第一节 能量的转化与守恒（导学案）物理沪科版2024九年级全一册

该初中物理导学案聚焦能量的转化与守恒，涵盖能量的转移与转化、守恒定律、方向性及效率等核心知识点。通过自主预习填空搭建前备知识，课堂探究以任务驱动（区分转移与转化、实验分析守恒现象、讨论方向性实例）连接前后知识，形成“预习-探究-应用”的学习支架。 特色在于以科学探究为主线，通过实验现象分析（秋千、乒乓球弹跳）、小组讨论（手摸热水袋等实例）培养科学思维，结合神舟十六号、走马灯等生活实例强化能量观念，永动机讨论渗透科学态度，思维导图助力系统梳理，兼顾自主学习与合作探究，提升学习效率。

第一节 能量的转化与守恒 【学习目标】 知道能量可转移与转化，了解常见能量转化和转移的实例；理解能量守恒定律，认识能量转移和转化具有方向性及效率问题。 【学习重点】 能量的转移与转化，能量守恒定律的内容与应用（解释自然现象）。 能量转移与转化的方向性。 【学习难点】 运用能量守恒定律解释 “机械能减少但总能量不变” 的现象。 理解能量转移与转化的方向性。 【自主预习】 能量的______是指同种形式的能量在不同物体或同一物体不同部分间的传递；能量的______是指能量从一种形式变为另一种形式； 能量守恒定律的内容是：能量既不会______，也不会______，它只会从一种形式______为其他形式，或从一个物体______到其他物体，而能量的______保持不变； 能量转移和转化具有______，例如热总是从______物体传递到______物体，机械能可转化为内能，但内能无法自发全部转化为机械能； 能量转化效率是______与______的比值，公式为______()，效率永远______100%； 不消耗能量却能永远对外做功的______是不可能实现的，它违背了______。 【课堂探究】 任务一：区分能量的转移与转化1. 概念辨析 类型 定义 实例 能量形式变化 能量转移 热传递、小球碰撞（无摩擦）、多米诺骨牌倾倒 不变 能量转化 水力发电、钻木取火、电灯发光 改变 2. 小组讨论：分析下列现象属于能量转移还是转化 手摸热水袋变暖：______； 点燃蜡烛发光发热：______； 发电机发电：______； 两球碰撞后交换速度：______。 任务二：探究能量守恒定律 1. 实验现象分析 实验现象 能量变化过程 总能量是否守恒 秋千越摆越低 乒乓球弹跳高度逐渐降低 水沸腾时蒸汽推动壶盖 2. 定律归纳与应用 核心结论：任何过程中，能量的总量始终保持不变，所谓 “能量损失” 其实是转化为了不易利用的内能； 应用练习：解释 “陨石穿过大气层发光发热” 的现象：______。 任务三：认识能量的方向性与效率 1. 方向性实例分析 自然过程的自发方向：水从高处流向低处、热从高温传向低温、燃料燃烧释放化学能→内能； 反向过程的不可自发性：低温物体不能自发向高温物体传热、内能不能自发全部转化为机械能。 2. 能量转化效率 定义：输出的有用能量与输入总能量的比值，反映能量利用的充分程度； 计算公式： 实例计算：某柴火灶燃烧 1kg 木柴释放 1.2×10⁷J 热量，其中 3.6×10⁶J 用于加热食物，其效率为______。 任务四：永动机不可实现的原因 违背能量守恒定律：试图不消耗能量却对外做功，违反 “能量不能创生” 的规律； 违背方向性：试图让内能自发全部转化为机械能，违反能量转化的方向性。 【归纳整理】 【课堂练习】 一、单选题 1．2023年10月31日8时11分，神舟十六号载人飞船返回舱在东风着陆场成功着陆，神舟十六号载人飞行任务取得圆满成功，下列说法正确的是（　　） A．火箭使用液态氢做燃料，是因为它的热值大，液态氢完全燃烧时的热值比不完全燃烧时的大 B．燃料热值的公式为，所以q与Q成正比 C．空间站的太阳能电池板工作时将化学能转化为电能 D．返回舱进入大气层后与大气摩擦，一部分机械能转化为内能 2．关于能量的转化与守恒，下列说法正确的是（   ） A．一个用细线悬挂的小球在来回摆动许多次后总会停下来，说明这个过程的能量不守恒 B．空调既能制热，又能制冷，说明自发的热传递不存在方向性 C．因为自然界中的能量是守恒的，所以说能源危机不过是杞人优天 D．任何制造永动机的设想，无论看上去多么巧妙，都是一种徒劳 3．关于能量及其转化，下列说法中正确的是（　　） A．既然能量是守恒的，那么能源危机就是不存在的 B．利用水库的水发电，再用这些电把水抽回水库，这样发电机和抽水机就会永远不停地运转下去 C．自发的能量转化和转移具有方向性，即自发的能量转化和转移过程是不可逆的 D．荡秋千时，秋千的摆动幅度会逐渐减小最后停下来，说明这个过程的能量不守恒 4．关于能量和能源，下列说法正确的是（　　） A．能量在转化和转移过程中，其总量保持不变 B．能量在转化和转移过程中，其总量会不断减少 C．能量在转化和转移过程中，其总量会不断增加 D．能量的转化和转移没有方向性 5．如图是小徽学了能量守恒后设计的一个小蒸汽轮机，下列说法不正确的是（　　） A．能量在转化的过程中总量越来越少 B．酒精在燃烧的过程中，是将化学能转化为内能 C．能量的转化和转移都是有方向的 D．轮子的转动说明永动机是不可以实现的 6．物理学习中，理解物理概念是学习物理的核心基石，以下有关物理概念的信息表达不正确的是（　　） A．在热传递的过程中，传递热的多少叫热量 B．构成物质的分子间既存在引力也存在斥力 C．改变内能的方式有两种，一种是做功，另一种是热传递 D．在能量的转化和转移中，能量有时候会消失 7．如图是我国传统的“走马灯”。点燃底部蜡烛，热空气上升驱动扇叶转动，观众可以看到纸片运动起来。下列关于说法错误的是（   ） A．蜡烛燃烧——化学能转化为内能 B．在能的转化和转移过程中，能量的总量保持不变 C．热空气驱动扇叶转动——内能转化为机械能 D．能量可以凭空产生 二、填空题 8．能量是与物体运动有关的物理量，生活中很多现象中存在能量的转化： (1)电灯发光时，将电能转化为光能和 能； (2)手机充电时，将电能转化为手机电池的 能； (3)张家界极限荒野求生挑战中钻木取火比赛时，将 能转化为内能； 9．电动汽车在充电时将 能转化为化学能，能量在转化和转移的过程中，总量保持 （选填“变大”、“变小”或“不变”）。 10．国际热核聚变实验堆（ITER）计划俗称“人造太阳”。“人造太阳”的核聚变原料是地球上储量丰富的氘和氚，同时生成物没有危害，被称为“终极能源”。 (1)“人造太阳”与我国正在运行的核电站获得核能的方式是否相同？ ；目前核电站利用的核能是 （选填“可再生”或“不可再生”）能源； (2)在核反应过程中产生的内能不能再自动转化为核能，这说明能量的转化和转移具有 性。 11．2025年9月3日，纪念中国人民抗日战争暨世界反法西斯战争胜利80周年大会在北京天安门广场隆重举行。导弹拦截系统是我国在军事领域着重研究的对象，拦截弹在运动过程中，是做曲线运动，燃料助推拦截弹，燃料的化学能最终转化为拦截弹的 能和其与空气摩擦而产生的内能，能量的总量 （选填“变大”“变小”或“不变”）。 12．一些物理小实验如下： (1)如图甲所示，将一根塑料绳一端扎紧，从另一端把绳撕成很多条细丝，用手向下捋几下后，观察到塑料细丝越来越蓬松，其原理是 （填电荷间作用规律），已知塑料细丝带负电，则手 电子（选填“失去”或“得到”）； (2)如图乙所示，两个玻璃瓶内分别装有空气和二氧化氮气体（红棕色），为了证明气体发生扩散，最恰当的实验装置应选 （选填“乙”或“丙”）方式放置，根据空气瓶内颜色逐渐变成红棕色的现象，这属于 现象； (3)历史上人类尝试制造各种不需要消耗能量就能源源不断对外做功的“永动机”，但都失败了，因为这违背了 定律；能量的转移和转化是普遍现象，如图丁是小球在地面弹跳的频闪照片，由图可知小球的机械能 （选填“增大”“减小”或“不变”）。 【课后反思】 本节课学习中，你有哪些收获，还有哪些问题？ 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 第一节 能量的转化与守恒 【学习目标】 知道能量可转移与转化，了解常见能量转化和转移的实例；理解能量守恒定律，认识能量转移和转化具有方向性及效率问题。 【学习重点】 能量的转移与转化，能量守恒定律的内容与应用（解释自然现象）。 能量转移与转化的方向性。 【学习难点】 运用能量守恒定律解释 “机械能减少但总能量不变” 的现象。 理解能量转移与转化的方向性。 【自主预习】 能量的______（转移）是指同种形式的能量在不同物体或同一物体不同部分间的传递；能量的______（转化）是指能量从一种形式变为另一种形式； 能量守恒定律的内容是：能量既不会______（消灭），也不会______（创生），它只会从一种形式______（转化）为其他形式，或从一个物体______（转移）到其他物体，而能量的______（总量）保持不变； 能量转移和转化具有______（方向性），例如热总是从______（高温）物体传递到______（低温）物体，机械能可转化为内能，但内能无法自发全部转化为机械能； 能量转化效率是______（有用能量）与______（输入总能量）的比值，公式为______(η =W有用/W总 ×100%)，效率永远______（小于）100%； 不消耗能量却能永远对外做功的______（永动机）是不可能实现的，它违背了______（能量守恒定律）。 【课堂探究】 任务一：区分能量的转移与转化1. 概念辨析 类型 定义 实例 能量形式变化 能量转移 同种形式能量在物体间或物体内传递 热传递、小球碰撞（无摩擦）、多米诺骨牌倾倒 不变 能量转化 能量从一种形式变为另一种形式 水力发电、钻木取火、电灯发光 改变 2. 小组讨论：分析下列现象属于能量转移还是转化 手摸热水袋变暖：______（转移，内能从热水袋转移到手上）； 点燃蜡烛发光发热：______（转化，化学能转化为光能和内能）； 发电机发电：______（转化，机械能转化为电能）； 两球碰撞后交换速度：______（转移，动能从一个球转移到另一个球）。 任务二：探究能量守恒定律 1. 实验现象分析 实验现象 能量变化过程 总能量是否守恒 秋千越摆越低 机械能→内能（克服空气阻力做功） 守恒（机械能减少量 = 内能增加量） 乒乓球弹跳高度逐渐降低 机械能→内能（碰撞 + 空气阻力） 守恒（总能量 = 机械能 + 内能） 水沸腾时蒸汽推动壶盖 内能→机械能 守恒（内能减少量 = 机械能增加量） 2. 定律归纳与应用 核心结论：任何过程中，能量的总量始终保持不变，所谓 “能量损失” 其实是转化为了不易利用的内能； 应用练习：解释 “陨石穿过大气层发光发热” 的现象：______（陨石的机械能转化为内能，总能量守恒）。 任务三：认识能量的方向性与效率 1. 方向性实例分析 自然过程的自发方向：水从高处流向低处、热从高温传向低温、燃料燃烧释放化学能→内能； 反向过程的不可自发性：低温物体不能自发向高温物体传热、内能不能自发全部转化为机械能。 2. 能量转化效率 定义：输出的有用能量与输入总能量的比值，反映能量利用的充分程度； 计算公式：η =W有用/W总 ×100% 实例计算：某柴火灶燃烧 1kg 木柴释放 1.2×10⁷J 热量，其中 3.6×10⁶J 用于加热食物，其效率为______（30%）。 任务四：永动机不可实现的原因 违背能量守恒定律：试图不消耗能量却对外做功，违反 “能量不能创生” 的规律； 违背方向性：试图让内能自发全部转化为机械能，违反能量转化的方向性。 【归纳整理】 【课堂练习】 一、单选题 1．2023年10月31日8时11分，神舟十六号载人飞船返回舱在东风着陆场成功着陆，神舟十六号载人飞行任务取得圆满成功，下列说法正确的是（　　） A．火箭使用液态氢做燃料，是因为它的热值大，液态氢完全燃烧时的热值比不完全燃烧时的大 B．燃料热值的公式为，所以q与Q成正比 C．空间站的太阳能电池板工作时将化学能转化为电能 D．返回舱进入大气层后与大气摩擦，一部分机械能转化为内能 【答案】D 【详解】A．运载火箭采用液态氢作为火箭的燃料，原因是液态氢具有较高的热值，但热值是燃料的一种特性，它只与燃料的种类有关，与燃料是否完全燃烧没关系，故A错误； B．热值是燃料的一种特性，与放出的热量无关，故B错误； C．太阳能电池板工作时将太阳能转化为电能，故C错误； D．返回舱进入大气层后与大气摩擦，克服摩擦做功，将一部分机械能转化为内能，内能增加，温度升高，故D正确。 故选D。 2．关于能量的转化与守恒，下列说法正确的是（   ） A．一个用细线悬挂的小球在来回摆动许多次后总会停下来，说明这个过程的能量不守恒 B．空调既能制热，又能制冷，说明自发的热传递不存在方向性 C．因为自然界中的能量是守恒的，所以说能源危机不过是杞人优天 D．任何制造永动机的设想，无论看上去多么巧妙，都是一种徒劳 【答案】D 【详解】A．小球停下来是因为机械能通过摩擦和克服空气阻力转化为内能，总能量仍然守恒，故A错误； B．空调工作需要电能驱动，并非自发过程，不能说明热传递无方向性，故B错误； C．自然界的能量是守恒的，但能量的转化或转移是有方向性的，因此能源危机是存在的，是指可用能源减少，故C错误； D．永动机违背了能量守恒定律，因此是无法实现，故D正确。 故选D。 3．关于能量及其转化，下列说法中正确的是（　　） A．既然能量是守恒的，那么能源危机就是不存在的 B．利用水库的水发电，再用这些电把水抽回水库，这样发电机和抽水机就会永远不停地运转下去 C．自发的能量转化和转移具有方向性，即自发的能量转化和转移过程是不可逆的 D．荡秋千时，秋千的摆动幅度会逐渐减小最后停下来，说明这个过程的能量不守恒 【答案】C 【详解】A．由于能量的转化具有方向性，所以能源被消耗后，不能恢复，所以能源危机是存在的，故A错误， B．利用水库的水发电，会有一部分水能损失掉；再用这些电把水抽回水库，会有一部分电能损失掉，由于能量有损失，所以发电机和抽水机不会持续运转下去，故B错误； C．自发的能量转化和转移具有方向性，则能量转化和转移后，不能逆向转化和转移，所以自发的能量转化和转移过程是不可逆的，故C正确； D．荡秋千时，秋千的摆动幅度会逐渐减小，最后停下来，是机械能转化为内能和其它能量，机械能减少，但这个过程中能量是守恒的，故D错误。 故选C。 4．关于能量和能源，下列说法正确的是（　　） A．能量在转化和转移过程中，其总量保持不变 B．能量在转化和转移过程中，其总量会不断减少 C．能量在转化和转移过程中，其总量会不断增加 D．能量的转化和转移没有方向性 【答案】A 【详解】ABC．根据能量守恒定律：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，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其它物体，而在转化和转移的过程中，其总量保持不变，故A正确，BC错误； D．能量的转化和转移是具有方向性的，比如热量只能自发地从高温物体转移到低温物体，而不能自发地从低温物体转移到高温物体，故D错误。 故选A。 5．如图是小徽学了能量守恒后设计的一个小蒸汽轮机，下列说法不正确的是（　　） A．能量在转化的过程中总量越来越少 B．酒精在燃烧的过程中，是将化学能转化为内能 C．能量的转化和转移都是有方向的 D．轮子的转动说明永动机是不可以实现的 【答案】A 【详解】A．能量在转化的过程中是守恒的，能的总量保持不变。故A错误，符合题意； B．燃烧是化学变化，酒精燃烧时将化学能转化为内能。故B正确，不符合题意； C．能量的转化和转移是有方向的，如内能在转移时，只能从温度高的物体（物体高温部分）向低温物体（物体的低温部分）转移。故C正确，不符合题意； D．根据能量转化与守恒定律可知，永动机是不可以实现的。这个现象中，轮子的转动，消耗了内能。故D正确，不符合题意。 故选A。 6．物理学习中，理解物理概念是学习物理的核心基石，以下有关物理概念的信息表达不正确的是（　　） A．在热传递的过程中，传递热的多少叫热量 B．构成物质的分子间既存在引力也存在斥力 C．改变内能的方式有两种，一种是做功，另一种是热传递 D．在能量的转化和转移中，能量有时候会消失 【答案】D 【详解】A．热量是热传递过程中，物体之间转移能量的多少，它是一个过程量，单位是焦耳，故A正确，不符合题意； B．分子间同时存在引力和斥力，它们都随分子间距离的变化而变化，当分子间距较大时，表现为引力，当间距很小时，表现为斥力，故B正确，不符合题意； C．改变物体内能的两种方式，即做功（如摩擦生热、压缩气体）和热传递（如加热、冷却），二者在改变内能上是等效的，故C正确，不符合题意； D．根据能量守恒定律，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另一种形式，或从一个物体转移到另一个物体，能量在转化和转移过程中总量保持不变，故D错误，符合题意。 故选 D。 7．如图是我国传统的“走马灯”。点燃底部蜡烛，热空气上升驱动扇叶转动，观众可以看到纸片运动起来。下列关于说法错误的是（   ） A．蜡烛燃烧——化学能转化为内能 B．在能的转化和转移过程中，能量的总量保持不变 C．热空气驱动扇叶转动——内能转化为机械能 D．能量可以凭空产生 【答案】D 【详解】A．蜡烛燃烧是化学反应，这个过程中，蜡烛储存的化学能转化为周围空气的内能和光能，故A正确，不符合题意； B．能量守恒定律是自然界的基本定律之一，它指出能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，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其它物体，而能量的总量保持不变，故B正确，不符合题意； C．蜡烛燃烧产生的热空气密度变小而上升，形成对流，上升的热空气推动扇叶转动，带动纸马运动，这个过程是热空气的内能转化为扇叶和纸马的机械能，故C正确，不符合题意； D．根据能量守恒定律，能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，只能发生转化或转移，故D错误，符合题意。 故选D。 二、填空题 8．能量是与物体运动有关的物理量，生活中很多现象中存在能量的转化： (1)电灯发光时，将电能转化为光能和 能； (2)手机充电时，将电能转化为手机电池的 能； (3)张家界极限荒野求生挑战中钻木取火比赛时，将 能转化为内能； 【答案】(1)内 (2)化学 (3)机械 【详解】（1）电灯发光时，电流做功使电灯发光发热，将电能转化为光能和内能。 （2）为手机充电时，手机是用电器，消耗电能，将电能转化为手机电池的化学能。 （3）钻木取火的过程，是通过不断转动木棍以做功的方式，将机械能转化为木头的内能，从而取火。 9．电动汽车在充电时将 能转化为化学能，能量在转化和转移的过程中，总量保持 （选填“变大”、“变小”或“不变”）。 【答案】 电 不变 【详解】[1]电动汽车充电时，电池通过外部电源输入电能，将电能转化为化学能储存。 [2]根据能量守恒定律，能量在转化和转移过程中，其总量不变，既不会创生也不会消灭。 10．国际热核聚变实验堆（ITER）计划俗称“人造太阳”。“人造太阳”的核聚变原料是地球上储量丰富的氘和氚，同时生成物没有危害，被称为“终极能源”。 (1)“人造太阳”与我国正在运行的核电站获得核能的方式是否相同？ ；目前核电站利用的核能是 （选填“可再生”或“不可再生”）能源； (2)在核反应过程中产生的内能不能再自动转化为核能，这说明能量的转化和转移具有 性。 【答案】(1) 不相同 不可再生 (2)方向 【详解】（1）[1]核电站获得核能的方式是核裂变，“人造太阳”是核聚变，所以二者获得核能的方式不相同。 [2]目前核电站利用裂变获得核能，所用的原料消耗后短期内不能从自然界得到补充，属于不可再生能源。 （2）在核反应过程中产生的内能不能再自动转化为核能，这体现了能量的转化和转移具有方向性。 11．2025年9月3日，纪念中国人民抗日战争暨世界反法西斯战争胜利80周年大会在北京天安门广场隆重举行。导弹拦截系统是我国在军事领域着重研究的对象，拦截弹在运动过程中，是做曲线运动，燃料助推拦截弹，燃料的化学能最终转化为拦截弹的 能和其与空气摩擦而产生的内能，能量的总量 （选填“变大”“变小”或“不变”）。 【答案】 机械 不变 【解析】【小题1】[1][2]燃料燃烧时，化学能通过燃烧转化为拦截弹的机械能（包括动能和重力势能），同时部分能量因与空气摩擦转化为内能。根据能量守恒定律，能量的总量保持不变。 12．一些物理小实验如下： (1)如图甲所示，将一根塑料绳一端扎紧，从另一端把绳撕成很多条细丝，用手向下捋几下后，观察到塑料细丝越来越蓬松，其原理是 （填电荷间作用规律），已知塑料细丝带负电，则手 电子（选填“失去”或“得到”）； (2)如图乙所示，两个玻璃瓶内分别装有空气和二氧化氮气体（红棕色），为了证明气体发生扩散，最恰当的实验装置应选 （选填“乙”或“丙”）方式放置，根据空气瓶内颜色逐渐变成红棕色的现象，这属于 现象； (3)历史上人类尝试制造各种不需要消耗能量就能源源不断对外做功的“永动机”，但都失败了，因为这违背了 定律；能量的转移和转化是普遍现象，如图丁是小球在地面弹跳的频闪照片，由图可知小球的机械能 （选填“增大”“减小”或“不变”）。 【答案】(1) 同种电荷相互排斥 失去 (2) 丙 扩散 (3) 能量守恒 减小 【详解】（1）[1]将一根塑料绳一端扎紧，从另一端把绳撕成很多条细丝，用手向下捋几下后，手和塑料细丝摩擦起电，塑料细丝带同种电荷，同种电荷相互排斥，塑料细丝越来越蓬松。 [2]两个物体相互摩擦，电子发生转移，带不同电荷，塑料丝带负电，则手带正电，手失去电子。 （2）[1][2]二氧化氮气体的颜色是红棕色的，而且比空气的密度大，为了排除重力对实验的影响，装二氧化氮气体的瓶子不能放在上方，所以最恰当的实验装置应是丙，然后根据空气瓶中出现红棕色的现象，发生了扩散现象，说明构成物质的分子不停地做无规则运动。 （3）[1]能量的利用过程，本质是能量的转移或转化过程，在转移或转化过程中，总量是不变的，但由于能量的转化和转移具有方向性，所以不需要消耗能量就能源源不断对外做功的“永动机”违背了能量守恒定律。 [2]由图可知，小球弹跳的高度越来越低，是因为小球运动过程中不断克服空气阻力做功，不断将机械能转化为内能，所以小球的机械能减小。 【课后反思】 本节课学习中，你有哪些收获，还有哪些问题？ 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $