头向车轮闸片部位喷水。吴昊同学提出了以下几种看法，（      ）（题型一）

    ①喷水的主要目的是为了降低车闸的温度，以防车闸因温度过高而损坏

    ②下山过程中，机械能不变

③下山过程中，重力对汽车不做功

④刹车过程中有部分机械能转化为内能

你认为这些看法中符合实际的是

A．①②④ B．①④ C．①③④ D．①②③④

6．在一定的条件下，各种形式的能量是可以互相转化的．在它们互相转化的过程中，下面说法正确的是（   ）（题型二）

A．机械能一定守恒      B．各种形式的能都守恒

C．各种形式的能量的总和一定守恒   D．内能一定守恒

7．电动机通电后电动机带动其他机器运转，一段时间后，电动机的外壳就会变得烫手，则下列关于能的转化和守恒的说法中正确的是（  ）（题型二）

A．电能全部转化为机械能，总的能量守恒

B．电能一部分转化为机械能，另一部分转化为内能，总的能量守恒

C．电能全部转化为内能，内能守恒

D．电能转化为机械能和内能，机械能守恒[来源:Zxxk.Com]

8．《深圳商报》2004年3月11日报道：近日一种新型太阳能公共卫生间落户北京东郊民巷，该卫生间的能源全部由位于顶部的太阳能电池板提供，它还能将多余的能量储存在蓄电池里。这种能量转化和储存的方式是    (    ) （题型一）

    A. 太阳能转化为内能，再转化为电能    B．太阳能转化为电能，再转化为化学能

    C. 太阳能转化为内能，再转化为化学能    D．大阳能转化为电能．再转化为光能

9．我们生活在电的时代，电能的来源很多，应用非常广泛……

（1）列举出自然界存在的各种形式的能（三项以上），可以较为方便地转化为电能；

（2）列举出使用电能对减少污染、保持环境有利的三个具体例子．（题型一）

10．汽车的诞生改变了人类的生活方式。事实上，人类很早就在探寻着更好的代步工具，法国人居纽于1769年制造了世界上第一辆蒸汽驱动的三轮车。现在你看到的这幅漫画（图15-15），据说是牛顿所设计的蒸汽汽车原理图，试就该原理图回答下列问题：

（1）找出原理图中运用了哪些物理知识？（至少说出3点）

（2）该原理图中涉及到哪几种形式的能量？请简述对应的能量转化过程。

（3）使汽车向前运动的力是怎样产生的？这个力的施力物体是谁？