14.1 能量的转化与守恒 暑期预习导学案（附同步作业）-2026-2027学年九年级全一册物理人教版

14.1 能量的转化与守恒 一、学习目标 1. 认识自然界常见的五种能量形式，能够区分能量转化和能量转移两种形式； 2. 熟记生活、考题中高频的能量转化实例，准确判断能量的变化过程； 3. 完整背诵能量守恒定律原文，理解定律的内涵、适用范围； 4. 利用守恒定律分析小球弹跳、单摆摆动、摩擦生热等机械能减少的现象，明白能量并没有消失； 5. 理解永动机不可能制成的根本原因，知道能量的转化具有方向性； 6. 规避本课时的易错概念，熟练完成选择、填空、简答题。 二、课前自主预习 1. 自然界常见的能量形式：机械能、 、电能、 、光能（太阳能）。 2. 能量形式发生改变，叫做能量的 ；能量形式不变，只是从一个物体换到另一个物体，叫做能量的 。 3. 能量既不会凭空 ，也不会凭空 ，只会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；在转化和转移过程中，能量的 保持不变，这就是能量守恒定律。 4. 不需要消耗任何能量，就能持续对外做功的机器叫做 ，它违背了能量守恒定律，因此不可能制造出来。 5. 小球落地弹跳高度越来越低，机械能减小，减少的机械能全部转化成了 散失在空气中。 模块一：能量的形式、转化与转移（基础核心考点） 知识点 1：五种基本能量形式 1、机械能：物体运动、位置高低、形变产生（动能、重力势能、弹性势能）； 2、内能：物体内部分子热运动具有的能量； 3、化学能：燃料、食物、蓄电池里面储存的能量（发生化学反应才能释放）； 4、电能：电流做功所具备的能量； 5、光能（太阳能）：光源向外辐射的能量。 知识点 2：转化和转移的本质区别（做题判断核心） 1、能量转化：能量的种类发生变化（形式改变） 本质：一种能量变成另外一种不同形式的能量。 2、能量转移：能量形式完全不变，只是位置发生挪动 本质：内能从高温物体传给低温物体，始终都是内能，没有变成别的能量。 ✅ 转移举例：热水袋暖手、冷水兑热水、炉火烘烤铁锅（只有内能移动） ✅ 转化举例：摩擦发热、电灯发光、燃料燃烧（能量种类改变） 知识点 3：中考常考的能量转化实例汇总 1、双手摩擦、锯木头发热：机械能 → 内能 2、汽油机做功冲程、瓶塞顶起：内能 → 机械能 3、燃料燃烧、柴火取暖：化学能 → 内能 4、水力发电、风力发电：机械能 → 电能 5、电动机抽水、电风扇转动：电能 → 机械能 6、电灯点亮：电能 → 光能 + 内能 7、蓄电池充电：电能 → 化学能；电池放电供电：化学能 → 电能 8、植物光合作用：光能（太阳能）→ 化学能 9、太阳能热水器：光能 → 内能 10、火力发电全过程：化学能→内能→机械能→电能 模块二：能量守恒定律（本章最重要定律） 知识点 1：定律标准原文（必须一字不差背诵） 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别的形式，或者从一个物体转移到别的物体；在转化和转移的全过程中，能量的总量保持不变。 知识点 2：定律的适用范围 能量守恒是自然界最普遍的基本规律，所有物理过程、化学变化、生物活动全部遵守这个规律，不存在例外情况。 知识点 3：难点解析：为什么小球越跳越低、单摆越摆幅度越小？ 现象：小球不断克服空气阻力、地面摩擦力做功，看起来机械能越来越小。 正确解释：机械能并没有消失，而是全部转化成内能，散发到空气里； 整个系统的总能量（机械能 + 内能）总和依然不变，完全符合能量守恒定律。 知识点 4：能量转化的方向性（拓展考点） 能量可以自发转化，但是无法逆向自发复原： 1、内能可以自动从高温物体传给低温物体； 2、散失在空气中的内能，无法自动聚拢回来，重新变回机械能； 这也是机器工作一定会有能量损耗、效率永远达不到 100% 的原因。 模块三：永动机的原理分析（高频简答题考点） 1. 什么是第一类永动机 设想一种机器，不需要加油、耗电，不需要输入任何能量，却可以源源不断地对外做功。 2. 永动机无法制成的根本原因 它违背了能量守恒定律，能量不能凭空创造出来，所以无论怎样改造结构，现实中永远不可能实现。 易错纠正 误区：有人设计的永动机看起来可以不停转动。 真相：它依靠初始储存的机械能慢慢消耗，最终一定会停下，并不是凭空产生能量。 模块四：全课时易混易错点汇总（避坑专用） 1、看到 “传热、取暖” 一律是能量转移；看到 “燃烧、运动、通电发光” 一律是能量转化； 2、机械能可以变少，但是总能量永远守恒，不会消失； 3、能量守恒定律不是只适用于机械能和内能，所有形式的能量全部适用； 4、“摩擦生热” 不是创造了热量，是机械能转化成了内能； 5、不存在 “能量耗尽消失” 的说法，能量只会转换存在的形式。 三、当堂课堂练习题 填空题 1、冬天搓手取暖，是将 能转化为 能，属于能量的 。 2、太阳能路灯白天把光能储存进蓄电池，是光能转化为 能；夜晚灯泡发光，电能转化为光能和 能。 3、秋千摆动的幅度慢慢变小，减少的机械能转化为 ，整个过程总能量 （选填 “守恒” 或 “不守恒”）。 4、永动机无法制造，是因为违背了 。 选择题 1、下列现象属于能量转移的是（） A. 钻木取火 B. 开水暖手 C. 电灯发光 D. 风力发电 2、关于能量守恒，说法正确的是（） A. 摩擦生热创造了内能，不遵守守恒定律 B. 下落的小球机械能减少，总能量不变 C. 能量可以凭空产生，也可以凭空消失 D. 能量守恒只适用于内能和机械能之间 3、蓄电池充电过程中的能量变化是（） A. 电能转化为化学能 B. 化学能转化为电能 C. 内能转化为电能 D. 机械能转化为化学能 简答题 请利用能量守恒定律解释：为什么永远造不出不需要能量、可以永久转动做功的永动机？ 四、课后背诵口诀 能量形式分五种，转化转移要分清； 形变换样叫转化，内能传递算转移； 不灭不生总量定，守恒规律天地行； 摩擦耗能变内能，永动机儿造不成。 同步作业 一．选择题（共10小题） 1．全国首个地铁氢赋能零碳能源项目，用“光伏十氢能”打造零碳交通，其供能方式如图所示。通过能量调度控制系统，实现地源热泵、制氢站、车辆段用电的智能化调度与高效利用，最终达成能源自给自足与零碳排放的目标。下列有关该项目的说法正确的是（　　） A．在光伏发电的过程中，电能转化为光能 B．氢燃料电池供电时将化学能转化为电能 C．储能电池充电时，将化学能转化为电能 D．能量调度控制系统可使能量无损耗转移 2．把一乒乓球压入盛有水的烧杯底部（如图所示），松手后，乒乓球上升至水面最后漂浮在水面上。乒乓球在上升的过程中，它的机械能不断增加。下列关于乒乓球机械能来源的说法中正确的是（　　） A．是由水的内能转化来的 B．是由水的重力势能转化来的 C．是由乒乓球的内能转化来的 D．是由乒乓球的化学能转化来的 3．下列说法中正确的是（　　） A．电饭锅工作时，将内能转化为电能 B．电风扇工作时，将机械能转化为电能 C．干电池给灯泡供电时，将电能转化为化学能 D．在阳光照射时，太阳能电池将太阳能转化为电能 4．关于能量的转移和转化，下列判断正确的是（　　） A．热量可以从低温物体转移到高温物体 B．能量转移和转化没有方向性 C．电取暖器辐射到房间里的热量可以再利用 D．汽车由于刹车散失的热量可以再自动地用来驱动汽车 5．在能的转化过程中（　　） 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 6．某智能百叶窗的叶片上贴有太阳能板，在光照时发电，给电动机供电以调节百叶窗的开合。该过程中发生的能量转换是（　　） A．电能→机械能→光能 B．光能→机械能→电能 C．光能→电能→机械能 D．机械能→电能→光能 7．以下四幅图中，关于能量转化说法错误的是（　　） A．图甲所示，过山车向下运动时是重力势能转化为动能 B．图乙所示，水电站将水的机械能转化为电能 C．图丙所示，自行车运动员奋力蹬车时，人体内的一部分化学能转化为动能 D．图丁所示，汽车在刹车过程中，刹车片会发热，将内能转化为动能 8．关于能的概念，下列说法中错误的是（　　） A．一个物体能够做功越多，这个物体具有的能量越多 B．动能、势能及机械能的单位都是焦耳 C．用线悬挂着的静止的小球没有做功，所以小球没有能 D．甲物体的速度比乙物体的速度大，但甲物体具有的动能不一定比乙物体多 9．根据能量守恒定律，下列情形可能发生的是（　　） A．随着科学技术不断发展和提高，永动机是可以制成的 B．两个斜面相对连接，小球从左斜面滚下后冲上右斜面 C．电水壶里的水沸腾后断电，水的沸腾却一直持续下去 D．出枪膛的子弹射穿木板后，以更快的速度继续运动 10．有关能量的转化和守恒定律，下列说法正确的是（　　） 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 二．填空题（共5小题） 11．2025年12月29日，广西首座抽水蓄能电站建成投产。在用电低谷时电站通过　 　 （选填“抽水机”或“发电机”）将水从低处抽至高处储存，在用电高峰时放水发电，将机械能转化为　 　 能。 12．汽车刹车的过程，伴随着能量从机械能转化为内能，内能散失到空气中，此过程能量的总和　 　 （选填“增大”、“不变”或“缩小”）。散失到空气中的内能无法自动转化为机械能再用来驱动汽车，这是因为能量的转移和转化具有　 　 性。 13．过春节时，同学们喜欢燃放鞭炮，一定要注意安全！有一种鞭炮，不需用火去点燃，只要稍用力将它甩向地面，鞭炮就可以爆响。鞭炮与地面发生碰撞时，通过 　 　 的方式，使它的内能 　 　 （“增大”或“减小”），这是 　 　 能转化为内能。 14．小丽家有如下设备：①煤炉、②电炉、③燃气灶、④电饭煲、⑤太阳能热水器。这些设备使用时，将化学能转化为内能的有 　 　 ；将光能转化为内能的有 　 　 ；将电能转化为内能的有 　 　 。（填序号）。 15．能量守恒定律：能量既不会凭空消灭，也不会凭空产生，它只会从一种形式　 　 为其他形式，或者从一个物体　 　 到其他物体，而在这两个过程中，能量的总量　 　 。 三．实验探究题（共2小题） 16．如图所示，这是物理学家焦耳设计并制作的实验装置。装置中的两个配重重力不等，释放后大配重下降，小配重上升；通过反复对调左右两个配重，会使动叶轮不停地转动，从而导致热量计中水的温度上升，实现能量转化。实验中科学家某次测得数据如下： 小配重重力G小＝100N，大配重重力G大＝520N，每升降一次配重各自移动的距离h＝1m，热量计中水的质量m＝500g，升降次数与水温变化的关系： 升降次数 1 2 3 4 5 6 温度变化/℃ 0.2 0.39 0.59 0.78 0.98 1.18 （1）请计算配重升降一次对动叶轮做功是　 　 J。 （2）水温度升高0.2℃相当于吸收了　 　 J的热量。 （3）在该实验中　 　 转化为　 　 能，根据第一组数据减小的机械能　 　 增加的内能（选填“大于”“小于”或“等于”）。 （4）本实验中的误差来源于　 　 （写出一条即可）。 （5）焦耳在这个实验的基础上继续研究，率先提出了　 　 定律。 17．小强制作了一个实验装置，自称为“永动机”，如图所示，它由转轮（5根轻杆组成）和转轴构成，在轻杆末端装有形状记忆合金制成的叶片。轻推转轮，弯曲的叶片进入热水后，因吸热而伸展，起到“划水”的作用，从而推动转轮转动。叶片离开热水后，因冷却形状迅速恢复成弯曲，转轮因此能较长时间转动。请你回答： （1）进入热水的叶片会伸展，它的弹性势能转化为 　 　 能。 （2）叶片在热水中吸收的热量一定 　 　 叶片对水做的功。（选填“大于”、“等于”或“小于”） （3）实验证明这个“永动机”并不能一直工作，“永动机”的设想违背了 　 　 。 参考答案与试题解析 一．选择题（共10小题） 1．【解答】解：A．光伏发电过程中，是将太阳能转化为电能，故A错误； B．氢燃料电池供电时，是将化学能转化为电能，故B正确； C．储能电池充电时，是将电能转化为化学能储存起来，故C错误； D．能量在转移、转化过程中不可避免会存在损耗，不可能实现能量无损耗转移，D错误。 故选：B。 2．【解答】解：松手后，乒乓球上升至水面最后漂浮在水面上。乒乓球在上升的过程中，水的重心不断降低，重力势能不断减小，重力势能转化为乒乓球的机械能，故乒乓球的机械能不断增加； 故选：B。 3．【解答】解：A、电饭锅主要是用来发热的，因此，电饭锅工作时，主要将电能转化成为内能，故A错误； B、电风扇工作时，消耗电能，使电风扇转动，得到的是机械能，故B错误； C、干电池给灯泡供电时，将化学能转化为电能，再提供给灯泡，故C错误； D、在阳光照射时，太阳能电池将太阳能转化为电能，故D正确。 故选：D。 4．【解答】解：A、热量不可以自发的从低温物体转移到高温物体，在外界的影响下，热量可以从低温物体转移到高温物体，例如电冰箱在压缩机消耗电能的情况下，热量可以从低温物体转移到高温物体，故A正确。 B、能量转移和转化有方向性，故B错误； C、电取暖器辐射到房间里的热量被人和房间吸收，由于内能的转移具有方向性，所以这部分内能不可以再利用，故C错误； D、汽车刹车时，由于摩擦，汽车的动能转化为地面、空气的内能，这些能量会散发到周围的环境中，无法再回收利用，因此不能驱动汽车，故D错误。 故选：A。 5．【解答】解： 各种能量形式互相转换是有方向和条件限制的，能量互相转换时其量值不变，表明能量是不能被创造或消灭的。因此各种形式能的总量一定守恒，单一的某一种形式的能或几种能不一定守恒，故C选项说法正确。 故选：C。 6．【解答】解：太阳能板，在光照时发电，即把太阳能转化为电能；电能供给电动机，转化为机械能，调节百叶窗的开合；故该过程中发生的能量转换是光能→电能→机械能。 故选：C。 7．【解答】解： A、图甲所示，过山车向下运动时高度减小，速度增大，是重力势能转化为动能，故A正确； B、图乙所示，水力发电，将机械能转化为电能，故B正确； C、图丙所示，自行车运动员奋力蹬车时，人体内的一部分化学能转化为动能，故C正确； D、图丁所示，汽车在刹车过程中，刹车片会发热，将动能转化为内能，故D错误。 故选：D。 8．【解答】解：A、功是能量转化的量度，一个物体能够做功越多，这个物体具有的能量越多，说法正确，不符合题意。 B、动能、势能及机械能的单位都是焦耳，说法正确，不符合题意。 C、用线悬挂着的静止的小球没有做功，但它具有重力势能，小球有能量，说法错误，符合题意。 D、物体的动能由物体的质量与速度共同决定，甲物体的速度比乙物体的速度大，但甲物体具有的动能不一定比乙物体多，说法正确，不符合题意。 故选：C。 9．【解答】解：A、永动机违反了能量的转化与守恒，不可能实现，故A错误； B、两个斜面相对接，小球从左斜面滚下后，由于具有动能，会继续冲上右斜面，故B正确； C、在电水壶的使用过程中，消耗了电能，而水的温度升高，内能增加，断电后，水不再吸收热量，水的沸腾会停止，故C错误； D、子弹射穿木板的情景，子弹高速运动，说明子弹具有动能，由于摩擦生热会使动能减小，它的速度减慢，故D错误。 故选：B。 10．【解答】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。 二．填空题（共5小题） 11．【解答】解：用电低谷时（储能阶段）：电网中有多余的电能（如风电、光伏等清洁能源的富余电力），电站利用这些电能驱动抽水机，将下水库的水抽到上水库，把电能转化为水的重力势能储存起来。用电高峰时（发电阶段）：上水库的水向下释放，水流推动水轮机旋转，水轮机带动发电机运转，将水的重力势能→动能→机械能→电能，最终将机械能转化为电能，输送回电网供用户使用。 故答案为：抽水机；电。 12．【解答】解：据能量的守恒定律可知，汽车刹车的过程，伴随着能量从机械能转化为内能，内能散失到空气中，此过程能量的总和是不变的；散失到空气中的内能无法自动转化为机械能再用来驱动汽车，这是因为能量的转移和转化具有方向性。 故答案为：不变；方向。 13．【解答】解： 鞭炮与地面发生碰撞时，对鞭炮做功，在此过程中，机械能转化为内能，鞭炮的内能增加，温度升高，达到火药的着火点，内能迅速增大，短时间内不能释放，就会发生爆炸。 故答案为：做功；增大；机械。 14．【解答】解：①煤炉工作时消耗化学能，产生内能，故是将化学能转化为内能的过程； ②电炉工作时消耗电能，产生内能，故是将电能转化为内能的过程； ③燃气灶工作时消耗化学能，产生内能，故是将化学能转化为内能的过程； ④电饭煲工作时消耗电能，产生内能，故是将电能转化为内能的过程； ⑤太阳能热水器工作时消耗光能，产生内能，故是将光能转化为内能的过程； 故将化学能转化为内能的有①③；将光能转化为内能的有⑤；将电能转化为内能的有②④。 故答案为：①③；⑤；②④。 15．【解答】解：能量守恒定律：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另一种形式，或者从一个物体转移到另一个物体上，在转移和转化过程中，能的总量保持不变。 故答案为：转化； 转移； 保持不变。 三．实验探究题（共2小题） 16．【解答】解：（1）小配重重力G小＝100N，大配重重量G大＝520N，合力为420N， 每升降一次配重各自移动的距离h＝1m，即绳子一端移动的距离是1m。 所以一次对动叶轮做的功为： W＝G•h＝420N×1m＝420J； （2）由表格知，升降一次水温升高0.2℃， 水吸收的热量是： Q＝cmΔt＝4.2×103J/（kg•℃）×0.5kg×0.2℃＝420J； （3）在实验过程中，机械能转化为的内能，包括水的内能和摩擦生热产生的内能。根据第一组实验数据可以看出，减小的机械能等于增加的内能。 （4）由于摩擦是不可避免的，所以本实验中的误差主要来源于克服摩擦做功消耗一部分能量； （5）由物理史实可知，焦耳在这个实验的基础上继续研究，率先提出了能量守恒定律。 故答案为： （1）420；（2）420；（3）机械能；内；等于；（4）克服摩擦做功；（5）能量守恒。 17．【解答】解：（1）进入热水的叶片会伸展，弹性势能减小，转化为动能； （2）叶片在热水中吸收的热量大部分对水做功，也有一部分散失掉了，故热量一定大于叶片对水做的功； （3）“永动机”的设想违背了能量守恒定律，故不能一直工作。 故答案为：（1）动；（2）大于；（3）能量守恒定律 学科网（北京）股份有限公司 $