浙教版科学2022-2023学年上学期九年级“冲刺重高”讲义（三十六）：能量的转化与守恒【word，含答案】

一、能量的相互转化
（一）能量可以在两个物体之间转移，能量形式也可以转化
(1)太阳能的转化
照射到植物叶片上----植物的化学能
照射到大气层中------空气的动能
照射到太阳能热水器--水的内能
照射到电池板上------电能
(2)人体能量的来源及转化:人体所需的能量都来自食物，食物被消化后且被分解的过程，是食物的化学能转化为人体的内能、电能、机械能等能量的过程。被吸收的营养物质由血液输送到人体各处。
(3)火力发电厂的能量转化:燃料燃烧将燃料的化学能转化为内能来加热水，水沸腾后，产生的蒸汽驱动涡轮机转动将内能转化为机械能，涡轮机带动发电机发电将机械能转化为电能。
（二）能量转化的普遍性
自然界中的能量有多种表现形式，如机械能、内能、化学能、电能、电磁能、核能等。自然界中各种形式的能量不是孤立的，它们可以在一定的条件下发生转化，能量也可以在同一物体或不同的物体间相互转移。能量转化是普遍现象，自然界中物质运动形式的变化中伴随着能量的相互转化。
二、能量的转化与守恒定律
（一）内容
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。这就是能量转化和守恒定律。
（二）意义
能量转化和守恒定律是自然界最普遍、最重要的基本定律之一。无论是机械运动，还是生命运动，无论是宇宙天体，还是微观粒子，都遵循这个定律。
（三）永动机一不可能成功
所谓“永动机”是指不消耗任何能量和燃料,却能源源不断对外做功的机器。“永动机”不可能成功的事实告诉我们，违反能量转化和守恒定律的事件是不可能发生的。能量是不可能凭空创造出来的。即所谓的“消耗能量”“利用能量”“获得能量"的实质是能量相互转化或转移的过程。
（四）机械能守恒与能量守恒定律的区别
(1)机械能守恒是有条件的一没有能量损失或额外的能量补充。
因为机械能守恒是指一个物体如果只存在着动能和势能之间的转化时，机械能的总量将保持不变。如果存在机械能与其他形式的能之间的转化，机械能总量发生改变，机械能不再守恒，例如克服摩擦做功，产生内能，机械能的总量将减少，损失的机械能将转化为其他形式的能。
(2)能量守恒定律的成立不需要条件。这是因为能量转化形式是多样的，可以在机械能、内能、化学能、电能、光能、声能间相互转化，不限于动能和势能之间的转化，在转化过程中，一种形式的能减少，另一种形式的能必然增加，能的总量保持不变。
三、能量转化和转移的方向性
（一）内能总是自发地从高温物体转移到低温物体，而不能从低温物体自发地转移到高温物体
如烧杯中的热水变冷等，是内能自发地从高温物体转移到低温物体。电冰箱、空调制冷，都是从低温物体的内部吸热，向外面放热，使内能从低温物体转移到高温物体。这种转移不是自发进行的，必须要有附加的条件:消耗电能，电动机(压缩机)做功。
（二）机械能可自发地转化为内能，但内能无法自发地转化为机械能
如汽车制动刹车时，由于摩擦，机械能转变成地面、轮胎及空气的内能，但是这些内能不能再次转化为汽车的机械能而使汽车重新启动。可见，能量的转移和转化是有 一定的方向性的。能量可以自发地朝一个方向进行，但不能自发地朝反方向进行。
例1、1月19日，“德清一号”卫星成功发射升空并顺利进入预定轨道。它是全国首颗以县域冠名的卫星，主要围绕测绘、交通、水利、环保、农业、统计等多个行业提供遥感应用服务。下列说法正确的是（ ）
A. “德清一号”环绕着地球运动是受平衡力的作用
B. “德清一号”太阳能电池阵帆板能将太阳能转化电能
C. “德清一号”离地球越远时机械能越大
D. “德清一号”从近地点飞向远地点是因为受到惯性的作用
例2、光滑斜面甲与水平面PQ平滑连接。从斜面甲高H处静止释放小球，小球运动到Q点静止，如图甲。在PQ上的N点平滑拼接另一光滑斜面乙，已知PQ=4PN，如图乙。小球冲到乙斜面上的h高处。则小球最终将停在( )
A. 甲斜面上 B. 乙斜面上 C. P处 D. N处
例3、已知运动速度为v、质量为m的物体的动能为Ekmv2，质量为m的物体由于举高h而具有的重力势能为Ep＝mgh，其中g＝9.8N/kg。如图所示，在设计某些电车车站时，站台往往建的高一些，这是为了有效地提高能量利用率。设站台高h＝1.6m，进站的电车到达坡的下端A点时速度为25.2km/h，此后即关闭电动机的电源。由于车站的这种小坡度设计，电车进站时所具有的机械能中，有百分之几的能量可供出站时利用（　　）
A．100% B．80% C．64% D．36%
例4、如图是太阳能燃料电池的组成与功能示意图，请据图回答下列问题：
（1）.电解槽的作用是电解水，写出该反应的化学方程式： 。
（2）.夜晚，太阳能燃料电池工作时的能量转化途径为____(填字母)。
A. 太阳能→电能→热能 B. 化学能→电能→热能
C. 太阳能→化学能→电能→热能 D. 电能→化学能→电能→热能
（3）.太阳能燃料电池中可循环使用的原料是 。
（4）.与单一的太阳能电池相比，太阳能燃料电池的优点是 。
1.火力发电站是利用煤来发电的。下列关于它在发电过程中的能量转化的描述，正确的是( )。
A.机械能--内能--化学能--电能 B.化学能--内能--机械能--电能
C.化学能--势能--动能- --电能 D.内能--化学能--机械能--电能
2.关于能量和能源，下列说法错误的是( )
A. 电能必须通过消耗一次能源才能得到，是二次能源
B. 我们今天使用的煤、石油、天然气，都是化石能源
C. 能量的转化和转移有时是有方向性的
D. 自然界的能量是守恒的，它既不能创生，也不会消灭
3.1964年人类制成世界上第一盏用海浪发电的航标灯，如图所示是它的气室示意图。它是利用海浪上下起伏的力量将空气吸入气室，压缩后再推入工作室，然后推动涡轮机转动（带动发电机发电）。下列说法正确的是（ ）
A. 当K1开启，K2开启时，空气的内能转化为海水的机械能
B. 当K1开启，K2关闭时，海水的机械能转化为空气的内能
C. 当K1开启，K2关闭时，空气的内能转化为海水的机械能
D. 当K1关闭，K2开启时，海水的机械能转化为空气的内能
4．中国古代玩具“饮水鸟”曾经让大科学家爱因斯坦也惊叹不已。饮水鸟内装有乙醚液体，鸟头四周包有棉花，平时如甲图，鸟身略向前倾，上球和下球空间中充满乙醚的饱和蒸汽，当给鸟的嘴滴上水后，水分蒸发吸热，使上球乙醚蒸汽温度下降，气压减小，小于下球乙醚饱和蒸汽的气压，使下球的乙醚被压倒上球，于是整个鸟的重心上移，形成如图乙的状态，鸟嘴“喝水”，同时上、下球中的乙醚蒸汽联通混合，气压趋于一致，上球中的乙醚由于重力又回流到下球，饮水鸟的姿态又回到图甲的状态，如此循环往复。根据以上分析，“饮水鸟”可以看成
　 　（填写一种机械装置的名称），“饮水鸟”获得的机械能是由空气的　 　能转化而来的。“饮水鸟”被称为第二类永动机，所以在能量转化过程中 　能量转化与守恒定律（填“符合”或“不符合”）。
5.我市地处沿海，风力资源极为丰富，随着各项大型风力发电项目的建设，我市将成为广东省知名风力发电基地。如图甲是某地风力发电的外景。风力发电机组主要由风机叶片和发电机组成。请回答下列问题：
（1）.风力发电利用的是风能，风能是清洁的、 （选填“可再生”或“不可再生”）能源；
（2）.风机叶片具有质量轻、强度高、耐磨损等性能，通常用密度 （选填“大”或“小”）、硬度大的复合材料制成；叶片性状像飞机的机翼，若叶片位置和风向如图乙所示，由于叶片两面空气流速不同而产生 差，使风叶旋转；
（3）.风叶产生的动力通过传动系统传递给发电机，发电机是利用 原理，把机械能转化为电能；
（4）.某风力发电机的输出功率与风速的关系如图丙所示，由图象可以知道，当风速在V1到V2之间时，风速越大，发电机组的电功率 ；
（5）.请你根据图象判断，台风来临时，能否给风力发电带来最大的经济效益？ （选填“能”或“不能”）。
1．小科自制了一个“电池秋千”，如图所示，他用铜线圈做一个秋千，线圈下方放一块永久磁铁，线圈通电后，就能不停地摆动。下列有关叙述正确的是（　　）
A．该电池秋千的工作原理和电动机类似
B．电池秋千摆动过程中机械能转化为电能
C．电池秋千摆动到最低点时动能最小
D．改变磁体的两极可以使电池秋千摆动得更快
2.“白天让太阳晒晒，晚上就能亮？”这是人们初识太阳能路灯时产生的疑问。现在太阳能路灯已走上各地的街头，为城镇居民驱走夜晚的黑暗。太阳能路灯白天与晚上的能量转化情况分别是( )
A. 太阳能→电能→内能，内能→电能→光能
B. 太阳能→电能→化学能，化学能→电能→光能
C. 太阳能→内能→电能，电能→内能→光能
D. 太阳能→化学能→电能，电能→化学能→光能
3.如图是一种“磁悬浮电灯”，由灯泡和底座两部分组成。灯泡悬浮在空中，内部虽没有电池，也没有导线与其相连，但它却能发光。关于“磁悬浮电灯”的说法中，正确的是（ ）
A. “磁悬浮电灯”发光，不需要消耗能量
B. “磁悬浮电灯”是高科技产品，不必遵守能量守恒定律
C. “磁悬浮电灯”不掉下来，是因为它受到的磁力大于重力
D. “磁悬浮电灯”发光所需要的能量一定需要通过某种方式获取
4.如图是某科技馆的一台“永动机”，由5根轻杆和转轴构成，轻杆的末端装有形状记忆合金制成的叶片。进入热水因叶片伸展“划水”而转动，离开热水后叶片形状迅速复原。关于该“永动机”的说法正确的是( )
A.科技发展制造出了永动机
B.转动会使水温升得更高
C.记忆合金是一种新型化合物
D.水的内能转化为转轮的机械能
5.2021年5月10日，成都市某小区电梯内发生一起电瓶车自燃事故。
（1）电瓶车自燃的原因很多，常见的是由于电源短路，形成大电流并产生大量的热。这一过程中，化学能转化为电能，电能再转化为________能。
（2）针对上述电梯内电瓶车自燃隐患，宁波市未雨绸缪，早就采取了相应的措施，其中“阻车感应系统”已在多个小区推行。如图所示某阻车感应系统在电梯轿厢内的信息传递示意图，一旦电瓶车进入电梯，就会被摄像头检测到，语音告警器将进行语音提示，同时电梯门不会关闭。这一信息传递过程与反射弧类似，图中的________(填序号)类似于反射弧中的感受器。
（3）电动汽车一般由电池包供电。若电池包意外进水，可能引发电动汽车自燃，其机理如下：
水电解→可燃性气体累积→遇明火，气体燃烧→引燃整车
这里的可燃性气体是________。
答案及解析
例1、【答案】 B
【解析】（1）当物体处于静止状态或匀速直线运动状态时，处于平衡状态，受到平衡力；
（2）根据能量转化的知识判断；
（3）根据机械能守恒的知识判断；
（4）一切物体保持运动状态不变的性质叫惯性，据此分析判断。
【解答】A.德清一号”环绕着地球运动时，运动方向和速度大小不断改变，肯定不处于平衡状态，受到的不是平衡力，故A错误；
B.“德清一号”太阳能电池阵帆板能将太阳能转化电能，故B正确；
C.“德清一号”在运行时几乎不受阻力，因此机械能守恒，离开地球距离变大后机械能保持不变，故C错误；
D.“德清一号”从近地点飞向远地点是因为受到万有引力的作用，故D错误。
例2、【答案】 C
【解析】根据能量转化守恒定律分析解答。
【解答】如甲图所示，小球从甲斜面上H处滚下，在水平面上克服摩擦力做功。因为它正好停在Q处，所以它具有的机械能W=fsPQ；
如乙图所示，小球从甲斜面同样高度H滚下，经过平面PN克服摩擦力做功后，爬上乙斜面；然后从乙斜面滚下，再次经过PN克服摩擦做功后爬上甲斜面；然后再从甲滚下重复前面的过程，直到机械能为零。经过PN段克服摩擦消耗的机械能W'=fsPN=4fsPQ。可见，小球要在PN段往复4次，由于克服摩擦做功从P点开始，那么当机械能为0时正好回到P点。
故选C。
例3、【解答】解：电车到达坡的下端A点时的动能为：Ekmv2，
此时电车的速度为：v＝25.2km/h＝7m/s，
可利用的是电车的重力势能：Ep＝Gh＝mgh，
则电车进站时所具有的机械能中可供出站时利用的百分比：
η64%；
故选：C。
例4、【答案】 （1）2H2O 2H2↑＋O2↑（2）B（3）水（4）晚上也可以使用
【解析】（1）确定反应物、反应条件和生成物，据此写出反应的方程式；
（2）根据太阳能电池的工作过程确定能量转化情况；
（3）根据图片，分析哪种物质既是反应物，又是生成物，那么它就是可以循环使用的物质；
（4）根据两种电池的使用时间段分析解答。
【解答】（1）水电解时，生成氢气和氧气，那么反应的方程式为： 2H2O 2H2↑＋O2↑ ；
（2）夜晚时，太阳能电池释放电能，即将自身的化学能转化为电能；然后通过热水器，转化为内能，故选B。
（3）太阳能燃料电池中可循环使用的原料是水。
（4）与单一的太阳能电池相比，太阳能燃料电池的优点是晚上也可以使用。
1.【答案】 B
【解析】根据火力发电站的工作过程分析其中的能量转化即可。
【解答】煤炭燃烧，将化学能转化为内能；对水加热生成高温高压的水蒸气，推动汽轮机转动，将内能转化为机械能；汽轮机带动发电机转动，将机械能转化为电能，故B正确，而A、C、D错误。
故选B。
2.【答案】 C
【解析】根据有关能源和能量的知识分析判断。
【解答】A.电能必须通过消耗一次能源才能得到，是二次能源，故A正确不合题意；
B.我们今天使用的煤、石油、天然气，都是化石能源，故B正确不合题意；
C.能量的转化和转移是有方向性的，故C错误符合题意；
D.自然界的能量是守恒的，它既不能创生，也不会消灭，只会从一种形式转化为另一种形式，或从一个物体转移到另一个物体，故D正确不合题意。
故选C。
3.【答案】 B
【解析】根据图片分析海浪发电的工作过程即可。
【解答】根据图片可知，海浪下沉时，活塞向下运动，此时k1关闭，k2打开，外面的空气被吸入气室。当海浪上伏时，活塞向上运动，压缩空气，此时开关k2闭合，k1打开，将空气压入工作室，此时将海浪的机械能转化为空气的内能，推动涡轮机转动，带动发电机发电，故B正确，而A、C、D错误。
故选B。
4．【解答】解：
（1）“饮水鸟”可以绕固定点转动，因此其相当于一个杠杆；
（2）由题意可知，当给鸟的嘴滴上水后，水分蒸发吸热，使上球乙醚蒸汽温度下降，气压减小，小于下球乙醚饱和蒸汽的气压，使下球的乙醚被压倒上球，于是整个鸟的重心上移，形成如图乙的状态，所以饮水鸟工作时可以把空气的内能转化为机械能；
（3）“饮水鸟”被称为第二类永动机，在能量转化过程中符合能量的转化和守恒定律，即能的总量保持不变。
故答案为：杠杆；内；符合。
5.【答案】 （1）可再生（2）小；向上的压力（3）电磁感应（4）增大（5）不能
【解析】（1）可再生能源是指风能、太阳能、水能、生物质能、地热能、海洋能等非化石能源，是取之不尽，用之不竭的能源；
（2）根据公式m=ρV可知，当风机叶片的体积相同时，密度越小，它的质量越小，受到风吹时越容易转动起来；根据机翼产生升力的原理进行分析即可；
（3）发电机的工作原理：电磁感应原理；
（4）根据丙图分析即可；
（5）由图象丙分析，是否风速越大，风机的功率就越大即可。
【解答】（1）风能可以在自然界中源源不断的得到，风能是取之不尽用之不竭的能源，所以风能是可再生资源；
（2）风机叶片材料通常用质量轻、强度大、耐磨损、密度小、硬度大的复合材料制成；叶片性状像飞机的机翼，若叶片位置和风向如图乙所示，由于叶片两面空气流速不同而产生向上的压力差，使风叶旋转；
（3）风叶产生的动力通过传动系统传递给发电机发电，发电机是利用电磁感应原理，把机械能转化为电能；
（4）由丙图可以知道，当风速在V1到V2之间时，风速越大，发电机组的电功率增大；
（5）由丙图可以知道，风速过大，机组会自动保护，不会产生电能，因此台风来临时，不能给风力发电带来最大的经济效益。
1．【解答】解：A、由题图可知，该电池秋千的工作原理是通电线圈在磁场中受力转动，与电动机的工作原理相同，故A正确；
B、电池秋千摆动过程中消耗了电能，得到了机械能，所以是将电能转化为机械能，故B错误；
C、电池秋千摆动到最低点时，受到的磁场力最大，速度最大，动能最大，故C错误；
D、改变磁体的两极无法改变磁场力的大小，故D错误。
故选：A。
2.【答案】 B
【解析】根据太阳能路灯的能量转化过程分析判断。
【解答】白天时，路灯不工作，此时不消耗电能，即太阳能通过电池板转化为电能，电能再转化为蓄电池的化学能。晚上时，没有太阳，路灯工作，此时蓄电池将化学能转化为电能，路灯将电能转化为光能，故B正确，而A、C、D错误。
故选B。
3.【答案】 D
【解析】（1）（2）（4）根据能量转化和守恒定律分析判断。
（3）根据二力平衡的知识判断。
【解答】能量既不会创生，也不会消失，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，这就是能量转化守恒定律，自然界的所有现象都要遵守，故A、B错误；
根据能量转化和守恒定律可知，“磁悬浮电灯”发光的能量肯定通过某种方式获取，故D正确；
“磁悬浮电灯”不掉下来，处于平衡状态，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错误。
故选D。
4.【答案】 D
【解析】自然界中的能量是守恒，它既不会消灭，也不会创生，但由于能量的转化或转移具有方向性,如：水只能从高处流向低处；热量只能从高温物体传向低温物体。
【解答】此“永动机”的能量来源于热水的内能，由于能量的转化或转移具有方向性，如果不给它提供热水，将会停止转动，并不是真正的永动机，A错误；转动过程中水的内能转化为转轮的机械能，水温会降低，B错误，D正确；合金是一种混合物，C错误。故选D。
5.【答案】（1）内 （2）① （3）氢气(H2)
【解析】能量转化是指各种能量之间在一定条件下互相转化过程 。一个典型的反射弧包括感受器、传入神经、中间神经元、传出神经和效应器五部分。
【解答】（1）电瓶车自燃过程，能量转化是化学能转化为电能，电能转化为内能（或热能）；
（2）感受器是接受外界刺激的，而图中的电瓶车识别预警摄像头起到的作用类似感受器；
（3）水电解产生氢气和氧气两种气体，具有可燃性的是氢气；
2022-2023学年上学期浙教版科学九年级“冲刺重高”讲义（三十六）
能量的转化与守恒