【志鸿全优设计】九年级物理全册 第十四章 内能的利用 14.3 能量的转化和守恒讲解与例题（含解析）（新版）新人教版.doc

14.3能量的转化和守恒1多种形式的能量能量的形式有机械能、内能、电能、光能、声能、磁能、化学能、核能等多种形式。【例1】 骑自行车、骑电动自行车、开普通汽车消耗的能量类型分别是()生物能核能电能太阳能化学能a bc d解析：骑普通自行车要消耗人的能量，对人而言，能量来源于食物，把食物具有的生物能通过新陈代谢转化为人体的生物能，在骑自行车时，生物能又转化为机械能，所以骑自行车消耗的是生物能；电动自行车上有一个蓄电池，它在工作时，把化学能转化为电能，电能再转化为机械能；汽车需要的燃料一般是汽油或柴油，汽车发动后，汽油或柴油燃烧，把化学能转化为内能，内能再转化为汽车运动的机械能，故选b。答案：b2能量的转化和转移(1)能量的转化各种形式的能量在一定条件下可以相互转化，从一种形式的能量转化为另一种形式的能量。常见的能量转化过程有：动能和势能之间的转化：滚摆、单摆在摆动过程中动能和重力势能相互转化，若无阻力，则机械能守恒。内能和机械能之间的转化：摩擦生热的过程中，机械能转化为内能，在气体膨胀做功的过程中，内能转化为机械能。电能与机械能之间的转化：发电机将机械能转化为电能，电动机将电能转化为机械能。电能与化学能之间的转化：干电池放电时，将化学能转化为电能，给充电电池充电时，将电能转化为化学能。其他形式能之间的转化：燃料燃烧时放出热量，化学能转化为内能；植物吸收太阳光进行光合作用，光能转化为化学能等。常见的不同形式能的转化如图所示。(2)能量的转移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时，能量的形式不变。如热传递中，内能发生了转移；流水推动水轮机转动，机械能发生了转移等。析规律 能量的转化和转移能量可以从一个物体转移到另一个物体，也可以从一种形式转化为另一种形式，能量的转化和转移往往是同时发生的。能量的转化和转移都是有方向的，有些能量是不可能再被利用的。一般情况下，内能只能自发地从高温物体转移到低温物体，不能逆向转移，否则会引起其他变化，消耗其他能量。判断某一过程中发生了怎样的能量转移或转化，关键是明确这一过程中能量的形式有没有改变，分析消耗了什么能量，获得了什么能量或者弄清能量从哪一个物体转移到了哪一个物体。我感觉能量的转化和转移差不多，如何区分它们呢？它们的本质是不同的。“转化”是指能量由一种形式变为另一种形式；“转移”只是能量由一个物体传递到另一个物体，能量的形式不变。【例21】 关于能量及其转化，下列说法中不正确的是()a用电饭锅做饭时，电能转化为内能b煤燃烧时，化学能主要转化为内能c植物的呼吸作用是贮存能量的过程d发电机工作时，机械能转化为电能解析：a电能转化为内能b化学能主要转化为内能c不存在能量的转化过程d机械能转化为电能答案：c【例22】 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解析：a由于手和金属杆存在温度差，发生了热传递，内能从手转移到金属杆b电能转化为光能c内能转化为机械能d电能转化为化学能答案：a3能量守恒定律(1)能量守恒定律的内容：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)能量守恒定律是自然界中客观存在的一个普适定律。在热现象中，利用内能做功的过程是内能和其他形式能量的转化过程，做了多少功，就有多少内能转化为等量的其他形式的能量或就有多少其他形式的能量转化为等量的内能，能量是守恒的。例如摩擦生热，机械能转化为内能。在热传递过程中是内能的转移过程。例如，一杯热水和一杯冷水混合，稳定后，热水降温减少了多少内能，冷水变热会增加等量的内能，能量是守恒的。自然界中除了内能可以同其他形式的能量发生转化外，各种形式的能量之间也都可以发生相互转化，例如，燃料燃烧释放化学能即完全燃烧获得的内能。谈重点 应用能量守恒定律的注意事项能量守恒定律是指能量转化或转移前后，能量的总和保持不变。它是整个自然界中能量的转化与守恒，不是局部的，在分析有关现象时，要避免片面性。【例31】 在一定的条件下，各种形式的能量是可以互相转化的。在它们互相转化的过程中，下面说法正确的是()a机械能一定守恒b各种形式的能都守恒c各种形式的能量的总和一定守恒d内能一定守恒解析：错解：a、b、d正解：c错解分析：误以为能量守恒是指某种形式的能量守恒，容易错选a、b、d。正解分析：能量守恒是指各种形式的能量的总和保持不变。答案：c【例32】 (多选)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，你认为其中正确的是()a做功改变物体的内能是不同形式的能的相互转化b热传递改变内能是不同形式的能的转化c各种形式的能在一定条件下都可以相互转化d能量在转化和转移的过程中总会有损耗，但能量的总量保持不变解析：a做功改变物体的内能是内能与其他形式能之间的相互转化b热传递是内能在温度不同的物体之间，或同一物体的不同部分之间的转移，并非转化c、d符合能量守恒定律答案：acd4能量守恒定律与机械能守恒定律的区别(1)能量守恒定律的成立不需要任何条件。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、光能等之间转化，不局限于动能和势能之间。在能量转化过程中，一种形式的能量减少，必然有另一种形式的能量增加，能量的总量保持不变。(2)机械能的守恒是有条件的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间的转化时，机械能的总量将保持不变。如果存在与其他形式能量的转化过程，则说明机械能总量发生改变，机械能不再守恒。如克服摩擦做功，机械能的总量将减小，损失的机械能将转化为其他形式的能。5能量守恒定律的意义能量守恒定律是自然界最普遍、最重要的定律之一。从能量守恒定律的内容来看，它确定了能量的可转化性和可转移性，同时在数值上肯定了自然界能量总和的守恒性。这一定律具有以下几个方面的意义：(1)能量守恒定律是普遍适用的规律。在各种各样的自然现象中，只要有能量的转化或转移，就一定服从能量守恒定律。无论从物理的、化学的现象到地质的、生物的现象，还是从大到宇宙天体的运动，小到原子核内部粒子的运动，一切物理过程都服从能量守恒定律。(2)能量守恒定律反映了自然现象的普遍联系。例如，电灯发光不是孤立的，是与电流有联系的，电能转化为光能就反映了这种联系。可见，自然界的各种现象并不是孤立的，而是相互联系的。(3)能量守恒定律是人类认识自然的重要依据。人类认识自然，就要根据各种自然现象总结规律，能量守恒定律就是人类总结出的规律之一，人类认识其他规律时必须符合能量守恒定律。(4)能量守恒定律是人类利用自然的重要武器。纵观人类科学技术发展的历史，可以说是认识能量、利用能量、实现能量转化的历史。从古人钻【例4】 在课堂上讨论“掉在地上的弹性小球为什么越弹越低”这一问题时，有三位同学发表了不同的看法。小强说：“这是因为小球每次落回地面时，地面都会把一部分能量传给小球，只不过每一次给的能量在不断减少，所以就越跳越低。”小雅说：“这是由于小球每次都丢失了一部分能量，所以越跳越低。”小敏说：“都不对，只不过它本身的能量化成了空气、地表及它自身的其他形式的能量，致使它的动能越来越小，所以越跳越低。”请你分析一下，哪位同学的说法是正确的？并说明原因。解析：小强的观点是错误的。因为小球的能量不是地面给它的，更不是每跳一次给的能量在不断减小。小雅的观点也是错误的。因为小球每次落下时能量都减少了一些，但是这些能量并没有丢失，而是转化成了其他形式的能量。答案：小敏的观点是正确的。根据能量守恒定律，小球并没有获得或丢失能量，只不过它本身的能量转化成了空气、地面、它本身的其他形式的能量(这些其他形式的能量主要是内能)，致使它的机械能越来越少，所以就越跳越低。【例51】 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、利用自然、保护自然的有力武器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的解析：自然界中的各种变化，不管是大到天体、小到原子核内部，也不管是物理学(比如火山爆发)、天文学(比如星球的运动)的问题，所有的能量转化或转移的过程，都遵从能量守恒定律。答案：a【例52】 晶晶家的电热水壶的铭牌如下：牌电热水壶铭牌额定电压220 v额定功率1 800 w容积1.2 l晶晶用该电热水壶将一壶初温为20 的水烧开需要5 min，求：(1)在加热过程中，水壶中水吸收的热量是多少？(2)电热水壶加热过程中消耗的电能是多少？(3)晶晶通过计算发现，电热水壶消耗的电能和水吸收的热量不相等，你认为这种现象违背能量守恒定律吗？为什么？解析：(1)水的质量mv1.0103 kg/m31.2103 m31.2 kg水吸收的热量qcm(tt0)4.2103 j/(kg)1.2 kg(100 20 )4.032105 j。木取火到水能的利用，从蒸汽机的发明到电能的利用，从太阳能到核能的利用，人类总是在不断地认识、利用能量，逐步实现能量的转化。(2)消耗的电能wpt1 800 w560 s5.4105 j。(3)不违背。因为在加热过程中，有部分热量散失到空气中，还有部分热量被电热水壶吸收，故水吸收热量比电热水壶放出热量少。答案：(1)4.032105 j(2)5.4105 j(3)不违背6永动机(1)永动机的定义：不消耗能量，而能不停地工作对外做功的机器叫做永动机。(2)永动机不可实现：机器的工作需要能量，机器在工作过程中，因机械摩擦、存在各种阻力等因素，不可避免地会将一部分能量转化为内能而散失，对外做功又会将能量转化为其他形式的能量，故机器储存的能量会逐渐减少直至耗尽而停止，不可能不补充能量而永远运转下去。永动机的设计违反了能量转化和守恒定律，所以永动机不可能实现。释疑点 能量的利用对能量的利用实际上是将各种形式的能量转化为人类需要的某种形式的能量，人类是在能量转化和转移过程中利用能量的。通常讲“消耗”能量，是一种形式的能量减少了，消耗了这种形式的能量，同时另一种形式的能量增加了，或者这部分物体能量减少了，而另一部分物体能量增加了，总的能量既没有增加也没有减少。不要误认为能量越消耗越少，问题在于人类能方便地利用的某种形式的能量会被消耗得越来越少，而转化为人类不容易再利用的其他形式的能量。【例6】 如图所示，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中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)你认为，上面水池中流下来的水，能否被水泵全部抽送到上面水池中？并说明理由。(2)这个设想曾得到不少人的赞许，并把这个装置誉为“永动