資源簡介

3.9能量的轉化與守恒
學習指導
一、知識要點
1．能量轉化和守恒定律：能量既不會消滅，也不會創(chuàng)生，它只會從一種形式轉化為另一種形式，或者從一個物體轉移到另一個物體。而在轉化和轉移的過程中，能的總量保持不變。
2．常見的能量有化學能、太陽能、電能、機械能、動能、勢能、內能等，這些能量之間都可以相互轉化或轉移。
二、重要提示
1．能量轉化和守恒定律是自然界最普遍、最基本的定律。
2．永動機是違反能量轉化和守恒定律的，能量的轉化和轉移是有一定的方向性的。
科學廣場
永動機為什么不能永動
動能和勢能可以相互轉化，那么能不能造出不需要任何動能而永遠轉動的機器呢?
大約800年前，有一位叫翁乃古的法國人為了減輕農民的勞累，設計了一臺“永動機”，如圖3—19所示，在一個轉輪旁邊安裝著一些帶重錘的短桿，他認為無論輪子的位置怎樣，輪子右邊的各個重物一定比左邊的重物離輪心遠，所以右邊的重物總要往下壓，于是輪子就轉動了，而且可以無限地轉動下去?？墒俏棠斯诺挠绖訖C卻轉不動，除非人去用力推它。
大約470年前，意大利有位著名的科學家和畫家達·芬奇，設計并制造了如圖3—20所示的一臺永動機，他想，輪子一邊的鋼球總比另一邊的離輪心遠一些，因此，在它們的重力作用下，一定會使輪子旋轉不息，可當造好后，立即發(fā)現(xiàn)了自己設計上的錯誤，他對著那臺并不轉動的永動機說：“什么永動機，這簡直是一樁蠢事!”因為在他的設計中，右邊的球始終離軸遠。也就是力臂長一些，左邊的球始終離軸近，力臂短一些，但是造出后，發(fā)現(xiàn)右邊的個數(shù)總比左邊少一點，即力臂長的那邊總是重力要小一些，結果兩邊的“力×力臂”總相
等，誰也壓不動誰。
幾百年來，許多人都在設計制造永動機，始終沒有成功，但從失敗中總結出了能量的轉化和守恒定律。從現(xiàn)實生活中可知，無論是什么樣的機器，都需要輸入這樣或那樣的能量，即使是傳說中的外星人或各種各樣的機器人，到一定時候都要補充能量，真正的永動機是不可能制造成功的。
解題指導
【例題】關于能量的轉化和轉移，下列說法正確的是 ( )
A．能量只能從能量多的物體向能量少的物體轉移
B．內能可以轉化為機械能，機械能也可以轉化為內能
C．能量只能從一種形式轉化為另一種形式
D．能量可以從一種形式轉化為另一種形式，但轉化前后，能量的總量會減少
【解析】本題考查對能量轉化和守恒定律的理解。對選項A：以熱傳遞為例，熱傳遞是內能在不同物體之間的轉移，判斷內能轉移的方向是看兩個物體溫度的高低，而不是看兩個物體內能的多少。對選項B：摩擦生熱是機械能轉化為內能；熱水瓶塞被彈出是內能轉化為機械能。對選項C：能量既可以從一種形式轉化為另一種形式，也可以保持形式的不變，從一個物體轉移到另一個物體，如熱傳遞。對選項D：可用能量轉化和守恒定律直接判斷其是錯誤的。
【答案】B
同步訓練 A組
1．如圖所示，滾擺在擺動的過程中，每次上升的高度會逐漸減少，下列說法正確的是 ( )
A．只存在著動能和勢能的轉化
B．能量在逐漸消失
C．滾擺的機械能減少了，減少的機械能轉化為內能，但總能量是守恒的
D．滾擺的機械能是守恒的
2．江濱大道繽紛園入口處，安裝了兩盞“風光互補”景觀節(jié)能燈，如圖所示，它“頭頂”小風扇，“肩扛”太陽能電池板。關于節(jié)能燈的設計解釋合理的是 ( )
A．太陽能電池板是將太陽能轉化為電能
B．小風扇是用來給太陽能電池板散熱的
C．小風扇是風力發(fā)電機，將電能轉化為機械能
D．蓄電池在夜晚放電時，將電能轉化為化學能
3．不同的科學現(xiàn)象往往遵循同一科學規(guī)律。如：跳傘運動員在空中勻速下落； 剎車后，水平路面上行駛的公交車減速停在車站。這些現(xiàn)象中能量轉化的共性是 ( )
A．物體的動能全部轉化為重力勢能
B．物體的重力勢能轉化為其他形式的能
C．其他形式的能轉化為物體的機械能
D．物體的機械能轉化為其他形式的能
4．下圖所示是豆子生長過程的幾個圖片，不過次序已經打亂了，正確的順序是 (填字母)，這說明能量的轉化、能量的轉移是 。
5．給手機電池充電事實上是將電能轉化為化學能。小誠在充電時發(fā)現(xiàn)電池表面有些發(fā)燙，從中我們可以知道，充電時消耗的電能 電池獲得的化學能，因為
。
6．放學后，小蘭和小芳在蹦床上玩，她們從高處跳下落在蹦床上，又被彈起的情景如圖所示。請你思考并回答：
(1)從高處跳下落在蹦床上，又被彈起的過程中能量是如何轉化的？
。
(2)她們在玩的過程中發(fā)現(xiàn)，被彈起的高度遠小于落下的高度。請你針對這種情景提出一個研究課題： 。
7．一種建在太空的太陽能電站，可向地球上的固定區(qū)域供電。在太陽能收集板上鋪設太陽能電池，通過光電轉換把太陽能轉換成電能，再經微波轉換器將電流轉換成微波，并通過天線將電能以微波的形式向地面發(fā)送。地面接收站通過天線把微波還原成電能。
(1)在空格處填入適當?shù)拿Q。
微波
(2)最終的能量是經過 (填“創(chuàng)生”或“轉化”)而來的。
8．下列過程中屬于能量轉移的是 ，屬于能量轉化的是 。
①水燒開時，沸騰了；②飛馳而過的流星拖著一條發(fā)光的長尾巴；③給水通電，產生氫氣和氧氣；④曬太陽感到暖和；⑤給電爐通電，電熱絲發(fā)紅；⑥在砂輪上磨刀，火星飛濺； ⑦植物吸收太陽光進行光合作用
同步訓練 B組
9．根據(jù)能量轉化和守恒定律判斷，下列四幅圖中僅發(fā)生能量轉移的一組是 ( )
A．①② B．②③ C．③④ D．①③
10．小明想通過實驗探究永動機能否制成，他進行了如下實驗：
(1)如圖甲所示，在臉盆內裝大半盆水，將毛巾一端浸在水中，另一端低垂在臉盆外?？梢钥吹?，搭在臉盆邊的毛巾能自動吸水，并從垂在盆外的另一端不停地滴下。
(2)根據(jù)上述實驗現(xiàn)象，他設計了一個如圖乙所示的“水滴永動機”。為了論證上述圖乙的設計是否科學可行，他又用水杯、棉紗織帶、水進行如圖丙所示的實驗，通過觀察發(fā)現(xiàn)：棉 紗(填“能”或“不能”，下同)自動地將水從低處抽到高處，相反，它 將上方容器里的水抽向低處。
(3)根據(jù)圖丙中的實驗現(xiàn)象，推理出：上述‘‘水滴永動機”是 (填“能”或“不能”)制成的。因為它違背了 定律。
11．太陽能被稱為21世紀能源。太陽能汽車是利用太陽能電池將接收到的太陽能轉化為電能，再利用電動機來驅動的一種新型汽車。現(xiàn)有一輛太陽能實驗車，車上的太陽能電池板的有效面積是S=8米2。在晴朗的天氣里，太陽光垂直照射到電池板每平方米面積上的輻射功率P=1千瓦，電池板產生的電壓U=120伏，對車上的電動機提供，I=l0安的電流，請計算：
(1)太陽能電池將太陽能轉化為電能的效率是多少?

(2)若此輛車的電動機將電能最終轉化為機械能的效率為75％，汽車在水平路面上勻速行駛時，牽引力為l20牛，則汽車行駛的速度是多大?
參考答案
3.9 能量的轉化與守恒
1．C 2．A 3．D 4．Aebdc 有方向性的 5．大于根據(jù)能量轉化和守恒定律，能量不能創(chuàng)生，在轉化過程中能的總量不變，電能轉化成了化學能和熱能 6．(1)重力勢能一動能一彈性勢能一動能一重力勢能 (2)損耗的機械能轉化為哪種形式的能 7．(1)太陽能電能電能(2)轉化 8．①④②③⑤⑥⑦ 9．D[解析：能量轉移是指能量從一個物體轉移到另一個物體上，沒有發(fā)生形式變化，②中是化學能轉化為內能，④是電能轉化為光能和內能。①③則只有能量的轉移，沒有能量的轉化。] 10．(2)不能能 (3)不能能量轉化和守恒 11．(1)15％ (2)7.5米／秒

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