名师导学——3.9 能量的转化与守恒

3.9能量的转化与守恒
学习指导
一、知识要点
1．能量转化和守恒定律：能量既不会消灭，也不会创生，它只会从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到另一个物体。而在转化和转移的过程中，能的总量保持不变。
2．常见的能量有化学能、太阳能、电能、机械能、动能、势能、内能等，这些能量之间都可以相互转化或转移。
二、重要提示
1．能量转化和守恒定律是自然界最普遍、最基本的定律。
2．永动机是违反能量转化和守恒定律的，能量的转化和转移是有一定的方向性的。
科学广场
永动机为什么不能永动
动能和势能可以相互转化，那么能不能造出不需要任何动能而永远转动的机器呢?
大约800年前，有一位叫翁乃古的法国人为了减轻农民的劳累，设计了一台“永动机”，如图3—19所示，在一个转轮旁边安装着一些带重锤的短杆，他认为无论轮子的位置怎样，轮子右边的各个重物一定比左边的重物离轮心远，所以右边的重物总要往下压，于是轮子就转动了，而且可以无限地转动下去。可是翁乃古的永动机却转不动，除非人去用力推它。
大约470年前，意大利有位著名的科学家和画家达·芬奇，设计并制造了如图3—20所示的一台永动机，他想，轮子一边的钢球总比另一边的离轮心远一些，因此，在它们的重力作用下，一定会使轮子旋转不息，可当造好后，立即发现了自己设计上的错误，他对着那台并不转动的永动机说：“什么永动机，这简直是一桩蠢事!”因为在他的设计中，右边的球始终离轴远。也就是力臂长一些，左边的球始终离轴近，力臂短一些，但是造出后，发现右边的个数总比左边少一点，即力臂长的那边总是重力要小一些，结果两边的“力×力臂”总相
等，谁也压不动谁。
几百年来，许多人都在设计制造永动机，始终没有成功，但从失败中总结出了能量的转化和守恒定律。从现实生活中可知，无论是什么样的机器，都需要输入这样或那样的能量，即使是传说中的外星人或各种各样的机器人，到一定时候都要补充能量，真正的永动机是不可能制造成功的。
解题指导
【例题】关于能量的转化和转移，下列说法正确的是 ( )
A．能量只能从能量多的物体向能量少的物体转移
B．内能可以转化为机械能，机械能也可以转化为内能
C．能量只能从一种形式转化为另一种形式
D．能量可以从一种形式转化为另一种形式，但转化前后，能量的总量会减少
【解析】本题考查对能量转化和守恒定律的理解。对选项A：以热传递为例，热传递是内能在不同物体之间的转移，判断内能转移的方向是看两个物体温度的高低，而不是看两个物体内能的多少。对选项B：摩擦生热是机械能转化为内能；热水瓶塞被弹出是内能转化为机械能。对选项C：能量既可以从一种形式转化为另一种形式，也可以保持形式的不变，从一个物体转移到另一个物体，如热传递。对选项D：可用能量转化和守恒定律直接判断其是错误的。
【答案】B
同步训练 A组
1．如图所示，滚摆在摆动的过程中，每次上升的高度会逐渐减少，下列说法正确的是 ( )
A．只存在着动能和势能的转化
B．能量在逐渐消失
C．滚摆的机械能减少了，减少的机械能转化为内能，但总能量是守恒的
D．滚摆的机械能是守恒的
2．江滨大道缤纷园入口处，安装了两盏“风光互补”景观节能灯，如图所示，它“头顶”小风扇，“肩扛”太阳能电池板。关于节能灯的设计解释合理的是 ( )
A．太阳能电池板是将太阳能转化为电能
B．小风扇是用来给太阳能电池板散热的
C．小风扇是风力发电机，将电能转化为机械能
D．蓄电池在夜晚放电时，将电能转化为化学能
3．不同的科学现象往往遵循同一科学规律。如：跳伞运动员在空中匀速下落； 刹车后，水平路面上行驶的公交车减速停在车站。这些现象中能量转化的共性是 ( )
A．物体的动能全部转化为重力势能
B．物体的重力势能转化为其他形式的能
C．其他形式的能转化为物体的机械能
D．物体的机械能转化为其他形式的能
4．下图所示是豆子生长过程的几个图片，不过次序已经打乱了，正确的顺序是 (填字母)，这说明能量的转化、能量的转移是 。
5．给手机电池充电事实上是将电能转化为化学能。小诚在充电时发现电池表面有些发烫，从中我们可以知道，充电时消耗的电能 电池获得的化学能，因为
。
6．放学后，小兰和小芳在蹦床上玩，她们从高处跳下落在蹦床上，又被弹起的情景如图所示。请你思考并回答：
(1)从高处跳下落在蹦床上，又被弹起的过程中能量是如何转化的？
。
(2)她们在玩的过程中发现，被弹起的高度远小于落下的高度。请你针对这种情景提出一个研究课题： 。
7．一种建在太空的太阳能电站，可向地球上的固定区域供电。在太阳能收集板上铺设太阳能电池，通过光电转换把太阳能转换成电能，再经微波转换器将电流转换成微波，并通过天线将电能以微波的形式向地面发送。地面接收站通过天线把微波还原成电能。
(1)在空格处填入适当的名称。
微波
(2)最终的能量是经过 (填“创生”或“转化”)而来的。
8．下列过程中属于能量转移的是 ，属于能量转化的是 。
①水烧开时，沸腾了；②飞驰而过的流星拖着一条发光的长尾巴；③给水通电，产生氢气和氧气；④晒太阳感到暖和；⑤给电炉通电，电热丝发红；⑥在砂轮上磨刀，火星飞溅； ⑦植物吸收太阳光进行光合作用
同步训练 B组
9．根据能量转化和守恒定律判断，下列四幅图中仅发生能量转移的一组是 ( )
A．①② B．②③ C．③④ D．①③
10．小明想通过实验探究永动机能否制成，他进行了如下实验：
(1)如图甲所示，在脸盆内装大半盆水，将毛巾一端浸在水中，另一端低垂在脸盆外。可以看到，搭在脸盆边的毛巾能自动吸水，并从垂在盆外的另一端不停地滴下。
(2)根据上述实验现象，他设计了一个如图乙所示的“水滴永动机”。为了论证上述图乙的设计是否科学可行，他又用水杯、棉纱织带、水进行如图丙所示的实验，通过观察发现：棉 纱(填“能”或“不能”，下同)自动地将水从低处抽到高处，相反，它 将上方容器里的水抽向低处。
(3)根据图丙中的实验现象，推理出：上述‘‘水滴永动机”是 (填“能”或“不能”)制成的。因为它违背了 定律。
11．太阳能被称为21世纪能源。太阳能汽车是利用太阳能电池将接收到的太阳能转化为电能，再利用电动机来驱动的一种新型汽车。现有一辆太阳能实验车，车上的太阳能电池板的有效面积是S=8米2。在晴朗的天气里，太阳光垂直照射到电池板每平方米面积上的辐射功率P=1千瓦，电池板产生的电压U=120伏，对车上的电动机提供，I=l0安的电流，请计算：
(1)太阳能电池将太阳能转化为电能的效率是多少?

(2)若此辆车的电动机将电能最终转化为机械能的效率为75％，汽车在水平路面上匀速行驶时，牵引力为l20牛，则汽车行驶的速度是多大?
参考答案
3.9 能量的转化与守恒
1．C 2．A 3．D 4．Aebdc 有方向性的 5．大于根据能量转化和守恒定律，能量不能创生，在转化过程中能的总量不变，电能转化成了化学能和热能 6．(1)重力势能一动能一弹性势能一动能一重力势能 (2)损耗的机械能转化为哪种形式的能 7．(1)太阳能电能电能(2)转化 8．①④②③⑤⑥⑦ 9．D[解析：能量转移是指能量从一个物体转移到另一个物体上，没有发生形式变化，②中是化学能转化为内能，④是电能转化为光能和内能。①③则只有能量的转移，没有能量的转化。] 10．(2)不能能 (3)不能能量转化和守恒 11．(1)15％ (2)7.5米／秒