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12407900123190003.8 能量的轉化與守恒
我們知道，動能和勢能之間可以相互轉化。那么，其他形式的能量是否也會發生相互轉化呢？能量在轉化過程中遵循什么規律？
一、能量的相互轉化
1、能量有機械能、內能、化學能、電能、核能等多種形式，各種形式的能量不是孤立的，而是相互聯系的。
2、能量可以在兩個物體之間轉移，能量形式也可以轉化。
（1）太陽光照射到綠色植物的葉片上，葉片通過光合作用把水和CO2 合成為淀粉等有機物質，將電磁能（光能）轉變為化學能儲存在植物里；
（2）太陽光照射到大氣層中，使大氣產生對流，將電磁能轉變為空氣的動能；
（3）太陽光照射到太陽能熱水器上，使水的溫度升高，將電磁能轉變為水的內能；
（4）太陽光照射到電池板上，將電磁能轉化為電能。
4、人的生命活動和人體完成的各種動作，都需要能量。所有這些能量都來自于食物。人吃進各種食物，食物消化后被吸收的營養物質由血液輸送到人體各處，食物的化學能轉化為人體的內能、電能、機械能等，如圖3-98所示。
5、電能由發電廠提供。在火力發電廠中，燃燒 煤或者天然氣來加熱水，水沸騰后產生的蒸汽驅動渦輪機轉動，渦輪機帶動發電機，發電機發出的電通過輸電線傳輸到各地的用戶，如圖3-99所示。對于燃煤發電廠，電能是由化學能經過一系列能量轉化后得到的。
6、大量事實表明：自然界中各種形式的能量都不是孤立的，不同形式的 能量之間會發生相互轉化，能量也會在不同的物體間相互轉移。各種形式的能量之間的轉化是非常普遍的現象，自然界中物質運動形式的變化總伴隨著能量的相互轉化。平常我們所說的“消耗能量”、“利用能量”或者“獲 得能量”，實質上就是能量相互轉化或轉移的過程。
二、能量的轉化與守恒定律
1、能量轉化和守恒定律：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、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。
3、永動機：達·芬奇曾設計了一個“ 永動機”，一只圓輪，里面裝 有可以自由滾動的重鋼球，如圖3-103 所示。利用隔板的特殊形狀，使輪子一邊的鋼球總是滾到另一邊距離輪心遠些的地方，這樣，在鋼球的重力作用下，輪子便會轉動不息。你認為 這個“永動機”能旋轉不息嗎？為什么？
1704975104775“永動機”不可能旋轉不息，最終會停止下來；因為“永動機”違反能量的轉化和守恒定律， 所以不可能發生。
“永動機”不可能旋轉不息，最終會停止下來；因為“永動機”違反能量的轉化和守恒定律， 所以不可能發生。
三、能量的轉移和轉化的方向性
1、當一塊熾熱的鐵塊投入水中時，內能從鐵塊傳遞給水，從而使鐵塊的 溫度降低，水的溫度升高，最后兩者達到相同的溫度。但是，相反的過程 并不會自發地發生。鐵塊不可能自發地從同溫度的水中吸收熱，使自己變得熾熱，盡管這一過程并不違反能量轉化和守恒定律。
2、當雜技演員沿竹竿下滑時，演員的重力勢能有一部分轉化為手和竹竿的內能，使手和竹竿的溫度升高。但是，相反的過程也不會自發地發生，即手和竹竿不可能自發地降低溫度，而使人的位置升高，盡管這一過程也不違反能量轉化和守恒定律。
3、大量的現象表明：能量的轉移和轉化有一定的方向性。我們是在能量轉移或轉化過程中利用能量的。
【例1】能量轉化或轉移是自然界的普遍現象，如圖所示為核電站示意圖、家庭電路部分示意圖及電熱水壺
圖，下列相關敘述正確的是（　D?。?
A．核反應堆進行的核裂變釋放核能，直接轉化為家庭電路所需的電能
B．發電機利用了電流磁效應發電，電熱水壺利用了電流熱效應燒水
C．汽輪機工作、壺內水升溫兩過程中，改變水的內能方式相同
D．手機充電和電熱壺燒水時，兩者本質都是電流做功
1、繼高鐵之后，“華龍一號”核電裝置成為了我國的另一“國之重器”，目前已經和多個國家簽訂了核能發
電項目。如圖是核電站工作流程圖，關于流程中各裝置的能量轉化，正確的是（　A?。?
A．核反應堆：核能轉化為內能
B．蒸汽輪機：化學能轉化為動能
C．發電機：電能轉化為機械能
D．電取暖器：電能轉化為機械能
2、如圖是核電站發電和供電的流程圖。關于流程圖中各裝置的能量轉化，下列說法正確的是（　C?。?
A．核反應堆將核能轉化為電能
B．蒸汽輪機將機械能轉化為內能
C．發電機將機械能轉化為電能
D．各種用電器將其他形式的能轉化為電能
【例2】在各種形式的能量相互轉化過程中，下列說法正確的是( C )
A．機械能一定守恒 B．各種形式的能量都守恒
C．各種形式能的總量一定守恒 D．內能一定守恒
【例3】能量既不會憑空產生，也不會憑空消失，只會由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．能源危機產生的根本原因是（　D?。?
A．能量的轉移和轉化遵循守恒定律
B．人們在能量的轉化或轉移中利用能量
C．經轉移或轉化過程可利用能量增加
D．能量的轉移和轉化有方向性

1、電動機通電后，電動機帶動其他機器運轉，一段時間后，電動機的外殼就會變得燙手，則下列關于此過程中能量的轉化和守恒的說法中正確的是（ B ）
A．電能全部轉化為機械能，總的能量守恒
B．電能大部分轉化為機械能，小部分轉化為內能，總的能量守恒
C．電能全部轉化為內能，內能守恒
D．電能轉為機械能和內能，機械能守恒
2、神舟六號飛船進人軌道后，太陽能電池帆板打開，并自動調整位置，使太陽光垂直照射在帆板上，這樣就能產生足夠的電能，用于各種儀器設備正常工作。這種太陽能電池帆板的作用是（ B ）
A．將太陽能轉化為化學能 B．將太陽能轉化為電能．
C．將電能轉化為太陽能 D．將熱能轉化為太陽能
3、小王同學分析了四個常見事例中的能量轉化，其中正確的是（ A ）
A．在汽油機的做功沖程中，內能轉化為機械能
B．電風扇正常工作過程中，電能主要轉化為內能
C．電熱水器工作過程中，內能轉化為電能
D．跳水運動員在空中下落的過程中，動能轉化為重力勢能
4、國產“和諧號”動車進站前的減速過程分兩個階段進行：第一階段采用“再生剎車”技術，這期間關閉動力，列車依靠慣性前行并帶動發電機發電，速度從250km/h減至90km/h；第二階段采用傳統的“機械剎車”，速度從90km/h不斷減小直至停下來．國產“和諧號”動車在進站前減速的整個過程中，發生的能量轉化情況主要是（ A ）
A．第一階段：動能轉化為電能；第二階段：動能轉化為內能
B．第一階段：電能轉化為動能；第二階段：動能轉化為內能
C．第一階段：動能轉化為電能；第二階段：內能轉化為動能
D．第一階段：電能轉化為動能；第二階段：內能轉化為動能
5、在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，你認為其中不正確的是（ B ）
A．做功可以改變物體的內能
B．熱傳遞改變物體內能是不同形式的能量的互相轉化
C．在一定條件下各種形式的能量可以相互轉化
D．能量在轉移和轉化的過程中總會有損耗，但能量的總量總保持不變
6、指出下列幾句話中正確的是（　C　）
A．“能源危機”的提法與能量轉化和守恒定律是矛盾的，所以是錯誤的
B．太陽不斷地照射地球，使地球不斷吸熱而溫度升高
C．地球上現有的燃料如石油、煤、天然氣等是有限的，但能量的來源是無限的
D．能量轉化和守恒定律的適用范圍是地球內
7、下列說法正確的是（　B?。?
A．能量是守恒的，所以我們有用不盡的能量 B．能量的轉移、轉化都是有方向性的
C．核能是可再生能源 D．人類已完全掌握了人工控制核聚變的技術
8、下列說法中正確的是（ C ）
A．能量不可能由一種形式轉化為另一種形式
B．隨著人們對資源的利用，自然界中的能量越來越少
C．做功過程是能量轉化的過程
D．能量可以源源不斷地產生，自然界中的能量越來越多
9、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　 ?。ㄌ顚懸环N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”）。
【答案】杠桿；內；符合。
10、小夢在學習完能量轉化知識后，設想了如圖所示的方案，先利用水力發電，然后再利用發出的電驅動抽
水機把水抽到蓄水池，這樣就可以一直循環下去。你認為這個設計方案　 　（選填“可行“或“不可行
“），理由是　 　。
【答案】不可行；違背了能量守恒定律。
11、如圖為四旋翼無人機，它依靠電池為電動機供電，帶動機翼旋轉實現升空。小明操縱遙控器，使無人機從地面先加速上升，然后減速上升，最后懸停在某一高度進行攝影。則無人機在加速上升過程中，電動機將　 　能轉化為　 　能；從地面開始升空至剛懸停在某一高度的過程中，無人機的動能變化情況是　 　。
【答案】電；機械；先增大后減小。
12、閱讀短文，回答問題
無鏈條電動自行車
無鏈條電動自行車，整體外形時尚，沒有了鏈條，外觀變得與普通自行車或電動車有些不同，如圖所示。無鏈條電動自行車被稱為“沒有鏈條的混合動力電動自行車”它結合了電子動力和人體動力，此車既可以通過給鋰電池充電獲得能量；也可以通過騎行者踩腳踏板獲得能量。騎行者踩腳踏板的機械能，可通過車上的發電機轉化為電能，存儲在自行車框架中的鋰電池內，之后通過電動機驅動后輪轉化成機械能，以此驅動自行車前進。因此使騎行者騎得更省力，同時也能減少對環境的污染，圖中所示這款無鏈條電動自行車，其鋰電池容量為10Ah（電池容量是指放電電流與放電時間的乘積）、電壓為30V若騎行者不踩腳踏板，緊靠鋰電池驅動，僅靠“電力驅動”正常行駛1.8×104m；若騎行者踩腳踏板輔助鋰電池給車提供能量，“混合動力驅動”可使車連續行駛3.2×104m與鏈條車相比，這種新型自行車具備許多優點，比如省力、附用、安全、靈便、干凈衛生、結構簡單、修理方便，騎行12000km也無須大修。因此，無鏈條電動自行車是城市中一種理想的交通工具。
（1）騎行者踩腳踏板的時候，目的是通過無鏈條電動自行車上的　 　機把機械能轉化為　 　能；
（2）無鏈條電動自行車的前進時，是通過　 　機驅動后輪轉化成　 　，以此驅動車子前進。
（3）圖中這款車的鋰電池最多所儲存的電能約為　 　J。
（4）正常行駛時，這款車“混合動力驅動”時人所提供的能量與“電力驅動”時鋰電池提供的能量之比為　 　。
【答案】（1）發電；電；（2）電動機；動能（機械能）；（3）1.08×106；（4）7：9。

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