3.8 能量的转化与守恒 学案（含答案）

12407900123190003.8 能量的转化与守恒
我们知道，动能和势能之间可以相互转化。那么，其他形式的能量是否也会发生相互转化呢？能量在转化过程中遵循什么规律？
一、能量的相互转化
1、能量有机械能、内能、化学能、电能、核能等多种形式，各种形式的能量不是孤立的，而是相互联系的。
2、能量可以在两个物体之间转移，能量形式也可以转化。
（1）太阳光照射到绿色植物的叶片上，叶片通过光合作用把水和CO2 合成为淀粉等有机物质，将电磁能（光能）转变为化学能储存在植物里；
（2）太阳光照射到大气层中，使大气产生对流，将电磁能转变为空气的动能；
（3）太阳光照射到太阳能热水器上，使水的温度升高，将电磁能转变为水的内能；
（4）太阳光照射到电池板上，将电磁能转化为电能。
4、人的生命活动和人体完成的各种动作，都需要能量。所有这些能量都来自于食物。人吃进各种食物，食物消化后被吸收的营养物质由血液输送到人体各处，食物的化学能转化为人体的内能、电能、机械能等，如图3-98所示。
5、电能由发电厂提供。在火力发电厂中，燃烧 煤或者天然气来加热水，水沸腾后产生的蒸汽驱动涡轮机转动，涡轮机带动发电机，发电机发出的电通过输电线传输到各地的用户，如图3-99所示。对于燃煤发电厂，电能是由化学能经过一系列能量转化后得到的。
6、大量事实表明：自然界中各种形式的能量都不是孤立的，不同形式的 能量之间会发生相互转化，能量也会在不同的物体间相互转移。各种形式的能量之间的转化是非常普遍的现象，自然界中物质运动形式的变化总伴随着能量的相互转化。平常我们所说的“消耗能量”、“利用能量”或者“获 得能量”，实质上就是能量相互转化或转移的过程。
二、能量的转化与守恒定律
1、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。
2、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。
3、永动机：达·芬奇曾设计了一个“ 永动机”，一只圆轮，里面装 有可以自由滚动的重钢球，如图3-103 所示。利用隔板的特殊形状，使轮子一边的钢球总是滚到另一边距离轮心远些的地方，这样，在钢球的重力作用下，轮子便会转动不息。你认为 这个“永动机”能旋转不息吗？为什么？
1704975104775“永动机”不可能旋转不息，最终会停止下来；因为“永动机”违反能量的转化和守恒定律， 所以不可能发生。
“永动机”不可能旋转不息，最终会停止下来；因为“永动机”违反能量的转化和守恒定律， 所以不可能发生。
三、能量的转移和转化的方向性
1、当一块炽热的铁块投入水中时，内能从铁块传递给水，从而使铁块的 温度降低，水的温度升高，最后两者达到相同的温度。但是，相反的过程 并不会自发地发生。铁块不可能自发地从同温度的水中吸收热，使自己变得炽热，尽管这一过程并不违反能量转化和守恒定律。
2、当杂技演员沿竹竿下滑时，演员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。但是，相反的过程也不会自发地发生，即手和竹竿不可能自发地降低温度，而使人的位置升高，尽管这一过程也不违反能量转化和守恒定律。
3、大量的现象表明：能量的转移和转化有一定的方向性。我们是在能量转移或转化过程中利用能量的。
【例1】能量转化或转移是自然界的普遍现象，如图所示为核电站示意图、家庭电路部分示意图及电热水壶
图，下列相关叙述正确的是（　D　）
A．核反应堆进行的核裂变释放核能，直接转化为家庭电路所需的电能
B．发电机利用了电流磁效应发电，电热水壶利用了电流热效应烧水
C．汽轮机工作、壶内水升温两过程中，改变水的内能方式相同
D．手机充电和电热壶烧水时，两者本质都是电流做功
1、继高铁之后，“华龙一号”核电装置成为了我国的另一“国之重器”，目前已经和多个国家签订了核能发
电项目。如图是核电站工作流程图，关于流程中各装置的能量转化，正确的是（　A　）
A．核反应堆：核能转化为内能
B．蒸汽轮机：化学能转化为动能
C．发电机：电能转化为机械能
D．电取暖器：电能转化为机械能
2、如图是核电站发电和供电的流程图。关于流程图中各装置的能量转化，下列说法正确的是（　C　）
A．核反应堆将核能转化为电能
B．蒸汽轮机将机械能转化为内能
C．发电机将机械能转化为电能
D．各种用电器将其他形式的能转化为电能
【例2】在各种形式的能量相互转化过程中，下列说法正确的是( C )
A．机械能一定守恒 B．各种形式的能量都守恒
C．各种形式能的总量一定守恒 D．内能一定守恒
【例3】能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，只会由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．能源危机产生的根本原因是（　D　）
A．能量的转移和转化遵循守恒定律
B．人们在能量的转化或转移中利用能量
C．经转移或转化过程可利用能量增加
D．能量的转移和转化有方向性

1、电动机通电后，电动机带动其他机器运转，一段时间后，电动机的外壳就会变得烫手，则下列关于此过程中能量的转化和守恒的说法中正确的是（ B ）
A．电能全部转化为机械能，总的能量守恒
B．电能大部分转化为机械能，小部分转化为内能，总的能量守恒
C．电能全部转化为内能，内能守恒
D．电能转为机械能和内能，机械能守恒
2、神舟六号飞船进人轨道后，太阳能电池帆板打开，并自动调整位置，使太阳光垂直照射在帆板上，这样就能产生足够的电能，用于各种仪器设备正常工作。这种太阳能电池帆板的作用是（ B ）
A．将太阳能转化为化学能 B．将太阳能转化为电能．
C．将电能转化为太阳能 D．将热能转化为太阳能
3、小王同学分析了四个常见事例中的能量转化，其中正确的是（ A ）
A．在汽油机的做功冲程中，内能转化为机械能
B．电风扇正常工作过程中，电能主要转化为内能
C．电热水器工作过程中，内能转化为电能
D．跳水运动员在空中下落的过程中，动能转化为重力势能
4、国产“和谐号”动车进站前的减速过程分两个阶段进行：第一阶段采用“再生刹车”技术，这期间关闭动力，列车依靠惯性前行并带动发电机发电，速度从250km/h减至90km/h；第二阶段采用传统的“机械刹车”，速度从90km/h不断减小直至停下来．国产“和谐号”动车在进站前减速的整个过程中，发生的能量转化情况主要是（ A ）
A．第一阶段：动能转化为电能；第二阶段：动能转化为内能
B．第一阶段：电能转化为动能；第二阶段：动能转化为内能
C．第一阶段：动能转化为电能；第二阶段：内能转化为动能
D．第一阶段：电能转化为动能；第二阶段：内能转化为动能
5、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（ B ）
A．做功可以改变物体的内能
B．热传递改变物体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
6、指出下列几句话中正确的是（　C　）
A．“能源危机”的提法与能量转化和守恒定律是矛盾的，所以是错误的
B．太阳不断地照射地球，使地球不断吸热而温度升高
C．地球上现有的燃料如石油、煤、天然气等是有限的，但能量的来源是无限的
D．能量转化和守恒定律的适用范围是地球内
7、下列说法正确的是（　B　）
A．能量是守恒的，所以我们有用不尽的能量 B．能量的转移、转化都是有方向性的
C．核能是可再生能源 D．人类已完全掌握了人工控制核聚变的技术
8、下列说法中正确的是（ C ）
A．能量不可能由一种形式转化为另一种形式
B．随着人们对资源的利用，自然界中的能量越来越少
C．做功过程是能量转化的过程
D．能量可以源源不断地产生，自然界中的能量越来越多
9、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”）。
【答案】杠杆；内；符合。
10、小梦在学习完能量转化知识后，设想了如图所示的方案，先利用水力发电，然后再利用发出的电驱动抽
水机把水抽到蓄水池，这样就可以一直循环下去。你认为这个设计方案　 　（选填“可行“或“不可行
“），理由是　 　。
【答案】不可行；违背了能量守恒定律。
11、如图为四旋翼无人机，它依靠电池为电动机供电，带动机翼旋转实现升空。小明操纵遥控器，使无人机从地面先加速上升，然后减速上升，最后悬停在某一高度进行摄影。则无人机在加速上升过程中，电动机将　 　能转化为　 　能；从地面开始升空至刚悬停在某一高度的过程中，无人机的动能变化情况是　 　。
【答案】电；机械；先增大后减小。
12、阅读短文，回答问题
无链条电动自行车
无链条电动自行车，整体外形时尚，没有了链条，外观变得与普通自行车或电动车有些不同，如图所示。无链条电动自行车被称为“没有链条的混合动力电动自行车”它结合了电子动力和人体动力，此车既可以通过给锂电池充电获得能量；也可以通过骑行者踩脚踏板获得能量。骑行者踩脚踏板的机械能，可通过车上的发电机转化为电能，存储在自行车框架中的锂电池内，之后通过电动机驱动后轮转化成机械能，以此驱动自行车前进。因此使骑行者骑得更省力，同时也能减少对环境的污染，图中所示这款无链条电动自行车，其锂电池容量为10Ah（电池容量是指放电电流与放电时间的乘积）、电压为30V若骑行者不踩脚踏板，紧靠锂电池驱动，仅靠“电力驱动”正常行驶1.8×104m；若骑行者踩脚踏板辅助锂电池给车提供能量，“混合动力驱动”可使车连续行驶3.2×104m与链条车相比，这种新型自行车具备许多优点，比如省力、附用、安全、灵便、干净卫生、结构简单、修理方便，骑行12000km也无须大修。因此，无链条电动自行车是城市中一种理想的交通工具。
（1）骑行者踩脚踏板的时候，目的是通过无链条电动自行车上的　 　机把机械能转化为　 　能；
（2）无链条电动自行车的前进时，是通过　 　机驱动后轮转化成　 　，以此驱动车子前进。
（3）图中这款车的锂电池最多所储存的电能约为　 　J。
（4）正常行驶时，这款车“混合动力驱动”时人所提供的能量与“电力驱动”时锂电池提供的能量之比为　 　。
【答案】（1）发电；电；（2）电动机；动能（机械能）；（3）1.08×106；（4）7：9。