資源簡介

一、能量的相互轉化
（一）能量可以在兩個物體之間轉移，能量形式也可以轉化
(1)太陽能的轉化
照射到植物葉片上----植物的化學能
照射到大氣層中------空氣的動能
照射到太陽能熱水器--水的內能
照射到電池板上------電能
(2)人體能量的來源及轉化:人體所需的能量都來自食物，食物被消化后且被分解的過程，是食物的化學能轉化為人體的內能、電能、機械能等能量的過程。被吸收的營養物質由血液輸送到人體各處。
(3)火力發電廠的能量轉化:燃料燃燒將燃料的化學能轉化為內能來加熱水，水沸騰后，產生的蒸汽驅動渦輪機轉動將內能轉化為機械能，渦輪機帶動發電機發電將機械能轉化為電能。
（二）能量轉化的普遍性
自然界中的能量有多種表現形式，如機械能、內能、化學能、電能、電磁能、核能等。自然界中各種形式的能量不是孤立的，它們可以在一定的條件下發生轉化，能量也可以在同一物體或不同的物體間相互轉移。能量轉化是普遍現象，自然界中物質運動形式的變化中伴隨著能量的相互轉化。
二、能量的轉化與守恒定律
（一）內容
能量既不會消滅，也不會創生，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。這就是能量轉化和守恒定律。
（二）意義
能量轉化和守恒定律是自然界最普遍、最重要的基本定律之一。無論是機械運動，還是生命運動，無論是宇宙天體，還是微觀粒子，都遵循這個定律。
（三）永動機一不可能成功
所謂“永動機”是指不消耗任何能量和燃料,卻能源源不斷對外做功的機器。“永動機”不可能成功的事實告訴我們，違反能量轉化和守恒定律的事件是不可能發生的。能量是不可能憑空創造出來的。即所謂的“消耗能量”“利用能量”“獲得能量"的實質是能量相互轉化或轉移的過程。
（四）機械能守恒與能量守恒定律的區別
(1)機械能守恒是有條件的一沒有能量損失或額外的能量補充。
因為機械能守恒是指一個物體如果只存在著動能和勢能之間的轉化時，機械能的總量將保持不變。如果存在機械能與其他形式的能之間的轉化，機械能總量發生改變，機械能不再守恒，例如克服摩擦做功，產生內能，機械能的總量將減少，損失的機械能將轉化為其他形式的能。
(2)能量守恒定律的成立不需要條件。這是因為能量轉化形式是多樣的，可以在機械能、內能、化學能、電能、光能、聲能間相互轉化，不限于動能和勢能之間的轉化，在轉化過程中，一種形式的能減少，另一種形式的能必然增加，能的總量保持不變。
三、能量轉化和轉移的方向性
（一）內能總是自發地從高溫物體轉移到低溫物體，而不能從低溫物體自發地轉移到高溫物體
如燒杯中的熱水變冷等，是內能自發地從高溫物體轉移到低溫物體。電冰箱、空調制冷，都是從低溫物體的內部吸熱，向外面放熱，使內能從低溫物體轉移到高溫物體。這種轉移不是自發進行的，必須要有附加的條件:消耗電能，電動機(壓縮機)做功。
（二）機械能可自發地轉化為內能，但內能無法自發地轉化為機械能
如汽車制動剎車時，由于摩擦，機械能轉變成地面、輪胎及空氣的內能，但是這些內能不能再次轉化為汽車的機械能而使汽車重新啟動。可見，能量的轉移和轉化是有 一定的方向性的。能量可以自發地朝一個方向進行，但不能自發地朝反方向進行。
例1、1月19日，“德清一號”衛星成功發射升空并順利進入預定軌道。它是全國首顆以縣域冠名的衛星，主要圍繞測繪、交通、水利、環保、農業、統計等多個行業提供遙感應用服務。下列說法正確的是（ ）
A. “德清一號”環繞著地球運動是受平衡力的作用
B. “德清一號”太陽能電池陣帆板能將太陽能轉化電能
C. “德清一號”離地球越遠時機械能越大
D. “德清一號”從近地點飛向遠地點是因為受到慣性的作用
例2、光滑斜面甲與水平面PQ平滑連接。從斜面甲高H處靜止釋放小球，小球運動到Q點靜止，如圖甲。在PQ上的N點平滑拼接另一光滑斜面乙，已知PQ=4PN，如圖乙。小球沖到乙斜面上的h高處。則小球最終將停在( )
A. 甲斜面上 B. 乙斜面上 C. P處 D. N處
例3、已知運動速度為v、質量為m的物體的動能為Ekmv2，質量為m的物體由于舉高h而具有的重力勢能為Ep＝mgh，其中g＝9.8N/kg。如圖所示，在設計某些電車車站時，站臺往往建的高一些，這是為了有效地提高能量利用率。設站臺高h＝1.6m，進站的電車到達坡的下端A點時速度為25.2km/h，此后即關閉電動機的電源。由于車站的這種小坡度設計，電車進站時所具有的機械能中，有百分之幾的能量可供出站時利用（　　）
A．100% B．80% C．64% D．36%
例4、如圖是太陽能燃料電池的組成與功能示意圖，請據圖回答下列問題：
（1）.電解槽的作用是電解水，寫出該反應的化學方程式： 。
（2）.夜晚，太陽能燃料電池工作時的能量轉化途徑為____(填字母)。
A. 太陽能→電能→熱能 B. 化學能→電能→熱能
C. 太陽能→化學能→電能→熱能 D. 電能→化學能→電能→熱能
（3）.太陽能燃料電池中可循環使用的原料是 。
（4）.與單一的太陽能電池相比，太陽能燃料電池的優點是 。
1.火力發電站是利用煤來發電的。下列關于它在發電過程中的能量轉化的描述，正確的是( )。
A.機械能--內能--化學能--電能 B.化學能--內能--機械能--電能
C.化學能--勢能--動能- --電能 D.內能--化學能--機械能--電能
2.關于能量和能源，下列說法錯誤的是( )
A. 電能必須通過消耗一次能源才能得到，是二次能源
B. 我們今天使用的煤、石油、天然氣，都是化石能源
C. 能量的轉化和轉移有時是有方向性的
D. 自然界的能量是守恒的，它既不能創生，也不會消滅
3.1964年人類制成世界上第一盞用海浪發電的航標燈，如圖所示是它的氣室示意圖。它是利用海浪上下起伏的力量將空氣吸入氣室，壓縮后再推入工作室，然后推動渦輪機轉動（帶動發電機發電）。下列說法正確的是（ ）
A. 當K1開啟，K2開啟時，空氣的內能轉化為海水的機械能
B. 當K1開啟，K2關閉時，海水的機械能轉化為空氣的內能
C. 當K1開啟，K2關閉時，空氣的內能轉化為海水的機械能
D. 當K1關閉，K2開啟時，海水的機械能轉化為空氣的內能
4．中國古代玩具“飲水鳥”曾經讓大科學家愛因斯坦也驚嘆不已。飲水鳥內裝有乙醚液體，鳥頭四周包有棉花，平時如甲圖，鳥身略向前傾，上球和下球空間中充滿乙醚的飽和蒸汽，當給鳥的嘴滴上水后，水分蒸發吸熱，使上球乙醚蒸汽溫度下降，氣壓減小，小于下球乙醚飽和蒸汽的氣壓，使下球的乙醚被壓倒上球，于是整個鳥的重心上移，形成如圖乙的狀態，鳥嘴“喝水”，同時上、下球中的乙醚蒸汽聯通混合，氣壓趨于一致，上球中的乙醚由于重力又回流到下球，飲水鳥的姿態又回到圖甲的狀態，如此循環往復。根據以上分析，“飲水鳥”可以看成
　 　（填寫一種機械裝置的名稱），“飲水鳥”獲得的機械能是由空氣的　 　能轉化而來的。“飲水鳥”被稱為第二類永動機，所以在能量轉化過程中 　能量轉化與守恒定律（填“符合”或“不符合”）。
5.我市地處沿海，風力資源極為豐富，隨著各項大型風力發電項目的建設，我市將成為廣東省知名風力發電基地。如圖甲是某地風力發電的外景。風力發電機組主要由風機葉片和發電機組成。請回答下列問題：
（1）.風力發電利用的是風能，風能是清潔的、 （選填“可再生”或“不可再生”）能源；
（2）.風機葉片具有質量輕、強度高、耐磨損等性能，通常用密度 （選填“大”或“小”）、硬度大的復合材料制成；葉片性狀像飛機的機翼，若葉片位置和風向如圖乙所示，由于葉片兩面空氣流速不同而產生 差，使風葉旋轉；
（3）.風葉產生的動力通過傳動系統傳遞給發電機，發電機是利用 原理，把機械能轉化為電能；
（4）.某風力發電機的輸出功率與風速的關系如圖丙所示，由圖象可以知道，當風速在V1到V2之間時，風速越大，發電機組的電功率 ；
（5）.請你根據圖象判斷，臺風來臨時，能否給風力發電帶來最大的經濟效益？ （選填“能”或“不能”）。
1．小科自制了一個“電池秋千”，如圖所示，他用銅線圈做一個秋千，線圈下方放一塊永久磁鐵，線圈通電后，就能不停地擺動。下列有關敘述正確的是（　　）
A．該電池秋千的工作原理和電動機類似
B．電池秋千擺動過程中機械能轉化為電能
C．電池秋千擺動到最低點時動能最小
D．改變磁體的兩極可以使電池秋千擺動得更快
2.“白天讓太陽曬曬，晚上就能亮？”這是人們初識太陽能路燈時產生的疑問。現在太陽能路燈已走上各地的街頭，為城鎮居民驅走夜晚的黑暗。太陽能路燈白天與晚上的能量轉化情況分別是( )
A. 太陽能→電能→內能，內能→電能→光能
B. 太陽能→電能→化學能，化學能→電能→光能
C. 太陽能→內能→電能，電能→內能→光能
D. 太陽能→化學能→電能，電能→化學能→光能
3.如圖是一種“磁懸浮電燈”，由燈泡和底座兩部分組成。燈泡懸浮在空中，內部雖沒有電池，也沒有導線與其相連，但它卻能發光。關于“磁懸浮電燈”的說法中，正確的是（ ）
A. “磁懸浮電燈”發光，不需要消耗能量
B. “磁懸浮電燈”是高科技產品，不必遵守能量守恒定律
C. “磁懸浮電燈”不掉下來，是因為它受到的磁力大于重力
D. “磁懸浮電燈”發光所需要的能量一定需要通過某種方式獲取
4.如圖是某科技館的一臺“永動機”，由5根輕桿和轉軸構成，輕桿的末端裝有形狀記憶合金制成的葉片。進入熱水因葉片伸展“劃水”而轉動，離開熱水后葉片形狀迅速復原。關于該“永動機”的說法正確的是( )
A.科技發展制造出了永動機
B.轉動會使水溫升得更高
C.記憶合金是一種新型化合物
D.水的內能轉化為轉輪的機械能
5.2021年5月10日，成都市某小區電梯內發生一起電瓶車自燃事故。
（1）電瓶車自燃的原因很多，常見的是由于電源短路，形成大電流并產生大量的熱。這一過程中，化學能轉化為電能，電能再轉化為________能。
（2）針對上述電梯內電瓶車自燃隱患，寧波市未雨綢繆，早就采取了相應的措施，其中“阻車感應系統”已在多個小區推行。如圖所示某阻車感應系統在電梯轎廂內的信息傳遞示意圖，一旦電瓶車進入電梯，就會被攝像頭檢測到，語音告警器將進行語音提示，同時電梯門不會關閉。這一信息傳遞過程與反射弧類似，圖中的________(填序號)類似于反射弧中的感受器。
（3）電動汽車一般由電池包供電。若電池包意外進水，可能引發電動汽車自燃，其機理如下：
水電解→可燃性氣體累積→遇明火，氣體燃燒→引燃整車
這里的可燃性氣體是________。
答案及解析
例1、【答案】 B
【解析】（1）當物體處于靜止狀態或勻速直線運動狀態時，處于平衡狀態，受到平衡力；
（2）根據能量轉化的知識判斷；
（3）根據機械能守恒的知識判斷；
（4）一切物體保持運動狀態不變的性質叫慣性，據此分析判斷。
【解答】A.德清一號”環繞著地球運動時，運動方向和速度大小不斷改變，肯定不處于平衡狀態，受到的不是平衡力，故A錯誤；
B.“德清一號”太陽能電池陣帆板能將太陽能轉化電能，故B正確；
C.“德清一號”在運行時幾乎不受阻力，因此機械能守恒，離開地球距離變大后機械能保持不變，故C錯誤；
D.“德清一號”從近地點飛向遠地點是因為受到萬有引力的作用，故D錯誤。
例2、【答案】 C
【解析】根據能量轉化守恒定律分析解答。
【解答】如甲圖所示，小球從甲斜面上H處滾下，在水平面上克服摩擦力做功。因為它正好停在Q處，所以它具有的機械能W=fsPQ；
如乙圖所示，小球從甲斜面同樣高度H滾下，經過平面PN克服摩擦力做功后，爬上乙斜面；然后從乙斜面滾下，再次經過PN克服摩擦做功后爬上甲斜面；然后再從甲滾下重復前面的過程，直到機械能為零。經過PN段克服摩擦消耗的機械能W'=fsPN=4fsPQ。可見，小球要在PN段往復4次，由于克服摩擦做功從P點開始，那么當機械能為0時正好回到P點。
故選C。
例3、【解答】解：電車到達坡的下端A點時的動能為：Ekmv2，
此時電車的速度為：v＝25.2km/h＝7m/s，
可利用的是電車的重力勢能：Ep＝Gh＝mgh，
則電車進站時所具有的機械能中可供出站時利用的百分比：
η64%；
故選：C。
例4、【答案】 （1）2H2O 2H2↑＋O2↑（2）B（3）水（4）晚上也可以使用
【解析】（1）確定反應物、反應條件和生成物，據此寫出反應的方程式；
（2）根據太陽能電池的工作過程確定能量轉化情況；
（3）根據圖片，分析哪種物質既是反應物，又是生成物，那么它就是可以循環使用的物質；
（4）根據兩種電池的使用時間段分析解答。
【解答】（1）水電解時，生成氫氣和氧氣，那么反應的方程式為： 2H2O 2H2↑＋O2↑ ；
（2）夜晚時，太陽能電池釋放電能，即將自身的化學能轉化為電能；然后通過熱水器，轉化為內能，故選B。
（3）太陽能燃料電池中可循環使用的原料是水。
（4）與單一的太陽能電池相比，太陽能燃料電池的優點是晚上也可以使用。
1.【答案】 B
【解析】根據火力發電站的工作過程分析其中的能量轉化即可。
【解答】煤炭燃燒，將化學能轉化為內能；對水加熱生成高溫高壓的水蒸氣，推動汽輪機轉動，將內能轉化為機械能；汽輪機帶動發電機轉動，將機械能轉化為電能，故B正確，而A、C、D錯誤。
故選B。
2.【答案】 C
【解析】根據有關能源和能量的知識分析判斷。
【解答】A.電能必須通過消耗一次能源才能得到，是二次能源，故A正確不合題意；
B.我們今天使用的煤、石油、天然氣，都是化石能源，故B正確不合題意；
C.能量的轉化和轉移是有方向性的，故C錯誤符合題意；
D.自然界的能量是守恒的，它既不能創生，也不會消滅，只會從一種形式轉化為另一種形式，或從一個物體轉移到另一個物體，故D正確不合題意。
故選C。
3.【答案】 B
【解析】根據圖片分析海浪發電的工作過程即可。
【解答】根據圖片可知，海浪下沉時，活塞向下運動，此時k1關閉，k2打開，外面的空氣被吸入氣室。當海浪上伏時，活塞向上運動，壓縮空氣，此時開關k2閉合，k1打開，將空氣壓入工作室，此時將海浪的機械能轉化為空氣的內能，推動渦輪機轉動，帶動發電機發電，故B正確，而A、C、D錯誤。
故選B。
4．【解答】解：
（1）“飲水鳥”可以繞固定點轉動，因此其相當于一個杠桿；
（2）由題意可知，當給鳥的嘴滴上水后，水分蒸發吸熱，使上球乙醚蒸汽溫度下降，氣壓減小，小于下球乙醚飽和蒸汽的氣壓，使下球的乙醚被壓倒上球，于是整個鳥的重心上移，形成如圖乙的狀態，所以飲水鳥工作時可以把空氣的內能轉化為機械能；
（3）“飲水鳥”被稱為第二類永動機，在能量轉化過程中符合能量的轉化和守恒定律，即能的總量保持不變。
故答案為：杠桿；內；符合。
5.【答案】 （1）可再生（2）小；向上的壓力（3）電磁感應（4）增大（5）不能
【解析】（1）可再生能源是指風能、太陽能、水能、生物質能、地熱能、海洋能等非化石能源，是取之不盡，用之不竭的能源；
（2）根據公式m=ρV可知，當風機葉片的體積相同時，密度越小，它的質量越小，受到風吹時越容易轉動起來；根據機翼產生升力的原理進行分析即可；
（3）發電機的工作原理：電磁感應原理；
（4）根據丙圖分析即可；
（5）由圖象丙分析，是否風速越大，風機的功率就越大即可。
【解答】（1）風能可以在自然界中源源不斷的得到，風能是取之不盡用之不竭的能源，所以風能是可再生資源；
（2）風機葉片材料通常用質量輕、強度大、耐磨損、密度小、硬度大的復合材料制成；葉片性狀像飛機的機翼，若葉片位置和風向如圖乙所示，由于葉片兩面空氣流速不同而產生向上的壓力差，使風葉旋轉；
（3）風葉產生的動力通過傳動系統傳遞給發電機發電，發電機是利用電磁感應原理，把機械能轉化為電能；
（4）由丙圖可以知道，當風速在V1到V2之間時，風速越大，發電機組的電功率增大；
（5）由丙圖可以知道，風速過大，機組會自動保護，不會產生電能，因此臺風來臨時，不能給風力發電帶來最大的經濟效益。
1．【解答】解：A、由題圖可知，該電池秋千的工作原理是通電線圈在磁場中受力轉動，與電動機的工作原理相同，故A正確；
B、電池秋千擺動過程中消耗了電能，得到了機械能，所以是將電能轉化為機械能，故B錯誤；
C、電池秋千擺動到最低點時，受到的磁場力最大，速度最大，動能最大，故C錯誤；
D、改變磁體的兩極無法改變磁場力的大小，故D錯誤。
故選：A。
2.【答案】 B
【解析】根據太陽能路燈的能量轉化過程分析判斷。
【解答】白天時，路燈不工作，此時不消耗電能，即太陽能通過電池板轉化為電能，電能再轉化為蓄電池的化學能。晚上時，沒有太陽，路燈工作，此時蓄電池將化學能轉化為電能，路燈將電能轉化為光能，故B正確，而A、C、D錯誤。
故選B。
3.【答案】 D
【解析】（1）（2）（4）根據能量轉化和守恒定律分析判斷。
（3）根據二力平衡的知識判斷。
【解答】能量既不會創生，也不會消失，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，這就是能量轉化守恒定律，自然界的所有現象都要遵守，故A、B錯誤；
根據能量轉化和守恒定律可知，“磁懸浮電燈”發光的能量肯定通過某種方式獲取，故D正確；
“磁懸浮電燈”不掉下來，處于平衡狀態，那么它受到向下的重力和向上的磁力相互平衡，即二者相等，故C錯誤。
故選D。
4.【答案】 D
【解析】自然界中的能量是守恒，它既不會消滅，也不會創生，但由于能量的轉化或轉移具有方向性,如：水只能從高處流向低處；熱量只能從高溫物體傳向低溫物體。
【解答】此“永動機”的能量來源于熱水的內能，由于能量的轉化或轉移具有方向性，如果不給它提供熱水，將會停止轉動，并不是真正的永動機，A錯誤；轉動過程中水的內能轉化為轉輪的機械能，水溫會降低，B錯誤，D正確；合金是一種混合物，C錯誤。故選D。
5.【答案】（1）內 （2）① （3）氫氣(H2)
【解析】能量轉化是指各種能量之間在一定條件下互相轉化過程 。一個典型的反射弧包括感受器、傳入神經、中間神經元、傳出神經和效應器五部分。
【解答】（1）電瓶車自燃過程，能量轉化是化學能轉化為電能，電能轉化為內能（或熱能）；
（2）感受器是接受外界刺激的，而圖中的電瓶車識別預警攝像頭起到的作用類似感受器；
（3）水電解產生氫氣和氧氣兩種氣體，具有可燃性的是氫氣；
2022-2023學年上學期浙教版科學九年級“沖刺重高”講義（三十六）
能量的轉化與守恒

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