第9节 能量的转化与守恒

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第9节 能量的转化与守恒
联想情景导入
能量守恒定律：在能量的形式发生相互转化的过程中，某种形式的能量减少了多少，另一种形式的能量一定会相应地增加多少。同样，某种形式的能量增加了多少，另一种形式的能量一定会相应地减少多少，而能的总量保持不变。也就是说：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。
重点知识详解
一、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。这个规律叫做能量转化和守恒定律。
二、能量的转移和转化的方向性：自然界中大量的现象表明，能量的转移和转化过程有一定的方向性。
1．在热传递过程中，热量只能从高温物体向低温物体传递，或者从物体温度高的地方向物体温度低的地方传递，最后达到相同的温度。相反的事件不会发生。
2．当杂技演员沿竹竿下滑时，演员的重力势能有一部分会转化为手和竹竿的内能，使手和竹竿的温度升高。但是，相反的现象也不会自然地发生，即手和竹竿不可能自发地降低温度，而使人的位置升高。
经典例题解析
[例1] 下列过程中，属于内能转化为机械能的是 ( )
A．寒冷天气快速搓手，手会感到暖和
B．水轮机带动发电机发电21世纪教育网
C．烧红的铁块放入水中，冷水变热
D．壶中的水沸腾时，壶盖不断地在跳动
[解析] 寒冷天气快速搓手，手感到暖和是摩擦生热现象，机械能转化为内能。水轮机带动发电机发电，是机械能转移的过程。烧红的铁块放入水中，使冷水变热，是内能转移的过程，铁放热，内能减小，水吸热，内能增加。壶中的水沸腾时，壶盖不断地在跳动，是水蒸气膨胀对外做功，顶起壶盖后，它自身的内能要减小，从而获得机械能。21世纪教育网
[答案] D
[例2] 在某密闭隔热的房间内有一电冰箱，现接通电源使电冰箱开始工作，并打开电冰箱的门，则过段时间后室内的温度将 ( )
A．降低 B．不变 C．升高 D．无法判断21世纪教育网
[解析] 电冰箱制冷过程中，使冰箱内的温度降低的同时，又使其外部温度升高(将冰箱内部的内能转移到外部)，此过程不可能自发发生，必需消耗电能，此部分电能最终也转变为内能，因此从总能量的角度看，室内的内能将增加，室内温度上升。
[答案] C
[例3] 下列现象与对应的能的转化不正确的是 ( )
A．火车过后，铁轨发热是机械能转化为内能
B．太阳灶使物体发热是光能转化为内能21世纪教育网
C．电熨斗通电发热是电能转化为内能21世纪教育网
D．生石灰加水发热是化学能转化为内能21世纪教育网
[解析] 火车过后，铁轨发热是摩擦生热，机械能转化为内能，故A对。太阳灶使物体发热，是热辐射的过程，不是能的转化，故B错。电熨斗通电发热是电能转化为内能，生石灰加水发生化学反应产生热量是化学能转化为内能，故C、D对。21世纪教育网
[答案] B
[例4] 小华在做滚摆实验中，发现滚摆每次上升的高度逐渐减小，小华想：“这是否说明在动能、势能的相互转化的过程中，整个装置的能量不守恒 这不是与能量守恒定律相矛盾吗 ”请你帮小华解决他的困惑。21世纪教育网
[解析] 在能量的转化过程中，某种能量可以增加或减小(即可以不守恒)，但总的能量一定是守恒的。
[答案] 在滚摆运动的过程中，由于摩擦不可避免，总有一部分机械能转化为内能，故整个装置的机械能不守恒，但总的能量(即机械能和内能的总和)保持不变。
[例5] 2001年3月20日，俄罗斯“和平号”空间站终于走完了它回归地球的全部旅程，坠人太平洋。这个凝聚着人类智慧结晶的庞然大物在高速坠落的过程中分解成许多碎片．这些碎片在天窄中燃烧发光，形成一道道明亮的弧线，请回答：①“和平号”空间站进入大气层后向地球坠落的原冈是什么 ②“和平号”空间站在下落过程中分解成许多碎片，这些碎片在空气中燃烧发光的原因是什么 这里有什么形式的能量转化
[解析] “和平号”空间站进人大气层后．由于受到地球的引力，所以会向地球坠落。空间站在进入大气层后，具有很大的动能和势能。在坠落的过程中要克服与空气摩擦做功，将机械能转化为内能，空间站的温度过高就会燃烧发光。
[答案] ①受地球的引力。②与空气摩擦生热，机械能转化为内能和光能。
[例6] 如图所示是一种环保型手电筒。这种手电筒不用化学电池作为电源。使用时只要将它来回摇晃，就能发光，并且来回摇晃得越 快，手电筒发光越亮。这种手电筒所产生的电能是根据__________原理获得的，其能量转化是__________能转化成电能。
[解析] 电筒内装有磁铁和线圈，当摇晃电筒时。磁铁和线圈之间就会做相对运动，这样线圈就会切割磁感线，从而产生感应电流，所以这种电筒所产生的电能是根据电磁感应原理获得的。在这一过程中，手的摇晃消耗了机械能，使电筒获得了电能。所以机械能转化为电能。
[答案] 电磁感应机械
[例7] 指出下列现象中能量的转化或转移情况。
(1)摩擦生热__________。21世纪教育网
(2)气体膨胀做功__________。
(3)植物进行光合作用__________。
(4)燃料燃烧__________。21世纪教育网
(5)风吹动帆船前进__________。
[解析] 本题通过实例考查能量守恒的知识点，理论联系实际。
(1)摩擦生热是机械能转化为内能。
(2)气体膨胀做功是内能转化为机械能。
(3)植物进行光合作用是光能转化为化学能。
(4)化学能转化为内能。
(5)风能转化为动能。
[答案] 见解析
考点应试必备
1．能量转化与守恒是自然界的基本规律之一，下列过程中机械能转化为电能的是 ( )
A．干电池放电 B．给蓄电池充电
C．风力发电 D．电动机带动水泵抽水
2．下列说法中错误的是 ( )
A．能的转化和守恒定律只适用于物体内能的变化
B．只要有能的转化和转移，就一定遵从能量守恒定律
C．能的转化和守恒定律是人们认识自然和利用自然的有力武器
D．任何一种形式的能在转化为其他形式的能的过程中，消耗多少某种形式的
能量，就能得到多少其他形式的能量，而能的总量是保持不变
3．《深圳商报》报道：近日一种新型太阳能公共卫生间落户北京东郊民巷，该卫生间的能源全部由位于顶部的太阳能电池板提供，它还能将多余的能量储存在蓄电池里。这种能量转化和储存的方式是
( )
A．太阳能转化为内能，再转化为电能
B．太阳能转化为电能，再转化为化学能
C．太阳能转化为内能，再转化为化学能
D．太阳能转化为电能，再转化为光能
4．“十一”黄金周，吴吴同学和爸爸妈妈一起游览花果山，在他们乘坐旅游车沿盘山公路下山的过程中，发现司机师傅要不时地踩刹车踏板，当车行驶至中途还要停下来，让工作人员用水龙头向车轮闸片部位喷水。吴吴同学提出了以下几种看法：
①喷水的主要目的是为了．降低车闸的温度，以防车闸因温度过高而损坏；
②下山过程中，机械能不变；21世纪教育网
③下山过程中，重力对汽车不做功；21世纪教育网
④刹车过程中有部分机械能转化为内能。
你认为这些看法中符合实际的是 ( )
A．①②④ B．①④ C．①③④ D．①②③④
5．下图所示四种情景中，能说明电能转化为机械能的是 ( )
6．跳高比赛时，运动员从起跳到落地过程中，下列说法正确的是(不计空气阻力) ( )
A．上升过程中，动能减小，机械能减小
B．上升过程中，重力势能增大，机械能增大
C．下落过程中，重力势能减小，机械能不变
D．下落过程中，重力势能减小，机械能减小
7．下列设施或过程不属于利用太阳能的是 ( )
A．太阳能电池 B．太阳能热水器
C．核电站 D．植物的光合作用
8．如图所示，小明在玩蹦蹦杆。在小明将蹦蹦杆中的弹簧向下压缩的过程中。小明的重力势能、弹簧的弹性势能的变化是 ( )
A．重力势能减小，弹性势能增大
B．重力势能增大，弹性势能增大
C．重力势能减小，弹性势能减小
D．重力势能增大，弹性势能减小
9．下列四种现象中，只发生能的转移而不发生能的转化的过程是 ( )
A．冬天，用手摸户外的金属杆时手感觉到冷
B．闭合开关后，灯泡发光
C．烧水时，水蒸气顶起壶盖
D．给电动自行车的蓄电池充电
10．绿色植物的光合作用就是将 ( )
A．太阳能转化为内能 B．太阳能转化为化学能
C．化学能转化为内能 D．机械能转化为化学能
11．古人的钻木取火的过程，是将机械能转化为__________能；水力发电是将水的机械能转化为__________能；自然界中能量在转化和转移的过程，能的总量保持__________。
12．如图所示，单摆在竖直平面内左右摆动，滚摆在竖直平面内上下往复运动。请回答：
(1)这两个实验可以说明的同一个物理问题是______________________________。
(2)在单摆左右摆动和滚摆上下往复运动的过程中，你将会看到它们上升的高度逐渐降低，产生此现象的原因是__________________________________________________。
13．潮汐是月球、太阳对地球的引力作用而产生的。每天的涨潮与落潮蕴含着巨大的能量。这种能量可以用来发电，如图所示，在利用潮汐发电的过程中，能量的转化情况是海水的动能传递给发电机，通过发电机转化为__________能；图中甲、乙两幅图代表涨潮发电的是__________；与火力发电相比，潮汐发电的优点是________________________________________。21世纪教育网
14．太阳是一个巨大的能源，直接利用太阳能不会污染环境。围绕地球运转的通信卫星，其两翼安装的太阳电池板，能把__________能直接转化成__________能，供通信卫星使用，太阳能还可以直接转化成内能，现有一太阳能热水器，在晴天，每天可将50kg水从20℃加热到50℃，若燃烧煤气来加热这些水，则至少需要消耗掉__________m3的煤气。[已知完全燃烧1米3煤气可放出3.9×107 J的热量，水的比热为4.2×103J/(kg·℃)]
15．请阅读下面的介绍，回答相关问题
焦耳是一位伟大的物理学家，他成功地发现了焦耳定律，测出了热功当量。但他在探索科学真理的道路上，也走过弯路。年轻的时候，焦耳也和许多人一样想制作一种“永动机”——不需要给它提供任何动力(即不消耗任何能量)就能自动工作起来的机械装置。
他曾通宵达旦地冥思苦想，不断地设计、翻作，但没有一次是成功的。接连的失败引起了焦耳的深思，他没有像有些人那样“执迷不悟”。而是反思原来的设想，重新确定新的探究课题。经过不懈的努力，他终于在新的研究领域中取得了成功，发现了科学真理。下图是13世纪一个名叫亨内考的法国人设计的永动机。21世纪教育网
(1)“永动机”的制造一直失败的原因是：它违背了_______________________。
(2)你从焦耳科学探究的历程中得到的启示是_______________________。
参考答案
1．C 2．A 3．B 4．B 5．D 6．C 7．C 8．A 9．A 10．B 11．内 电 不变 12．(1)动能和重力势能可以相互转化 (2)由于存在着摩擦阻力和空气阻力的作用，使机械能逐渐减少 13．电 乙 无污染等 14．太阳 电0.16 15．(1)能量守恒定律(2)略
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