苏科版物理九年级下册18.4 能量转化的基本规律18.5 能源与可持续发展（知识解读）（学生版）

18.4\o"18.4能量转化的基本规律"能量转化的基本规律18.5\o"18.5能源与可持续发展"能源与可持续发展（知识解读）（原卷版）•知识点1能量守恒定律•知识点2能量转移和转化的方向性•知识点3\o"18.5能源与可持续发展"能源与可持续发展•作业巩固训练知识点1能量守恒定律知识点1能量守恒定律1、能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到另一个物体，在转化或转移的过程中，能量的总量不变。这就是能量守恒定律，如今被人们普遍认同。

2、能量守恒的普遍性：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，无论是物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。能量守恒定律是人类认识自然、利用自然、保护自然的有力武器。能量守恒定律告诉我们，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。

（3）应用：能量守恒定律对于科学研究、工程技术工作有着重要的指导意义。【典例1-1】如图所示是一款遥感无人机。它在匀速下降的过程中，下列说法正确的是（）A．重力势能减小 B．动能增加 C．机械能守恒 D．能量不守恒【典例1-2】建筑工地用打桩机打桩，重锤从5米高处自由落下时，锤与桩因冲击力作用表面温度升高，这一过程中，整个系统的机械能，能量。（填“守恒”或“不守恒”）【变式1-1】下列说法正确的是（）A．甲图中，壶中水的温度升高，内能变大，说明能量可以凭空产生B．乙图中，小球弹跳的高度逐渐降低，机械能不守恒，但能量总量守恒C．丙图中，火箭升空时，燃料减少的化学能等于火箭增加的机械能D．丁图中，由于能量总量保持不变，所以机械能不变，于是科学家们发明了永动机【变式1-2】如图是皮球落地后弹跳过程中，每隔相等时间曝光一次所拍摄的照片。A、B是同一高度的两点，则A点的重力势能B点的重力势能（选填“大于”“小于”或“等于”）。皮球落地后弹跳过程中机械能（选填“守恒”或“不守恒”）。此过程中，各种形式的能量的总量（选填“增大”、“减小”或“不变”）。知识点2能量转移和转化的方向性知识点2能量转移和转化的方向性 1、能的转化（1）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。如内燃机工作时，燃料在汽缸内燃烧，燃料内部储存的化学能通过燃烧转化成高温燃气的内能，高温燃气膨胀推动活塞运动做功，燃气的内能又转化为机械能，驱动机器转动。如果使用内燃机带动发电机发电，机械能又可以转化成电能，电能输送到各种用电器（电灯、电动机•电热器等），电能又转化为其他形的能量（光能机械能内能等）；

（2）能量的转化有方向性：我们利用的各种形式的能最终会自然地转化成内能，散失到周围空气中，但内能不会自然地转化成其他形式的能量。如电灯在工作时，将电能转化为内能和光能，被周围的空气吸收，最终都变成了空气的内能，这是自然发生的，而空气的内能不能自动变成其他形式的能量。

2、能的转移（1）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。能量的形式没有发生变化，但存在的位置发生了变化，这就是能的转移。内能够发生转移，其他形式的能也能够发生转移，如风吹帆船运动，流动空气的部分动能；

（2）能量的转移也有方向性：在热传递过程中，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。3、能量的转化、能量的转移、都是有方向性的，要逆向转化或转移能量，就会消耗其他的能量。例如冰箱里的热不会自动转移到温度较高的外部，而必须要消耗其他的能量（电能）才能把冰箱里的热量转移到冰箱外部。

自然界中的一切实际变化过程都具有方向性，朝某个方向的变化是可以自发发生的，相反方向的变化却是受到限制的，这时如果要使变化了的事物重新恢复到原来的状态，一定会对外界产生无法消除的影响，这就是自然界的不可逆性；由此也说明了我们需要节约能源。4、能量及其存在的不同形式（1）能量是物质运动的量化转换，简称“能”，在物理学中，能量是一个间接观察到的物理量，它往往被视为某一个物体对其他的物体做功的能力，由于功被定义为力作用一段距离，因此能量总是等同于沿着一定的长度阻挡大自然基本力量的能力；（2）能量也有不同的形式，如机械运动的动能和势能，热运动的内能，电磁运动的电磁能，化学运动的化学能等，他们分别以各种运动形式特定的状态参量来表示；（3）当运动形式发生变化或运动量发生转移时，能量也从一种形式转化为另一种形式，从一个系统传递给另一个系统；在转化和传递中总能量始终不变；（4）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。【典例2-1】下列说法中正确的是（）A．任何形式的能量之间都能发生相互的转移和转化B．汽油机的做功冲程将内能转化为机械能C．燃料的热值越大，燃烧放出的热量越多D．物体吸收热量，温度一定升高【典例2-2】风力发电有利于推动（选填“可再生”或“不可再生”）能源的开发利用和生态环境的保护。华中地区首座风电场——湖北通山九宫山风电场的开工建设，既为神奇秀美的九宫山增添了一道靓丽的风景，又促进了咸宁市能源结构的改变。工作时风车带动发电机，发电机将能转化为能。发电机是根据现象制成的。【变式2-1】河北丰宁抽水蓄能电站是2022年北京冬奥会的电力保障项目之一、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”。下列说法正确的是（）A．在自然界里源源不断地得到的能源是可再生能源，风能和光能是不可再生能源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【变式2-2】随着我国人民生活水平的不断提高，汽车已进入寻常百姓家。汽车发动机的主要部分是汽油机，是把汽油燃烧放出的能转化为能的装置。汽油机工作时，克服摩擦消耗的能量、机械传热损失的能量以及废气排出带走的能量，都不能再自动地用来驱动汽车，这是由于能量转化具有，而我们所能利用的能源是有限的，所以需要节约能源。知识点3\o"18.5能源与可持续发展"能源与可持续发展知识点3\o"18.5能源与可持续发展"能源与可持续发展 1、能量转化的效率（1）输出的有用能量和输入的总能量之比，叫做能量转化的效率。（2）表达式为：。（3）由于在能量转化过程中总有能量损失，所以能量转化的效率总小于1。2、能源的利用和对环境的危害（1）城市大气污染：一次能源利用过程中，产生大量的CO、SO2、NOX、TSP及多种芳烃化合物，已对一些国家的城市造成了十分严重的污染，不仅导致对生态的破坏，而且损害人体健康。（2）矿物燃料的燃烧，使大气CO2浓度增加，温室效应增强。（3）酸雨：化石能源的燃烧产生的大量SO2和NOX等污染物通过大气传输，在一定条件下形成大面积酸雨，改变酸雨覆盖区的土壤性质，危害农作物和森林生态系统，改变湖泊水

库的酸度，破坏了水生生态系统，腐蚀材料，造成重大经济损失．酸雨还导致地区气候改变，造成难以估量的后果。（4）核废料问题：发展核能技术，尽管在反应堆方面已有了安全保障，但是，世界范围内的民用核能计划的实施，已产生了上千吨的核废料．这些核废料的最终处理问题并没有完全解决，这些废料在数百年里仍将保持着有危害的放射性。3、\o"22.4能源与可持续发展"能源与可持续发展（1）由于世界人口的急剧增长和经济的不断发展，能源的消耗急剧增长，目前作为人类主要能源的化石能源正逐渐被消耗，所以节约能源已成为当今社会的一大问题，解决能源问题的出路主要有两种：一是提高能源的利用率；二是开发和利用新能源，特别是开发和利用太阳能和核能。（2）有利于节约能源的措施：①节能降耗，从我做起：随手关灯、关电脑等，注意节约用水等等。②注意技术创新，提高能源利用效率，减少废气、废物排放的污染因素。③依靠科学技术创新开发绿色新能源，加强能源利用中的防护措施，提高能源使用的安全性。【典例3-1】2024年1月3日，由中国航空工业集团通用飞机有限责任公司自主研制的AG60E电动飞机在浙江建德千岛湖通用机场圆满完成首次飞行。下面有关电动飞机的说法正确的是（）A．飞机获得升力的原理是“流体流速大的地方压强大”B．加速升空过程中，机械能不断增大C．飞机飞行时，机械能转化为电能D．匀速直线飞行时，飞机受非平衡力的作用【典例3-2】国家能源局发布的《2022年能源工作指导意见》提出，持续提升油气勘探开发力度，坚决完成2022年原油产量重回2亿吨、天然气产量持续稳步上产的既定目标。其中原油（石油）属于（选填“可再生”或“不可再生”）能源；太阳能作为清洁能源正被广泛运用，例如太阳能LED照明路灯，LED是一种发光二极管，它的主要制作材料是（选填“绝缘体”或“半导体”）。【典例3-3】2023年杭州亚运会使用了氢燃料汽车，它利用氢与氧发生反应产生的电能驱动汽车行驶。如图所示，某氢燃料汽车产生电能（）的效率为60%，若该车以20m/s的速度匀速行驶时，输出功率为30kW，且以该速度匀速行驶100m时需消耗2g的氢燃料（氢的热值），请你：（1）简单描述这个过程中能量是如何转化的；（2）求出此次运行过程中牵引力做的功；（3）求出完全燃烧2g的氢燃料放出的热量。【变式3-1】如图所示是一种太阳能背包。它的前面有一个太阳能电池板，里面有一个蓄电池，可以给手机、小风扇或数码相机等电子产品供电。下列说法正确的是（

）A．太阳能电池板将化学能转化为电能B．给蓄电池充电，是将电能转化为化学能C．背包的肩带做得很宽，是为了减小压力D．小风扇工作将化学能转化为机械能【变式3-2】合理分类和利用垃圾可以变废为宝。在一定条件下，1吨垃圾能“榨”出170kg燃料油，燃烧时燃料油的能转化为内能，燃料油用去一半后，其热值将。（选填“变大”“不变”或“变小”）我国新能源汽车发展迅猛，受到国内外广大消费者的青睐。给汽车蓄电池充电时，蓄电池相当于基本电路中的；如图所示是某电动汽车充电站的一排充电桩，这些充电桩是（选填“串联”或“并联”）的。【变式3-3】“十三五”河南谋划实施一批重大风电项目，国内单体容量最大的平原风电——华能濮阳一期50万千瓦风电项目已经在河南濮阳投产发电。风力发电机就是利用风的动能转化成电能。若某种风力发电机，每片风叶的质量为6t，长为40m。下表给出了1kg空气在不同风速下速度（v）与动能（E）的关系（空气密度取1.2kg/m3，圆周率π=3.0）。（1）如果一台这样的风力发电机平均每秒可以输出1.8×105J的电能，则50台这样的风力发电机，一年获得的电能由热电转换效率为50%的天然气热电厂来完成需要燃烧多少千克的天然气？（天然气的热值q=4.0×107J/m3，天然气的密度ρ=0.7kg/m3，一年工作时间按3000h计算，煤的热值为3.0×107J/kg）（2）当风速为10m/s时，若风力发电机风轮正面迎风，这台发电机每秒钟能对外提供2.88×106J的电能，则它将风能转化为电能的效率是多少？（3）风能作为一种无污染且取之不尽的发电能源，也有其局限性，请你说一说并提出解决办法。动能E（J）28183250风速v（m/s）246810一、单选题1．不同形式的能量可以在一定条件下相互转化，如图给出的实例中，错误的是（）A．热机做功冲程 B．电池甲充电C．电池乙供电 D．植物生长2．自然界的各种现象互相联系，能量之间的相互转化也非常普遍。以下现象与其主要发生的能量转化对应关系正确的是（

）A．电池充电——化学能转化为电能B．燃料燃烧——化学能转化为内能C．来回迅速摩擦双手——内能转化为机械能D．太阳能电池——太阳能转化为化学能3．汽车是现代生活中最常见的一种交通工具，如图甲、乙分别是某汽油机的某冲程及能量流向图。下列有关说法正确的是（）A．甲图是压缩冲程，是由内能转化为机械能B．由乙图可知该汽油机的对能量的利用率是30%C．汽车尾气中的“汽油味”越浓，燃料燃烧得越不充分，热机功率越低D．若该汽油机飞轮的转速为1200r/min，则在1s内汽油机对外做了10次功4．龙年春天，“甘肃天水麻辣烫”登上各大网络平台热搜榜单。陇右名城，用一碗麻辣烫，承载起“火辣滚烫”的人气流量。下列有关麻辣烫的说法错误的是（）A．麻辣烫周围香气四溢，说明分子在不停地做无规则运动B．烫菜的过程是用热传递的方法改变物体的内能C．当锅中水沸腾时，锅中上方出现白气是液化形成的D．麻辣烫进入人的胃里消化，食物的能量消失了5．我国科技人员历时13年自主研制的F级50兆瓦重型燃气轮机正式完工。燃气轮机的本质是一种通过燃料（主要为天然气）与空气燃烧产生高温高压气体，推动叶片带动发电机来发电的机械。联合循环一小时获得的电能，消耗的天然气（天然气的热值取）。下列有关说法正确的是（

）A．燃料燃烧是化学能转化为机械能B．发电机是由电能转化为机械能C．联合循环的热效率约为20%D．燃气轮机联合循环一小时天然气共释放出的热量6．如图所示是小区内电动汽车充电时的情景。小明发现只有将电卡插入电槽中，充电桩才开始给电动汽车内的蓄电池充电，下列说法正确的是（）A．电卡相当于该充电电路中的导线B．蓄电池相当于该充电电路中的电源C．充电时，车内蓄电池将电能转化为化学能D．充满电的汽车驶离充电桩的过程中，车内蓄电池将电能转化为机械能7．在一个现代化的科技展览馆中，里面有一群充满好奇心的中学生在技术人员的带领下，正在进行一次别开生面的科技探索之旅，展馆中有很多的现代化设备，其中涉及到了多种能量转化和热学方面的知识，下面这些说法中不正确的是（）A．吸气冲程中，汽油机吸入汽油和空气的混合物，柴油机只吸入空气B．蓄电池充电时，电能转化为化学能C．长征五号系列火箭用液态氢作燃料主要是因为液态氢具有较高的比热容D．汽车散热器常用水作冷却剂，当汽车散热器散热时，通过热传递改变了水的内能8．如图是一新型手电筒。上下快速晃动时，筒内的磁体会上下运动，使筒壁上的线圈内产生感应电流，并为筒内的蓄电池充电。下列说法正确的是（）A．该装置利用了电动机原理 B．上下快速晃动时电能转化为机械能C．该装置利用了发电机原理 D．为蓄电池充电时化学能转化为电能二、填空题9．如图是在上海科技活动节中推出的节能环保、可调节室温的江水源热泵技术的原理图。在夏天，电泵将江水抽上岸时主要将电能转化为能；当江水循环到冷凝器时，利用江水与冷凝器存在的温度差，通过的方式带走室内热量，从而实现降温。10．“湖山杯”2024重庆开州汉丰湖马拉松赛10月20日在重庆开州区汉丰湖畔雨中激情开赛。超万名跑者从三峡库区最大的内陆湖——汉丰湖畔出发，在凉爽的金秋时节沿着赛道纵情奔跑，在湖光山色的美景中尽享运动带来的乐趣。如图是西街初中校门口的运动员能量补给站，为运动员提供了香蕉。运动员吃了香蕉后，香蕉中的能被人体消化吸收，经过一系列的生理过程转化为人体运动所需的能。11．“低碳环保”是当今世界的主题，太阳能已被人们广泛利用。利用太阳能的方式主要有两种，一种是用集热器加热，集热器中用水作为传热媒介，是因为水的大，在加热过程中，热量只能自发的从高温物体转移到低温物体，不能相反，这一现象说明能量的转移具有性。另一种是用太阳能电池将太阳能转化为。12．我国西晋学者张华在《博物志》中写到“今人梳头、脱着衣时，有随梳、解结有光者，亦有咤声”，脱衣时有光有声其实是一种现象，该过程中机械能转化为能和内能