資源簡介

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第6講 能量的轉化和守恒
【考情分析】
考點（知識點） 重要程度 考情分析 本講教學目標 升學教學目標
燃料的熱值 ★★☆ 理解能力 理解 理解
熱機的效率 ★☆☆ 計算能力、邏輯思維能力 掌握 掌握
注:★☆☆:普通考點知識點；★★☆：中考、高考高頻考點；★★★：中高考重點、難點、必考點；
【知識導圖】
【知識梳理】
知識點一：能量的轉化與轉移
1.能量的存在形式
2.能量的轉化
在一定條件下，能量可以從一種形式的能量轉化為另一種形式的能量，這種現象叫能量的轉化。自然界轉化各種形式的能，在一定條件下都可以相互轉化。如圖為能量轉化示意圖。
3.能量的轉移
能量可以從一個物體轉移到另一個物體，也可以從物體的一部分轉移到另一部分。例如，在熱傳遞過程中，內能從高溫物體轉移到低溫物體，或從物體的高溫部分轉移到低溫部分，這屬于能量的轉移。
轉化與轉移的區別
（1）能量的轉化：能量的轉化時能的形式發生了改變。在能量轉化過程中，一種形式的能量增加了，必然其他形式的能量減少了。
（2）能量的轉移：能量的轉移是指能量從一個物體轉移到另一個物體，或從物體的一部分轉移到另一部分，能量的形式沒有改變。
題型一：能量的轉化
【例1】我國大力發展火力發電，火電站進的是煤，出的是電，在這個過程中能量的轉化是（　　）
A．機械能內能化學能電能 B．化學能內能機械能電能
C．化學能重力勢能動能電能 D．內能化學能機械能電能
[變式1]（多選）下列事例中，屬于內能轉化為機械能的是（　　）
A．水壺中的水沸騰后，壺蓋被水蒸氣頂起 B．熱機工作時的做功沖程
C．用氣筒給自行車胎打氣時，氣筒壁會發熱 D．流星與空氣摩擦生熱、發光
[變式2]從能的轉化角度看，電源是把其他形式的能轉化為電能的裝置，如干電池把___________能轉化為電能；電風扇工作時將電能主要轉化為_________能。
題型二：能量的轉移
【例2】童年時將踩癟但沒有破裂的乒乓球放入熱水中，球內氣體通過 方式增加內能使氣壓增大，癟下去的部分很快恢復了原狀。從能量的角度看，這是內能的 （選填“轉移”或“轉化”）過程。
[變式1]下列關于能量的說法中（　　）
①燃料燃燒時，化學能轉化為內能；
②加熱電器工作時，內能轉化為電能；
③烤火取暖，說明內能可以轉移；
④能量無論是轉化還是轉移，能量總和會逐漸減少
A．只有①③正確 B．只有①②正確 C．只有③④正確 D．只有②④正確
[變式2]下列四種現象中，只發生能的轉移而不發生轉化的過程是（　?。?br/>A．冬天，用手觸摸戶外的金屬桿時的感覺很冷 B．燒水時，水蒸氣頂起壺蓋
C．給電動自行車的蓄電池充電 D．燃燒汽油，汽油機工作
知識點二：能量守恒定律
能量守恒定律
（1）能量守恒定律內容：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，而在轉化和轉移過程中，能量的總量保持不變。
（2）對能量守恒定律的理解：
①能量守恒定律是自然界最重要、最普遍的基本定律。大到天體，小到原子核，也無論是物理學問題還是化學、生物學、地理學、天文學的問題，所有能量轉化的過程，都遵從能量守恒定律。
②能量守恒定律包括“能量轉化”和“能量轉移”兩個方面。
（3）機械能守恒和能量守恒的區別與聯系
（1）機械能守恒需要滿足一定的條件，能量守恒不需要條件。
（2）機械能守恒是能量守恒的特殊情況。
2. 永動機
（1）不少人曾設想制造一種不需要動力就能源源不斷地對外做功的機器，人們把這種機器叫做永動機。然而，從沒有一種永動機成功過。
（2）能量守恒定律使人們認識到：任何一部機器，只能使能量從一種形式轉化為其他形式，而不能無中生有地制造能量。因此，根本不可能制造出永動機。
題型三：能量守恒
如圖所示，掉在地上的彈性小球會跳起，但是越跳越低。下列說法正確的是（　?。?br/>A．彈性小球反復跳起落下過程中，小球機械能總量保持不變
B．小球越跳越低，說明小球的一部分機械轉化為其它形式的能量
C．小球越跳越低，說明能量不可能是守恒的
D．小球越跳越低，最終會停止跳動，說明小球的機械能憑空消失
[變式1]擲實心球是某市的中考體育加試項目之一．如圖所示，擲出去的實心球從a處出手后，在空中的運動軌跡如圖所示，其中a、c兩點距離地面的高度相同，球最終停在水平地面e點處．則實心球
A．實心球從a到b上升過程中，人對球做功 B．實心球在b處動能為零
C．實心球下落過程中，動能轉化為重力勢 D．實心球在a處的動能大于c處的動能
[變式2]2023年瀘州市中考體育測試中有必考、抽考和選考科目，包括短跑、跳繩、實心球、立定跳遠、帶足球繞桿、運籃球上籃等。以下關于體考中的物理知識，說法正確的是（ ）
A．學生在短跑過程中，機械能轉化為化學能
B．學生帶足球繞桿的運動，說明力可以改變物體的運動狀態
C．學生投擲的實心球在飛行的整個過程中，動能一直在減小
D．學生在立定跳遠的整個過程中，他的重力勢能一直不變
題型四：永動機問題
【里4】記憶合金是一種特殊的材料，能夠記住自身的形狀，不論發生怎樣的形變，稍微加熱就會恢復如初。如圖所示為“記憶合金魔輪”，安裝在轉輪上的記憶合金彈簧在高于其“轉變溫度”的水中縮短，在空氣中伸長，在力的作用下，轉輪便轉動起來了。若在下面放上熱水，魔輪就會不停地轉下去，就制成了一個“永動機”。你認為這種方案______（選填“可行”或“不可行”），理由是______。
[變式1]有人設計了如圖所示的一臺機器：在距地面一定高度處架設一個水槽，水從槽底的管中流出沖擊水輪機，水的重力勢能轉化為水輪機的______ 能；水輪機的軸上安裝有一個抽水機，抽水機把地面水槽里的水抽上去。根據能量轉移和轉化的相關原理可知，這個機器是______（能/不能）不停地轉動的。
[變式2]如圖所示，質量為40g的金屬小球從導軌的a處自由滑下，依次經過b處、c處，最后到達d處時恰好停下。下列有關說法正確的是（　　）
A．小球從a到b的過程中勢能全部轉化為動能 B．小球到達c處不具有動能
C．小球停在d處勢能減小0.12J D．這一過程能量不守恒
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第6講 能量的轉化和守恒
【考情分析】
考點（知識點） 重要程度 考情分析 本講教學目標 升學教學目標
燃料的熱值 ★★☆ 理解能力 理解 理解
熱機的效率 ★☆☆ 計算能力、邏輯思維能力 掌握 掌握
注:★☆☆:普通考點知識點；★★☆：中考、高考高頻考點；★★★：中高考重點、難點、必考點；
【知識導圖】
【知識梳理】
知識點一：能量的轉化與轉移
1.能量的存在形式
2.能量的轉化
在一定條件下，能量可以從一種形式的能量轉化為另一種形式的能量，這種現象叫能量的轉化。自然界轉化各種形式的能，在一定條件下都可以相互轉化。如圖為能量轉化示意圖。
3.能量的轉移
能量可以從一個物體轉移到另一個物體，也可以從物體的一部分轉移到另一部分。例如，在熱傳遞過程中，內能從高溫物體轉移到低溫物體，或從物體的高溫部分轉移到低溫部分，這屬于能量的轉移。
轉化與轉移的區別
（1）能量的轉化：能量的轉化時能的形式發生了改變。在能量轉化過程中，一種形式的能量增加了，必然其他形式的能量減少了。
（2）能量的轉移：能量的轉移是指能量從一個物體轉移到另一個物體，或從物體的一部分轉移到另一部分，能量的形式沒有改變。
題型一：能量的轉化
【例1】我國大力發展火力發電，火電站進的是煤，出的是電，在這個過程中能量的轉化是（　　）
A．機械能內能化學能電能
B．化學能內能機械能電能
C．化學能重力勢能動能電能
D．內能化學能機械能電能
【答案】B
【詳解】火力發電是通過煤的燃燒，將燃料的化學能轉化為水的內能，水蒸氣膨脹做功轉化為渦輪的機械能，渦輪帶動發電機轉動將機械能轉化為電能，故整個過程的能量轉化是：化學能內能機械能電能，故B符合題意，ACD不符合題意。
故選B。
[變式1]（多選）下列事例中，屬于內能轉化為機械能的是（　　）
A．水壺中的水沸騰后，壺蓋被水蒸氣頂起
B．熱機工作時的做功沖程
C．用氣筒給自行車胎打氣時，氣筒壁會發熱
D．流星與空氣摩擦生熱、發光
【答案】AB
【詳解】A．水壺中的水沸騰后，壺蓋被水蒸氣頂起是水的內能轉化為壺蓋的機械能，故A符合題意；
B．熱機工作時的做功沖程是將汽油的內能轉化為內燃機的機械能，故B符合題意；
C．用氣筒給自行車胎打氣時，氣筒壁會發熱是將機械能轉化為內能，故C不符合題意；
D．流星與空氣摩擦生熱、發光是機械能轉化為內能，故D不符合題意。
故選AB。
[變式2]從能的轉化角度看，電源是把其他形式的能轉化為電能的裝置，如干電池把___________能轉化為電能；電風扇工作時將電能主要轉化為_________能。
【答案】 化學 機械
【詳解】[1]干電池是消耗內部的化學能，轉化為電能，所以是將化學能轉化為電能。
[2]電風扇工作時需要通電，通電之后旋片開始轉動，所以是電能主要轉化為機械能。
題型二：能量的轉移
【例2】童年時將踩癟但沒有破裂的乒乓球放入熱水中，球內氣體通過__方式增加內能使氣壓增大，癟下去的部分很快恢復了原狀。從能量的角度看，這是內能的__（選填“轉移”或“轉化”）過程。
【答案】 熱傳遞 轉移
【詳解】[1][2]將將踩癟但沒有破裂的乒乓球放入熱水中，溫度高的熱水將熱量轉移給溫度低的乒乓球，通過熱傳遞的方式使乒乓球的內能增大，是能量的轉移。
[變式1]下列關于能量的說法中（　　）
①燃料燃燒時，化學能轉化為內能；
②加熱電器工作時，內能轉化為電能；
③烤火取暖，說明內能可以轉移；
④能量無論是轉化還是轉移，能量總和會逐漸減少
A．只有①③正確 B．只有①②正確 C．只有③④正確 D．只有②④正確
【答案】A
【詳解】①燃料燃燒時，消耗化學能，得到內能，化學能轉化為內能，故①正確；
②加熱電器工作時，消耗電能，得到內能，電能轉化為內能，故②錯誤；
③烤火取暖，是用熱傳遞的方式改變內能，說明內能可以轉移，故③正確；
④根據能量守恒知，能量在轉化和轉移的過程中，能量的總量會保持不變，故④錯誤。
故選A。
[變式2]下列四種現象中，只發生能的轉移而不發生轉化的過程是（　?。?br/>A．冬天，用手觸摸戶外的金屬桿時的感覺很冷 B．燒水時，水蒸氣頂起壺蓋
C．給電動自行車的蓄電池充電 D．燃燒汽油，汽油機工作
【答案】A
【詳解】A．冬天，用手摸戶外的金屬桿時手感覺到冷，是利用熱傳遞來改變物體內能的，屬于能量的轉移，故A符合題意；
B．燒水時，水蒸氣頂起壺蓋，是利用內能做功，水蒸氣的內能轉化為壺蓋的機械能，屬于能量的轉化，故B不符合題意；
C．給電動自行車的蓄電池充電，將電能轉化為化學能，屬于能量的轉化，故C不符合題意；
D．汽油機工作時，汽油燃燒釋放出大量內能，利用內能做功，將內能轉化為機械能，屬于能量的轉化，故D不符合題意。
故選A。
知識點二：能量守恒定律
能量守恒定律
（1）能量守恒定律內容：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，而在轉化和轉移過程中，能量的總量保持不變。
（2）對能量守恒定律的理解：
①能量守恒定律是自然界最重要、最普遍的基本定律。大到天體，小到原子核，也無論是物理學問題還是化學、生物學、地理學、天文學的問題，所有能量轉化的過程，都遵從能量守恒定律。
②能量守恒定律包括“能量轉化”和“能量轉移”兩個方面。
（3）機械能守恒和能量守恒的區別與聯系
（1）機械能守恒需要滿足一定的條件，能量守恒不需要條件。
（2）機械能守恒是能量守恒的特殊情況。
2. 永動機
（1）不少人曾設想制造一種不需要動力就能源源不斷地對外做功的機器，人們把這種機器叫做永動機。然而，從沒有一種永動機成功過。
（2）能量守恒定律使人們認識到：任何一部機器，只能使能量從一種形式轉化為其他形式，而不能無中生有地制造能量。因此，根本不可能制造出永動機。
題型三：能量守恒
如圖所示，掉在地上的彈性小球會跳起，但是越跳越低。下列說法正確的是（　?。?br/>A．彈性小球反復跳起落下過程中，小球機械能總量保持不變
B．小球越跳越低，說明小球的一部分機械轉化為其它形式的能量
C．小球越跳越低，說明能量不可能是守恒的
D．小球越跳越低，最終會停止跳動，說明小球的機械能憑空消失
【答案】B
【詳解】A．由圖可知，小球運動過程中彈起的高度越來越小，這說明小球的機械能減少，故A錯誤；
BC．機械能減少的原因是克服與空氣摩擦做功，與地面撞擊做功，將機械能轉化成了部分內能，但能量的總量是守恒的，故B正確，C錯誤；
D．能量既不會憑空產生，也不會憑空消失；根據能量守恒定律可知，所有能量轉化的過程，都遵循能量守恒定律，故D錯誤。
故選B。
[變式1]擲實心球是某市的中考體育加試項目之一．如圖所示，擲出去的實心球從a處出手后，在空中的運動軌跡如圖所示，其中a、c兩點距離地面的高度相同，球最終停在水平地面e點處．則實心球
A．實心球從a到b上升過程中，人對球做功
B．實心球在b處動能為零
C．實心球下落過程中，動能轉化為重力勢
D．實心球在a處的動能大于c處的動能
【答案】D
【分析】根據做功的兩個必要因素分析是否做功；
動能的大小與物體的質量以及速度有關，質量越大、速度越大，動能越大；重力勢能的大小和物體的質量以及物體所處的高度有關，質量越大、高度越高，重力勢能越大；
由于存在空氣阻力和摩擦力，即說明機械能是不守恒的．
【詳解】A、實心球從a到b上升過程中，人不再對球施加力，所以對球不做功，故A錯誤；
B、實心球在b處仍然會向前（右）運動，所以具有動能，故B錯誤；
C、實心球下落過程中，重力勢能減小，動能變大，重力勢能轉化為動能，故C錯誤；
D、由于存在空氣阻力和摩擦力，機械能是逐漸減小的，實心球在a處和c處的高度是相同的，即重力勢能相同，但a的機械能要大于c的機械能，則a點的動能要大于c點的動能，故D正確．
故選D．
[變式2]2023年瀘州市中考體育測試中有必考、抽考和選考科目，包括短跑、跳繩、實心球、立定跳遠、帶足球繞桿、運籃球上籃等。以下關于體考中的物理知識，說法正確的是（ ）
A．學生在短跑過程中，機械能轉化為化學能
B．學生帶足球繞桿的運動，說明力可以改變物體的運動狀態
C．學生投擲的實心球在飛行的整個過程中，動能一直在減小
D．學生在立定跳遠的整個過程中，他的重力勢能一直不變
【答案】B
【詳解】A．學生在短跑過程中，化學能轉化為機械能，故A錯誤；
B．學生帶足球繞桿的運動，足球的運動方向和速度在發生改變，故足球的運動狀態在發生改變，說明力可以改變物體的運動狀態，故B正確；
C．實心球在飛行的整個過程中，動能是先增大后減小，故C錯誤；
D．學生在立定跳遠的整個過程中，他的重力勢能，先增加后減小，故D錯誤。
故選B。
題型四：永動機問題
【里4】記憶合金是一種特殊的材料，能夠記住自身的形狀，不論發生怎樣的形變，稍微加熱就會恢復如初。如圖所示為“記憶合金魔輪”，安裝在轉輪上的記憶合金彈簧在高于其“轉變溫度”的水中縮短，在空氣中伸長，在力的作用下，轉輪便轉動起來了。若在下面放上熱水，魔輪就會不停地轉下去，就制成了一個“永動機”。你認為這種方案______（選填“可行”或“不可行”），理由是______。
【答案】 不可行 “永動機”違背了能量守恒原理
【詳解】[1][2]取一根彈簧為研究對象，我們研究它轉動一周的過程。彈簧在水中吸收內能，大部分能量轉換為轉動的動能，該過程中彈簧還要克服空氣和水的阻力做功，并且在空氣中釋放內能；該永動機需要外力來維持，違背了能量守恒原理，不可行。
[變式1]有人設計了如圖所示的一臺機器：在距地面一定高度處架設一個水槽，水從槽底的管中流出沖擊水輪機，水的重力勢能轉化為水輪機的______ 能；水輪機的軸上安裝有一個抽水機，抽水機把地面水槽里的水抽上去。根據能量轉移和轉化的相關原理可知，這個機器是______（能/不能）不停地轉動的。
【答案】 動 不能
【詳解】[1]在距地面一定高度處架設一個水槽，水從槽底的管中流出沖擊水輪機，水的重力勢能轉化為水輪機的動能，使水輪機轉動。
[2]能量不會憑空消失，或者產生，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。水輪機轉動過程中，不斷克服摩擦力做功，機械能不斷減小，不能不停轉動。
[變式2]如圖所示，質量為40g的金屬小球從導軌的a處自由滑下，依次經過b處、c處，最后到達d處時恰好停下。下列有關說法正確的是（　　）
A．小球從a到b的過程中勢能全部轉化為動能
B．小球到達c處不具有動能
C．小球停在d處勢能減小0.12J
D．這一過程能量不守恒
【答案】C
【詳解】A．小球由a到b過程中，質量不變，高度減小，速度增加，重力勢能減小，動能變大，重力勢能轉化為動能；由于存在摩擦，克服摩擦做功，一部分重力勢能轉化為內能，所以重力勢能不是全部轉化為動能，故A錯誤；
B．小球運動到c處時在豎直方向上速度為0，但在水平方向上有一定的速度，動能不為0，故B錯誤；
C．小球停在d處勢能減小的重力勢能為
故C正確；
D．小球到達d點后停下，此時d點的高度要小于a點的高度，所以d的機械能要小于a點的機械能，由此可知，小球在滾動的過程中機械能是逐漸變小的，機械能不守恒，但總能量是守恒的，故D錯誤。
故選C。
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