14.3 能量的转化和守恒（考点解读）（解析版）

143 能量的转化和守恒（考点解读）（解析版） 1、能量及其存在的不同形式 （1）能量是物质运动的量化转换，简称“能”，在物理学中，能量是一个间接观察到的 物理 量，它往往被视为某一个物体对其他的物体做功的能力，由于功被定义为力作用一段距离， 因此能量总是等同于沿着一定的长度阻挡大自然基本力量的能力； （2）能量也有不同的形式，如机械运动的动能和势能，热运动的内能，电磁运动的电磁 能， 化学运动的化学能等，他们分别以各种运动形式特定的状态参量来表示； （3）当运动形式发生变化或运动量发生转移时，能量也从一种形式转化为另一种形式， 从 一个系统传递给另一个系统；在转化和传递中总能量始终不变； （4）自然界的能包括：天然气，核能，风能，海洋温差能，水能，汽油，太阳能，电能， 煤炭，氢能，煤气，蒸汽，柴油，石油，地热能，潮汐能，生物质能等。 2、能量守恒定律及其应用 （1）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 从一个物体转移到另一个物体，在转化或转移的过程中，能量的总量不变。这就是能量守 恒定律，如今被人们普遍认同。 （2）能量守恒的普遍性：能量守恒定律是自然界中最普遍、最重要的基本定律之一。大 到天体，小到原子核，无论是物理学的问题还是化学、生物学、地理学、天文学的问题， 所有能量转化的过程，都遵循能量守恒定律。能量守恒定律是人类认识自然、利用自然、 保护自然的有力武器。能量守恒定律告诉我们，有一种形式的能量减少或消失，一定有另 一种形式的能量增加或产生，能量的总量是不变的。 （3）应用：能量守恒定律对于科学研究、工程技术工作有着重要的指导意义。 3、能量的转化和转移 （1）能的转化： ．在一定条件下，一种形式的能量可以转化成另一种形式的能量，这种现象即为能量的转 化。如内燃机工作时，燃料在汽缸内燃烧，燃料内部储存的化学能通过燃烧转化成高温燃 气的内能，高温燃气膨胀推动活塞运动做功，燃气的内能又转化为机械能，驱动机器转动。 如果使用内燃机带动发电机发电，机械能又可以转化成电能，电能输送到各种用电器（电 灯、电动机•电热器等），电能又转化为其他形的能量（光能机械能内能等）； b．能量的转化有方向性：我们利用的各种形式的能最终会自然地转化成内能，散失到周 围空气中，但内能不会自然地转化成其他形式的能量。如电灯在工作时，将电能转化为内 能和光能，被周围的空气吸收，最终都变成了空气的内能，这是自然发生的，而空气的内 能不能自动变成其他形式的能量。 （2）能的转移： ．指同一种形式的能从一个物体转移到另一个物体，能的形式并没有发生变化。能量的形 式没有发生变化，但存在的位置发生了变化，这就是能的转移。内能够发生转移，其他形 式的能也能够发生转移，如风吹帆船运动，流动空气的部分动能； b．能量的转移也有方向性：在热传递过程中，热量总是自然地由高温物体传向低温物体， 故内能也总是自然地从高温物体转移到低温物体，而不会自然地从低温物体转移到高温物 体。所以能量的转移是有方向的。 ※注意能量的转化、能量的转移、都是有方向性的，要逆向转化或转移能量，就会消耗其 他的能量。例如冰箱里的热不会自动转移到温度较高的外部，而必须要消耗其他的能量 （电能）才能把冰箱里的热量转移到冰箱外部。 自然界中的一切实际变化过程都具有方向性，朝某个方向的变化是可以自发发生的，相反 方向的变化却是受到限制的，这时如果要使变化了的事物重新恢复到原来的状态，一定会 对外界产生无法消除的影响，这就是自然界的不可逆性；由此也说明了我们需要节约能源！ 【考点1 能量及其存在的不同形式】 【典例1-1】（2022 秋•资中县校级期中）我们生活在能量的世界里，现实生活时时刻刻都 离不开能量。我们生活中的大部分能量来源于（ ） ．太阳 B．电 ．天然气 D．石油 【答】 【分析】我们生活中所需要的能量主要来源于太阳。 【解答】解：世界万物的生长离不开太阳，人类也离不开太阳，所以生活中的绝大部分 能量都来源于太阳。故正确、BD 错误。 故选：。 【典例1-2】（2022 秋•达川区校级月考）说明下列各物体具有什么形式的能量。 （1）通电后的电炉具有 电能 。 （2）原子弹、氢弹具有 核能 。 （3）高速运动的空气形成的龙卷风具有 机械能 。 【答】（1）电能；（2）核能；（3）机械能 【分析】（1）电流做功的过程是把电能转化为其它形式能的过程。 （2）原子弹、氢弹具有核能。 （3）高速运动的龙卷风具有机械能。 【解答】解：（1）通电后的电炉具有电能。 （2）原子弹、氢弹具有核能。 （3）高速运动的空气形成的龙卷风具有机械能。 故答为：（1）电能；（2）核能；（3）机械能。 【变式1-1】（2021 秋•柳州期末）热机的特点是将燃料燃烧获得内能，然后通过做功驱动 机器。它们都是利用了储存在燃料中的（ ） ．势能 B．电能 ．化学能 D．机械能 【答】见试题解答内容 【分析】热机工作的过程是将燃料的化学能通过燃烧转化为内能，再通过做功的方式将 内能转化成机械能的过程。 【解答】解：所有的燃料都储存了化学能，而热机工作的过程是将燃料的化学能转化为 内能，再通过做功的方式将内能转化成机械能的过程，故BD 错误、正确。 故选：。 【变式1-2】（2022 秋•巴彦县校级月考）能量是与物体运动有关的物理量，不同的运动形 态对应着不同的能量形式。下列四种能量形式中与其它三种能量形式不同的一种是（ ） ．运动场上奔跑的运动员具有的能量 B．剧烈运动的空气形成的龙卷风具有的能量 ．快速行驶的汽车具有的能量 D．核电站为我们的生活和生产提供的能量 【答】D 【分析】判断出四个选项中分别具有哪种能量，分别加以比较。 【解答】解：、运动场上奔跑的运动员具有动能； B、剧烈运动的空气形成的龙卷风具有动能； 、快速行驶的汽车具有动能； D、核电站为我们的生活和生产提供电能； B 三个选项中具有的能量形式与D 选项中具有的能量形式不同，故D 符合题意。 故选：D。 【变式1-3】（2022 秋•承德县期末）物理学中，我们把物体位置的变化叫 机械运动 ， 能量是与物体运动有关的物理量。现代生活需要的电能来自发电厂，在火力发电厂煤炭 燃烧，释放出的能量一部分 内能 转化成电能，而煤炭是上亿年前的植物储存的 化学 能。 【答】机械运动；内能；化学。 【分析】物体位置变化的运动叫机械运动； 火力发电厂燃烧的煤炭是上亿年的植物形成的，植物通过光合作用将太阳能转化为化学 能储存在植物体内。 【解答】解：物理学中，我们把物体位置的变化叫机械运动，能量是与物体运动有关的 物理量。 现代生活需要的电能来自发电厂，在火力发电厂煤炭燃烧，释放出的能量一部分内能转 化成电能，而煤炭是上亿年前的植物储存的化学能。 故答为：机械运动；内能；化学。 【考点2 能量守恒定律及其应用】 【典例2-1】（2023•绥宁县模拟）下列关于能量的转化和守恒的说法错误的是（ ） ．钻木取火是将机械能转化为内能 B．酒精燃烧时将化学能转化为内能 ．汽油机的做功冲程将内能转化为机械能 D．人们对太阳能的开发和利用说明能量可以凭空产生 【答】D 【分析】①判断能量的转化，我们主要看它要消耗什么能量，得到什么能量，总是消 耗的能量转化为得到的能。 ②能量既不能凭空产生也不能凭空消失，总是由一种能量转化为另一种能量，或从一个 物体转移到另一个物体，在转化和转移的过程中能的总量保持不变。 【解答】解：、钻木取火是通过做功的方式改变内能的，是将机械能转化成内能，故正 确； B、酒精燃烧是把化学能转化为内能，故B 正确； 、汽油机的做功冲程中，燃气膨胀对活塞做功，将内能转化为机械能，故正确； D、人们对太阳能的开发和利用，是太阳能转化为其他形式的能，能量是不能凭空产生 的，故D 错误。 故选：D。 【典例2-2】（2022 秋•克东县期末）“天宫课堂”已成为中国青少年关注度最高的科普课 程。2022 年3 月23 日，王亚平在第二次太空授课液桥实验中（如图甲），将两块透明 板上的水球接触后合成一个，从分子角度而言，这是因为分子间存在 引力 。2022 年10 月12 日进行的太空授课中，陈冬将工具T 字扳手在空中旋转后，扳手时而头朝下， 时而头朝上翻转不停（如图乙），这个现象中“会翻身的扳手” 遵循 （选填“遵 循”或“不遵循”）能量守恒定律。 【答】引力；遵循 【分析】分子之间存在着相互作用的引力和斥力。 所有能量的转化和转移都遵循能量守恒定律。 【解答】解：将两块透明板上的水球接触后合成一个，这是因为分子之间存在着相互作 用的引力； “会翻身的扳手”在运动的过程中，遵循能量守恒定律。 故答为：引力；遵循。 【变式2-1】（2023•永善县三模）下列关于能量的说法中，正确的是（ ） ．洗衣机工作时是将机械能转化为电能 B．炙热的铁水具有内能，冰冷的冰块没有内能 ．用热水泡脚，身体会感觉暖和，这是内能通过热传递的方式转移 D．能量无论是转化还是转移，能量总和会逐渐减少 【答】 【分析】（1）电动机工作时将电能转化为机械能； （2）一切物体都有内能； （3）做功和热传递都可以改变物体的内能，做功是能量的转化，热传递是能量的转移； （4）根据能量守恒定律做出判断。 【解答】解：、洗衣机工作时是将电能转化为机械能，故错误； B、一切物体都有内能，炙热的铁水具有内能，冰冷的冰块也有内能，故B 错误； 、用热水泡脚，身体会感觉暖和，这是内能通过热传递的方式转移，故正确； D、根据能量守恒定律，能量无论是转化还是转移，能量总和保持不变，故D 错误。 故选：。 【变式2-2】（2023•济南二模）有人设想的“永动机”如图所示。下列对该装置及能量的 分析正确的是（ ） ．能的总量是不变的，我们不需要节约能源 B．如果没有能量补充，装置最终会停下来 ．根据能量守恒定律，装置可以一直转动下去 D．装置中小球的动能和重力势能不会相互转化 【答】B 【分析】能量既不会消灭也不会产生，它只会从一种形式转化成另一种形式或者从一个 物体转移到另一个物体，在能的转化或转移的过程中，能的总量保持不变；永动机在工 作的过程中，会克服摩擦做功，其机械能不守恒。 【解答】解：、能的总量是不变的，但由于能的转化和转移具有方向性，可以利用的能 源越来越少，因而我们需要节约能源；故错误； B、该装置转动时由于存在摩擦因素，机械能会逐渐变小，如果没有能量补充，装置最 终会停下来，故B 正确； 、根据能量守恒定律，会有一部分能量转化为内能，因此，装置不能一直转动下去，故 错误； D、装置在运动的过程中，小球的高度会发生变化，重力势能发生改变，速度发生变化， 动能发生改变，有重力势能和动能的转化，故D 错误。 故选：B。 【变式2-3】（2023•盐都区一模）如图是十三世纪法国亨内考设计的“魔轮”。轮子边缘 上通过可以自由转动的铰链等距安装了12 个相同的活动短杆，杆端分别套上相同重球。 他认为由于右侧重球距离轴较远，即重力的 力臂 较大，转轮会沿 顺时针 （“顺时针”或“逆时针”）方向越转越快，根据 能量守恒定律 ，无需精确测量 就能判定他的这一设想是不可能实现的。 【答】力臂；顺时针；能量守恒定律。 【分析】转轮相当于轮轴，重球离轴越远，其轮半径越大，即力臂越大；任何能量的转 化和转移都遵循能量守恒定律。 【解答】解：图示中，右侧重球离轴较远，即对应的力臂较大。而左侧的重球离轴较近， 对应的力臂较小，而球的重力相等，即左侧球的重力与力臂的乘积比右侧球的重力比力 臂的乘积小，那么转轮会沿顺时针转动。 魔轮在转动时，会存在能量损失，部分机械能转化为内能，根据能量的守恒定律，魔轮 在无外力作用时，不会越转越快。 故答为：力臂；顺时针；能量守恒定律。 【考点3 能量的转化和转移】 【典例3-1】（2023•济阳区二模）自然界中的能量种类有很多，它们之间可以相互转化。 下列有关能量的转化正确的是（ ） ．电热水壶工作时将电能转化为机械能 B．太阳能热水器将太阳能转化为内能 ．蓄电池充电时将化学能转化为电能 D．电动机工作时将机械能转化为电能 【答】B 【分析】自然界中的能量都以各种形式的能储存起来，在一定条件下可以相互转化。 【解答】解：、电热水壶工作时，电热丝主要将电能转化为内能，故错误； B、太阳能热水器将太阳能转化为内能，故B 正确； 、蓄电池充电时将电能转化为化学能，故错误； D、电动机将电能转化为机械能，故D 错误。 故选：B。 【典例3-2】（2023•武汉模拟）在阳光明媚的周末，某同学全家乘坐新购置的一款纯电动 新能源汽车外出游玩。 （1）该车在行驶过程中，电池对外供电时将 化学 能转化为 电 能。 （2）到达终点时，行车显示屏上显示该次行驶里程为12km，用时20m，全程的平均速 度为 36 km/。 【答】（1）化学；电；（2）36。 【分析】（1）电池对外供电时，将化学能转化为电能，给电池充电时，将电能转化为 化学能； （2）利用速度公式可直接计算平均速度。 【解答】解：（1）该车在行驶过程中，电池对外供电时将化学能转化为电能； （2）全程的平均速度为：v＝ ＝ ＝36km/。 故答为：（1）化学；电；（2）36。 【变式3-1】（2023 春•安平县校级月考）风力发电是一种可再生、可持续发展的清洁能源， 一直是国家大力提倡和发展的能源项目，具有重要的经济价值，下列风力发电的过程中 涉步及到的能量转化的说法正确的是（ ） ．风车把太阳能转化为电能 B．风车把电能转化为风能 ．风车把风能转化为电能 D．风车把水能转化为电能 【答】 【分析】判断某过程中的能量转化过程，其关键是看清该过程中的初始能量和最终形成 的能量，进而即可判断出能量的转化过程。 【解答】解：风力发电的过程中，消耗了风能，产生了电能，因此该过程将风能转化为 了电能。 故选：。 【变式3-2】（2023•历城区二模）（多选）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。关于下列图中四个事例的能量转化，说法正确 的是（ ） ．甲图中卫星从远地点到近地点，动能转化为势能 B．乙图中白鹤滩水电站发电时，将水能转化为电能 ．丙图中飞机起飞时，燃料的化学能转化为机械能 D．丁图中小朋友的臀部发烫，将机械能转化为内能 【答】BD 【分析】根据消耗的能的形式和得到的能的形式，分析能量的转化。 【解答】解：、甲图中卫星从远地点到近地点，高度减小，重力势能减小，速度变大， 动能变大，重力势能转化为动能，故错误； B、乙图水电站发电时，将水能转化水轮机的机械能，再通过发电机转化为电能，故B 正确； 、丙图中飞机起飞时，通过热机把燃料的化学能转化为机械能，故正确； D、丁图中小朋友与滑梯摩擦臀部发烫，将机械能转化为内能，故D 正确。 故选：BD。 【变式3-3】（2023•东营二模）新能源汽车前景广阔，有的汽车厂商采用了混合动力系统， 当汽车刹车时，电池能够将回收的能量储存起来；当需要增加动力时，电池给电动机供 电，给汽车提供额外动力，此过程中 电能 转化为 机械能 。 【答】电能；机械能 【分析】电池对外供电的过程中，电能转化为其它形式的能。 【解答】解：电池给电动机供电，给汽车提供额外动力，消耗了电能，获得了机械能， 是电能转化为机械能。 故答为：电能；机械能。 一、选择题。 1．（2022•惠城区模拟）关于能的概念，下列说法中正确的是（ ） ．一个物体能够做功，就说这个物体具有能 B．一个物体已做过的功越多，说明这个物体具有的能越多 ．一个物体做了功，说明这个物体具有能 D．用线悬挂着的小球，没有做功，所以没有能 【答】 【分析】一个物体能够做功，我们就说这个物体具有能量，但是具有能量的物体不一定 做功。 【解答】解：、由能量的概念可知，一个物体能够做功，就说这个物体具有能量，简称 能，故正确； B、物体能量多可以做更多的功，但一个物体已做的功越多，不能说明这个物体具有的 能越多，故B 错误； 、一个物体做了功，说明原来具有能量，但做功后不一定还具有能，故错误； D、一用线悬挂着的小球，没有做功，但它有一定的高度，所以具有重力势能，故D 错 误。 故选：。 2．（2022 秋•裕华区校级期末）下列有关能量转化和守恒，说法正确的是（ ） ．给电池充电是化学能转化为电能的过程 B．太阳能电池可将内能转化为电能 ．电动机是将电能转化为机械能的装置 D．能量可以凭空产生也可以凭空消失 【答】 【分析】（1）判断能量的转化，我们主要看它要消耗什么能量，得到什么能量，因为 总是消耗的能量转化为得到的能量。 （2）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另一种形式， 或者从一个物体转移到另一个物体，在转化或转移的过程中，能量的总量不变，这就是 能量守恒定律。 【解答】解：．给电池充电是电能转化为化学能的过程，故错误； B．太阳能电池可将化学能转化为电能，故B 错误； ．电动机是将电能转化为机械能的装置，故正确； D．根据能量守恒定律可知，能量不可以凭空产生、凭空消失，故D 错误。 故选：。 3．（2023•东营二模）学校STEM 活动小组在“生态瓶稳定性”探究的活动中，需要设计 制作一个生态瓶。关于生态瓶的讨论有以下几个观点，其中不正确的是（ ） ．我们看到植物是绿色的，是因为它反射绿色的光 B．瓶内绿色植物的光合作用可以把光能转化为化学能 ．从各个方向都能看到瓶内物体，这是光的漫反射 D．生态瓶放置一段时间后，瓶内上部有少量小水珠，这是汽化现象 【答】D 【分析】（1）不透明物体的颜色由它反射的色光决定，不透明物体只反射与它颜色相 同的色光，吸收不同颜色的色光； （2）绿色植物的光合作用将光能转化为化学能； （3）当物质表面粗糙时，光照射到上边会向各个方向发生反射，这就是漫反射现象； （4）物质由气态变为液态的过程称为液化。 【解答】解： 、绿色植物是不透明的，我们看到植物是绿色的，是因为植物把绿色的光反射到我们的 眼睛里，故正确； B、瓶内的绿色植物的光合作用可以把光能转化为化学能，故B 正确； 、可以从各个方向都能看到瓶内物体，这是光的漫反射，故正确； D、生态瓶放置一段时间后，瓶内上部有少量小水珠，小水珠是由水蒸气液化形成的， 故D 错误。 故选：D。 4．（2023•溧阳市一模）江苏沙河抽水蓄能电站位于江苏溧阳市天目湖镇境内，电站枢纽 由上水库、输水系统变电站、下水库等工程组成（如图所示）。当水从上水库倾泻而下， 可驱动发动机转动发电。在此过程中，能量转化的顺序为输电（ ） ．动能→重力势能→电能 B．重力势能→电能→动能 ．电能→重力势能→动能 D．重力势能→动能→电能 【答】D 【分析】根据水电站中能量的转化进行分析。 【解答】解：水电站中的水从上水库到达下水库时，水的高度下降，重力势能减少，水 的速度增大，动能增加，