14.3 能量的转化和守恒（考点解读）（原卷版）

143 能量的转化和守恒（考点解读）（原卷版） 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 【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 。 （2）原子弹、氢弹具有 。 （3）高速运动的空气形成的龙卷风具有 。 【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 【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 【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 ，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 转化成电能，而煤炭是上亿年前的植物储存的 能。 【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 【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 。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” （选填“遵循” 或“不遵循”）能量守恒定律。 【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 【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 【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 较大，转轮会沿 （“顺时 针”或“逆时针”）方向越转越快，根据 ，无需精确测量就能判定他的这 一设想是不可能实现的。 【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 【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 能转化为 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 km/。 【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 【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 【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 转化为 。 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 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 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 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 5．（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（ ） ． B． ． D． 6．（2022•玄武区二模）关于温度、热量和内能，下列说法正确的是（ ） ．物体温度升高，一定吸收了热量 B．同一物体温度越高含有的热量越多 ．热量可以从内能少的物体传递到内能多的物体 D．电能使电动机转动，同时产生内能，这些内能又可以自动地转化为电能 7．（2022 秋•肃州区校级期末）关于能的概念，下列说法中正确的是（ ） ．高山上静止的石头不具有能 B．物体已做的功越多，说明物体具有的能量越多 ．只要物体能够做功，说明物体具有能 D．只有正在做功的物体才具有能 8．（2022 秋•香河县期末）关于能量守恒定律，下列说法中不正确的是（ ） ．能量可以凭空消失 B．能量可以凭空产生 ．热机在工作的过程不遵循能量守恒定律 D．能量在转化和转移过程中，能量的总量保持不变 9．（2022 秋•青羊区期末）探究某物质熔化和沸腾的实验如图甲所示，把100g 某种固体碾 碎放入试管中，插入温度计，再将试管放在装有水的烧杯中加热（物质在相同时间内吸 收的热量相等）。根据实验数据画出的图像如图乙所示，从开始加热到实验结束的10m 内消耗4g 酒精，酒精的热值30×107/kg，这种物质的液态比热容＝15×103/（kg•℃）， 下列选项错误的（ ） ．该物质在第5m 末的内能大于第4m 末的内能 B．在B 段和B 段，该物质吸收的热量相同 ．该物质固态时的比热容为30×103 /（kg•℃） D．该装置能量的转化效率为50% 二、填空题。 10．（2021 春•栖霞市期中）某同学建立了关于能量的知识结构图，请你帮他补全（1）、 （2）、（3）空格处的内容。 （1） ；（2） ；（3） 。 11．（2023•肥西县模拟）中国古代玩具饮水鸟（如图所示）被誉为“爱因斯坦也吃惊的玩 具”，它的神奇之处在于：在鸟的面前放上一杯水，鸟就会俯下身去，把嘴浸到水里， “喝”了一口后，又直立起来；可是直立一会它又会俯下身去，等到鸟嘴浸到了水， “喝”了一口，又会直立起来，饮水鸟这种“自动喝水”的现象 （选填“遵循” 或“不遵循”）能量守恒定律。 12．（2023•楚雄州一模）麻省理工学院的研究团队将直径为9m 的特殊颗粒植人豆瓣菜叶 子中，其中，9m＝ m；他们还发现在黑暗环境下，叶子发出微弱的光，实现化 学能向 能的转化，如图所示。 13．（2023•吴江区二模）如图所示，为一款创意节能灯。将海水存放到中间的容器，然后 利用太阳光照射升温，使海水的内能 ，海水蒸发后由侧壁回流到淡水收集装置 中。蒸发后残留的盐水会与内置的铜、锌电极板发生化学反应，使LED 灯发光，该装 置发电过程将 能转化为 能，再由LED 灯转化为光能。 14．（2023•常州模拟）如图为某⼤学授课堂演示情景，授将一个摆球从下巴处放⼿，结果 摆球摆回时并没有砸到他的下巴，这一过程摆球的机械能 （选填“减⼩”或“不 变”），这一过程 （选填“符合”或“不符合”）能量守恒定律。 15．（2023•莱芜区二模）汽车制动时，由于摩擦，机械能转化成了轮胎、地面和空气的 能，这些消耗的能量不能再自动地用来驱动汽车，这是因为能量的转化和转移都是有 性的。 16．（2023•全椒县模拟）将初温为20℃、质量为05kg 的水放在烧杯中，点燃酒精灯给烧 杯加热，当水温升高到70℃时，酒精灯内的10g 酒精全部燃烧完。则此次烧水的热效率 为 。[水的比热容为42×103/（kg•℃），酒精的热值为30×107/kg] 三、计算题。 17．（2023•天宁区校级模拟）为了保护环境，我国大力发展电动汽车替代传统燃油汽车。 表中是某种电动汽车的部分参数，假设车上只有司机一人，质量为60kg，汽车匀速行驶 时所受阻力为总重力的004 倍，电动汽车充满电后以节电模式匀速行驶20km，电池剩 余容量为38k•。（g＝10/kg）求： 空车质量 1380kg 电池容量 42k• 最高时速 120km/ 最大功率 100k （1）电动汽车匀速行驶20km，牵引力所做的功； （2）电动汽车电能转化为机械能的转化效率。 18．（2023•庐阳区校级一模）居住在百色市易地扶贫搬迁安置点的小强同学家里有一个容 积为5L 的水壶，水壶里装有35kg、初温为50℃的水，他用家里的液化气炉具把水加热 到70℃使用。（已知液化气的热值q＝49×107/m3）问： （1）烧水过程水吸收了多少热量？ （2）若实际使用了002m3的液化气，则该液化气炉具的效率是多少？ 19．（2022 秋•柘城县期末）某物理兴趣小组的同学，用天然气灶给10kg 的水加热，同时 他们绘制了如图所示的加热过程中水温随时间变化的图线。若在6m 内完全燃烧了02kg 的天然气[水的比热容为42×103/（kg•℃），天然气的热值为7×107/kg]，求： （1）天然气完全燃烧产生的热量； （2）经过6m 时间加热，水所吸收的热量； （3）天然气灶烧水时的热效率。 20．（2023•临潼区模拟）某建筑师设计出了一种能漂浮在水中的城市（如图甲所示），漂 浮城市装有动力装置，可以移动。该漂浮城市三角形建筑的主体结构是中空的，强风能 从中通过，可以确保当飓风来临时，把飓风对建筑的破坏降至最低。该漂浮城市高达 360m，占地270 万平方米，可容纳多达4 万居民。酒店、商店这里都一应俱全。漂浮城 市的表面安装有太阳能电池板，接收太阳能的功率为8×108，请回答下列问题。 （1）当漂浮城市漂浮在水面上时，其受到的浮力 自身重力。 （2）假如某班有50 位平均质量为50kg 的中学生从岸上进入漂浮城市参观，则漂浮城 市此时排开水的重力增加多少？ （3）若电池板吸收的太阳能只用来提供推动漂浮城市前进所需的能量，漂浮城市在平 静的水面上沿直线运动，运动过程中受到的阻力不变。从某一时刻开始，漂浮城市受到 水平方向的牵引力F 随运动时间t 的变化关系如图乙所示，漂浮城市的运动速度v 与时 间t 的关系如图丙所示，则： ①从第50s 到100s 内牵引力做的功为多少？ ②漂浮城市在匀速运动过程中，太阳能转化为机械能的效率为多少？