資源簡介

14.3 能量的轉化和守恒
《2023年九年級物理暑假預習課程》
第一：知識清單
能量的轉化和守恒
（1）各種形式的能量有：電能、熱能、化學能、生物能，機械能（包括動能和勢能）、光能、太陽能、水能、風能，原子核能、地熱能、潮汐能等。
（2）能量的相互轉化實質上是能量的轉移和轉化過程，包括“消耗能量”“利用能量”和“獲得能量”。能量的轉化普遍存在，如動能轉化為勢能，化學能轉化為電能，生物能轉化為勢能，電能轉化為光能和熱能等。
（3）在一定條件下，各種形式的能量可以相互轉化和轉移。在熱傳遞過程中，高溫物體的內能轉移到低溫物體。運動的甲鋼球碰擊靜止的乙鋼球，甲球的機械能轉移到乙球。
（3）在自然界中能量的轉化也是普遍存在的。小朋友滑滑梯，由于摩擦而使機械能轉化為內能；在氣體膨脹做功的現象中，內能轉化為機械能；在水力發電中，水的機械能轉化為電能；在火力發電廠，燃料燃燒釋放的化學能，轉化成電能；在核電站，核能轉化為電能；電流通過電熱器時，電能轉化為內能；電流通過電動機，電能轉化為機械能。
（4）能量守恒定律：能量既不會消滅，也不會創生，它只會從一種形式轉化為其他形式，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，能量的總量保持不變。
1.能量的轉化實例：
實例 能量轉化 實例 能量轉化
摩擦生熱 機械能→內能 光合作用 光能→化學能
發電機發電 機械能→電能 燃料燃燒 化學能→內能
電動機轉動 電能→機械能 電池供電 化學能→電能
2.能量的轉化和轉移區分：
（1）能量的轉化：一種能量形式轉化為另一種能量形式，比如說光能轉化為熱能；
（2）能量的轉移：是一個物體的能量轉移到另一個物體上，能量性質不孌；
3.能量的轉移與轉化具有方向性：
能量轉化和轉移其實指的就是熱傳導，根據熱力學第二定律的內容，熱傳導的過程是有方向性的。這個過程可以向一個方向自發地進行，但是向相反的方向卻不能自發地進行，因此能量的的轉化和轉移具有方向性。
4.能量守恒定律：
能量既不會憑空消滅，也不會憑空產生，它只會從一種形式轉化為其他形式，或者從一個物體轉移到其他物體，而在轉化和轉移的過程中，能量的總量保持不變。
5.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。
6.永動機：不需要動力就能源源不斷地對外做功的機械；
永動機永遠不可能實現，因為它違背了能量守恒定律。
實例----------------------------------------------------分析
鉆木取火---------------------------------------機械能轉化為內能
水電站里水輪機發電------------------------機械能轉化為電能
電動機帶動水泵把水送到高處-------------電能轉化為機械能
電池放電----------------------------------------化學能轉化為電能
植物吸收太陽光進行光合作用-------------光能轉化為化學能
燃料燃燒發熱-----------------------------------化學能轉化為內能
電燈發光-----------------------------------------電能轉化為光能和熱能
電池充電------------------------------------------電能轉化為化學能
結論：在一定條件下，各種形式的能量是可以______________的
課堂提問
【答案】 相互轉化
1．能量的轉化
能量從一種形式變為另一種形式，能量的形式發生了改變。
例如：搓手取暖，是通過做功使_______能轉化成了_______能；電熱鍋煮飯，是_______能轉化成了_______能。
【答案】 機械 內 電 內
2．典例分析
掉在地上的彈性小球會越跳越低；是因為小球在運動過程中要克服摩擦、空氣阻力等做功，消耗的機械能轉化為_______。
【答案】 內
3．能量的轉移
能量從一個物體轉移到另一個物體，或者從同一物體的某一部分轉移到另一部分，能量的形式不變。
例如：熱傳遞時，______能從高溫物體轉移到低溫物體；流水推動水輪機轉動時，水的______能轉移到水輪機上。
【答案】 內 機械
知識要點二 能量守恒定律
內容：能量既不會憑空消滅，也不會憑空產生，它只會從一種形式________為其他形式，或者從一個物體_______到其他物體，而在轉化或轉移的過程中，能量的總量____________。
【答案】 轉化 轉移 保持不變
永動機：不需要動力就能源源不斷地對外做功的機器叫作永動機。永動機違反了__________________，是不可能實現的。
【答案】 能量守恒定律
第二：典型例題
1、日前，一顆隕石墜落在我省松原市附近，它像被點燃的“火柴棍”一樣劃過夜空。隕石下落過程中發生的能量轉化是
A．機械能轉化為化學能
B．機械能轉化為內能和光能
C．內能轉化為機械能和光能
D．化學能轉化為內能
【答案】B
【解析】隕石下落過程中在重力作用下克服與大氣的摩擦做功，機械能轉化為內能，機械能減小、內能增大，像被點燃的“火柴棍”，說明機械能轉化為了光能；此過程能量轉化是機械能轉化為內能和光能，故選B。
2、目前長沙城區的老居民小區正在進行水路改造，改造中用到了一種打孔工具﹣﹣沖擊鉆，沖擊鉆工作時，鉆頭在電動機的帶動下不斷地沖擊墻壁，打出圓孔，如圖所示，沖擊鉆在工作過程中，其能量轉化關系是（　　）
A．內能轉化為機械能
B．內能轉化為電能
C．只有機械能和內能的轉化
D．有電能、機械能和內能的轉化
【答案】D
【解析】（1）當電流通過電動機時，電流做功，消耗電能轉化為機械能和內能；
（2）鉆頭沖擊墻壁，克服摩擦做功，將機械能轉化為內能；
由此分析可知，在該過程中存在電能、機械能和內能的轉化。
3、下列有關能量轉化和守恒，說法正確的是（　　）
A．即使科技再發達也不可能制造出永動機
B．能量守恒定律只適用于能量的轉化過程
C．“摩擦生熱”是創造了熱，它不符合能量守恒定律
D．根據能量守恒定律，機械能總和不變
【答案】A
【解析】解：A、根據能量守恒定律，能量的轉移和轉化具有方向性，機器運轉過程中總有一部分機械能轉化為內能，這部分內能不可能自動地再轉化為機械能，如果沒有能量的補充，最終會停止運動，所以不可能造出永動機，故A正確；
B、能量守恒定律既適用于能量轉化過程，也適用于能量的轉移過程，故B錯誤；
C、“摩擦生熱”是將機械能轉化為內能的過程，所以也符合能量守恒定律，故C錯誤；
D、根據能量守恒定律，自然界中能的總量保持不變，但是機械能不一定守恒，故D錯誤；
故選：A。
4、學習了內能及能量的轉化和守恒后，同學們在一起梳理知識時交流了以下想法，你認為不正確的是（　　）
A．做功改變物體的內能是不同形式的能的相互轉化
B．物體放出熱量，發生了能量的轉移，其溫度一定降低
C．水電站主要將機械能轉化為電能
D．能量在轉化和轉移的過程中總會有損耗，但能量的總量保持不變
【答案】B
【解析】解：A、做功過程是能量轉化過程，做功改變物體的內能是不同形式的能的相互轉化，故A正確；
B、晶體凝固過程中，放熱，內能變小，但溫度不變，故B錯誤；
C、水電站主要將水的機械能轉化為電能，故C正確；
D、能量在轉化和轉移的過程中總會有損耗，但能量的總量保持不變，故D正確。
故選：B。
5、用水壺燒水時，壺中水蒸氣將壺蓋頂起，水蒸氣的 轉化為壺蓋的 能。
【答案】內；機械能。
【解析】燒開水時，壺蓋被水蒸氣頂起，是水蒸氣對壺蓋做功的結果，這時水蒸氣的內能轉化為壺蓋的機械能。
故答案為：內；機械能。
6、根據能量守恒定律，下列說法中僅發生能量轉移的一組是（　　）
A．試管中的冷水放入熱水中變熱 B．煤氣爐將冷水燒熱
C．用打氣筒打氣，筒壁變熱 D．小燈泡通電發光
【答案】A
【解析】解：A、試管中的冷水放入熱水中吸收熱量，內能增大，溫度升高，僅發生了能量的轉移，故A符合題意；
B、煤氣爐將冷水燒熱，煤氣燃燒將化學能轉化為內能，是能量的轉化；冷水吸熱，內能增大，屬于熱傳遞，是能量的轉移，故B不符合題意；
C、用打氣筒打氣，活塞壓縮空氣做功，空氣內能增大，是能量的轉化；筒壁吸收熱量，內能增大，屬于熱傳遞，是能量的轉移，故C不符合題意；
D、小燈泡通電發光，將電能轉化為光能和內能，是能量的轉化，故D不符合題意。
故選：A。
第三：自主練習
1.根據能量守恒定律，下列情形可能發生的是（　　）
A．隨著科學技術不斷發展和提高，永動機是可以制成的
B．兩個斜面相對連接，小球從左斜面滾下后沖上右斜面
C．電水壺里的水沸騰后斷電，水的沸騰卻一直持續下去
D．出槍膛的子彈射穿木板后，以更快的速度繼續運動
2.如圖所示的擺設，正常運行時，小輪在支架上來回滾動，每次到達的最大高度相同。小明發現擺設上有一電源，關掉電源后，小輪逐漸停下來（ ）
A．小輪滾動過程中沒有力對其做功
B．正常運行時，小輪的速度一直不變
C．斷電后小輪會停下，說明能量守恒定律不一定成立
D．正常運行時，小輪往返一次，擺動一定需要消耗電能
3．下列說法中正確的是（　　）
A．風力發電機可以將機械能轉化為電能
B．太陽能電池可以將太陽能轉化為電能
C．電暖氣正常工作時，主要是將電能轉化為機械能
D．電風扇正常工作時，主要是將電能轉化為機械能
4.在一定條件下，各種形式的能量是可以相互轉化的。摩擦生熱是機械能轉化為___能；水電站里水輪機帶動發電機發電，是機械能轉化為____能；電動機帶動水泵把水送到高處，是電能轉化為_______能；植物吸收太陽光進行光合作用，光能轉化為化學能；燃料燃燒時發熱，化學能轉化為內能，等等。
5.把一個薄壁金屬管固定在桌上，里面放一些酒精，用塞子塞緊，拿一根繩子在管外繞幾圈，并迅速地來回拉動繩子，過一會兒，你會看到塞子跳了起來，如圖所示。從能量的角度分析,這個現象表明_______內能轉化機械能__________________。

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