第3节.能量的转化和守恒

能量的转化和守恒知识讲解考点1能量及其存在形式1.能量存在形式：如：①机械能、内能、电能、光能、电磁运动的电磁能、化学能②自然界的能包括：天然气，核能，风能，海洋温差能，水能，汽油，太阳能，电能，煤炭，氢能，煤气，蒸汽，柴油，石油，地热能，潮汐能，生物质能等。1.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。理解：①能量守恒定律是自然界中最普遍、最重要的基本定律之一。大到天体，小到原子核，无论是理学的问题还是化学、生物学、地理学、天文学的问题，所有能量转化的过程，都遵循能量守恒定律。②有一种形式的能量减少或消失，一定有另一种形式的能量增加或产生，能量的总量是不变的。即：减小的能转化为增加的能2.永动机（1）概念：不需要动力就能源源不断地对外做功的机器。（2）从能量转化和守恒定律的角度分析永动机不可能实现的原因①从能量转化的角度：在能量转化的过程中，只要有运动，摩擦就不可能避免，就会产生热量，这样运动的机械能就会减少，运动最终会停止。②从能量守恒的角度：机器运转需要能量，而不能无中生有的制造能量，因此不需要能量就能运转的机器不可能制造出来。正确理解能量守恒定律中的“转化”和“转移”（1）能的转化：在一定条件下，一种形式的能量可以转化成另一种形式的能量，这种现象即为能量的转化即不同能量之间才会转化例如：①摩擦生热：机械能转化为内能②发电机：机械能转化电能③电动机：电能转化机械能④电灯：电能转化为光能（2）能量的转移：指同一种形式的能从一个物体转移到另一个物体，能的形式并没有发生变化。即同种能量之间发生转移，能的形式没有改变例如：发生热传递时，热量从高温物体转移到低温物体能量的转化、转移都具有方向性和不可逆性：例如：①灯发光时：电能转化为内能和光能，内能不会自动的变成光能②热传递：热传递过程中，热量总是自然地由高温物体传向低温物体，故内能也总是自然地从高温物体转移到低温物体，而不会自然地从低温物体转移到高温物体。所以能量的转移是有方向的。针对练习一．不同形式的能量（1．关于能的概念，下列说法中正确的是（C）A．高山上静止的石头不具有能 B．物体已做的功越多，说明物体具有的能量越多 C．只要物体能够做功，说明物体具有能 D．只有正在做功的物体才具有能解：A、高山上静止的石头具有一定的高度，具有做功的本领，具有能量，故A不符合题意；B、物体已做的功越多，并不能说明物体能够做功的本领大，故B不符合题意；C、一个物体能够做功，我们就说这个物体具有能量，故C符合题意；D、一个物体能够做功，我们就说这个物体具有能量，并不一定正在做功，故D不符合题意；故选：C。2．我们生活在能量的世界里，现实生活时时刻刻都离不开能量。我们生活中的大部分能量来源于（A）A．太阳 B．电 C．天然气 D．石油解：世界万物的生长离不开太阳，人类也离不开太阳，所以生活中的绝大部分能量都来源于太阳。故A正确、BCD错误。故选：A。3．热机的特点是将燃料燃烧获得内能，然后通过做功驱动机器。它们都是利用了储存在燃料中的（C）A．势能 B．电能 C．化学能 D．机械能解：所有的燃料都储存了化学能，而热机工作的过程是将燃料的化学能转化为内能，再通过做功的方式将内能转化成机械能的过程，故ABD错误、C正确。故选：C。4．说明下列各物体具有什么形式的能量。（1）通电后的电炉具有电能。（2）原子弹、氢弹具有核能。（3）高速运动的空气形成的龙卷风具有机械能。解：（1）通电后的电炉具有电能。（2）原子弹、氢弹具有核能。（3）高速运动的空气形成的龙卷风具有机械能。故答案为：（1）电能；（2）核能；（3）机械能。5．填写下列各物体具有什么形式的能量。汹涌澎湃的钱塘江大潮具有机械能；崭新的干电池具有化学能；夜间街道两边闪烁的霓虹灯具有光能。解：汹涌澎湃的钱塘江大潮具有机械能；崭新的干电池具有化学能；夜间街道两边闪烁的霓虹灯具有光能。故答案为：机械；化学；光。二．能量转化和转移6．说明下列能源利用方式中的能量转化过程：（1）水力发电：机械能转化为电能；（2）内燃机车牵引列车前进：内能转化为机械能；（3）电动水泵抽水：电能转化为机械能；（4）火箭发射人造卫星：内能转化为机械能；（5）风力发电：机械能转化为电能；（6）燃料燃烧：化学能转化为内能。解：（1）水力发电，利用的是水的动能和势能，带动发电机线圈的转动，利用电磁感应发电，将机械能转化为电能；（2）内燃机车牵引列车前进，在内燃机的做功冲程将内能转化为列车的机械能，故能量的转化过程为：内能转化为机械能；（3）电动水泵抽水，电动机消耗电能，将电能转化为机械能；（4）火箭发射人造卫星：火箭是利用了喷气发动机通过内能做功，将内能转化为机械能；（5）风力发电机发电，利用风能的机械能带动发电机线圈的转动，将机械能转化为电能；（6）燃烧燃料，将燃料的化学能转化为内能；故答案为：（1）机械能转化为电能；（2）内能转化为机械能；（3）电能转化为机械能；（4）内能转化为机械能；（5）机械能转化为电能；（6）化学能转化为内能。7．新能源汽车前景广阔，有的汽车厂商采用了混合动力系统，当汽车刹车时，电池能够将回收的能量储存起来；当需要增加动力时，电池给电动机供电，给汽车提供额外动力，此过程中电能转化为机械能。解：电池给电动机供电，给汽车提供额外动力，消耗了电能，获得了机械能，是电能转化为机械能。故答案为：电能；机械能。8．下列情景中，属于能量转移的是（B）A．燃料燃烧时发热 B．用热水袋取暖 C．钻木取火 D．电风扇工作解：A、燃料燃烧时发热，将燃料的化学能转化为内能，属于能量的转化，故A错误；B、用热水袋取暖，通过热传递改变物体的内能，属于能量的转移，故B正确；C、钻木取火，通过做功改变物体的内能，属于能量的转化，故C错误；D、电风扇工作，通过电流做功，将电能转化为水的机械能，属于能量的转化，故D错误。故选：B。9．下列过程，能量转化形式相同的是（B）A．甲和乙 B．乙和丙 C．甲和丙 D．乙和丁解：甲：活塞压缩空气做功，使其内能增大，机械能转化成内能。乙：对试管内的水加热，使其温度升高，内能增大，当内能增大到一定程度，就把塞子推出来，即内能转化成机械能。丙：汽油瞬间燃烧，产生高温高压燃气，燃气推动活塞做功，内能转化成机械能。丁：滚摆运动过程中，发生的是动能和重力势能之间的能量转化。故选：B。10．江苏沙河抽水蓄能电站位于江苏溧阳市天目湖镇境内，电站枢纽由上水库、输水系统变电站、下水库等工程组成（如图所示）。当水从上水库倾泻而下，可驱动发动机转动发电。在此过程中，能量转化的顺序为（D）A．动能→重力势能→电能B．重力势能→电能→动能 C．电能→重力势能→动能D．重力势能→动能→电能解：水电站中的水从上水库到达下水库时，水的高度下降，重力势能减少，水的速度增大，动能增加，水的重力势能转化为水的动能；流动的水推动涡轮转动，水的部分动能转移到涡轮上，涡轮带动发电机发电，涡轮的动能转化为发电机的电能，故ABC错误，D正确。故选：D。11．下列关于能量转化、转移现象的说法，错误的是（B）A．植物进行光合作用时，光能转化为化学能 B．酒精燃烧时，机械能转化为内能 C．电动机工作，电能主要转化为机械能 D．用热水袋取暖，内能发生了转移解：A、植物进行光合作用，是将光能转化为化学能储存在植物体内，故A正确；B、酒精具有化学能，燃烧时将化学能转化为内能，故B错误；C、电动机的工作原理是通电导体在磁场中受力运动，其工作时消耗电能转化为机械能，故C正确；D、用热水袋取暖，是内能发生了转移，是通过热传递来改变物体的内能，故D正确。故选：B。12．不同形式的能量可以在一定条件下相互转化，以下选项中属于光能转化为电能的实例是（A）A．太阳能电池B．太阳能热水器 C．电风扇 D．电灯解：A、太阳能电池是光能转化为电能，故A正确。B、太阳能热水器是电能转化为内能，故B错误。C、电风扇是电能转化为机械能，故C错误。D、电灯是电能转化为光能和内能，故D错误。故选：A。13．如图所示是“风光互补”景观照明灯，它“头顶”小风扇，“肩扛”电池板，“腰”挎照明灯，“脚踩”蓄电池。下列解释错误的是（A）A．小风扇是风力发电机，工作时将电能转化为机械能 B．光电池板是将光能转化为电能的装置 C．蓄电池在夜晚供电时，将化学能转化为电能 D．照明灯工作时将电能转化为光能解：A、小风扇利用风力发电，消耗了机械能，获得了电能，将机械能转化为电能，故A错误；B、光电池板工作时，消耗了太阳能，获得了电能，是将光能转化为电能，故B正确；C、蓄电池在夜晚放电，将化学能转化为电能，故C正确；D、照明灯工作时，消耗了电能，获得了光能，将电能转化为光能，故D正确。故选：A。14．关于能量的转化，下列说法错误的是（C）A．用电器工作时将电能转化为其他形式的能 B．摩擦起电时将机械能转化为电能 C．太阳能电池工作时将太阳能转化为化学能 D．摩擦生热时将机械能转化为内能解：A、各种用电器在工作时利用电流做功，把电能转化成各种形式的能量，故A正确；B、摩擦起电时主要将机械能转化为电能，故B正确。C、太阳能电池板，是把太阳能转化为电能，故C错误；D、摩擦生热时，消耗机械能，获得内能，是将机械能转化为内能的过程，故D正确；故选：C。15．2022年6月5日，中国载人航天飞船神舟十四号发射成功。如图所示，飞船在空中加速上升时的能量转化情况是（B）A．飞船的动能转化为重力势能，动能减小 B．燃料燃烧产生的内能转化为飞船的机械能 C．没有发生能量的转化，飞船的机械能不变 D．飞船的重力势能转化为动能，重力势能减小解：飞船在空中加速上升时，飞船的质量不变，速度变大，动能变大，高度增大，重力势能增大，所以该过程不是重力势能和动能的转化；机械能为动能和势能的和，所以机械能增大；火箭升空时，通过燃料的燃烧产生的内能转化为机械能。故选：B。16．常用打火机的打火方式有两种，一种是用一个粗糙的小轮摩擦“火石”打火；另一种是利用高压电装置打火。从能量转化角度看，前者是把机械能转化为内能；后者是把电能转化为内能。解：从能量转化的角度看，摩擦点火，是将机械能转化为内能；高电压火花点火，是电能转化为内能。故答案为：机械；电。17．能量可以从一种形式转化为另一种形式。双手互相迅速摩擦，双手会发热，摩擦过程中还会有声音产生。在这个过程中，运动的能量转化为热能与声能。风力发电是把风的机械能转化为电能的过程，水力发电是把水流的机械能转化为电能的过程。解：能量可以从一种形式转化为另一种形式；风力发电，消耗的是风的机械能，获得了电能，风的机械能转化为电能；水力发电，消耗的是水的机械能，获得了电能，水流的机械能转化为电能。故答案为：转化；机械；电；机械；电。18．生活中能量转化的实例很多，下列描述中正确的是（C）A．摩擦起电是把电能转化为机械能 B．摩擦生热是把内能转化为机械能 C．内燃机在做功冲程中把内能转化为机械能 D．电动机工作过程中消耗的电能全部转化为机械能解：A、摩擦起电是电子的转移，可以把机械能转化为电能，故A错误；B、摩擦生热是克服摩擦做功，把机械能转化为内能，故B错误；C、内燃机的做功冲程中内能转化为机械能，故C正确；D、电动机工作时会消耗电能，是把电能主要转化为机械能，还有一小部分转化为内能，故D错误。故选：C。19．2022年4月16日9时56分，神舟十三号载人飞船返回舱反推发动机成功点火后，神十三号安全降落在东风着陆场预定区域（如图所示为飞船返回过程模拟示意图）。下列有关说法正确的是（D）A．火箭的燃料燃烧的过程是内能转化为化学能 B．反推发动机点火后，发动机工作是机械能转化为内能 C．火箭选用液态氢作燃料，主要是因为氢具有较大的比热容 D．在大气层内的降落过程中，与空气摩擦是机械能转化成内能解：A、火箭的燃料燃烧的过程是化学能转化为内能，故A错误；B、反推发动机点火后，发动机工作是内能转化为机械能，故B错误；C、火箭选用液态氢作燃料，主要是因为氢具有较大的热值，故C错误；D、在大气层内的降落过程中，克服摩擦力做功，是机械能转化成内能，故D正确；故选：D。20．下列关于能量转化的说法，正确的是（A）A．图甲中，风力发电将空气的机械能转化为电能 B．图乙中，拉开的弹弓将石子弹出的过程，弹性势能增大 C．图丙中，“神舟五号”载人飞船成功返航，返回舱在减速着陆过程中机械能守恒 D．图丁中，水平路面上疾驰的汽车，将重力势能转化为动能解：A、风力发电工作时将空气的动能转化为电能，故A正确；B、拉开的弹弓发生了弹性形变，具有弹性势能，当放开石子时，弹弓的弹性形变程度变小，所以弹性势能变小，故B错误；C、当飞船减速着陆时，飞船的质量不变，速度减小，动能减小；质量不变，高度越来越小，重力势能越来越小，机械能减小，故C错误；D、水平路面上疾驰的汽车，在行驶的过程中，质量不变，高度也不变，则汽车的重力势能不变，故D错误。故选：A。三．能量守恒定律21．有关能量的转化和守恒定律，下列说法正确的是（D）A．能量守恒定律只适用于机械能与内能的相互转化 B．能量守恒定律只适用能量转化过程 C．“摩擦生热”是创造了热，它不符合能量守恒定律 D．根据能量守恒定律，宇宙中的能量总和不变解：A、能量守恒定律适用于自然界中任何形式能的相互转化，故错误；B、能量守恒定律既适用能量转化过程，又适用于能量的转移过程，故错误；C、“摩擦生热”是将机械转化为内能的过程，所以它也是符合能量守恒定律的，故错误；D、据能量守恒定律，宇宙中的能量总和不变，故正确；故选：D。22．下列说法正确的是（B）A．根据能量守恒定律，人们可制造出永动机 B．各种形式的能量都可以在一定条件下相互转化 C．能量守恒定律只适用于没有摩擦和空气阻力的情况 D．火箭升空时，其势能和动能都增大，能量守恒定律不适用解：A、由能量守恒定律可知，能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，故可知永动机是不可能制造出来的，故A错误；B、在满足一定的条件下，各种形式的能量之间可以相互转化，故B正确；C、能量守恒定律在摩擦力和空气阻力存在的情况下仍然适用，故C错误；D、火箭升空时，燃料燃烧产生的内能转化为火箭的机械能，使得火箭的重力势能和内能均增大，能量守恒定律同样适用，故D错误。故选：B。23．如图所示，材质均匀的弧形轨道固定在竖直平面，将小球置于轨道的顶端A点，小球具有的机械能为100J．让小球从A点由静止开始滚动，到右侧所能达到的最高位置B点时，具有的机械能为80J，随即小球向左侧滚动，当滚动到左侧所能达到的最高位置时，此过程中小球克服摩擦做的功可能是（不计空气阻力）（A）A．10J B．20J C．60J D．70J解：由题意可知，小球在与轨道摩擦的过程中，其机械能转化为内能，逐渐减小。不计空气阻力，小球从A点到达B点时，机械能从100J减小为80J，减少了20J．而从B点再到达左侧所能达到的最高位置时，其通过轨道的长度应该比第一次短，所以机械能减少的大小应该小于20J，故此过程中小球克服摩擦做的功可能是10J。故选：A。24．下列关于能量的转化和守恒的说法错误的是（D）A．钻木取火是将机械能转化为内能 B．酒精燃烧时将化学能转化为内能 C．汽油机的做功冲程将内能转化为机械能 D．人们对太阳能的开发和利用说明能量可以凭空产生解：A、钻木取火是通过做功的方式改变内能的，是将机械能转化成内能，故A正确；B、酒精燃烧是把化学能转化为内能，故B正确；C、汽油机的做功冲程中，燃气膨胀对活塞做功，将内能转化为机械能，故C正确；D、人们对太阳能的开发和利用，是太阳能转化为其他形式的能，能量是不能凭空产生的，故D错误。故选：D。25．汽车在刹车过程中，机械能转化为地面和轮胎的内能，这些内能将无法自动地转化为汽车的机械能，这种现象说明自发的能量转化过程是有一定方向性的，但在能量的转化和转移过程中，能的总量保持不变（选填“不断减少”“保持不变”或“不断增加”）。解：在刹车过程中，因摩擦将机械能转化为地面、轮胎和空气的内能。转化后，这些能将无法再自动转化为使电动自行车行驶所需要的能量，这种现象说明能量的转化具有方向性，但在能量的转化或转移过程中，能的总量保持不变。故答案为：方向；保持不变。26．用两块铜片、热电偶、电动机（带风扇）组成一个电路，铜片1插在90℃热水中，铜片2放在空气中，如图所示，半分钟左右风扇发生转动，这就是温差发电现象。温差发电的实质是内能转化为电能。利用这套装置，最终热水的内能不能够（选填“能够”或“不能够”）全部转化成风扇的机械能。温差发电遵守（选填“遵守”或“不遵守”）能量守恒定律。解：电路中有电流产生，对应的电能是由热水的部分内能转化来的，即温差发电的实质是内能转化为电能；利用这套装置，热水的内能除了转化成风扇的机械能外，还有一部分能量散失掉了，所以最终热水的内能不能够全部转化成风扇的机械能；能量守恒定律是自然界中普遍存在的规律，任何能量的转化都会遵守能量守恒定律。故答案为：内；电；不能够；遵守。四．能量的转化与转移的方向性27．近来，淄博烧烤火出圈，“进淄赶烤”等话题不断在社交平台刷屏，穿烤肉用的竹签尖细这是为了增大压强；烧烤结束时，剩下火堆用水熄灭，冒出的“白气”是液化现象（填物态变化的名称）；烧烤的主要燃料是木炭，已知它的热值是3.4×107J/kg，200g木炭完全燃烧放出的热量是6.8×106J；这些热量中有部分散失到空气中，无法再利用，说明能量的转移和转化具有方向性。解：（1）穿烤肉用的竹签尖而细，这是在压力相同时，减小受力面积，增大压强容易穿。（2）“白气”是冒出的水蒸气遇冷液化形成的；m＝200g＝0.2kg，木炭完全燃烧放出的热量为：Q放＝mq＝0.2kg×3.4×107J/kg＝6.8×106J；木炭完全燃烧释放的热量中有部分散失到空气中，无法再利用，说明能量的转移和转化具有方向性。故答案为：压强；液化；6.8×106；方向性。28．抽水蓄能电站是电力保障项目之一。该电站可以利用风能和光能资源充足时发电获得的部分电能，将水抽到高处转化为水的机械能储存起来，需要时再利用水的势能发电，从而弥补了风能、光能不稳定且转化的电能难储存的不足，实现风、光与水电的互补，堪称电力系统的巨型“充电宝”。下列有关说法正确的是（B）A．风能和光能不可从自然界直接获取 B．该电站抽水蓄能时可将电能转化为机械能，发电时可将机械能转化为电能 C．根据能量守恒定律可知，该电站抽水时消耗的电能全部转化为水的机械能 D．风能、光能、机械能、电能可以相互转化，说明能量的转化是没有方向性的解：A、风能和光能是可