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第8节 能量的转化与守恒
考点一、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。
典例1：（2023九上·金华期末）瀑布从高峰倾泻而下，驱动发动机转动发电，在此过程中，能量转化的顺序为（ ）
A． 动能→重力势能→ 电能
B． 重力势能 →动能 → 电能
C．电能 →重力势能 →动能
D．重力势能 → 电能 →动能
【答案】B
【解析】根据能量转化的知识分析判断。
【解答】瀑布从高峰倾泻而下时，将水的重力势能转化为动能；驱动发动机转动发电，则将动能转化为电能，故B正确，而A、C、D错误。
变式1：（2023九上·余姚期末）下列过程中，电能转化为化学能的是（ ）
A．电流通过电炉加热化工原料
B．电流通入化工厂的电动机
C．蓄电池充电时
D．燃料电池工作
【答案】C
【解析】电池工作时是将化学能转化成电能再转化成其他形式的能。蓄电池充电时是将电能转化成化学能。
【解答】A、电流通过电炉加热化工原料，是电能转化为热能，故A错误；
B、电流通入化工厂的电动机，是电能转化为动能，故B错误；
C、蓄电池充电时，是电能转化为化学能，故C正确；
D、燃料电池工作，是化学能转化为电能，故D错误。
变式2：（2022九上·镇海区期末）“铝箔秋千”是一个U形铝箔框，其两端通过回形针与干电池两端相连，置于磁铁上方，如图所示。通电时，铝箔框就会朝一个方向摆动。
（1）“铝箔秋千”通电摆动时，电能转化为 能和内能。
（2）要改变“铝箔秋千”通电时的摆动方向，请写出一种方法： 。
【答案】（1）机械（2）改变电流的方向
【解析】（1）根据能量转化的知识分析；
（2）通电导体在磁场中的受力方向与磁场方向和电流方法有关，据此分析解答。
【解答】（1）“铝箔秋千”通电摆动时，电能转化为机械能和内能。
（2）要改变“铝箔秋千”通电时的摆动方向，可以改变电流的方向，也可以改变磁铁的放置方向。
变式3：（2023·宁波模拟）如图所示为高速公路旁的一处紧急避险车道，实则为向上的斜坡。当高速运行的车辆遇刹车失灵时，可以冲上避险车道使车辆停止。请你用所学科学知识分析：
（1）避险车道上铺上砂石，增大了 ，从而增大了摩擦力，使汽车能很快的停下来；
（2）刹车失灵的汽车冲上避险车道，汽车的动能转化成内能和 。
【答案】（1）接触面的粗糙程度（2）重力势能
【解析】（1）增大摩擦力的方法：①增大压力；②增大接触面的粗糙程度；
（2）重力势能与质量和高度有关，据此分析解答。
【解答】（1）避险车道上铺上砂石，增大了接触面的粗糙程度，从而增大了摩擦力，使汽车能很快的停下来；
（2）刹车失灵的汽车冲上避险车道，汽车的质量不变高度增大，则重力势能增大，那么汽车的动能转化成内能和重力势能。
考点二、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。
典例1：（2023·杭州模拟）过山车是杭州乐园里一项刺激有趣的项目。过山车会由机械将车体送至左侧高台上，推出高台后便不再提供动力，下列过山车模型中，一定无法到达右边平台的是（ ）
A． B．
C． D．
【答案】D
【解析】首先在不考虑摩擦和空气阻力时，根据各选项过山车在出发点速度是否为零，分别对过山车运行过程中能够达到的最高点与实际最高点相比较，即可分析出过山车能否通过最高点，如果过山车能够通过最高点，再比较右边平台高度与出发点高度的关系，确定能否到达右边平台；最后再结合实际运行过程中存在摩擦和空气阻力导致机械能减少进行判断哪个选项符合要求。【解答】在过山车运动过程中，发生动能和势能的相互转化，下降时重力势能转化为动能，上升时动能转化为重力势能。在实际运行中由于摩擦和空气阻力的存在，克服摩擦做功，部分机械能会转化为内能，导致过山车的机械能逐渐减少；设左侧平台的高度为h0；
A.图中过山车在出发点速度v0=v，不考虑摩擦和空气阻力时，过山车在运行过程中能够达到的最大高度必超过h0，在图中过山车整个运行过程中的任意一点的高度均小于h0，所以物体在整个运行过程中，动能不为零，速度均不为零，物体能够顺利到达右边平台。在实际运行中由于存在摩擦和空气阻力，会有部分机械能转化为内能，导致运行过程中机械能持续减少，如果损失的机械能不多，则依然有可能过山车顺利到达右边平台，故A不合题意；
B.图中过山车在出发点速度为零，不考虑摩擦和空气阻力时，过山车在运行过程中能够达到的最大高度为h0，在图中过山车整个运行过程中的任意一点的高度均小于h0，所以物体在整个运行过程中，动能不为零，速度均不为零，物体能够顺利到达右边平台。在实际运行过程中，肯定会有机械能的损失。如果机械能损失的不多，那么过山车可能到达右边平台，故B不合题意；
C.图中过山车在出发点速度v0=v，不考虑摩擦和空气阻力时，过山车在运行过程中能够达到的最大高度大于h0，图中过山车运行过程中的最高点超过h0，但只要过山车速度足够大，过山车依然能够通过最高点，到达右边平台；在实际运行中由于存在摩擦和空气阻力，会有部分机械能转化为内能，导致运行过程中机械能持续减少，如果损失的机械能不多，则依然有可能过山车顺利到达右边平台，故C不合题意；
D.图中过山车在出发点速度为零，不考虑摩擦和空气阻力时，过山车在运行过程中能够达到的最大高度为h0，在图中过山车运行过程中的最高点为h0，过山车到达最高点时的速度为零，由于惯性，过山车仍然能够经过最高点；在实际运行中由于存在摩擦和空气阻力，会有部分机械能转化为内能，导致运行过程中机械能持续减少，则过山车在到达最高点之前速度已经为零，过山车将不能通过最高点，一定无法到达右边平台，故D符合题意。
变式1：（2023·西湖模拟）如图弹簧左端固定，用力将木块压缩弹簧到O点，静止释放后木块在水平地面上向右滑行，经弹簧原长为S1点，继续滑行至S2点停下。木块从O点开始运动所经过的路程为S，则整个运动过程中木块和弹簧所具有机械能总量(E)与木块经过路程(S)的关系正确的是（ ）
A． B． C． D．
【答案】B
【解析】根据能量转化的知识，结合功的计算式W=fs分析判断。
【解答】在整个运动过程中，弹簧的弹性势能先转化为木块的机械能和内能，然后木块的机械能再全部转化为内能，即木块和弹簧具有的机械能总量是不断减小的，直至为零。木块减小的机械能等于克服摩擦阻力做的功，则木块和弹簧具有的机械能剩余量为：W'=E-fs=-fs+E。
观察发现，木块和弹簧具有的机械能剩余量与木块经过的路程s之间为一次函数关系，即图像为一条斜线，故B正确，而A、C、D错误。
变式2：（2023九上·柯城期末）各种形式的能量都不是孤立的，它们可以在一定条件下发生转化或转移。
（1）根据能量守恒定律，在能量发生转化或转移的过程中，能的总量是 的（填“变化”或“不变”）。
（2）能量的转化是有方向的，如图所示的几幅图按能量转化的顺序，正确的排列是 。
①树木 ②太阳 ③火力发电厂 ④空调
【答案】（1）不变（2）②①③④
【解析】 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。在转化和转移的过程中，能量的总量保持不变。能量的转化和转移有一定的方向性。
【解答】（1）在能量守恒定律中，能的总量是保持不变的。
（2）能量的转化和转移有一定的方向性，地球上能量的来源最终是来自于太阳，所以能量转化的顺序为太阳→树木→火力发电厂→空调。
变式3：如图甲轻质弹簧原长为2L，将弹簧竖直放置在地面上，在其顶端将一质量为m的物体由静止释放，当弹簧被压缩到静止时，弹簧长度为L。如图乙现将该弹簧水平放置，一端固定在A点，另一端与物块P接触但不连接。AB是长度为5L的光滑水平轨道，B端与半径为L的光滑半圆轨道BCD相切，用外力推动物块P，将弹簧压缩至长度L，然后释放，P开始沿轨道运动，问：
（1）从竖直放置在地面上的弹簧顶端，静止释放物块P，至弹簧被压缩后静止，物块P的重力势能转化为弹簧的 。（填能量形式）
（2）将弹簧压缩至长度L，然后放开，P开始沿轨道运动，能否到达“D”点？ （填“能”或“否”）。物块P达到最高点时的机械能大小为 焦耳。
【答案】（1）弹性势能（2）否；mgL
【解析】（1）物体由于发生弹性形变而具有的能量叫弹性势能；
（2）①在物块运动的过程中，表面光滑，则没有机械能损失，将压缩后物体获得的动能与D点时的重力势能大小进行比较即可；
②根据机械能守恒计算物体到达最高点时的机械能即可。
【解答】（1）弹簧被压缩后发生弹性形变，从而产生弹性势能，因此物体的重力势能转化为弹簧的弹性势能。
（2）①根据甲图可知，当弹簧长度缩短L时，物体向下运动距离为L，那么弹簧的弹性势能等于物体减小的重力势能mgL。在乙图中，弹簧被压缩长度为L，则弹簧的弹性势能为mgL，转化为物块的机械能，那么物体此时的机械能为mgL。圆弧的半径为L，则D点高度为2L，那么D点时物体的重力势能为2mgL。比较可知，物体获得的机械能小于D点的重力势能，因此不能达到D点；
②表面是光滑的，则物块没有机械能损失，那么到达最高点时的机械能为mgL。
考点三、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。
典例1：（2022九上·瑞安期中）汽油机的效率一般为20～30%，下列选项可能符合家用轿车等热机能量流向的是（ ）
A． B．
C． D．
【答案】D
【解析】根据计算出输出的机械能，再用Q散失=Q-W有计算出散失的热量即可。
【解答】汽油机的效率最高为30%，则输出的有用功为：W有=ηQ=30%×1000J=300J；
散失的热量为：Q散失=Q-W有=1000J-300J=700J。
变式1：（2022九上·杭州期中）下列关于能量转化和转移的实例中， 分析正确的是（ ）
A．燃料燃烧时发热，化学能转化为内能
B．水轮机带动发电机发电，电能转化为机械能
C．植物吸收太阳光进行光合作用，光能转化为内能
D．在热传递中，热量总是从内能多的物体传到内能少的物体
【答案】A
【解析】根据能量转化和转移的知识判断。
【解答】A.燃料燃烧时发热，化学能转化为内能，故A正确；
B.水轮机带动发电机发电，机械能转化为电能，故B错误；
C.植物吸收太阳光进行光合作用，光能转化为化学能，故C错误；
D.在热传递中，热量总是从温度高的物体传到温度低的物体，故D错误。
变式2：（2022九上·舟山月考）下列关于能量的转化和转移说法正确的是（ ）
A．为车胎打气时，气简壁发热与热机的做功冲程一样，均是机械能转化为内能
B．燃料燃烧过程是内能转化为化学能的过程
C．热传递过程中，热量从内能多的物体转移到内能少的物体
D．充气气球开口放气在空中飞舞，气体将内能转化为机械能，气体对外做功了
【答案】D
【解析】根据对能量转化和转移的知识判断。
【解答】A.为车胎打气时，活塞压缩空气做功，将活塞的机械能转化为内能，则气筒壁发热，与热机的压缩冲程一样，故A错误；
B.燃料燃烧过程是化学能转化为内能的过程，故B错误；
C.热传递过程中，热量从温度高的物体转移到温度低的物体，故C错误；
D.充气气球开口放气在空中飞舞，气体将内能转化为机械能，气体对外做功了，故D正确。
变式3：（2022·浙江绍兴·中考真题）汽车在给人们的出行带来便利的同时，也带来了能源消耗、尾气污染等问题。
材料一：图是一辆小汽车行驶时的能耗分配图、汽油在汽缸内完全燃烧时放出的能量，大约只有13%用于驱动汽车前进，而其余87%的能量则被损耗掉了。
材料二：排出的尾气除了CO2，H2O外，还有CO、NO、NO2及未燃烧的碳复化合物等有害气体。
结合材料：
（1）对汽车行驶时能量形式的转化与损耗途径作出分析。
（2）请从节能、减排等方面对燃油汽车提出技术改进建议。
【答案】（1）见解析；（2）见解析
【解析】（1）汽车行驶时能量转化分析：汽油的化学能→气体的内能→活塞的动能→汽车的机械能。
损耗途径分析：绝大部分是以热能形式报失；部分未完全燃烧的碳氢化合物损失；少量汽油蒸发损失。
（2）技术改进建议：减少散热器、排气管和发动机的热损失；减少汽油的蒸发；使汽油能充分燃烧；研制和使用混合动力或纯电动的新能源汽车。
1．（2023·永嘉模拟）如图为桌球运动员击打白球后，白球撞击黑球的运动轨迹图，其中乙和丁点为两球撞击后的瞬间，最终分别停留在丙点和戊点。假设黑白两球完全一样，桌面粗糙程度相同。下列有关不同点对应小球机械能大小关系错误的是（ ）
A．乙>丁 B．乙>丙 C．甲>乙+丁 D．丙=戊
【答案】C
【解析】根据能量转化的知识分析判断。
【解答】A.乙处的白球撞击黑球后，黑球运动，白球继续运动到丙停下来，则乙处白球的能量=丁处黑球的能量+乙球剩余的能量，因此小球的机械能乙＞丁，故A正确不合题意；
B.白球从乙到丙时，要克服摩擦做功，将机械能转换为内能，因此机械能乙＞丙，故B正确不合题意；
C.白球从甲到乙时，要克服摩擦做功，将机械能转换为内能，则甲的机械能=乙的机械能+摩擦做功。而丁的机械能由乙转化而来，因此丁的机械能肯定小于乙，但是可能大于从甲到乙的摩擦做功，因此机械能可能甲＜乙+丁，故C错误符合题意；
D.小球在丙和戊位置时都静止下来，机械能都为零，故D正确不合题意。
2．（2023·杭州模拟）汽车开动和人的生命活动都需要能量，能量是各种运动的量度。给汽车开动和人的生命活动提供能量的两个过程如图所示，下列分析错误的是（ ）
A．都通过氧化反应释放出能量
B．都将其他形式的能转化为化学能
C．都参与自然界的碳循环和氧循环
D．都遵循能量的转化和守恒定律
【答案】B
【解析】（1）根据氧化反应的分类来分析；
（2）根据化学反应中的能量变化来分析；
（3）根据燃烧与呼吸作用来分析；
（4）根据能量守恒来分析。【解答】A.人的呼吸作用是缓慢氧化，汽油的燃烧是剧烈氧化，都属于氧化反应释放能量，故A正确不合题意；
B.燃烧和呼吸作用都是将化学能转化为其他形式的能，故B错误符合题意；
C.含碳燃烧可将氧气转化为二氧化碳，呼吸作用将氧气转化为二氧化碳，因此这两个过程都参与自然界的碳循环和氧循环，故C正确不合题意；
D.化学变化都遵循能量的转化和守恒定律，故D正确不合题意。
3．（2023·杭州模拟）物质发生化学变化时伴随有能量变化。下列说法正确的是（ ）
A．化学反应过程中都会有放热现象
B．人类利用的能量都是通过化学反应获得的
C．化学能可转变成电能，如天然气燃料电池已被应用于城市客车的驱动电源
D．石蜡熔化、钢铁锈蚀都包含物质的缓慢氧化
【答案】C
【解析】化学反应中可能放热，也可能吸热；通过化学反应可以实现能量的转化。
【解答】A、有的化学反应吸热，有的化学反应放热，A错误；
B、人类利用的能量可通过化学反应获得，也可通过其它途径获得，如风能、太阳能等，B错误；
C、天然气燃料电池使用时，化学能转变成电能，C正确；
D、石蜡熔化是物理变化，钢铁锈蚀属于缓慢氧化，D错误；
4．（2023·湖州）2023年5月11日，天舟六号货运飞船与空间站完成对接。这是我国改进型货运飞船首发船，其发射成功意义重大。下列说法正确的是（ ）
A．起飞时，燃料的化学能全部转化为火箭的机械能
B．对接完成后，以空间站为参照物，飞船是静止的
C．货物从地面运到空间站，其质量与重力都保持不变
D．完成对接后，空间站绕地球运动时运动状态保持不变
【答案】B
【解析】（1）根据能量转化的知识判断；
（2）根据参照物的知识判断；
（3）根据质量和重力的特点判断；
（4）运动状态改变包括：静止变运动，运动变静止，速度大小改变和运动方向改变。
【解答】A.起飞时，燃料的化学能不能全部转化为火箭的机械能，因为热量有损失，故A错误；
B.对接完成后，以空间站为参照物，飞船的位置保持不变，因此它们是静止的，故B正确；
C.货物从地面运到空间站，虽然位置发生改变，但是质量不变。所有的物体在太空中都处于失重状态，因此重力会减小为零，故C错误；
D.完成对接后，空间站绕地球运动时，速度大小和方向不断改变，那么它的运动状态保持不断改变，故D错误。
5．（2023·定海模拟）如图所示，某同学用注射器疏通篮球的气门芯。把针头插入篮球中，发现注射器活塞自动弹出，飞行一段距离。下列有关说法正确的是（ ）
A．该过程中活塞的机械能守恒
B．活塞在飞行过程中受到篮球的推力
C．该过程中篮球内气体内能增加
D．飞行过程中，活塞的运动状态发生了改变
【答案】D
【解析】（1）根据能量转化的知识判断；
（2）对活塞进行受力分析即可；
（3）物体对外界做功，内能减小；外界对物体做功，内能增大；
（4）运动状态的改变包括：由静止变运动，由运动变静止，运动速度大小变化和运动方向变化。
【解答】根据图片可知，活塞在飞行过程中，克服空气阻力做功，将机械能转换为内能，故A错误；
活塞在飞行过程中，与篮球分离，不受篮球的推力，故B错误；
篮球内气体对活塞做功，将内能转换为机械能，因此活塞的内能减小，故C错误；
飞行过程中，活塞的运动方向和速度不断发生改变，即运动状态发生改变，故D正确。
6．（2023·宁波模拟） 2022年，工程师开发出一种“可穿戴微电网”，当人体运动时，穿戴设备通过摩擦发电，这些电可以收集并存储起来为小型电子设备供电。“可穿戴微电网”摩擦发电过程中的能量转化是 能转化成电能，该过程中能量 (填“守恒”或“不守恒”)。
【答案】机械；守恒
【解析】（1）根据能量转化的知识解答；
（2）根据能量转化和守恒定律分析解答。
【解答】“可穿戴微电网”摩擦发电过程中的能量转化是机械能转化成电能，该过程中能量守恒。
7．（2023九上·宁海期末）阳光给我们送来了光和热，阳光是地球上万物生长之源，没有阳光
（1）太阳的热是以 方式来到地球的。（选填“热传导”、“热辐射”或“热对流”）
（2）如图所示为某型号太阳能路灯：其顶层是太阳能电池板，下方是电子节能灯。太阳能电池板在工作时是将太阳能转化为 能。
【答案】（1）热辐射
（2）电
【解析】（1）根据热的传导方式的知识解答；
（2）根据能量转化的知识分析解答。
【解答】（1）太阳的热是以热辐射方式来到地球的。
（2）太阳能电池板在工作时是将太阳能转化为电能。
8．（2023九上·嘉兴期末）如图是小嘉制作的“能的转化与守恒”概念图（部分），请完成以下问题。
（1）请你在概念图中填入合适的内容① ② 。
（2）当人沿竹竿下滑时，人的重力势能有一部分转化为手和竹竿的内能，使手和竹竿的温度升高，但相反的过程不会自发地发生。这是因为能量的转化具有 。
【答案】（1）机械能；做功
（2）方向性
【解析】（1）根据机械能的定义解答。根据能量转化的形式解答。
（2）根据能量转化和转移的方向性解答。
【解答】（1）动能和势能统称为机械能，故①为机械能。能量通过做功的形式进行相互转化，故②为做功。
（2）当人沿竹竿下滑时，人的重力势能有一部分转化为手和竹竿的内能，使手和竹竿的温度升高，但相反的过程不会自发地发生。这是因为能量的转化具有方向性。
9．（2023九上·温州期末）把一个篮球竖直向上抛出，运动到最高点并下落。A、B是篮球运动轨迹中的两个点，其动能和重力势能如表所示。
A点 B点
动能/J 7 9
重力势能/J 6 5
（1）篮球B处往A处的运动方向可能是
。
（2）A点与B点的篮球机械能不等，减少的机械能转化为
。
【答案】（1）篮球由B点上升到A点（2）内能
【解析】（1）在篮球的运动过程中，由于与空气摩擦，因此机械能会不断转化为内能，据此比较A、B两点机械能的大小即可；
（2）根据机械能和内能的转化解答。
【解答】（1）根据“机械能=动能+重力势能”可知，A点的机械能为13J，B点的机械能为14J。由于篮球运动时机械能肯定不断减小，因此篮球从B点运动到A点。由于A点的重力势能大于B点，因此篮球的高度在增大，即篮球从B点上升到A点。
（2）A点与B点的篮球机械能不等，减少的机械能转化为内能。
10．（2023·衢州模拟）阅读材料并回答问题：
材料一：1970年4月，长征一号运载火箭（如图甲）成功发射东方红1号卫星开始到现在，我国火箭研究与应用处于世界领先水平。
材料二：现代火箭大多是利用喷气发动机（如图乙）升空的，而喷气发动机是利用燃料在燃烧室中燃烧，燃气经喷管向后高速喷出，从而获得向前的动力。
（1）如图甲所示，火箭上升过程中与大气摩擦产生大量的热，这是通过 的方式改变物体的内能。
（2）在喷气发动机工作的过程中，能量的转化是 。
【答案】（1）做功（2）化学能转化为机械能
【解析】（1）改变物体内能的方式：做功和热传递；
（2）根据能量转化的知识解答。
【解答】（1）如图甲所示，火箭上升过程中与大气摩擦产生大量的热，这是通过做功的方式改变物体的内能。
（2）在喷气发动机工作的过程中，能量的转化是化学能转化为机械能。
11．（2023·温州模拟）随着电动汽车的进一步发展，越来越多的家庭开始购买电动汽车，并安装汽车充电桩。
（1）电动汽车充电过程中，电能主要转化为 。
（2）如图乙所示为铁电池与锌锰电池放电曲线。与锌锰电池相比，铁电池的优点有 （列举一点）。
（3）铁电池一次充电后能提供 50 千瓦时电能，其电能转化率为 80%，若电动车保持最大牵引力 1800N，理论上充一次电能航行的路程为 米。
【答案】（1）化学能（内能）
（2）放电时间长或电压更稳定
（3）80000
【解析】（1）根据能量转化的知识解答；
（2）从放电时间长短和电压的稳定性等角度分析；
（3）根据W有=Wη计算转化成的机械能，最后根据计算航行的路程。
【解答】（1）电动汽车充电过程中，电能主要转化为化学能（内能）。
（2）如图乙所示为铁电池与锌锰电池放电曲线。与锌锰电池相比，铁电池的优点有：放电时间长或电压更稳定。
（3）铁电池一次充电后转化而成的机械能：W有=Wη=50×3.6×106J×80%=1.44×108J；
理论上充一次电航行的路程为：。
12．（2022九上·舟山月考）如图轻质弹簧原长为2L，将弹簧竖直放置在地面上，在其顶端将一质量为m的物体由静止释放，当弹簧被压缩到静止时，弹簧长度为L，现将该弹簧水平放置，一端固定在A点，另一端与物块P接触但不连接。光滑水平轨道与光滑半圆轨道相切。AB是长度为5L的水平轨道，B端与半径为L的光滑半圆轨道BCD相切，用外力推动物块P，将弹簧压缩至长度L，然后释放，P开始沿轨道运动，问：
（1）从竖直放置在地面上的弹簧顶端，静止释放物块P，至弹簧被压缩后静止，物块P的重力势能转化为弹簧的 能；
（2）将弹簧压缩至长度L，然后放开，P开始沿轨道运动，能到达的最高位置 （图中字母表示），此时到达该位置具有 能，大小为 。
【答案】（1）弹性势
（2）C；重力势；mgL
【解析】（1）物体由于发生弹性形变而具有的能量叫弹性势能；
（2）根据能量转化的知识计算出弹簧水平压缩到L时具有的弹性势能，再确定最终物体的高度。根据W=Gh计算物体具有的重力势能。
【解答】（1）从竖直放置在地面上的弹簧顶端，静止释放物块P，至弹簧被压缩后静止，物块P的重力势能转化为弹簧的弹性势能；
（2）将质量为m的物体放在弹簧上静止时，弹簧长度为L，此时弹簧缩短：2L-L=L。
此时弹簧的弹性势能等于物体下落L减小的重力势能，即为W=Gh=mgh。
在水平面上，将同一弹簧压缩到L，则此时弹性势能为mgh；
根据能量转化和守恒定律可知，当物体到达最高点时，物体具有的重力势能肯定等于弹簧的弹性势能，即大小为mgh。因为半圆形轨道的报警为L，所以能达到的最高位置为C。
13．（2022·浙江杭州·一模）如图所示，一段粗糙程度相同的水平面和一个光滑的圆弧槽在B点处相连。质量为m的物体，以一定的速度从A点出发，最高到达离水平面高度为h的C点，然后下滑，经B点后停在D点；D点恰为AB的中点。（忽略空气阻力）
（1）物体从A点到B点的过程中，受到的摩擦力方向是水平向___________；
（2）物体从B点到C点的过程中，能量转化的情况是___________；
（3）物体从A点出发到停在D点的过程中，克服摩擦力做的功是___________。
【答案】左 动能转化为重力势能 3mgh
【解析】（1）[1]物体从A点到B点的过程中，受到的摩擦力方向与物体相对水平面运动的方向相反，即水平向左。
（2）[2]物体在B点时有一定的速度，具有一定的动能，到C点的过程中，其速度为0，动能为0，具有一定的高度，重力势能最大，故物体从B点到C点的过程中，能量转化的情况是动能转化为重力势能。
（3）[3]因BC段光滑，故物体在这段路程中机械能守恒（没有克服摩擦力做功），从C点到B点，重力做的功为W=mgh
物体做功的过程就是能的转化过程，物体下滑到B点时重力势能全部转化为动能，即B点的动能为mgh，已知物体经B点后停在D点（动能为0），故这个过程中克服摩擦力做的功为动能减小量，即为mgh；AB段粗糙程度相同，物体对水平面的压力相同，根据影响滑动摩擦力大小的因素可知，物体在水平面上运动时受到的滑动摩擦力大小保持不变，因AD=DB，根据W=fs，故从A点出发运动到D点克服摩擦力做的功等于物体从B点运动D点做的功，等于物体从D点运动B点做的功,故物体从A点出发到停在D点的过程中，克服摩擦力做的功是W总=3W=3mgh
14．（2023·江山模拟）碳排放一般指温室气体排放，造成温室效应，使全球气温上升。我国体现大国责任，推动以二氧化碳 为主的温室气体 减排。二氧化碳排放力争2030年前达到峰值，力争2060年前实现碳中和。
（1）植物的光合作用是自然界消耗二氧化碳的最重要途径之一，人们称其为地球上最重要的能量转化过程：
①写出植物光合作用的文字表达式： ；
②此转化过程是否遵守能量守恒定律？ （选填“遵守”或“不遵守”）；
（2）你能为实现“碳中和”目标做些什么？（至少2点） 。
（3）为实现“碳中和”目标，未来，风能、太阳能和生物质能将成为主要的能源来源。某小区路灯利用与太阳能电池板相连的蓄电池作电源，其电压为、容量为（表示安小时），若路灯的规格为“12V24W”。如果电池充满后给灯泡供电，电量下降至20%停止工作，电池充满一次可以供路灯工作多少小时？
【答案】（1）二氧化碳+水有机物+氧气；遵守
（2）绿色出行、随手关灯。
（3）路灯的规格为“12V，24W”，路灯的额定电流是，
如果电池充满后给灯泡供电，电量下降至20%停止工作，电池充满一次可以供路灯工作的时间是：
。
【解析】（1）①根据二氧化碳和水在光照、叶绿体的作用下反应生成有机物和氧气进行分析；
②根据自然界的能量是守恒的进行分析；
（2）根据生活中常见的减少二氧化碳的排放的方法进行解答；
（3）根据P=UI，按路灯的规格计算出路灯的电流，然后计算工作的时间。
【解答】
（1）①二氧化碳和水在光照、叶绿体的作用下反应生成有机物和氧气，文字表达式为：二氧化碳+水有机物+氧气 ；
②自然界的能量是守恒的，所以这个过程能量守恒；
（2）为实现“碳中和”目标的做法是：绿色出行、随手关灯、使用节能灯、不使用一次性的筷子和包装袋、节约用水和用粮、少开空调。
13．（2022·萧山模拟）“轴（元素符号为U)”是存在于自然界中的一种稀有化学元素，最常见的两种同位素为U-235和U-238，其中U-235具有放射性。根据国际原子能机构的定义，丰度为3%的U-235为核电站发电用低浓缩轴，U-235丰度大于80%的轴为高浓缩轴，其中丰度大于90%的称为武器级高浓缩轴，主要用于制造核武器。仙矿中U-235含量极低，只占0.64%，绝大部分是U-238，占了99.2%。目前从轴矿中提取U-235的主要方法是“气体扩散法”，即让这两种原子处于气体状态，利用U-235原子和U-238原子运动速度略有不同而逐渐分离。分离次数越多U-235的浓度就越大。受2011年发生的大地震及海影响，日本福岛第一核电站1至3号机组维芯熔毁。截至目前，已储存了125万吨核污水。丧心病狂的日本政府，不顾国内外反对声浪，在其它手段没有用尽的前提下，坚持决定在2023年夏开启“核废水排海”计划，请根据以上信息分析：
（1）U-235和U-238在原子结构上的主要区别 。
（2）用气体扩散法分离U-235和U-238的方法，属于 （选填“物理变化”、“化学变化”、“原子核裂变”)。在气体状态时，U-235的运动速度 AU-238(选填“大于”、“等于”或“小于”)，你判断的依据是 。
（3）如图是核电站的工作原理图，在机组反应维芯中的锆合金Zr能与水蒸气反应，产生ZrO2和一种可燃性气体，其反应方程式为： 。核电站在发电的过程中，能量的转化过程为
A.核能→机械能→内能→电能B.核能→内能→机械能→电能
C.核能→电能→内能→机械能D.核能→电能→机械能→内能
（4）福岛核电站的废水中含有大量的放射性碘-131和铯-137，一旦排放后，在海洋环境中，放射性物质会通过 最终进入人体，在人体内富集。并对人体基因造成损害。这种类型的伤害 遗传给下一代（选填“会”或“不会”）。
【答案】（1）中子数不同
（2）物理变化；大于；微粒质量越大，惯性越大，其运动状态改变越困难
（3）Zr+2H2O=ZrO2+2H2；B
（4）食物链；会
【解析】（1）同位素是指质子数相同而中子数不同的同一元素的不同原子互称为同位素；
（2）物理变化和化学变化的区别为有无新物质生成的变化；
（3）核电站在发电的过程中，能量的转化过程为核能→内能→机械能→电能；
（4）有毒物质会随着食物链逐渐累积。
【解答】（1） U-235和U-238 同位素的中子数不同‘
（2） 气体扩散法分离U-235和U-238的方法属于物理变化，质量小的速度大，故在气体状态时，U-235的运动速度大于AU-238；判断的依据是微粒质量越大，惯性越大，其运动状态改变越困难；
（3）反应方程式为：Zr+2H2O=ZrO2+2H2 ；能量转化过程为核能→内能→机械能→电能（B）；
（4） 海洋环境中，放射性物质会通过 食物链进入人体， 这种类型的伤害会遗传给下一代。
16．（2023·路桥模拟）地铁建造过程中需要将树木进行迁移，施工完成后再进行恢复。如图甲所示为吊车吊运树木恢复绿化的场景，吊车吊臂前端的滑轮组装置可以等效为乙图。若被吊树木的质量为80千克。（不计动滑轮重力、绳重和一切摩擦）
（1）关于树木迁移的细节，下列叙述正确的是 。
A．移栽时根部带一个土坨，有利于保护根毛
B．阴天移载有利于降低蒸腾作用
C．移裁时剪去部分枝叶是为了减弱呼吸作用
D．移栽后给树木“挂吊瓶”可补充水和无机盐
（2）将树木匀速抬高2米，钢丝绳自由端拉力F所做的功是多少？
（3）地铁隧道一般是两边高中间低，如图丙所示。这样有利于节能，出站的列车由于下坡而很快地提高速度，进站的列车借助于上坡来降低速度，这种建造方法在运营时更加节能降耗。请说出这样节能的理由 。
【答案】（1）A；B；D
（2）图中的滑轮组有两段绳子承担重物的重，所以拉力方向上移动的距离为s＝2h＝2×2m＝4m；
不计动滑轮重力、绳重和一切摩擦，拉力为：
拉力所做功为：W＝Fs＝400N×4m＝1600J
（3）利用动能和势能的相互转化
【解析】树木的迁移时，根部带一个土坨，有利于保护根毛，根毛是植物吸收水分和无机盐的主要部位，阴天移栽有利于降低植物的蒸腾作用，移栽时剪去部分枝叶是为了减弱植物叶的蒸腾作用，避免散失更多的水分同时 移栽后给树木“挂吊瓶”可补充水和无机盐 ；定滑轮的作用是改变力的方向，但是不省力；动滑轮的特点是不改变力的方向，但是可以省力；动能的影响因素的是质量和速度，质量越大，速度越大，动能越大；重力势能的影响因素是质量和高度，质量越大，高度越高，重力势能越大；
【解答】（1）树木迁移的细节中ABD都是正确的，C中移栽时剪去部分枝叶是为了减弱植物叶的蒸腾作用，避免散失更多的水分；
（2） 图中的滑轮组有两段绳子承担重物的重，所以拉力方向上移动的距离为s＝2h＝2×2m＝4m；
不计动滑轮重力、绳重和一切摩擦，拉力为：
拉力所做功为：W＝Fs＝400N×4m＝1600J
（3）动能的影响因素的是质量和速度，质量越大，速度越大，动能越大；重力势能的影响因素是质量和高度，质量越大，高度越高，重力势能越大；此设计利用了动能和势能的转化来实现的；向下运动时，重力势能转化为动能，速度加快；向上运动时，动能转化为车的重力势能，速度减慢；
故答案为：（1）ABCD
（2） 图中的滑轮组有两段绳子承担重物的重，所以拉力方向上移动的距离为s＝2h＝2×2m＝4m；
不计动滑轮重力、绳重和一切摩擦，拉力为：
拉力所做功为：W＝Fs＝400N×4m＝1600J
（3）利用动能和势能的相互转化
17．（2021·浙江·舟山市定海区第二中学九年级阶段练习）2021年5月15日，天问一号火星探测器所携带的祝融号火星车及其着陆组合体，成功降落在火星北半球的乌托邦平原南部。已知祝融号火星车机身是可升降的主动悬架结构，能自由转向，六个轮子均能独立驱动，火星车的质量为240kg，根据信息回答下列问题：
（1）图中火星车采用的材料中含有铝合金，铝的化学性质很活泼，但铝制品却很耐腐蚀的原因是_______________________________________________________________________。
（2）距离火星10千米的高空巨大的降落伞在火星上空打开，速度骤降，直至安全着陆火星，在此过程中祝融号火星车重力做了多少功？________________________（火星车质量不变，火星引力约为地球引力的三分之一，地球表面g=10N/kg）
（3）火星车上有太阳能光电板和锂离子蓄电池组，为火星车提供充足的能量供应和储备。
①太阳能光电板工作时将太阳能转化为____________________。
②为了满足火星车夜间用电需求，还装有锂离子蓄电池组。若夜间所需要的电能由4组蓄电池组提供，每组蓄电池组参数如表所示。
输出电压 150V
容量 5000mAh
若在太阳光的照射下，火星车太阳能光电板平均每小时每平方米吸收太阳能3×106J，它吸收的太阳能最终有40%转化为电能，如果每天光照10小时，其中40%电能用于对蓄电池充电，要将这四组蓄电池充电50%，太阳能光电板的面积至少为多少平方米？________________________
（4）火星与月球的距离比火星与地球的距离近。未来，假如我过客在月球基地发射火星探测器——“天问N号”，与在地球发射相比，运载火箭携带的燃料将大幅减少，请从能量的角度予以解释（写两点）。________________________
【答案】铝制品会与氧气反应在表面形成一层致密氧化膜，可防止铝进一步被氧化 8×106J 电能 1.125m2 在月球上发射比在地球上发射克服重力做功少；月球表面没有大气无需克服摩擦力做功
【解析】（1）[1]铝的化学性质很活泼，但铝制品却很耐腐蚀的原因是：铝制品会与氧气反应在表面形成一层致密氧化膜，可防止铝进一步被氧化。
（2）[2]在此过程中祝融号火星车重力做功
（3）[3]①太阳能光电板工作时将太阳能转化为电能；
[4]②4组蓄电池充满电的电能为
则充电为50%时，蓄电池中储存的电量为
设太阳能光电板的面积至少为S，则
解得S=1.125m2
（4）[5]因为在月球上发射比在地球上发射克服重力做功少和月球表面没有大气无需克服摩擦力做功，所以与在地球发射相比，运载火箭携带的燃料将大幅减少。
18．（2023·乐清模拟）我国西部地区的青海省塔拉滩，土地呈半荒漠化，寸草不生，不适宜人们居住，但中国建设者们通过多年的努力，将这里打造成了全球最大的光伏发电园区，一年可发电量达14.94亿千瓦时，减少二氧化碳排放约122.66万吨，生态环境得到极大的改善（如图)。
资料一：塔拉滩地势平缓，土地辽阔，阳光辐射强烈，日照时间长。光伏发电板板面太阳辐射越强或遮挡越少，发电量越多；温度越高，发电量越低。
资料二：建设者们将光伏发电板朝南倾斜一定角度；聘请当地牧民定期适时给光伏发电板清洗；植物长出后，牧民将羊群赶至园区吃掉过于茂盛的杂草。在附近的龙羊峡水电站修建水库，将日间剩余发电量输送过去，利用水泵将水库蓄满。
结合上述信息并综合运用所学知识，对建设者们打造光伏园区的相关措施作出解释。
【答案】其他答案合理即可
满分示例：
①根据塔拉滩的地理环境，将光伏发电板建立在此，并朝南倾斜一定角度，有利于太阳直射，增强太阳辐射，提高发电量。
②聘请当地牧民定期清洗光伏发电板可以避免沙尘遮挡，清洁下来的水也有利于植物的生长。
③待植物生长过高遮挡光伏发电板时，利用羊群吃掉杂草。既给当地人民提供工作岗位，也带动畜牧经济。④光伏发电板阻挡了大风，遮挡了烈日，有利于植物吸收水分，进行光合作用。
⑤植物的蒸腾作用又能降低周围的温度，提高光伏发电板的发电量。
⑥利用光伏发电站日间剩余的电能将龙羊峡水电站的水输送到高处，待夜间和阴雨天时，通过水电站将水的机械能再转化为电能，合理利用资源。
(⑦建立发电量庞大的光伏发电站，有利于绿色能源的利用，减少环境的污染。)
【解析】 塔拉滩地势平缓，土地辽阔，阳光辐射强烈，日照时间长。 有利于发电； 建设者们将光伏发电板朝南倾斜一定角度，可以增加太阳辐射面积，有利于发电；聘请当地牧民定期适时给光伏发电板清洗，可以给植物提供水分，并且保证植物的存活，可以通过植物的蒸腾作用，降低周围的温度，提高发电量，而且带动了当地的就业；植物长出后，牧民将羊群赶至园区吃掉过于茂盛的杂草。 可以减少杂草对光伏发电板的遮挡，提高其发电量；在附近的龙羊峡水电站修建水库，将日间剩余发电量输送过去，利用水泵将水库蓄满，待夜间和阴雨天时，通过水电站将水的机械能再转化为电能，合理利用资源。
19．（2023九上·余姚期末）图甲是2022北京冬奥会自由式滑雪大跳台，在自由式滑雪大跳台运动过程中涉及到的能量变化和运动轨迹可用图乙简化分析，图乙中木块以一定的速度滑过A，B点，到C点滑出下落至D点。A和B， C和D之间的垂直距离均为h且AB=BC (AB、BC两个面粗糙程度相同)。若空气阻力忽略不计，假定木块滑下AB斜面时重力所做的功全部转化为克服摩擦所做的功，请你分析木块从A运动到D的过程中动能的变化情况。
【答案】AB段：木块滑下AB斜面时重力所做的功全部转化为克服摩擦所做的功，则木块的动能不变；
BC段：由于克服BC段摩擦做功，导致动能减小；
CD段：不计空气阻力，重力势能全部转化为动能，动能增加.
【解析】在木块运动过程中，如果重力做功大于克服摩擦做功，那么会有重力势能转化为动能，即动能增大；如果二者相等，那就动能不变；如果只有克服摩擦做功，那么动能会减小，据此分析解答。
思维导图
典例分析
举一反三
典例分析
举一反三
典例分析
举一反三
课后巩固
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第8节 能量的转化与守恒
考点一、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。
典例1：（2023九上·金华期末）瀑布从高峰倾泻而下，驱动发动机转动发电，在此过程中，能量转化的顺序为（ ）
A． 动能→重力势能→ 电能
B． 重力势能 →动能 → 电能
C．电能 →重力势能 →动能
D．重力势能 → 电能 →动能
变式1：（2023九上·余姚期末）下列过程中，电能转化为化学能的是（ ）
A．电流通过电炉加热化工原料
B．电流通入化工厂的电动机
C．蓄电池充电时
D．燃料电池工作
变式2：（2022九上·镇海区期末）“铝箔秋千”是一个U形铝箔框，其两端通过回形针与干电池两端相连，置于磁铁上方，如图所示。通电时，铝箔框就会朝一个方向摆动。
（1）“铝箔秋千”通电摆动时，电能转化为 能和内能。
（2）要改变“铝箔秋千”通电时的摆动方向，请写出一种方法： 。
变式3：（2023·宁波模拟）如图所示为高速公路旁的一处紧急避险车道，实则为向上的斜坡。当高速运行的车辆遇刹车失灵时，可以冲上避险车道使车辆停止。请你用所学科学知识分析：
（1）避险车道上铺上砂石，增大了 ，从而增大了摩擦力，使汽车能很快的停下来；
（2）刹车失灵的汽车冲上避险车道，汽车的动能转化成内能和 。
考点二、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。
典例1：（2023·杭州模拟）过山车是杭州乐园里一项刺激有趣的项目。过山车会由机械将车体送至左侧高台上，推出高台后便不再提供动力，下列过山车模型中，一定无法到达右边平台的是（ ）
A． B．
C． D．
变式1：（2023·西湖模拟）如图弹簧左端固定，用力将木块压缩弹簧到O点，静止释放后木块在水平地面上向右滑行，经弹簧原长为S1点，继续滑行至S2点停下。木块从O点开始运动所经过的路程为S，则整个运动过程中木块和弹簧所具有机械能总量(E)与木块经过路程(S)的关系正确的是（ ）
A． B． C． D．
变式2：（2023九上·柯城期末）各种形式的能量都不是孤立的，它们可以在一定条件下发生转化或转移。
（1）根据能量守恒定律，在能量发生转化或转移的过程中，能的总量是 的（填“变化”或“不变”）。
（2）能量的转化是有方向的，如图所示的几幅图按能量转化的顺序，正确的排列是 。
①树木 ②太阳 ③火力发电厂 ④空调
变式3：如图甲轻质弹簧原长为2L，将弹簧竖直放置在地面上，在其顶端将一质量为m的物体由静止释放，当弹簧被压缩到静止时，弹簧长度为L。如图乙现将该弹簧水平放置，一端固定在A点，另一端与物块P接触但不连接。AB是长度为5L的光滑水平轨道，B端与半径为L的光滑半圆轨道BCD相切，用外力推动物块P，将弹簧压缩至长度L，然后释放，P开始沿轨道运动，问：
（1）从竖直放置在地面上的弹簧顶端，静止释放物块P，至弹簧被压缩后静止，物块P的重力势能转化为弹簧的 。（填能量形式）
（2）将弹簧压缩至长度L，然后放开，P开始沿轨道运动，能否到达“D”点？ （填“能”或“否”）。物块P达到最高点时的机械能大小为 焦耳。
考点三、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。
典例1：（2022九上·瑞安期中）汽油机的效率一般为20～30%，下列选项可能符合家用轿车等热机能量流向的是（ ）
A． B．
C． D．
变式1：（2022九上·杭州期中）下列关于能量转化和转移的实例中， 分析正确的是（ ）
A．燃料燃烧时发热，化学能转化为内能
B．水轮机带动发电机发电，电能转化为机械能
C．植物吸收太阳光进行光合作用，光能转化为内能
D．在热传递中，热量总是从内能多的物体传到内能少的物体
变式2：（2022九上·舟山月考）下列关于能量的转化和转移说法正确的是（ ）
A．为车胎打气时，气简壁发热与热机的做功冲程一样，均是机械能转化为内能
B．燃料燃烧过程是内能转化为化学能的过程
C．热传递过程中，热量从内能多的物体转移到内能少的物体
D．充气气球开口放气在空中飞舞，气体将内能转化为机械能，气体对外做功了
变式3：（2022·浙江绍兴·中考真题）汽车在给人们的出行带来便利的同时，也带来了能源消耗、尾气污染等问题。
材料一：图是一辆小汽车行驶时的能耗分配图、汽油在汽缸内完全燃烧时放出的能量，大约只有13%用于驱动汽车前进，而其余87%的能量则被损耗掉了。
材料二：排出的尾气除了CO2，H2O外，还有CO、NO、NO2及未燃烧的碳复化合物等有害气体。
结合材料：
（1）对汽车行驶时能量形式的转化与损耗途径作出分析。
（2）请从节能、减排等方面对燃油汽车提出技术改进建议。
1．（2023·永嘉模拟）如图为桌球运动员击打白球后，白球撞击黑球的运动轨迹图，其中乙和丁点为两球撞击后的瞬间，最终分别停留在丙点和戊点。假设黑白两球完全一样，桌面粗糙程度相同。下列有关不同点对应小球机械能大小关系错误的是（ ）
A．乙>丁 B．乙>丙 C．甲>乙+丁 D．丙=戊
2．（2023·杭州模拟）汽车开动和人的生命活动都需要能量，能量是各种运动的量度。给汽车开动和人的生命活动提供能量的两个过程如图所示，下列分析错误的是（ ）
A．都通过氧化反应释放出能量
B．都将其他形式的能转化为化学能
C．都参与自然界的碳循环和氧循环
D．都遵循能量的转化和守恒定律
3．（2023·杭州模拟）物质发生化学变化时伴随有能量变化。下列说法正确的是（ ）
A．化学反应过程中都会有放热现象
B．人类利用的能量都是通过化学反应获得的
C．化学能可转变成电能，如天然气燃料电池已被应用于城市客车的驱动电源
D．石蜡熔化、钢铁锈蚀都包含物质的缓慢氧化
4．（2023·湖州）2023年5月11日，天舟六号货运飞船与空间站完成对接。这是我国改进型货运飞船首发船，其发射成功意义重大。下列说法正确的是（ ）
A．起飞时，燃料的化学能全部转化为火箭的机械能
B．对接完成后，以空间站为参照物，飞船是静止的
C．货物从地面运到空间站，其质量与重力都保持不变
D．完成对接后，空间站绕地球运动时运动状态保持不变
5．（2023·定海模拟）如图所示，某同学用注射器疏通篮球的气门芯。把针头插入篮球中，发现注射器活塞自动弹出，飞行一段距离。下列有关说法正确的是（ ）
A．该过程中活塞的机械能守恒
B．活塞在飞行过程中受到篮球的推力
C．该过程中篮球内气体内能增加
D．飞行过程中，活塞的运动状态发生了改变
6．（2023·宁波模拟） 2022年，工程师开发出一种“可穿戴微电网”，当人体运动时，穿戴设备通过摩擦发电，这些电可以收集并存储起来为小型电子设备供电。“可穿戴微电网”摩擦发电过程中的能量转化是 能转化成电能，该过程中能量 (填“守恒”或“不守恒”)。
7．（2023九上·宁海期末）阳光给我们送来了光和热，阳光是地球上万物生长之源，没有阳光
（1）太阳的热是以 方式来到地球的。（选填“热传导”、“热辐射”或“热对流”）
（2）如图所示为某型号太阳能路灯：其顶层是太阳能电池板，下方是电子节能灯。太阳能电池板在工作时是将太阳能转化为 能。
8．（2023九上·嘉兴期末）如图是小嘉制作的“能的转化与守恒”概念图（部分），请完成以下问题。
（1）请你在概念图中填入合适的内容① ② 。
（2）当人沿竹竿下滑时，人的重力势能有一部分转化为手和竹竿的内能，使手和竹竿的温度升高，但相反的过程不会自发地发生。这是因为能量的转化具有 。
9．（2023九上·温州期末）把一个篮球竖直向上抛出，运动到最高点并下落。A、B是篮球运动轨迹中的两个点，其动能和重力势能如表所示。
A点 B点
动能/J 7 9
重力势能/J 6 5
（1）篮球B处往A处的运动方向可能是
。
（2）A点与B点的篮球机械能不等，减少的机械能转化为
。
10．（2023·衢州模拟）阅读材料并回答问题：
材料一：1970年4月，长征一号运载火箭（如图甲）成功发射东方红1号卫星开始到现在，我国火箭研究与应用处于世界领先水平。
材料二：现代火箭大多是利用喷气发动机（如图乙）升空的，而喷气发动机是利用燃料在燃烧室中燃烧，燃气经喷管向后高速喷出，从而获得向前的动力。
（1）如图甲所示，火箭上升过程中与大气摩擦产生大量的热，这是通过 的方式改变物体的内能。
（2）在喷气发动机工作的过程中，能量的转化是 。
11．（2023·温州模拟）随着电动汽车的进一步发展，越来越多的家庭开始购买电动汽车，并安装汽车充电桩。
（1）电动汽车充电过程中，电能主要转化为 。
（2）如图乙所示为铁电池与锌锰电池放电曲线。与锌锰电池相比，铁电池的优点有 （列举一点）。
（3）铁电池一次充电后能提供 50 千瓦时电能，其电能转化率为 80%，若电动车保持最大牵引力 1800N，理论上充一次电能航行的路程为 米。
12．（2022九上·舟山月考）如图轻质弹簧原长为2L，将弹簧竖直放置在地面上，在其顶端将一质量为m的物体由静止释放，当弹簧被压缩到静止时，弹簧长度为L，现将该弹簧水平放置，一端固定在A点，另一端与物块P接触但不连接。光滑水平轨道与光滑半圆轨道相切。AB是长度为5L的水平轨道，B端与半径为L的光滑半圆轨道BCD相切，用外力推动物块P，将弹簧压缩至长度L，然后释放，P开始沿轨道运动，问：
（1）从竖直放置在地面上的弹簧顶端，静止释放物块P，至弹簧被压缩后静止，物块P的重力势能转化为弹簧的 能；
（2）将弹簧压缩至长度L，然后放开，P开始沿轨道运动，能到达的最高位置 （图中字母表示），此时到达该位置具有 能，大小为 。
13．（2022·浙江杭州·一模）如图所示，一段粗糙程度相同的水平面和一个光滑的圆弧槽在B点处相连。质量为m的物体，以一定的速度从A点出发，最高到达离水平面高度为h的C点，然后下滑，经B点后停在D点；D点恰为AB的中点。（忽略空气阻力）
（1）物体从A点到B点的过程中，受到的摩擦力方向是水平向___________；
（2）物体从B点到C点的过程中，能量转化的情况是___________；
（3）物体从A点出发到停在D点的过程中，克服摩擦力做的功是___________。
14．（2023·江山模拟）碳排放一般指温室气体排放，造成温室效应，使全球气温上升。我国体现大国责任，推动以二氧化碳 为主的温室气体 减排。二氧化碳排放力争2030年前达到峰值，力争2060年前实现碳中和。
（1）植物的光合作用是自然界消耗二氧化碳的最重要途径之一，人们称其为地球上最重要的能量转化过程：
①写出植物光合作用的文字表达式： ；
②此转化过程是否遵守能量守恒定律？ （选填“遵守”或“不遵守”）；
（2）你能为实现“碳中和”目标做些什么？（至少2点） 。
（3）为实现“碳中和”目标，未来，风能、太阳能和生物质能将成为主要的能源来源。某小区路灯利用与太阳能电池板相连的蓄电池作电源，其电压为、容量为（表示安小时），若路灯的规格为“12V24W”。如果电池充满后给灯泡供电，电量下降至20%停止工作，电池充满一次可以供路灯工作多少小时？
13．（2022·萧山模拟）“轴（元素符号为U)”是存在于自然界中的一种稀有化学元素，最常见的两种同位素为U-235和U-238，其中U-235具有放射性。根据国际原子能机构的定义，丰度为3%的U-235为核电站发电用低浓缩轴，U-235丰度大于80%的轴为高浓缩轴，其中丰度大于90%的称为武器级高浓缩轴，主要用于制造核武器。仙矿中U-235含量极低，只占0.64%，绝大部分是U-238，占了99.2%。目前从轴矿中提取U-235的主要方法是“气体扩散法”，即让这两种原子处于气体状态，利用U-235原子和U-238原子运动速度略有不同而逐渐分离。分离次数越多U-235的浓度就越大。受2011年发生的大地震及海影响，日本福岛第一核电站1至3号机组维芯熔毁。截至目前，已储存了125万吨核污水。丧心病狂的日本政府，不顾国内外反对声浪，在其它手段没有用尽的前提下，坚持决定在2023年夏开启“核废水排海”计划，请根据以上信息分析：
（1）U-235和U-238在原子结构上的主要区别 。
（2）用气体扩散法分离U-235和U-238的方法，属于 （选填“物理变化”、“化学变化”、“原子核裂变”)。在气体状态时，U-235的运动速度 AU-238(选填“大于”、“等于”或“小于”)，你判断的依据是 。
（3）如图是核电站的工作原理图，在机组反应维芯中的锆合金Zr能与水蒸气反应，产生ZrO2和一种可燃性气体，其反应方程式为： 。核电站在发电的过程中，能量的转化过程为
A.核能→机械能→内能→电能B.核能→内能→机械能→电能
C.核能→电能→内能→机械能D.核能→电能→机械能→内能
（4）福岛核电站的废水中含有大量的放射性碘-131和铯-137，一旦排放后，在海洋环境中，放射性物质会通过 最终进入人体，在人体内富集。并对人体基因造成损害。这种类型的伤害 遗传给下一代（选填“会”或“不会”）。
16．（2023·路桥模拟）地铁建造过程中需要将树木进行迁移，施工完成后再进行恢复。如图甲所示为吊车吊运树木恢复绿化的场景，吊车吊臂前端的滑轮组装置可以等效为乙图。若被吊树木的质量为80千克。（不计动滑轮重力、绳重和一切摩擦）
（1）关于树木迁移的细节，下列叙述正确的是 。
A．移栽时根部带一个土坨，有利于保护根毛
B．阴天移载有利于降低蒸腾作用
C．移裁时剪去部分枝叶是为了减弱呼吸作用
D．移栽后给树木“挂吊瓶”可补充水和无机盐
（2）将树木匀速抬高2米，钢丝绳自由端拉力F所做的功是多少？
（3）地铁隧道一般是两边高中间低，如图丙所示。这样有利于节能，出站的列车由于下坡而很快地提高速度，进站的列车借助于上坡来降低速度，这种建造方法在运营时更加节能降耗。请说出这样节能的理由 。
17．（2021·浙江·舟山市定海区第二中学九年级阶段练习）2021年5月15日，天问一号火星探测器所携带的祝融号火星车及其着陆组合体，成功降落在火星北半球的乌托邦平原南部。已知祝融号火星车机身是可升降的主动悬架结构，能自由转向，六个轮子均能独立驱动，火星车的质量为240kg，根据信息回答下列问题：
（1）图中火星车采用的材料中含有铝合金，铝的化学性质很活泼，但铝制品却很耐腐蚀的原因是_______________________________________________________________________。
（2）距离火星10千米的高空巨大的降落伞在火星上空打开，速度骤降，直至安全着陆火星，在此过程中祝融号火星车重力做了多少功？________________________（火星车质量不变，火星引力约为地球引力的三分之一，地球表面g=10N/kg）
（3）火星车上有太阳能光电板和锂离子蓄电池组，为火星车提供充足的能量供应和储备。
①太阳能光电板工作时将太阳能转化为____________________。
②为了满足火星车夜间用电需求，还装有锂离子蓄电池组。若夜间所需要的电能由4组蓄电池组提供，每组蓄电池组参数如表所示。
输出电压 150V
容量 5000mAh
若在太阳光的照射下，火星车太阳能光电板平均每小时每平方米吸收太阳能3×106J，它吸收的太阳能最终有40%转化为电能，如果每天光照10小时，其中40%电能用于对蓄电池充电，要将这四组蓄电池充电50%，太阳能光电板的面积至少为多少平方米？________________________
（4）火星与月球的距离比火星与地球的距离近。未来，假如我过客在月球基地发射火星探测器——“天问N号”，与在地球发射相比，运载火箭携带的燃料将大幅减少，请从能量的角度予以解释（写两点）。________________________
18．（2023·乐清模拟）我国西部地区的青海省塔拉滩，土地呈半荒漠化，寸草不生，不适宜人们居住，但中国建设者们通过多年的努力，将这里打造成了全球最大的光伏发电园区，一年可发电量达14.94亿千瓦时，减少二氧化碳排放约122.66万吨，生态环境得到极大的改善（如图)。
资料一：塔拉滩地势平缓，土地辽阔，阳光辐射强烈，日照时间长。光伏发电板板面太阳辐射越强或遮挡越少，发电量越多；温度越高，发电量越低。
资料二：建设者们将光伏发电板朝南倾斜一定角度；聘请当地牧民定期适时给光伏发电板清洗；植物长出后，牧民将羊群赶至园区吃掉过于茂盛的杂草。在附近的龙羊峡水电站修建水库，将日间剩余发电量输送过去，利用水泵将水库蓄满。
结合上述信息并综合运用所学知识，对建设者们打造光伏园区的相关措施作出解释。
19．（2023九上·余姚期末）图甲是2022北京冬奥会自由式滑雪大跳台，在自由式滑雪大跳台运动过程中涉及到的能量变化和运动轨迹可用图乙简化分析，图乙中木块以一定的速度滑过A，B点，到C点滑出下落至D点。A和B， C和D之间的垂直距离均为h且AB=BC (AB、BC两个面粗糙程度相同)。若空气阻力忽略不计，假定木块滑下AB斜面时重力所做的功全部转化为克服摩擦所做的功，请你分析木块从A运动到D的过程中动能的变化情况。
思维导图
典例分析
举一反三
典例分析
举一反三
典例分析
举一反三
课后巩固
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