14.3 能量的转化和守恒（解析版）

第十四章 内能的利用 第3 节 能量的转化和守恒 1 了解能量及其存在的多种形式。 2 知道能量的转移和转化，能解释一些常见现象中能量转化的过程。 3 理解能量守恒定律，有用能量守恒定律的观点分析物理现象的意识，体会能量守恒定律的普适性。 一、能量的转化： 1 能量的转化实例： 实例 能量转化 实例 能量转化 摩擦生热 机械能→内能 光合作用 光能→化学能 发电机发电 机械能→电能 燃料燃烧 化学能→内能 电动机转动 电能→机械能 电池供电 化学能→电能 2 能量的转化和转移区分： （1）能量的转化：一种能量形式转化为另一种能量形式，比如说光能转化为热能； （2）能量的转移：是一个物体的能量转移到另一个物体上，能量性质不娈； 3 能量的转移与转化具有方向性： （1）能量转化和转移其实指的就是热传导，根据热力学第二定律的内容，热传导的过程是有方向性的。这个过程 可以向一个方向自发地进行，但是向相反的方向却不能自发地进行，因此能量的的转化和转移具有方向性。 （2）能量转化和转移需要逆向进行时，需要外界的干扰。 例如：热量的传递可以自发的从高温物体传向低温物体，而不能自发的从低温物体传向高温物体。 但是，在外界的作用下，也可以使低温物体的热量传向高温物体。 二、能量守恒定律： 1 能量守恒定律： 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，能量的总量保持不变。 学习目标 1 预习导学 02 2 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。 3 永动机：不需要动力就能源源不断地对外做功的机械； 永动机永远不可能实现，因为它违背了能量守恒定律。 知识点一：能量的转化和转移 【探究重点】 1、能量的存在形式：机械能、内能、光能、化学能、电能等。 2、在一定条件下，各种形式的能量是可以相互转化的。例如，摩擦生热：机械能转化为内能；水电站：机械能转 化为电能；光合作用：光能转化为化学能；燃料燃烧：化学能转化为内能。 注意2：能量转换装置的效率问题 这个问题属于难点，是与本节有关的拓展性知识。是学生开阔实验，提高物理思维素养的好素材。 能量转换装置的效率等于转换的能量与输入的总能量之比，用百分数表示。根据定义，若为转换的能量，Q 为输 入的总能量，η 为能量转换装置的效率，则： 【例题精讲】（2022•上海）瀑布从高峰倾泻而下，驱动发动机转动发电，在此过程中能量转化的顺序为（ ） ．动能→重力势能→电能 B．重力势能→动能→电能 ．电能→重力势能→动能 D．重力势能→电能→动能 【答】B 【解析】瀑布从高峰倾泻而下，将重力势能转化为动能，驱动发动机转动发电，又将动能转化为电能，所以能 量转化是重力势能→动能→电能。 故选：B。 【点评】此题要求学生熟练掌握各种能量的变化，能量转化的过程都是有规律可循的，在平常的学习中要注意 探究提升 03 总结归纳。 【巩固训练】（2022•益阳）下列能量转化或转移的情景中，属于能量转移的是（ ） ．燃料燃烧时发热 B．用热水袋取暖 ．钻木取火 D．电动机带动水泵把地下水送到地面 【答】B 【解析】、燃料燃烧时发热，将燃料的化学能转化为内能，属于能量的转化，故错误。 B、用热水袋取暖，通过热传递改变物体的内能，属于能量的转移，故B 正确。 、钻木取火，通过做功改变物体的内能，属于能量的转化，故错误； D、电动机带动水泵把地下水送到地面，将电能转化为水的机械能，属于能量的转化，故D 错误。故选：B。 知识点二：能量守恒定律 【探究重点】 1、机械能守恒与能量守恒区别：能量守恒定律的成立不需要条件，机械能守恒必须满足物体只存在着动能和势能 之间的转化。 2、注意：试论述能量的转化、转移和守恒问题。 （1）在一定条件下各种形式的能都可以相互转化。能量转化反映了各种现象之间的联系，如摩擦生热说明了机械 运动和热现象之间存在的联系；电风扇转动说明了电现象和机械运动之间存在的联系。 （2）不同形式的能量通过做功可以相互转化，同种形式的能量之间通过热传递可以进行转移，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。 （3）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。 （4）根据能量守恒定律，在分析自然现象时，如果发现某种形式的能量减少，一定能找到另一种形式的能量增加; 反之，当某种形式的能量增大时，也一定可以找到另一种形式的能量减少。 【例题精讲】（2022•自贡）关于能量守恒定律，下列说法正确的是（ ） ．能量可以凭空消失 B．能量可以凭空产生 ．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】 【解析】B、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，故B 错误； 、据能量守恒定律，能量在转化和转移过程中，能量的总量保持不变，故正确； D、能量守恒定律适用于自然界中任何形式能的相互转化，故D 错误； 故选：。 【点评】知道并理解能量的转化和守恒定律是解决该题的关键。 【巩固训练】（2020•湘西州）关于能量守恒定律的下列说法中，正确的是（ ） ．能量既可以凭空消失 B．能量也可以凭空产生 ．热机的工作过程不遵循能量守恒定律 D．能量转化和转移过程中，能量的总量保持不变 【答】D 【解析】 B、能量既不能凭空产生，也不会凭空消失，故B 错误； 、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，故错误； D、一个物体能量增加，必然伴随着别的物体能量减少，在能量转移和转化的过程中能量的总量是保持不变的， 故D 正确。 故选：D。 1．（2023•长春一模）纯电动汽车在工作时，由电动机为汽车提供动力。下列电器工作时，能量转化与其相同的 是（ ） ．电灯 B．电风扇 ．电饭煲 D．热水器 【答】B 【解析】纯电动汽车在工作时，由电动机为汽车提供动力，将电能转化为机械能； 、电灯在使用时，电能转化为光能、内能，故错误； B、电风扇使用时，电能主要转化为机械能；故B 正确； D、电饭煲、热水器在使用时，电能转化为内能，故D 错误。故选：B。 2．（2023•崂山区二模）如图所示，电风扇通电后电机带动扇叶转动，使空气流动速度加快，主要用于夏日清凉 解暑之用。下列选项符合电风扇能量流向的可能是（ ） 强化训练 040 ． B． ． D． 【答】 【解析】电风扇的主要部件是电动机，电动机工作时，主要将电能转化为机械能，同时产生少部分内能，故符 合实际。故选：。 3．（2023•利川市模拟）下列说法正确的是（ ） ．静止的物体一定不具有能 B．运动的物体由于没有对别的物体做功，所以不具有能 ．只有物体被举高了才具有能 D．做功的物体一定具有能 【答】D 【解析】、静止的物体可能具有重力势能，故说法不正确； B、运动物体具有动能，故B 说法不正确； 、被举高的物体具有重力势能，没举高的物体也可能具有其他形式的能，故说法不正确； D、能反映了物体做功的本领，能做功说明物体一定具有能，故说法正确。 故选：D。 4．（2023•芙蓉区校级三模）关于下列各图中所涉及到的能量转化进程，描述不正确的是（ ） ．图甲中水力发电时，机械能转化为电能 B．图乙中搓手取暖时，机械能转化为内能 ．图丙中给手机充电时，化学能转化为电能 D．图丁中电水壶给水加热时，电能转化为内能 【答】 【解析】、水力发电时，通过发电机，将机械能转化为电能，故正确； B、搓手取暖时，克服摩擦做功，将机械能转化为内能，故B 正确； 、给手机充电时，消耗电能，获得化学能存储起来，是将电能转化为化学能，故错误； D、电水壶给水加热时，将电能转化为内能，故D 正确。故选：。 5．（2023•乾安县校级三模）下列说法正确的是（ ） ．能量在转化的过程中总量越来越少 B．热机不可能将内能全部转化为机械能 ．只要设计巧妙，永动机就可以制成 D．电能可以转化为机械能，机械能不能转化为电能 【答】B 【解析】能量的转化是遵循守恒定律的，不会越来越少，说法错误； B 不同形式的能量在发生相互转化时，会存在能量的损失，所以热机不能将内能全部转化为机械能，有热的损 失，B 说法正确； 永动机是不可以制成的，违背能量守恒定律，说法错误； D 不同形式的能量是可以相互转化的，即电能可以转化为机械能，机械能也可以转化为电能，D 说法错误。故 选：B。 6．（2023•锦江区校级模拟）下列有关能量转化的说法错误的是（ ） ．为蓄电池充电：电能转化为化学能 B．暖水瓶塞跳起时：机械能转化为内能 ．热机工作：化学能转化内能，内能转化为机械能 D．电动机工作：电能转化为机械能 【答】B 【解析】、蓄电池充电时，消耗电能得到化学能，所以是电能转化为化学能，故正确； B、暖瓶塞跳起时，瓶内空气的内能减少，瓶塞获得了机械能，所以是内能转化为机械能，故B 错误； 、热机工作时，将燃料化学能转化为内能，再将内能转化为机械能，故正确； D、电动机工作时，消耗电能，得到机械能，所以是电能转化为机械能，故D 正确。 故选：B。 7．（2023•兴庆区校级一模）下列关于能量的转化和守恒的说法中错误的是（ ） ．高山上滚下的石块越来越快，说明重力势能转化为动能 B．酒精燃烧时，将化学能转化为内能 ．热机工作时，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 【解析】、石块下落时高度降低，速度增大，则重力势能减小，动能增大，所以是重力势能转化为动能，故正 确； B、酒精燃烧时温度升高，放出热量，消耗了化学能，得到了内能，故是化学能转化为内能，故B 正确； 、热机工作时，将燃油的化学能转化为内能再利用内能做功转化为机械能，故正确； D、人们对太阳能的开发和利用，是消耗了太阳能，得到其他形式的能，即将太阳能转化为其他形式的能，能 量是不能凭空产生的，此选项的说法违背了能量守恒定律，故D 错误。故选：D。 8．（2023•德惠市校级模拟）关于神舟十四号返回舱穿越大气层下降过程中的能量说法正确的是（ ） ．能量不守恒 B．内能总量保持不变 ．机械能守恒 D．机械能转化为内能 【答】D 【解析】当返回舱进入大气层时，由于和空气发生剧烈摩擦，机械能转化为内能，机械能减小，内能增大，总 的能量守恒。故选：D。 9．（2023•麒麟区校级二模）新农村建设是创建美丽宜居乡村，推进“乡村振兴”，实现农村现代化的国家战略。 如图所示的是遍布城乡的风、光互补路灯，它“头顶”小风扇，“肩扛”电池板，“腰挎”照明灯，“脚踩” 蓄电池。下列解释合理的是（ ） ．光电池板将电能转化为光能 B．蓄电池夜晚放电，将电能转化为化学能 ．照明灯将内能转化为电能 D．小风扇利用风力发电，将机械能转化为电能 【答】D 【解析】、光电池板是将太阳能转化为电能，故错误； B、蓄电池夜晚放电，是化学能转化为电能，故B 错误； 、照明灯工作时，将电能转化为光能，故错误； D、小风扇利用风力发电，将机械能转化为电能，故D 正确。故选：D。 10．（2023•武进区校级二模）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（ ） ．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 【解析】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，水 的重力势能转化为水的动能；流动的水推动涡轮转动，水的部分动能转移到涡轮上，涡轮带动发电机发电，涡 轮的动能转化为发电机的电能，故B 错误，D 正确。故选：D。 11．（2023•祁东县模拟）芬兰奥卢大学的研究团队研发出一种新型钙钛矿材料，该材料可在光照、温度变化、压 力变化的情况下产生电能，有着广阔的应用前景。该材料不能直接实现的能量转化是（ ） ．光能→电能 B．内能→电能 ．机械能→电能 D．化学能→电能 【答】D 【解析】、该材料可以在光照的情况下产生电，故可以将光能转化为电能，故不合题意； B、该材料可以在温度变化的情况下产生电，故可以将内能转化为电能，故B 不合题意； 、该材料可以在压力变化的情况下产生电，故可以将机械能转化为电能，故不合题意； D、由题意可知，该材料不是在发生化学变化时产生电，故不能直接实现从化学能向电能的转化，故D 符合题 意。故选：D。 12．（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 【解析】、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。 1．（2023•苏州）《天工开物》中记载有一种自动引水灌溉工具——“高转筒车”（如图）。使用时下方转轮安 装在河道中，流水驱动轮子转动，系在传动绳索上的竹筒将水从河里源源不断输送到上方农田中。下列说法正 确的是（ ） ．这是一台“永动机” B．水在输送过程中重力势能不变 ．转轮转速越快输水做功功率越大 D．上、下两个转轮可分别看作定滑轮和动滑轮 【答】 【解析】、这一装置在工作时，存在摩擦和空气阻力，不是一台“永动机”，故错误； B、水在输送过程中高度改变，所以重力势能改变，故B 错误； 、转轮转速越快，相同时间内输水做功越多，则功率越大，故正确； D、上、下两个转轮在转动时，它们的轴始终是固定不动的，不符合动滑轮的特点，里面不存在动滑轮，故D 错误。故选：。 2．（2023•成都）我们生活在能量的世界，社会的进步和发展离不开能量。对于能量、能源的认识，下列说法正 确的是（ ） ．做功过程实质是能量的转化或转移过程 B．能量转化具有方向性，所以能量不守恒 ．核燃料能量转化效率可达100%，需大力发展 D．煤、石油、天然气提供的能量源自地球本身 【答】 【解析】 、做功的过程是能量转化或转移的过程，例如：摩擦生热，机械能转化为内能；风吹帆船前行，属于机械能的 转移，故正确； B、能量的转移与转化具有方向性，所有能量在转化和转移的过程中，能量是守恒的，故B 错误； 、由于有不可避免的损耗，核燃料能量转化的效率不可能达100%，故错误； D、远古时期陆地和海洋的植物通过光合作用，将太阳能转化为生物质能，它们死后身体埋藏在地下和海底腐 烂，多年之后形成化石能源，所以煤、石油、天然气等化石能源其根本来源是太阳能，故D 错误。故选：。 3．（2021•遵义）有人设想的“永动机”如图所示。下列对该装置开始转动后的分析正确的是（ ） ．装置所具有的机械能始终不变 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 【解析】 、装置在工作的过程中，由于存在摩擦，克服摩擦做功，机械能转化为内能，所以机械能会变小，故错误； B、如果没有能量补充，机械能会逐渐变小，装置最终会停下来，故B 正确，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。 4．（2021•黑龙江）现在流行一款鞋，穿上它走路时，鞋会发光，站着不动就不会发光。则这款鞋发光的原理， 从能量转化的角度分析正确的是（ ） ．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 ．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】 【解析】穿上鞋走路时，具有机械能，鞋会发光，具有光能；根据题意可知，该鞋（发电鞋）的工作原理是电 磁感应现象，先是机械能转化为电能，电能又转化为光能； 故选：。 5．（2021•邵阳）电动机已广泛应用到现代化生活了，如电动汽车、电动摩托车、电风扇、电动耕田机等，对其 工作过程中能量转换表述正确的是（ ） ．电能转化成机械能 B．机械能转化成电能 ．太阳能转化成机械能 D．内能转化成机械能 【答】 【解析】电动机工作过程中，消耗了电能，将其转化为机械能，电动汽车、电动摩托车、电风扇、电动耕田机 都应用了电动机，故正确。故选：。 6．（2020•南京）如图是内燃机某冲程的工作示意图，下面四个事例中能量转化与之相同的是（ ） ． 瓶塞冲出 B． 搓手取暖 ． 压缩气体 D． 钻木取火 【答】 【解析】 根据图示可知，两个气门都关闭，活塞下行，因此该冲程为做功冲程，将内能转化为机械能； 、酒精燃烧时化学能转化为内能，试管口塞子喷出是内能转化为机械能，故符合题意； B、冬天，搓手取暖是克服摩擦力做功，把机械能转化为内能，内能增加，故B 不符合题意； 、用力将活塞压下，活塞对筒内空气做功，筒内空气的内能增大、温度升高，达到了棉花的着火点，棉花就会 燃烧，此过程中机械能转化为内能，故不符合题意； D、钻木取火过程中，克服摩擦力做功，机械能转化为内能，内能增加，故D 不符合题意。故选：。 7．（2020•怀化）下列能量转化过程中，属于化学能转化为电能的是（ ） ．用干电池作电源 B．用电灯照明 ．搓手手变暖 D．洗衣机正常工作时 【答】 【解析】、用干电池作电源是化学能转换为电能，故符合题意； B、电灯照明是电能转换为光能，故B 不合题意； 、搓手变暖，机械能转化为内能，故不合题意； D、洗衣机正常工作将电能转化为机械能，故D 不合题意。故选：。 11．（2020•衢州）下列用电器把电能主要转化为机械能的是（ ） ．电风扇 B．电灯 ．电饭煲 D．电熨斗 【答】 【解析】电灯在工作时将电能转化为光能和内能，电熨斗和电饭锅在工作时将电能转化为内能，故BD 不符合 题意；而电风扇可以将电能转化为机械能，故符合题意故选：。 8．（2020•黑龙江）目前，市区里的老旧小区正在进行水路改造，改造中用到了一种打孔工具﹣﹣冲击钻，冲击 钻工作时，钻头在电动机的带动下，不断地冲击墙壁打出圆孔，如图，冲击钻在工作过程中，关于其能量转化 正确的是（ ） ．内能转化为机械能 B．内能转化为电能 ．只有机械能和内能的转化 D．有电能、机械能和内能的转化 【答】D 【解析】 （1）当电流通过电动机时，电流做功，消耗电能转化为机械能和内能； （2）钻头冲击墙壁，