第06讲 能量的转化和守恒-【暑假衔接】新九年级物理暑假精品课讲义（人教版）

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第06讲 能量的转化和守恒
1.了解生活中常见的能量；
2.理解能量的转移和转化过程；
3.理解在转化和转移的过程中，能量的总量是保持不变的；
4.掌握用能量守恒的观点分析生活中的物理现象。
知识点一：能量的转化与转移
1.能量的存在形式
2.能量的转化
在一定条件下，能量可以从一种形式的能量转化为另一种形式的能量，这种现象叫能量的转化。自然界转化各种形式的能，在一定条件下都可以相互转化。如图为能量转化示意图。
3.能量的转移
能量可以从一个物体转移到另一个物体，也可以从物体的一部分转移到另一部分。例如，在热传递过程中，内能从高温物体转移到低温物体，或从物体的高温部分转移到低温部分，这属于能量的转移。
转化与转移的区别
（1）能量的转化：能量的转化时能的形式发生了改变。在能量转化过程中，一种形式的能量增加了，必然其他形式的能量减少了。
（2）能量的转移：能量的转移是指能量从一个物体转移到另一个物体，或从物体的一部分转移到另一部分，能量的形式没有改变。
知识点二：能量守恒定律
能量守恒定律
（1）能量守恒定律内容：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，而在转化和转移过程中，能量的总量保持不变。
（2）对能量守恒定律的理解：
①能量守恒定律是自然界最重要、最普遍的基本定律。大到天体，小到原子核，也无论是物理学问题还是化学、生物学、地理学、天文学的问题，所有能量转化的过程，都遵从能量守恒定律。
②能量守恒定律包括“能量转化”和“能量转移”两个方面。
（3）机械能守恒和能量守恒的区别与联系
（1）机械能守恒需要满足一定的条件，能量守恒不需要条件。
（2）机械能守恒是能量守恒的特殊情况。
2. 永动机
（1）不少人曾设想制造一种不需要动力就能源源不断地对外做功的机器，人们把这种机器叫做永动机。然而，从没有一种永动机成功过。
（2）能量守恒定律使人们认识到：任何一部机器，只能使能量从一种形式转化为其他形式，而不能无中生有地制造能量。因此，根本不可能制造出永动机。
考点一：能量的转移和转化
角度1：能量的转化
例1.
我国大力发展火力发电，火电站进的是煤，出的是电，在这个过程中能量的转化是（ ）
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
【答案】B
【详解】火力发电是通过煤的燃烧，将燃料的化学能转化为水的内能，水蒸气膨胀做功转化为涡轮的机械能，涡轮带动发电机转动将机械能转化为电能，故整个过程的能量转化是：化学能内能机械能电能，故B符合题意，ACD不符合题意。
故选B。
角度2：能量的转移
例2.
童年时将踩瘪但没有破裂的乒乓球放入热水中，球内气体通过______方式增加内能使气压增大，瘪下去的部分很快恢复了原状。从能量的角度看，这是内能的_______（选填“转移”或“转化”）过程。
【答案】 热传递 转移
【详解】[1][2]将将踩瘪但没有破裂的乒乓球放入热水中，温度高的热水将热量转移给温度低的乒乓球，通过热传递的方式使乒乓球的内能增大，是能量的转移。
角度3：转移和转化的区分
例3.
下列关于能量的说法中（ ）
①燃料燃烧时，化学能转化为内能；
②加热电器工作时，内能转化为电能；
③烤火取暖，说明内能可以转移；
④能量无论是转化还是转移，能量总和会逐渐减少
A．只有①③正确B．只有①②正确C．只有③④正确D．只有②④正确
【答案】A
【详解】①燃料燃烧时，消耗化学能，得到内能，化学能转化为内能，故①正确；
②加热电器工作时，消耗电能，得到内能，电能转化为内能，故②错误；
③烤火取暖，是用热传递的方式改变内能，说明内能可以转移，故③正确；
④根据能量守恒知，能量在转化和转移的过程中，能量的总量会保持不变，故④错误。
故选A。
考点二：能量守恒
角度1：能量守恒
例4.
如图所示，掉在地上的弹性小球会跳起，但是越跳越低。下列说法正确的是（ ）
A．弹性小球反复跳起落下过程中，小球机械能总量保持不变
B．小球越跳越低，说明小球的一部分机械转化为其它形式的能量
C．小球越跳越低，说明能量不可能是守恒的
D．小球越跳越低，最终会停止跳动，说明小球的机械能凭空消失
【答案】B
【详解】A．由图可知，小球运动过程中弹起的高度越来越小，这说明小球的机械能减少，故A错误；
BC．机械能减少的原因是克服与空气摩擦做功，与地面撞击做功，将机械能转化成了部分内能，但能量的总量是守恒的，故B正确，C错误；
D．能量既不会凭空产生，也不会凭空消失；根据能量守恒定律可知，所有能量转化的过程，都遵循能量守恒定律，故D错误。
故选B。
角度2：永动机问题
例5.
记忆合金是一种特殊的材料，能够记住自身的形状，不论发生怎样的形变，稍微加热就会恢复如初。如图所示为“记忆合金魔轮”，安装在转轮上的记忆合金弹簧在高于其“转变温度”的水中缩短，在空气中伸长，在力的作用下，转轮便转动起来了。若在下面放上热水，魔轮就会不停地转下去，就制成了一个“永动机”。你认为这种方案______（选填“可行”或“不可行”），理由是______。
【答案】 不可行 “永动机”违背了能量守恒原理
【详解】[1][2]取一根弹簧为研究对象，我们研究它转动一周的过程。弹簧在水中吸收内能，大部分能量转换为转动的动能，该过程中弹簧还要克服空气和水的阻力做功，并且在空气中释放内能；该永动机需要外力来维持，违背了能量守恒原理，不可行。
1．（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。
2．（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。
3．（2022·广西·统考中考真题）2022年6月5日，长征二号F遥十四运载火箭搭载神舟十四号载人飞船成功发射升空。关于运载火箭发射升空时涉及的物理知识，下列说法正确的是（ ）
A．使用的燃料热值较小
B．大量“白气”涌向四周是扩散现象
C．燃料燃烧时将内能转化为化学能
D．燃气主要通过热传递使周围的空气内能增大
【答案】D
【详解】A．运载火箭的燃料一般选择热值比较大的，这样在燃烧相同质量的燃料时，可以释放更多的热量，故A错误；
B．“白气”属于水蒸气遇冷液化的小水珠，而扩散是分子彼此进入对方的现象，所以大量“白气”涌向四周不是扩散现象，故B错误；
C．火箭发射升空时，首先燃烧燃料，将燃料的化学能转化为燃气的内能，故C错误；
D．喷出燃气时，会释放大量热量，主要通过热传递使周围的空气内能增大，故D正确。
故选D。
4．（2022·云南·统考中考真题）关于图所示的热现象，说法正确的是（ ）
A．图甲中炙热的铁水具有内能，冰冷的冰块没有内能
B．图乙中冬天搓手取暖是将内能转化为机械能
C．图丙中用湿毛巾冷敷降温是通过热传递的方式减小人体的内能
D．图丁中能量转化与汽油机做功冲程能量转化都是机械能转化为内能
【答案】C
【详解】A．不管物体温度高低，都具有内能，一切物体都具有内能，故A错误；
B．冬天搓手取暖是通过做功的方式改变手的内能，此过程中将机械能转化为内能，故B错误；
C．用湿毛巾冷敷降温，湿毛巾从人体吸收热量，使人体降温，内能减小，所以是通过热传递的方式减小人体的内能，故C正确；
D．向下压活塞，对筒内空气做功，空气内能增加，温度升高，将机械能转化为内能；汽油机做功冲程是将内能转化为机械能，二者能量转化不同，故D错误。
故选C。
5．（2022·湖北恩施·统考中考真题）小希在夜间看到明亮的宣传栏内有禁毒防毒、燃气使用等安全常识。
（1）用燃气灶将水加热到沸腾后，继续加热，水的温度________（选填“会”或“不会”）升高；壶中喷出的水蒸气温度高，液化会________，不注意可能被烫到；
（2）小希家某天使用了0.5m3天然气，其完全燃烧放热大约是________J；（天然气的热值约为3.8×107J/m3）
（3）宣传栏选材采用了环保材料与绿色能源，顶部安装有太阳能电池板，它给锂电池充电时，是将电能转化为________能。
【答案】 不会 放热 1.9×107 化学
【详解】（1）[1]水在沸腾时的温度规律是，继续吸热，但温度保持不变。
[2]烧水时看到的白气是水壶内出来的水蒸气遇冷液化形成的小水珠，液化会放出热量。
（2）[3]完全燃烧0.5m3天然气放出热量Q放=Vq=0.5m3×3.8×107J/m3=1.9×107J
（3）[4]蓄电池放电是化学能转化为电能，充电是电能转化成化学能。所以锂电池充电时将电能转化为化学能储存起来。
6．（2021·青海西宁·统考中考真题）龙羊峡水电站拦河大坝使上游水位升高，提高了水的______能。水从大坝的上游流下时冲击水轮机发电，水的能量最终转化为______能。
【答案】 重力势（机械） 电
【详解】[1]水位上游升高，即水的位置升高，所以是水的重力势能增加了。
[2]水由上游流下冲击水轮机发电的过程是水的能量转化为电能。
7．（2020·江苏常州·统考中考真题）2020年1月18日，第十届江苏。“台湾灯会”在常州恐龙城开幕。如图所示为展会中的“走马灯”，点燃底部蜡烛，热空气上升驱动扇叶转动，观众惊奇地看到纸片小人的影子动了起来。热空气上升驱动扇叶转动的能量转化方式为______，这与四冲程汽油机的______冲程相同。
【答案】 内能转化为机械能 做功
【分析】(1)根据能量的转化的特点；气体温度升高，气体的密度变小，热空气向上运动。
(2)内燃机的四个冲程有吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程，将机械能转化为内能的是压缩冲程，将内能转化为机械能的是做功冲程；压缩冲程和做功冲程都是通过做功的方式改变内能的。
【详解】[1][2]点燃蜡烛时，气体温度升高，气体的密度变小，热空气就会向上运动，运动的热空气推动扇叶转动，运动的热空气对外做功，将内能转化为机械能，该冲程和四冲程汽油机的做功冲程的能量转化相同。
【点睛】本题考查了能量的转化以及气体受热膨胀的特点，是一道基础题。
8．（2022·江苏扬州·统考中考真题）利用气球可以完成下列实验：

（1）在气球上粘上小塑料颗粒，代表宇宙中的天体，气球膨胀时，任意一个塑料颗粒周围的其他的塑料颗粒都与它___________，可模拟宇宙膨胀现象。
（2）如图1所示，充满气体的气球向左喷气而向右飞出，说明___________，此过程发生的能量转化与图___________（选填“2”或“3”）中的能量转化是一致的。
【答案】 远离 力的作用是相互的 3
【详解】（1）[1]为了形象的说明宇宙大爆炸，课本上将一个粘有小塑料颗粒的气球看成宇宙，小塑料颗粒代表宇宙中的天体，气球膨胀时，任意一个塑料颗粒周围的其他的塑料颗粒都与它远离，表示宇宙中的天体在相互远离，这里运用的是类比法。
（2）[2]充满气体的气球向左喷气而向右飞出，说明力的作用是相互的。
[3]充满气体的气球向左喷气而向右飞出，气球内的气体向外喷出，气体对外做功，内能转化为球的机械能，由图2可知，进气门和排气门都关闭，活塞向上运动，属于压缩冲程，压缩冲程的能量转化是机械能转化为内能；由图3可知，进气门和排气门都关闭，活塞向下运动，属于做功冲程，做功冲程的能量转化是内能转化为机械能，所以充满气体的气球向左喷气而向右飞出过程发生的能量转化与图3中的能量转化是一致的。

1．小明用煤气灶烧水时，进行了如下思考，正确的是（ ）
A．水沸腾时，壶盖被掀起，这是机械能转化为内能
B．煤气燃烧越充分，其热值越大
C．壶内水温度升高的过程中内能增大
D．性能好的燃气灶热机效率能达到100%
【答案】C
【详解】A．水沸腾时，壶盖被掀起，这是内能转化为机械能，故A错误；
B．燃料的热值是燃料的一种特性，只决定于燃料的种类，与质量和燃烧情况等无关，故B错误；
C．壶内水温度升高的过程中，水分子运动剧烈，内能增大，故C正确；
D．因为有能量损失，燃气灶热机效率不可能达到100%，故D错误。
故选C。
2．关于能量的转化和转移，下列说法正确的是（ ）
A．冬天用热水袋取暖，内能发生了转移
B．给手机充电是将化学能转化为电能
C．暖瓶塞被热气冲开，机械能转化为内能
D．燃料燃烧是将内能转化为化学能
【答案】A
【详解】A．冬天用热水袋取暖，是内能发生了转移，是通过热传递来改变物体的内能，故A正确；
B．给手机充电是将电能转化为化学能，故B错误；
C．暖瓶塞被热气冲开，水蒸气的内能转化为塞子的机械能，故C错误；
D．燃料燃烧是将化学能转化为内能，故D错误。
故选A。
3．大客车沿盘山公路下山的过程中，司机师傅会不时地踩刹车，当车行驶至中途还会停下来，用水龙头向车轮闸片处喷水。对于上述现象，王同学联想到几个相关物理知识：
①喷水的主要目的是为降低车闸的温度，以防车闸温度过高而损坏
②下山过程中，机械能保持不变
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
你认为该同学的认识中正确的有（ ）
A．①②③B．①④C．①③④D．①②③④
【答案】B
【详解】①喷水的目的是防止车闸因温度过高而损坏，故用水来降温，故①正确；
②大客车的下降过程，是一个将重力势能转化为动能的过程，为了防止速度过快引起事故，所以要刹车减速。由于摩擦使车减速，导致了车的动能减小，高度降低，重力势能减小，所以机械能减小，故②错误；
③重力势能转化为动能的过程就是重力做功的过程，故③错误；
④刹车的过程是一个摩擦生热的过程，机械能转化为内能，故④正确。
由此可知正确的是①④。
故选B。
4．如图所示，机械能与内能相互转化的事例中，与图中内燃机工作冲程相同的是（ ）
A．瓶塞飞出B．弯折铁丝
C．压缩气体D．钻木取火
【答案】A
【详解】由图可知，内燃机两气门关闭，活塞下行，是做功冲程，对外做功时，内能转化为机械能。
A．当瓶塞跳起时，同时还能看到瓶口出现“白雾”的现象，说明水蒸气对塞子做功，内能减少，温度降低，这一过程的能量转化为内能转化为机械能，与内燃机的做功冲程的能量转化相同。故A符合题意；
B．弯折铁丝是机械能转化为内能，与图中内燃机工作冲程不同，故B不符合题意；
C．压缩气体做功，机械能转化为内能，与图中内燃机工作冲程不同，故C不符合题意；
D．钻木取火是机械能转化为内能，与图中内燃机工作冲程不同，故D不符合题意。
故选A。
5．市面上出售一种装有太阳能电扇的帽子（如图所示）。在阳光的照射下，小电扇快速转动，该装置的能量转化情况是（ ）
A．太阳能电能机械能B．太阳能机械能电能
C．电能太阳能机械能D．机械能太阳能电能
【答案】A
【详解】太阳能电池板吸收太阳能将太阳能转化为电能，小电扇转动时消耗电能将电能转化机械能，故A符合题意，BCD不符合题意。
故选A。
6．利用高压锅煮饭时，锅内水沸腾时水蒸气会推动锅盖上的限压阀运动，此过程相当于四冲程汽油机工作时的 _____冲程；电动自行车在使用过程中，是将电能主要转化为 _____能。
【答案】 做功 机械
【详解】[1]利用高压锅煮饭时，水蒸气的内能转化为限压阀的机械能，该过程与汽油机的做功冲程的能量转换是一样的，相当于四冲程汽油机工作时的做功冲程。
[2]电动自行车在使用过程中，消耗了电能，产生了机械能，是将电能主要转化为机械能。
7．如图是一位“发明家”设计的一种水动机。利用上水池的水使水轮发电机发电，然后，利用发电机发出的电能驱动抽水机把下水池的水再抽回上水池（一部分电能供用电器使用）。这样不断循环下去，就可以制成一个永动机。这个永动机______（填“能”或“不能”）持续运转，因为它违背了______定律。
【答案】 不能 能量守恒
【详解】[1][2]因为抽水发电，发电又抽水的过程中，是机械能与电能的相互转化，在此过程中，有部分机械能和部分电能会转化为内能，即机械能和电能都会逐渐减少，所以机械能和电能的总量不守恒，发电机和抽水机就不可能不停地运转下去。不可能永远有供用电器工作的电。
8．“高空抛物”已成为城市的痛，一个50g的鸡蛋从高约70m的25楼落下，可使人当场死亡，说明鸡蛋的重力势能与质量和___________有关，重力做的功为___________J。鸡蛋在下落过程中，重力势能___________（填“变大”、 “变小”或“不变”），机械能___________（选填“守恒”或“不守恒”）。（g取10N/kg）
【答案】 高度 35 减小 不守恒
【详解】[1]鸡蛋从越高的地方落下，造成的危害越大，所以重力势能与高度有关。
[2] 50g的鸡蛋从高约70m的25楼落下，重力做功
[3]鸡蛋在下落过程中，高度逐渐降低，重力势能逐渐减小。
[4]鸡蛋在下落过程中，受到空气阻力，机械能转化为内能，机械能减少，故机械能不守恒。
9．如图甲所示，在试管内装些水，用橡胶塞塞住管口，给水加热。这是通过___________的方式改变水的内能。加热一段时间后，橡胶塞在水蒸气压力的作用下冲出去。其能量转化情况与四冲程热机___________冲程相同。如图乙所示，在测量滑动摩擦力大小的实验中，用弹簧测力计拉着木块水平向右做___________运动，木块受到的滑动摩擦力大小等于拉力大小。这里通过测量拉力大小来间接测出摩擦力大小，运用了___________（选填“转换法”或“放大法”）。
【答案】 热传递 做功 匀速直线 转换法
【详解】[1]改变物体内能的方式有热传递和做功，给水加热，这是通过热传递的方式改变水的内能。
[2]高温的水蒸气把橡胶塞推了出去，这是把内能转化为了机械能，热机的四个冲程中只有做功冲程实现了把内能转化为机械能。
[3]做匀速直线运动的物体处于平衡状态，要受到平衡力的作用，此时水平方向上的拉力等于摩擦力。
[4]实验中不能直接测出摩擦力的大小，只能通过二力平衡的原理，把摩擦力的大小转换为拉力的大小进行测量。
10．能量可以导致事物的发生、引起物质的变化，它无处不在，并有多种形式．我们听见的声音是一种能，叫做 _____ ；看见的光也是一种能，叫做 _____ ；感到的热也是一种能，叫做 _____ ；物体运动也具有能，叫做 _____ 等等。
【答案】 声能 光能 内能 动能
【详解】[1][2][3][4]能量可以导致事物的发生、引起物质的变化，它无处不在，并有多种形式．我们听见的声音是一种能，叫做声能；看见的光也是一种能，叫做光能；感到的热也是一种能，叫做内能；物体运动也具有能，叫做动能等等。