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第6讲 能量的转化和守恒
【考情分析】
考点（知识点） 重要程度 考情分析 本讲教学目标 升学教学目标
燃料的热值 ★★☆ 理解能力 理解 理解
热机的效率 ★☆☆ 计算能力、逻辑思维能力 掌握 掌握
注:★☆☆:普通考点知识点；★★☆：中考、高考高频考点；★★★：中高考重点、难点、必考点；
【知识导图】
【知识梳理】
知识点一：能量的转化与转移
1.能量的存在形式
2.能量的转化
在一定条件下，能量可以从一种形式的能量转化为另一种形式的能量，这种现象叫能量的转化。自然界转化各种形式的能，在一定条件下都可以相互转化。如图为能量转化示意图。
3.能量的转移
能量可以从一个物体转移到另一个物体，也可以从物体的一部分转移到另一部分。例如，在热传递过程中，内能从高温物体转移到低温物体，或从物体的高温部分转移到低温部分，这属于能量的转移。
转化与转移的区别
（1）能量的转化：能量的转化时能的形式发生了改变。在能量转化过程中，一种形式的能量增加了，必然其他形式的能量减少了。
（2）能量的转移：能量的转移是指能量从一个物体转移到另一个物体，或从物体的一部分转移到另一部分，能量的形式没有改变。
题型一：能量的转化
【例1】我国大力发展火力发电，火电站进的是煤，出的是电，在这个过程中能量的转化是（ ）
A．机械能内能化学能电能 B．化学能内能机械能电能
C．化学能重力势能动能电能 D．内能化学能机械能电能
[变式1]（多选）下列事例中，属于内能转化为机械能的是（ ）
A．水壶中的水沸腾后，壶盖被水蒸气顶起 B．热机工作时的做功冲程
C．用气筒给自行车胎打气时，气筒壁会发热 D．流星与空气摩擦生热、发光
[变式2]从能的转化角度看，电源是把其他形式的能转化为电能的装置，如干电池把___________能转化为电能；电风扇工作时将电能主要转化为_________能。
题型二：能量的转移
【例2】童年时将踩瘪但没有破裂的乒乓球放入热水中，球内气体通过 方式增加内能使气压增大，瘪下去的部分很快恢复了原状。从能量的角度看，这是内能的 （选填“转移”或“转化”）过程。
[变式1]下列关于能量的说法中（ ）
①燃料燃烧时，化学能转化为内能；
②加热电器工作时，内能转化为电能；
③烤火取暖，说明内能可以转移；
④能量无论是转化还是转移，能量总和会逐渐减少
A．只有①③正确 B．只有①②正确 C．只有③④正确 D．只有②④正确
[变式2]下列四种现象中，只发生能的转移而不发生转化的过程是（ ）
A．冬天，用手触摸户外的金属杆时的感觉很冷 B．烧水时，水蒸气顶起壶盖
C．给电动自行车的蓄电池充电 D．燃烧汽油，汽油机工作
知识点二：能量守恒定律
能量守恒定律
（1）能量守恒定律内容：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能量守恒定律是自然界最重要、最普遍的基本定律。大到天体，小到原子核，也无论是物理学问题还是化学、生物学、地理学、天文学的问题，所有能量转化的过程，都遵从能量守恒定律。
②能量守恒定律包括“能量转化”和“能量转移”两个方面。
（3）机械能守恒和能量守恒的区别与联系
（1）机械能守恒需要满足一定的条件，能量守恒不需要条件。
（2）机械能守恒是能量守恒的特殊情况。
2. 永动机
（1）不少人曾设想制造一种不需要动力就能源源不断地对外做功的机器，人们把这种机器叫做永动机。然而，从没有一种永动机成功过。
（2）能量守恒定律使人们认识到：任何一部机器，只能使能量从一种形式转化为其他形式，而不能无中生有地制造能量。因此，根本不可能制造出永动机。
题型三：能量守恒
如图所示，掉在地上的弹性小球会跳起，但是越跳越低。下列说法正确的是（ ）
A．弹性小球反复跳起落下过程中，小球机械能总量保持不变
B．小球越跳越低，说明小球的一部分机械转化为其它形式的能量
C．小球越跳越低，说明能量不可能是守恒的
D．小球越跳越低，最终会停止跳动，说明小球的机械能凭空消失
[变式1]掷实心球是某市的中考体育加试项目之一．如图所示，掷出去的实心球从a处出手后，在空中的运动轨迹如图所示，其中a、c两点距离地面的高度相同，球最终停在水平地面e点处．则实心球
A．实心球从a到b上升过程中，人对球做功 B．实心球在b处动能为零
C．实心球下落过程中，动能转化为重力势 D．实心球在a处的动能大于c处的动能
[变式2]2023年泸州市中考体育测试中有必考、抽考和选考科目，包括短跑、跳绳、实心球、立定跳远、带足球绕杆、运篮球上篮等。以下关于体考中的物理知识，说法正确的是（ ）
A．学生在短跑过程中，机械能转化为化学能
B．学生带足球绕杆的运动，说明力可以改变物体的运动状态
C．学生投掷的实心球在飞行的整个过程中，动能一直在减小
D．学生在立定跳远的整个过程中，他的重力势能一直不变
题型四：永动机问题
【里4】记忆合金是一种特殊的材料，能够记住自身的形状，不论发生怎样的形变，稍微加热就会恢复如初。如图所示为“记忆合金魔轮”，安装在转轮上的记忆合金弹簧在高于其“转变温度”的水中缩短，在空气中伸长，在力的作用下，转轮便转动起来了。若在下面放上热水，魔轮就会不停地转下去，就制成了一个“永动机”。你认为这种方案______（选填“可行”或“不可行”），理由是______。
[变式1]有人设计了如图所示的一台机器：在距地面一定高度处架设一个水槽，水从槽底的管中流出冲击水轮机，水的重力势能转化为水轮机的______ 能；水轮机的轴上安装有一个抽水机，抽水机把地面水槽里的水抽上去。根据能量转移和转化的相关原理可知，这个机器是______（能/不能）不停地转动的。
[变式2]如图所示，质量为40g的金属小球从导轨的a处自由滑下，依次经过b处、c处，最后到达d处时恰好停下。下列有关说法正确的是（ ）
A．小球从a到b的过程中势能全部转化为动能 B．小球到达c处不具有动能
C．小球停在d处势能减小0.12J D．这一过程能量不守恒
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第6讲 能量的转化和守恒
【考情分析】
考点（知识点） 重要程度 考情分析 本讲教学目标 升学教学目标
燃料的热值 ★★☆ 理解能力 理解 理解
热机的效率 ★☆☆ 计算能力、逻辑思维能力 掌握 掌握
注:★☆☆:普通考点知识点；★★☆：中考、高考高频考点；★★★：中高考重点、难点、必考点；
【知识导图】
【知识梳理】
知识点一：能量的转化与转移
1.能量的存在形式
2.能量的转化
在一定条件下，能量可以从一种形式的能量转化为另一种形式的能量，这种现象叫能量的转化。自然界转化各种形式的能，在一定条件下都可以相互转化。如图为能量转化示意图。
3.能量的转移
能量可以从一个物体转移到另一个物体，也可以从物体的一部分转移到另一部分。例如，在热传递过程中，内能从高温物体转移到低温物体，或从物体的高温部分转移到低温部分，这属于能量的转移。
转化与转移的区别
（1）能量的转化：能量的转化时能的形式发生了改变。在能量转化过程中，一种形式的能量增加了，必然其他形式的能量减少了。
（2）能量的转移：能量的转移是指能量从一个物体转移到另一个物体，或从物体的一部分转移到另一部分，能量的形式没有改变。
题型一：能量的转化
【例1】我国大力发展火力发电，火电站进的是煤，出的是电，在这个过程中能量的转化是（ ）
A．机械能内能化学能电能
B．化学能内能机械能电能
C．化学能重力势能动能电能
D．内能化学能机械能电能
【答案】B
【详解】火力发电是通过煤的燃烧，将燃料的化学能转化为水的内能，水蒸气膨胀做功转化为涡轮的机械能，涡轮带动发电机转动将机械能转化为电能，故整个过程的能量转化是：化学能内能机械能电能，故B符合题意，ACD不符合题意。
故选B。
[变式1]（多选）下列事例中，属于内能转化为机械能的是（ ）
A．水壶中的水沸腾后，壶盖被水蒸气顶起
B．热机工作时的做功冲程
C．用气筒给自行车胎打气时，气筒壁会发热
D．流星与空气摩擦生热、发光
【答案】AB
【详解】A．水壶中的水沸腾后，壶盖被水蒸气顶起是水的内能转化为壶盖的机械能，故A符合题意；
B．热机工作时的做功冲程是将汽油的内能转化为内燃机的机械能，故B符合题意；
C．用气筒给自行车胎打气时，气筒壁会发热是将机械能转化为内能，故C不符合题意；
D．流星与空气摩擦生热、发光是机械能转化为内能，故D不符合题意。
故选AB。
[变式2]从能的转化角度看，电源是把其他形式的能转化为电能的装置，如干电池把___________能转化为电能；电风扇工作时将电能主要转化为_________能。
【答案】 化学 机械
【详解】[1]干电池是消耗内部的化学能，转化为电能，所以是将化学能转化为电能。
[2]电风扇工作时需要通电，通电之后旋片开始转动，所以是电能主要转化为机械能。
题型二：能量的转移
【例2】童年时将踩瘪但没有破裂的乒乓球放入热水中，球内气体通过__方式增加内能使气压增大，瘪下去的部分很快恢复了原状。从能量的角度看，这是内能的__（选填“转移”或“转化”）过程。
【答案】 热传递 转移
【详解】[1][2]将将踩瘪但没有破裂的乒乓球放入热水中，温度高的热水将热量转移给温度低的乒乓球，通过热传递的方式使乒乓球的内能增大，是能量的转移。
[变式1]下列关于能量的说法中（ ）
①燃料燃烧时，化学能转化为内能；
②加热电器工作时，内能转化为电能；
③烤火取暖，说明内能可以转移；
④能量无论是转化还是转移，能量总和会逐渐减少
A．只有①③正确 B．只有①②正确 C．只有③④正确 D．只有②④正确
【答案】A
【详解】①燃料燃烧时，消耗化学能，得到内能，化学能转化为内能，故①正确；
②加热电器工作时，消耗电能，得到内能，电能转化为内能，故②错误；
③烤火取暖，是用热传递的方式改变内能，说明内能可以转移，故③正确；
④根据能量守恒知，能量在转化和转移的过程中，能量的总量会保持不变，故④错误。
故选A。
[变式2]下列四种现象中，只发生能的转移而不发生转化的过程是（ ）
A．冬天，用手触摸户外的金属杆时的感觉很冷 B．烧水时，水蒸气顶起壶盖
C．给电动自行车的蓄电池充电 D．燃烧汽油，汽油机工作
【答案】A
【详解】A．冬天，用手摸户外的金属杆时手感觉到冷，是利用热传递来改变物体内能的，属于能量的转移，故A符合题意；
B．烧水时，水蒸气顶起壶盖，是利用内能做功，水蒸气的内能转化为壶盖的机械能，属于能量的转化，故B不符合题意；
C．给电动自行车的蓄电池充电，将电能转化为化学能，属于能量的转化，故C不符合题意；
D．汽油机工作时，汽油燃烧释放出大量内能，利用内能做功，将内能转化为机械能，属于能量的转化，故D不符合题意。
故选A。
知识点二：能量守恒定律
能量守恒定律
（1）能量守恒定律内容：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能量守恒定律是自然界最重要、最普遍的基本定律。大到天体，小到原子核，也无论是物理学问题还是化学、生物学、地理学、天文学的问题，所有能量转化的过程，都遵从能量守恒定律。
②能量守恒定律包括“能量转化”和“能量转移”两个方面。
（3）机械能守恒和能量守恒的区别与联系
（1）机械能守恒需要满足一定的条件，能量守恒不需要条件。
（2）机械能守恒是能量守恒的特殊情况。
2. 永动机
（1）不少人曾设想制造一种不需要动力就能源源不断地对外做功的机器，人们把这种机器叫做永动机。然而，从没有一种永动机成功过。
（2）能量守恒定律使人们认识到：任何一部机器，只能使能量从一种形式转化为其他形式，而不能无中生有地制造能量。因此，根本不可能制造出永动机。
题型三：能量守恒
如图所示，掉在地上的弹性小球会跳起，但是越跳越低。下列说法正确的是（ ）
A．弹性小球反复跳起落下过程中，小球机械能总量保持不变
B．小球越跳越低，说明小球的一部分机械转化为其它形式的能量
C．小球越跳越低，说明能量不可能是守恒的
D．小球越跳越低，最终会停止跳动，说明小球的机械能凭空消失
【答案】B
【详解】A．由图可知，小球运动过程中弹起的高度越来越小，这说明小球的机械能减少，故A错误；
BC．机械能减少的原因是克服与空气摩擦做功，与地面撞击做功，将机械能转化成了部分内能，但能量的总量是守恒的，故B正确，C错误；
D．能量既不会凭空产生，也不会凭空消失；根据能量守恒定律可知，所有能量转化的过程，都遵循能量守恒定律，故D错误。
故选B。
[变式1]掷实心球是某市的中考体育加试项目之一．如图所示，掷出去的实心球从a处出手后，在空中的运动轨迹如图所示，其中a、c两点距离地面的高度相同，球最终停在水平地面e点处．则实心球
A．实心球从a到b上升过程中，人对球做功
B．实心球在b处动能为零
C．实心球下落过程中，动能转化为重力势
D．实心球在a处的动能大于c处的动能
【答案】D
【分析】根据做功的两个必要因素分析是否做功；
动能的大小与物体的质量以及速度有关，质量越大、速度越大，动能越大；重力势能的大小和物体的质量以及物体所处的高度有关，质量越大、高度越高，重力势能越大；
由于存在空气阻力和摩擦力，即说明机械能是不守恒的．
【详解】A、实心球从a到b上升过程中，人不再对球施加力，所以对球不做功，故A错误；
B、实心球在b处仍然会向前（右）运动，所以具有动能，故B错误；
C、实心球下落过程中，重力势能减小，动能变大，重力势能转化为动能，故C错误；
D、由于存在空气阻力和摩擦力，机械能是逐渐减小的，实心球在a处和c处的高度是相同的，即重力势能相同，但a的机械能要大于c的机械能，则a点的动能要大于c点的动能，故D正确．
故选D．
[变式2]2023年泸州市中考体育测试中有必考、抽考和选考科目，包括短跑、跳绳、实心球、立定跳远、带足球绕杆、运篮球上篮等。以下关于体考中的物理知识，说法正确的是（ ）
A．学生在短跑过程中，机械能转化为化学能
B．学生带足球绕杆的运动，说明力可以改变物体的运动状态
C．学生投掷的实心球在飞行的整个过程中，动能一直在减小
D．学生在立定跳远的整个过程中，他的重力势能一直不变
【答案】B
【详解】A．学生在短跑过程中，化学能转化为机械能，故A错误；
B．学生带足球绕杆的运动，足球的运动方向和速度在发生改变，故足球的运动状态在发生改变，说明力可以改变物体的运动状态，故B正确；
C．实心球在飞行的整个过程中，动能是先增大后减小，故C错误；
D．学生在立定跳远的整个过程中，他的重力势能，先增加后减小，故D错误。
故选B。
题型四：永动机问题
【里4】记忆合金是一种特殊的材料，能够记住自身的形状，不论发生怎样的形变，稍微加热就会恢复如初。如图所示为“记忆合金魔轮”，安装在转轮上的记忆合金弹簧在高于其“转变温度”的水中缩短，在空气中伸长，在力的作用下，转轮便转动起来了。若在下面放上热水，魔轮就会不停地转下去，就制成了一个“永动机”。你认为这种方案______（选填“可行”或“不可行”），理由是______。
【答案】 不可行 “永动机”违背了能量守恒原理
【详解】[1][2]取一根弹簧为研究对象，我们研究它转动一周的过程。弹簧在水中吸收内能，大部分能量转换为转动的动能，该过程中弹簧还要克服空气和水的阻力做功，并且在空气中释放内能；该永动机需要外力来维持，违背了能量守恒原理，不可行。
[变式1]有人设计了如图所示的一台机器：在距地面一定高度处架设一个水槽，水从槽底的管中流出冲击水轮机，水的重力势能转化为水轮机的______ 能；水轮机的轴上安装有一个抽水机，抽水机把地面水槽里的水抽上去。根据能量转移和转化的相关原理可知，这个机器是______（能/不能）不停地转动的。
【答案】 动 不能
【详解】[1]在距地面一定高度处架设一个水槽，水从槽底的管中流出冲击水轮机，水的重力势能转化为水轮机的动能，使水轮机转动。
[2]能量不会凭空消失，或者产生，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。水轮机转动过程中，不断克服摩擦力做功，机械能不断减小，不能不停转动。
[变式2]如图所示，质量为40g的金属小球从导轨的a处自由滑下，依次经过b处、c处，最后到达d处时恰好停下。下列有关说法正确的是（ ）
A．小球从a到b的过程中势能全部转化为动能
B．小球到达c处不具有动能
C．小球停在d处势能减小0.12J
D．这一过程能量不守恒
【答案】C
【详解】A．小球由a到b过程中，质量不变，高度减小，速度增加，重力势能减小，动能变大，重力势能转化为动能；由于存在摩擦，克服摩擦做功，一部分重力势能转化为内能，所以重力势能不是全部转化为动能，故A错误；
B．小球运动到c处时在竖直方向上速度为0，但在水平方向上有一定的速度，动能不为0，故B错误；
C．小球停在d处势能减小的重力势能为
故C正确；
D．小球到达d点后停下，此时d点的高度要小于a点的高度，所以d的机械能要小于a点的机械能，由此可知，小球在滚动的过程中机械能是逐渐变小的，机械能不守恒，但总能量是守恒的，故D错误。
故选C。
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