2022-2023学年人教版物理九年级全册 第十四章 第3节 能量的转化和守恒-【教材解读】（有详解）

第3节 能量的转化和守恒
基础知识·细解读
知识点一 能量的转化 【重点】
1.能量的形式
2.能量的转化
(1)现象探究
实验设计 现象 分析
来回迅速摩擦双手 一会儿后手发热 机械能转化为内能
黑塑料袋内盛水，插入温度 计后系好口袋，放在阳光下 一会儿温度计示数升高 光能转化为内能
将太阳能电池在小电视上， 并使它对着阳光 小电扇转动起来 光能转化为电能再转化为机械能
钢笔杆在头发或毛衣上摩擦后再靠近细碎的纸片 钢笔会发热，并同时吸引小纸片 机械能转化为内能和电能
(2)归纳
①不同形式的能量可以在一定条件下相互转化，如图所示。
②能量转化的过程是一种形式的能转化为其他形式的能的过程。
生活物理
能量的转化
钻木取火，机械能转化为内能。
水电站里水轮机带动发电机发电，机械能转化为电能。
电动机带动水泵把地下水送到地面，电能转化为机械能。
植物吸收太阳光进行光合作用，光能转化为化学能。
太阳能电池，光能转化为电能。
【拓展】 能量的来源
各种植物通过光合作用把太阳能转化成化学能储存在植物体内。煤炭、石油、天然气等化石燃料也是由古代埋在地下的动植物经过漫长的地质年代形成的。它们实质上是由古代生物固定下来的太阳能。此外，水能、风能等也都是由太阳能转化来的。也就是说地球上的能量大部分来自太阳能。
3.能量的转移
提醒
转化和转移
要正确区分“转化”和“转移”两个概念，“转移”是指能量的形式不变，但能量的载体发生变化，“转化”则指能量的形式发生变化。
【例1】 (黑龙江绥化中考)生活中能量转化的实例很多。下列描述中，错误的是 ( )
A．摩擦生热是把机械能转化为内能
B．摩擦起电是把电能转化为机械能
C．电动机带动水泵把水送到高处是把电能转化为机械能
D．燃料燃烧放热是把化学能转化为内能
解析：
选项 结论 分析
A √ 摩擦生热是把机械能转化为内能
B × 摩擦起电是把机械能转化为电能
C √ 电动机带动水泵把水送到高处是把电能转化为机械能
D √ 燃料燃烧放热是把自身蕴含的化学能转化为内能
答案：B
知识点二能量守恒定律【重点+难点】
1.内容
能量既不会凭空消灭，也不会凭空产生，它只会从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到其他物体，而在转化和转移的过程中，能量的总量保持不变。
2.对能量守恒定律的理解
(1)能量守恒定律的普遍性：能量守恒定律是自然界最普遍、最重要的基本定律之一。自然界中的一切变化过程，小到原子核，大到宇宙天体，只要有能量转化，都遵循能量守恒定律。
(2)能量守恒定律包括“能量转化”和“能量转移”两个方面。
(3)不消耗能量，能够永远对外做功的机器——永动机是不存在的，它违背了能量守恒定律，是不可能制成的。
(4)能量守恒定律的成立是无条件的，一种形式的能量减少多少，其他形式的能量就会增加多少；能量从一个物体转移到另一个物体上，一个物体的能量减少了多少，另一个物体的能量就增加了多少，能量的总量保持不变。
【拓展】一般情况下能源释放的能量不可能全部转化为人们需要得到的能量，所谓能量转化效率就是人们需要得到的能量(即有用能量)与当初消耗总能量的比值，在所有的能源利用过程中，能量的损耗都不可避免。任何情况下，的值都小于1。当今社会能源紧缺，如何提高能源利用率是我们迫切需要解决的热点问题。
生活物理
高度越来越低
小球在地面弹跳的频闪照片
荡秋千
它们最高点的高度降低，说明机械能减少了。但实际上能量并没有丢失，是通过做功把一部分机械能转化为了内能，能量的总量保持不变。
【例2】在学习了内能及能量的转化和守恒后，同学们在一起梳理知识时交流了以下想法，你认为其中不正确的是 ( )
A．做功可以改变物体的内能
B．热传递改变物体的内能是不同形式的能量的互相转化
c．在一定条件下各种形式的能量可以相互转化
D．能量在转移和转化的过程中总会有损耗，但能量的总量总保持不变
解析：做功可以改变物体的内能，物体对外做功，物体的内能减少，外界对物体做功，物体的内能增加，A选项正确；热传递是不同物体间的内能的转移而不是转化，能量的形式不变，B选项错误；不同形式的能量，在一定条件下可以相互转化，c选项正确；能量在转化和转移的过程中总会有损耗，例如电动机工作时把电能转化为机械能，但是由于电流有热效应，有一部分电能转化为内能，而这部分能量转化是我们不需要的，所以可以称这部分能量损耗了，但能量的总量总保持不变，D选项正确。
答案：B
核心素养点拨
物理观念——能量观念
“能量观念”是从物理学视角形成的关于能量的基本认识，是从物理学视角解释自然现象和解决实际问题的基础。能量守恒定律的发现使人们认识到：任何一部机器，只能使能量从一种形式转化为其他形式，或使能量从机器的一部分转移到另一部分，而不能“无中生有”地制造能量。
永动机是不存在的。
常考题型·巧突破
题型一 能量的转化
角度1 重力势能、动能、内能之间的转化
【例1】如图所示，陨石在加速下落的过程中与大气剧烈摩擦、迅速升温、猛烈燃烧。陨石下落过程中，其能量转化过程是 ( )
A．重力势能——动能——内能
B．动能——重力势能——内能
C．重力势能——内能——动能
D．内能——重力势能——动能
解析：陨石加速下落的过程中重力势能转化为动能，同时陨石与大气剧烈摩擦，迅速升温，陨石的内能增大，猛烈燃烧，部分动能转化为内能。
答案：A
针对训练
1．某城区的老居民小区正在进行水路改造，改造中用到了一种打孔工具——冲击钻。冲击钻工作时，钻头在电动机的带动下不断地冲击墙壁，打出圆孔，如图所示。冲击钻在工作过程中，其能量转化关系是 ( )
A．内能转化为机械能
B．内能转化为电能
C．只有机械能和内能的转化
D有电能、机械能和内能的转化
2．下列用电器工作时，能量转化的主要形式与电饭锅相同的是 ( )
A．电烤箱 B．空调
C．电风扇 D．洗衣机
3．下列说法正确的是 ( )
A．电饭锅工作时，将内能转化为电能
B．电风扇工作时，将机械能转化为电能
c．干电池给灯泡供电时，将电能转化为化学能
D. 在阳光照射时，太阳能电池将太阳能转化为电能
角度2 对能量转化的判断
【例2】下列实例属于内能转化为机械能的是 ( )
解析：本题主要考查对能量转化的判断。表解如下：
选项 结论 分析
A × 滑下滑梯时感觉臀部发热，是摩擦生热，机械能转化为内能
B × 弯折铁丝，铁丝发热，是对物体做功，物体的内能增大，机械能转化为内能
C √ 内燃机的做功冲程，高温高压的燃气推动活塞做功，内能转化为机械能
D × 压缩点火，是对空气做功使空气的内能增加，温度升高达 到了燃料的燃点，机械能转化为内能
答案：C
规律总结
解决此类问题的关键是明确过程前后能量的变化，看哪种形式的能减少了，哪种形式的能增加了，则减少的那种形式的能转化为增加的那种形式的能，即减少的能与增加的能相等，但总量保持不变。
题型二 能量守恒定律
【例3】根据能量守恒定律，下列情形可能发生的是 ( )
A．出膛的子弹射穿木板，以更快的速度继续前进
B．电水壶里的水沸腾了，给该电水壶断电，水的沸腾永远不会停止
C．两个斜面相对接，小球从左斜面滚下后，继续冲上右斜面
D.孤岛上被人们遗忘的一只机械表，默默地走了一百年
解析：出膛的子弹高速运动，说明子弹具有动能，射穿木板时由于撞击和摩擦会使动能减小，它的速度会减慢，A错误；在电水壶的使用过程中，消耗了电能，水的温度升高，内能增加，断电后，水不再吸收热量，水的沸腾会停止，B错误；两个斜面相对接，小球从左斜面滚下后，由于具有动能，会继续冲上右斜面，C正确；机械表工作靠表内弹簧的弹性势能转化为机械能，不会默默地走了一百年，D错误。
答案：C
针对训练
4．秋千荡起来后，如果不持续用力会越荡越低，最终停止；皮球落地后，每次弹起的高度会比上一次低。在这两个过程中，机械能 了，这部分机械能转化成了 能。在两个过程中，机械能 ，能量的总量 。(后两空均选填“守恒”或“不守恒”)
易误易混·精辨析
易错点：对能量转化的分析不到位
【例题】一物体沿固定的粗糙斜面下滑，物体在下滑的过程中，可能的情况是 ( )
A．动能不变，势能减小，机械能变大
B．动能增大，势能减小，机械能不变
C．动能增大，势能减小，机械能变小
D．动能减小，势能增大，机械能变小
正解物体沿粗糙斜面下滑，一定会有部分机械能转化为内能，从而导致机械能的总量变小，而在下滑的过程中，重力势能一定减小，但运动的速度增大还是减小，不能确定，所以动能可能增大，也可能减小，还可能保持不变。
答案C
【防错妙招】分析此类现象时，不要凭感觉，要认真结合决定某种能量形式增减的因素去分析，读题要细，不能忽略细节，如接触面的光滑或粗糙，空气阻力是否考虑等。接触面粗糙或有空气阻力，则有阻力做功，机械能转化为内能；反之，则没有阻力做功，机械能不变。
高效训练·速提能
【基础必做】
1.某同学设计并制作了一个“盲人水杯”。水杯底部装上电池后，当杯中的水位到达一定高度，水杯会自动发出音乐声，表示水已盛满。水杯发出音乐声时的能量转化形式是 ( )
A．电能一内能 B．电能一声能
c．化学能一声能 D．化学能一电能
2.下列关于能量转化的说法正确的是 ( )
A．水力发电——内能转化为电能
B．柴油机的做功冲程——内能转化为机械能
c．手机充电——电能转化为机械能
D．下落的小球——动能转化为重力势能
3.(江苏常州中考)世界上还有许多欠发达地区至今用不上电。美国哈佛大学的学生设计制作了一种发电足球。球在被踢的过程中，其内部装置能够发电，并将产生的电能储存在蓄电池中，用来点亮LED灯。该过程中的能量转化形式是 ( )
A．动能→电能→化学能→光能
B．电能→动能→化学能→光能
C．动能→电能→光能→化学能
D．电能→动能→光能→化学能
4.如图所示的光能手机和传统手机的充电方式不同，不仅阳光、灯光，甚至烛光都可以为这款手机充电。光能手机和传统手机比较，下列说法不正确的是( )
A．光能手机可方便地将光能转化为电能
B．光能手机主要是将光能转化为机械能
C．使用光能手机能节约电能
D．使用光能手机更环保
5.抽水蓄能电站可将电网负荷低时的多余电能，转化为电网高峰时的高价值电能，其原理示意图如下图所示，它通过上、下两个水库将水循环利用，不仅能像常规水电站一样发电，还能像水泵站那样抽水蓄能。抽水蓄能电站实现了 能和 能之间的相互转化。
【能力锤炼】
6．下图所示是一种新型节能路灯。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
7.某家用桶装纯净水手压式饮水器如图所示，在手连续稳定的按压下，在出水口获得所需要的水。在此过程中是将人体的化学能最终转化为出水口水的 能和 能。
8.下图是我国研制的防空利器红旗-9防空导弹进行试射时的场景。导弹上升过程中(忽略燃料质量的变化)，重力势能将 (选填“增大”“减小”或“不变”)，因与空气摩擦而生热，其内能将 (选填“增大”“减小”或“不变”)，这是用 方式改变其内能的。
9．(山东滨州中考)把一乒乓球压入盛有水的烧杯底部(如图所示)，松手后，乒乓球上升至水面最后漂浮在水面上。乒乓球在上升的过程中，它的机械能不断增加。下列关于乒乓球机械能来源的说法正确的是 ( )
A．是由水的内能转化来的
B．是由水的重力势能转化来的
C．是由乒乓球的内能转化来的
D. 是由乒乓球的化学能转化来的
10. 阅读下文，回答问题。
右图展示了一个极具想象力的设想，其大意是：上面水池中的水流下来，冲击叶轮转 动；叶轮带动打磨轮和水泵的轴转动；人利用打磨轮打磨工件，同时，运转的水泵又把流到下面水池的水抽到上面的水池中……只要一开始在上面水池中注满水，就能通过水的上下循环，使机器不停地工作。
(1)按要求填写表中空白。
序号 物理现象(摘取原文) 能量转化
① 重力势能转化为动能
② 人利用打磨轮打磨工件
(2)这个设想曾得到不少人的赞许，并把这个装置誉为“永动机”。那么，这个装置真的能“永动”吗 为什么
本书参考答案
第3节能量的转化和守恒
常考题型·巧突破
1.D解析：冲击钻的电动机工作时，消耗电能，主要转化为机械能；钻头冲击墙壁，克服摩擦做功，将机械能转化为内能。由此分析可知，在该过程中存在电能、机械能和内能的转化。
2．A解析：电饭锅工作时，主要将电能转化为内能，属于电热器；电烤箱也主要将电能转化为内能，与电饭锅的能量转化相同，A符合题意；空调依靠压缩机工作．将电能转化为机械能，B不符合题意；电风扇和洗衣机主要将电能转化为机械能，C、D均不符合题意。
3．D解析：电饭锅主要是用来发热的，因此，电饭锅工作时，主要将电能转化为内能，A错误；电风扇工作时，消耗电能，使电风扇转动，得到的是机械能，故B错误；千电池给灯泡供电时，将化学能转 化为电能，再提供给灯泡，C错误；在阳光照射时，太阳能电池将太阳能转化为电能，D正确。
4．减少 内 不守恒 守恒
解析：在荡秋千和皮球落地又弹起的过程中能量守恒，但机械能不守恒。两个过程中机械能是逐渐减少的，减少的这部分机械能转化成了内能。
高效训练·速提能
1．B解析：水杯发出音乐声，电能转化为声能，B正确。
2．B解析：水力发电，利用水的机械能，因此是机械能转化成电能，A说法错误；柴油机的做功；中程，高温高压的燃气推动活塞做功，因此是内能转化为机械能，B说法正确；手机充电，将电能转化成化学能储存在电池中，C说法错误；下落的小球，高度减小，速度增大，重力势能减小，动能增大，重力势能转化成动能，D说法错误。
3．A解析：球在被踢的过程中，其内部的小发电机工作，将动能转化为电能；然后再将电能转化为化学能储存在蓄电池中；LED灯发光时，将化学能转化为光能。A正确。
4．B解析：光能手机主要是将光能转化为电能并进行工作的，B说法错误。
S．机械电解析：由题图可知，把上水库的水放下来推动水轮机发电，即将水的机械能转化为电能；电动水泵还可以将下水库的水抽到上水库，即消耗电能，将电能转化为水的机械能。故抽水蓄能电站实现了机械能和电能之间的相互转化。
6．A解析：太阳能电池板可以把太阳能转化为电能，所以A正确；小风扇可以把风能转化为电能，这样只要有风，这种路灯就可以发电，填补了阴天和晚上不能发电的空白，更有利于路灯晚上照明使用，所以B、C错误；蓄电池在夜晚放电时，将化学能转化为电能，所以D错误。
7．动 重力势 解析：由题意可知，在手连续稳定的按压下，即人做功的过程中，消耗了人体的化学能，使水流动，并提升一定高度，最终转化为出水口水的动能和重力势能。
8．增大 增大 做功
解析：重力势能的影响因素是质量和高度，质量越大，高度越高，物体的重力势能就越大。导弹上升过程中，质量不变但高度增加，故重力势能将增大。内能的大小与质量和温度等因素有关，物体的质量越大、温度越高，物体的内能越大。当导弹与空气摩擦时导弹的温度升高，其内能增大。改变内能的方式有两种：做功和热传递。做功的实质是能量的转化。导弹与空气摩擦时，导弹的机械能转化为内能，故导弹是通过做功的方式改变其内能的。
9．B解析：乒乓球在上升的过程中，水的重心不断 降低，重力势能不断减小，转化为乒乓球的机械能，故乒乓球的机械能不断增加，故选B。
10．(1)
序号 物理现象(摘取原文) 能量转化
① 上面水池中的水流下来，冲击叶轮转动 重力势能转化为动能
② 人利用打磨轮打磨工件 机械能转化为内能
(2)不能。因为“永动机”违背了能量守恒定律。
解析：(1)上面水池中的水流下来，冲击叶轮转动是重力势能转化为动能；人利用打磨轮打磨工件是机械能转化为内能。
(2)从上面水池申的水流到下面水池的过程中，由于用来打磨物体和机器各部分之间摩擦均会消耗能量，故流下来的水不能全部被抽送到上面的水池中，即流下来的水要比抽上去的水多，随着时间的推移，上面水池中的水越来越少，一段时间后便不再有水从上面流下来，所以这个装置不能够“永动”。
教材参考答案
第3节能量的转化和守恒
教材第27页【想想做做】
1．机械能转化为内能。
2．太阳能转化为内能。
3．太阳能转化为电能，再转化为机械能。
4．机械能转化为电能。再转化为纸片的机械能。力、热之间：铁锤敲打铁丝，机械能转化为内能；力、电之间：梳头时梳子带电，机械能转化为电能；电、热之间：电流流过灯丝时发热，电能转化为内能。
教材第28页【想想议议】
秋千和小球的高度逐渐降低，是因为它们的机械能减少了。但能量并没有丢失，实际上是秋千和小球在摆动或弹跳时通过摩擦或碰撞将机械能转化为内能了。
教材第29页【想想议议】
根据能量守恒定律，能量既不会凭空产生，也不会凭空消灭。在这个装置中，因为存在摩擦，部分能量转化为内能了，即使不对外做功．也不能一直工作下去。
教材第29页【动手动脑学物理】
1.子弹中火药的化学能转化为内能，再转化为子弹的机械能，在空气中运动和陷入土地中时再转化为内能。
2．太阳能电池：阳光照射时，有16％的太阳能转化为电能；
电动机：有83％的电能转化为机械能；
锂电池：充电时，有99％的电能转化为锂电池的化学能；
柴油机：燃料35％的化学能转化为机械能；
电热水器：有87％的电能转化为水的内能。
3．解：所用天然气的体积
天然气完全燃烧放出的热量
水的质量
，
水吸收的热量
热水器的热效率。
4．人吃食物，把食物储藏的能量转化为人的内能，使人保持体温；还转化为机械能，使人们能够进行日常活动，能够走、跑、跳，能够说话、唱歌，另外，维持呼吸、心跳、血液流动等。人的一切生理活动都需要能量。没有食物提供的能量，人就无法生存。