10.6 能量的转化与守恒（讲义）物理新教材北师大版九年级全一册

本讲义聚焦能量的转化与守恒核心知识点，系统梳理自然界常见能量形式，明确能量转移与转化的区别及实例，深入阐释能量守恒定律内容与永动机不可制成的原因，最后探讨能量转化的方向性，构建完整的能量观念学习支架。 资料特色在于知识点与生活实例紧密结合，通过随学随练及基础、素养、迁移分层练习，培养学生物理观念与科学思维，如分析太阳能风扇能量转化、判断永动机违背守恒定律等，课中辅助教师教学，课后助力学生查漏补缺，提升问题解决能力。

第十章 机械能、内能及其转化 第6节 能量的转化与守恒 课标要点 1. 认识自然界中常见的能量形式。 2. 知道各种形式的能量之间可以转移和转化。 3. 知道能量守恒定律及其应用。 4. 知道能量转化的方向性。 学习重难点 重点：对能量转化、转移及守恒定律的理解。 难点：运用能量转化与守恒定律分析、解释实际问题。 知识点 各种形式的能量 1.自然界各种不同形式的能量 （1）机械能：包括 、 。 （2）内能：一切物体都具有内能。 （3）太阳能：太阳靠 释放能量。 （4）化学能：各种物质（动物和植物）都储存有 。 （5）电能：电能是指使用电以各种形式做功的能力。 （6）核能：原子核发生分裂或聚合时放出的能量。 2. 能量的转移：能量可以从一个物体 到另一个物体，也可以从物体的一部分转移到另一部分。 例如，在热传递过程中，内能从高温物体转移到低温物体，或从物体的高温部分转移到低温部分，这属于能量的转移。 3. 能量的转化：在一定条件下，能量可以从一种形式的能量 为另一种形式的能量，这种现象叫能量的转化。自然界各种形式的能，在一定条件下都可以相互转化。 易错考点提醒 “转化”与“转移”的区别： 转化：能量形式改变。例如：电灯发光，电能转化为光能和内能。 转移：能量形式不变，只是物体改变。例如：热传递，内能从高温物体转移到低温物体。 常见的能量转化实例：水力发电（水的机械能 → 发电机的机械能 → 电能）；燃料燃烧（化学能 → 内能）；电动机工作（电能 → 机械能）；核电站发电（核能 → 内能 → 机械能 → 电能）。 常见的能量转移实例：用热水袋取暖（水的内能 → 人体的内能）。 随学随练 1．（25-26九年级上·山西·阶段检测）图甲是太阳能照明风扇，图乙是太阳能照明风扇工作时的能量转化流程图，白天安装在室外的太阳能电池板工作时，给蓄电池充电，将能量以化学能的形式储存，室内的照明风扇工作时蓄电池给电动机和照明灯供电。对图乙方框中能量形式判断正确的是（　　） A．①是“内能” B．②是“电能” C．③是“光能” D．④是“机械能” 2. （25-26九年级上·河北保定·期末）我国使用运载火箭，成功将卫星发射升空，发射任务获得圆满成功。燃料燃烧推进卫星运动，此过程中主要发生的能量转化是（　　） A．化学能→内能→机械能 B．电能→光能→化学能 C．光能→内能→动能 D．太阳能→电能→热能 3．下列有关能量转化和转移的实例中，属于能量转移的是（　　） A．钻木取火 B．摩擦生热 C．光伏发电 D．烤火取暖 4．（25-26九年级上·福建莆田·期末）如图为S1500型浮空风力发电系统，其工作原理是利用氦气气囊提供浮力升空，在1500米左右的空中让高速气流流经环翼形通道，驱动轻量化发电机组工作，此过程是将_______能转化为________能。 知识点 能量守恒定律 1.能量守恒定律 能量守恒定律内容：能量既不会凭空 ，也不会凭空 ，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，在转化和转移过程中，能量的总和 。 2.永动机 （1）不少人曾设想制造一种不需要动力就能源源不断地对外做功的机器，人们把这种机器叫作永动机。然而，从没有一种永动机成功过。 （2）能量守恒定律使人们认识到：任何一部机器，只能使能量从一种形式转化为另一种形式，而不能“无中生有”地创造能量。因此，“永动机”是 制成的。 随学随练 1．（2025·宁夏·中考真题）如图所示，是一款钢珠“永动机”艺术摆件。当钢珠由轨道A点释放后，钢珠会沿图中轨迹循环往复运动。钢珠离开轨道B点上升的过程中，主要是将________能转化为________能；你认为钢珠在往复运动过程中，________（选填“需要”或“不需要”）消耗其他形式的能量。 2. （25-26九年级上·山东枣庄·期中）如图所示是一种设想中的永动机，它通过高处的水流冲击叶片，使叶片转动来对外做功，同时带动抽水机将水从低处抽到高处，从而循环工作。实际上，这个永动机并不会成功，其根本原因是违背了（   ） A．机械能守恒定律 B．牛顿第一定律 C．能量守恒定律 D．阿基米德原理 3. （25-26九年级上·山东临沂·期末）学了能量守恒后，小明设计了一个如图所示的小蒸汽轮机，下列判断错误的是（　　） A．酒精燃烧时将化学能转化为内能 B．能量在转化的过程中总量越来越少 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不可实现 4. （25-26九年级上·河南周口·期末）（多选）古代的筒车到现代的水电站，都是人类不断挖掘和利用水能资源的体现。如图甲所示是我国古代筒车的模型图，其是以水流（速度不变）作动力来取水的机械，图乙是水电站，流水冲击水轮，带动发电机发电。下列说法正确的是（　　） A．筒车在工作时，机械效率为100% B．筒车工作时，将水的重力势能转化为动能 C．筒车和水电站在工作时能量的总量保持不变 D．水轮机带动发电机发电将动能转化为电能 5. 记忆合金是一种特殊的材料，能够记住自身的形状，不论发生怎样的形变，稍微加热就会恢复如初。如图所示为“记忆合金魔轮”，安装在转轮上的记忆合金弹簧在高于其“转变温度”的水中缩短，在空气中伸长，在力的作用下，转轮便转动起来了。若在下面放上热水，魔轮就会不停地转下去，就制成了一个“永动机”。你认为这种方案______（选填“可行”或“不可行”），理由是______。 知识点 能量转化的方向性 大量事实表明，自发的能量转化和转移过程具有一定的方向性，即自然进行的能量转化和转移过程是不可逆的。 1.机械能转化： 汽车制动时，汽车的机械能通过摩擦力做功自发地转化为内能，散失到周围环境中。但内能却不能自发地转化为机械能让汽车重新行驶。 2.内能的转移： 内能总是自发地从高温物体向低温物体转移，而不会自发地从低温物体向高温物体转移。例如，炽热的铁块投入水中时，内能从铁块传递给水，从而使铁块的温度降低，水的温度升高，最后两者达到相同的温度。但是，相反的过程并不会自发地发生。铁块不可能自发地从同温度的水中吸收热，使自己变得炽热。 3.化学能转化 汽油在汽车发动机中燃烧，化学能转化为内能，推动活塞做功，进而转化为机械能使汽车运动。但这个过程是不可逆的，内能不会自发地再转化为化学能让汽油重新变回原来的状态。 随学随练 1．小球在摆动过程中（如图所示），由于摩擦的存在，一部分机械能会转化为______，这部分能量不可能自动地再转化为机械能，如果没有能量的补充，小球最终会停止运动。研究表明，自然界的能量是守恒的，能量的转化与转移具有_______性。 2. 某同学用餐时发现从热汤中取出的金属勺很烫手，这是通过___________的方式改变物体的内能，在这种内能改变的过程中，内能总是自动地从高温物体向低温物体转移，说明能量在转移过程中具有___________性。 3．下列事例中，可以表示能量转化或转移具有方向性的是（　　） A．电能可以转化为机械能，机械能也可以转化为电能 B．内能可以自发地从高温物体传递给低温物体，但不能自发地从低温物体传递给高温物体 C．动能可以和重力势能相互转化 D．电能可以转化为内能，内能的一部分也可以转化为电能 题型 能量守恒在生产中的应用 1.对能量守恒定律的理解 （1）能量守恒定律是自然界最重要、最普遍的基本定律。大到天体，小到原子核，无论是物理学问题还是化学、生物学、地理学、天文学的问题，所有能量转化的过程，都遵从能量守恒定律。 （2）能量守恒定律包括“能量转化”和“能量转移”两个方面。 2.机械能守恒和能量守恒的区别与联系 能量守恒是无条件的，机械能守恒有条件。机械能守恒的条件是在只有重力（或弹力）做功的情形下，物体的重力势能（或弹性势能）和动能发生相互转化，没有其他形式的能转化为机械能，也没有机械能转化为其他形式的能。 3. 能量守恒定律的意义 不消耗能量而能不断对外做功的机器 → 违背能量守恒定律，永动机永远不可能制成。 为人类合理利用能源提供了理论依据，揭示了自然界的统一性和普遍联系。 能量守恒不是“能量循环”：能量虽然总量守恒，但能量转化具有方向性，且并不是任何形式的能量我们都能够利用，同样需要注意节约能源。 活学活用 1．神奇的“饮水鸟”能不停地点头“喝”水。它的下球中装有乙醚，乙醚吸收空气中的热量汽化后，下球气压增大，将乙醚压入上球，饮水鸟的重心上移，“低头喝水”，如图乙，此时上、下球连通，气压相同，乙醚流回下球，恢复图甲状态，如此反复。则（   ） A．“饮水鸟”低头过程中将机械能转化为电能 B．如果没有能量补充，“饮水鸟”会停止运动 C．“饮水鸟”在运动的过程中不涉及能量的转化 D．“饮水鸟”不遵循能量守恒定律 2．智能手机带给我们海量信息，这些信息是否科学就需要我们用所学知识去辨别。例如图是某视频的截图，它展示了“在水平路面匀速行驶的电动汽车车顶上安装有4组风力发电机，车边跑边发电，能够大幅提升续航能力”的做法，下列网友的评论你认为最科学的是（　　） A． B． C． D． 3．抽水蓄能电站被称为“超级充电宝”，用电低谷时段利用电网多余电能抽水至上水库，用电高峰时段再放水至下水库发电，如图。关于抽水蓄能电站，下列说法正确的是（   ） A．用电低谷时，以电能的形式储能 B．用电高峰时，机械能转化为电能 C．选址时，上下水库的高度差要小 D．存储的能量可以全部转化为电能 4．如图所示是某同学制作了一个简易汽轮机装置。向易拉罐内部注入大约半罐水，将去掉笔芯和尾塞的中性笔的尾端插入易拉罐内，用胶将罐的开口处密封。将易拉罐放置在支架上，笔的尖端对准小风扇的扇叶。点燃易拉罐下面的酒精灯，当有蒸汽喷出时，扇叶就转动起来。这个过程中，蒸汽的 （选填“极少部分”或“绝大部分”）内能转化为风车的 能，增加易拉罐的保温性能可以 （选填“提高”或“降低”）简易汽轮机效率。 基础通关 1．某电动自行车充电时将电能转化为化学能储存在蓄电池中，骑行时，蓄电池对电动车供电，使电动机转动，车灯亮。如图方框中能量形式判断正确的是（     ） A．甲是“光能” B．乙是“内能” C．丙是“机械能” D．丁是“化学能” 2．2025年10月31日，搭载神舟二十一号载人飞船的长征二号F遥二十一运载火箭，在酒泉卫星发射中心成功发射，在火箭加速上升的过程中，下列说法正确的是（     ） A．火箭升空时机械能守恒 B．火箭燃料燃烧时，内能转化为化学能 C．火箭用液态氢作燃料，因为氢的热值较大 D．火箭升空时，向下喷气获得推力与内燃机的压缩冲程相似 3．如图所示，福建舰已于2025年11月5日正式入列中国海军，作为我国首艘电磁弹射型航母，福建舰的电磁弹射系统在工作时，能量转化的主要情况是（     ） A．电能转化为机械能 B．机械能转化为电能 C．内能转化为电能 D．电能转化为内能 4．在水平地面上铺一张白纸，将皮球表面涂黑，使其分别从不同高度处自由下落，在纸上留下黑色圆斑；则（     ） A．皮球下落过程中动能转化为重力势能 B．皮球刚接触地面时，形成圆斑A、B对应的皮球动能相等 C．形成圆斑B时皮球是从更高处下落的 D．皮球落地到形成圆斑的过程中动能转化为弹性势能 5．图中的研磨机高速旋转，炽热的金属碎屑像火花一样飞出。针对这一情境分析正确的是（     ） A．研磨机将机械能转化为电能 B．碎屑向下飞出重力势能减小 C．高速旋转的研磨机没有势能 D．内能转化为机械能导致升温 6．下列关于能量的说法中，正确的是（    ） A．洗衣机工作时是将机械能转化为电能 B．用热水泡脚，身体会感觉暖和，说明内能可以转移 C．电水壶工作时是将内能转化为电能 D．能量无论是转化还是转移，能量总和会逐渐减少 7．全国首个地铁氢赋能零碳能源项目，用“光伏+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 8．下列现象能够说明“能量的转化和转移具有方向性”的是（   ） A．电动机可以将电能转化为机械能，发电机可以将机械能转化为电能 B．水泵将低处的水抽往高处 C．冰箱工作时内部温度降低，外部温度升高 D．汽车行驶时有机械能转化为内能，这些内能无法再自动转化为机械能用来驱动汽车 9．如图所示是运动员在2022年北京冬奥会自由式滑雪大跳台训练的情景。运动员从60m高的跳台上的A点自由滑下，从B点冲出，如图乙所示。下列说法中正确的是（     ） A．运动员在从A点到B点的过程中，机械能总量保持不变 B．运动员在从A点到B点的过程中，部分机械能转化为内能，不再遵循能量守恒定律 C．运动员从B点冲出后，部分机械能转化为内能，不能到达与A点高度相同的C点 D．运动员从B点冲出后，动能全部转化为重力势能，机械能总量保持不变 10．为了检验ASF人工弹簧泡沫的反弹效果，从高处释放铅球，记录铅球第1次被反弹的高度，如图所示，下列说法正确的是（   ） A．铅球下落过程中，动能变小 B．铅球恰好接触材料到最低点的过程中，材料的弹性势能变小 C．铅球被反弹到最高点时，受力不平衡 D．整个测试过程中，能量不守恒 素养提升 11．图是小汽车的某款发动机工作原理示意图，点燃发动机的酒精炉后，活塞来回运动就会使车运动起来，甲、乙两款这种发动机的能量参数如图所示，下列分析正确的是（　　） ①酒精燃尽后，酒精所产生的能量消失了 ②发动机热气缸内部的气体推动活塞A向外运动，把内能转化为机械能 ③应选择性能更优的甲款发动机 ④应选择性能更优的乙款发动机 ⑤要想提高发动机热机效率，可以让发动机工作更长时间 A．①②④ B．③⑤ C．②③ D．②⑤ 12．（2025·江苏无锡·中考真题）抽水蓄能是利用电网用电低谷期过剩的电能，通过电动抽水泵将低处下水库的水抽到高处上水库储存起来，然后待用电高峰期再释放上水库中的水，冲击水电站中的水轮发电机组发电，输送回电网，工作原理示意图如图所示。我国的河北丰宁电站是目前世界上装机容量最大的抽水蓄能电站，上水库容量为4.5×107m3，上水库一次储满的水若全部通过隧洞下落400m高度，冲击水轮发电机组发电，可获得1.44×1014J的电能。（，g取10N/kg） (1)抽水蓄能的能量转化过程是将过剩的电能转化为水的 能，在需要的时候再通过发电机组转化为 能，输送回电网； (2)水轮发电机组的发电效率为多少？ 迁移创新 13．（2025·江苏盐城·中考真题）阅读短文，回答问题。 液态空气储能 据报道，青海格尔木“60MW/600MW·h”液态空气储能示范项目正在加速建设，即将投入运行。液态空气储能是通过压缩、液化空气储存能量，并在需要时通过加热、膨胀空气释放能量。 充电阶段：在电力富余时段，电能驱动压缩机将空气压缩至高压状态，并通过净化装置去除水分、二氧化碳等杂质，避免液化过程中结冰堵塞管道。压缩后的空气经制冷系统冷却至-194℃，达到液化状态后存储于低温常压储罐中，体积仅为室温气态时的。 发电阶段：用电高峰时，液态空气从储罐释放，吸收热量迅速汽化，体积膨胀形成常温高压气体。高压气体推动膨胀机（或涡轮机）运转，驱动发电机产生电能回馈电网。 液态空气可以发电。液态空气储能技术的成功运用为我国储能产业发展开辟了新的道路。 (1)由于二氧化碳的凝固点比氧气 ，所以在液化过程中容易结冰堵塞管道。 (2)在充电阶段，压缩后的空气经制冷系统冷却时，内能 ；在发电阶段，高压气体推动膨胀机（或涡轮机）运转，将内能转化成了 。 (3)根据材料内容，概括液态空气储能的好处： 。（至少说出两条） 学科网（北京）股份有限公司11 / 12 学科网（北京）股份有限公司 $ 第十章 机械能、内能及其转化 第6节 能量的转化与守恒 课标要点 1. 认识自然界中常见的能量形式。 2. 知道各种形式的能量之间可以转移和转化。 3. 知道能量守恒定律及其应用。 4. 知道能量转化的方向性。 学习重难点 重点：对能量转化、转移及守恒定律的理解。 难点：运用能量转化与守恒定律分析、解释实际问题。 知识点 各种形式的能量 1.自然界各种不同形式的能量 （1）机械能：包括动能、重力势能和弹性势能。 （2）内能：一切物体都具有内能。 （3）太阳能：太阳靠核聚变释放能量。 （4）化学能：各种物质（动物和植物）都储存有化学能。 （5）电能：电能是指使用电以各种形式做功的能力。 （6）核能：原子核发生分裂或聚合时放出的能量。 2. 能量的转移：能量可以从一个物体转移到另一个物体，也可以从物体的一部分转移到另一部分。 例如，在热传递过程中，内能从高温物体转移到低温物体，或从物体的高温部分转移到低温部分，这属于能量的转移。 3. 能量的转化：在一定条件下，能量可以从一种形式的能量转化为另一种形式的能量，这种现象叫能量的转化。自然界各种形式的能，在一定条件下都可以相互转化。 易错考点提醒 “转化”与“转移”的区别： 转化：能量形式改变。例如：电灯发光，电能转化为光能和内能。 转移：能量形式不变，只是物体改变。例如：热传递，内能从高温物体转移到低温物体。 常见的能量转化实例：水力发电（水的机械能 → 发电机的机械能 → 电能）；燃料燃烧（化学能 → 内能）；电动机工作（电能 → 机械能）；核电站发电（核能 → 内能 → 机械能 → 电能）。 常见的能量转移实例：用热水袋取暖（水的内能 → 人体的内能）。 随学随练 1．（25-26九年级上·山西·阶段检测）图甲是太阳能照明风扇，图乙是太阳能照明风扇工作时的能量转化流程图，白天安装在室外的太阳能电池板工作时，给蓄电池充电，将能量以化学能的形式储存，室内的照明风扇工作时蓄电池给电动机和照明灯供电。对图乙方框中能量形式判断正确的是（　　） A．①是“内能” B．②是“电能” C．③是“光能” D．④是“机械能” 【答案】B 【详解】我们按照能量转化的流程逐个分析方框的能量形式： 太阳能电池板先将太阳能转化为电能，给蓄电池充电时，电能转化为化学能储存在蓄电池中，因此①是电能；蓄电池对外供电时，将储存的化学能转化为电能，因此②是电能；电动机工作时，将电能转化为机械能带动风扇转动，因此③是机械能；照明灯工作时，将电能转化为光能实现照明，因此④是光能。 A．①是电能，不是内能，故A错误； B．②是电能，故B正确； C．③是机械能，不是光能，故C错误； D．④是光能，不是机械能，故D错误。 故选B。 2. （25-26九年级上·河北保定·期末）我国使用运载火箭，成功将卫星发射升空，发射任务获得圆满成功。燃料燃烧推进卫星运动，此过程中主要发生的能量转化是（　　） A．化学能→内能→机械能 B．电能→光能→化学能 C．光能→内能→动能 D．太阳能→电能→热能 【答案】A 【详解】卫星发射升空过程中，燃料燃烧将化学能转化为内能，推进卫星运动，说明卫星获得了机械能，所以发生的能量转化是：化学能→内能→机械能，故A符合题意，BCD不符合题意。 故选A。 3．下列有关能量转化和转移的实例中，属于能量转移的是（　　） A．钻木取火 B．摩擦生热 C．光伏发电 D．烤火取暖 【答案】D 【详解】能量转移是指能量从一个物体传递到另一个物体，且能量形式不变；能量转化是指能量从一种形式转换为另一种形式。 A．钻木取火，通过摩擦将机械能转化为内能，内能增加，温度升高，使木头燃烧，属于能量转化，故A不符合题意； B．摩擦生热，两个物体摩擦时，机械能转化为内能，属于能量转化，故B不符合题意； C．光伏发电，太阳能电池将光能转化为电能，属于能量转化，故C不符合题意； D．烤火取暖，火的内能传递到人体，能量形式不变，属于能量转移，故D符合题意。 故选D。 4．（25-26九年级上·福建莆田·期末）如图为S1500型浮空风力发电系统，其工作原理是利用氦气气囊提供浮力升空，在1500米左右的空中让高速气流流经环翼形通道，驱动轻量化发电机组工作，此过程是将_______能转化为________能。 【答案】 机械/风 电 【详解】[1][2]发电机是把机械能转化为电能的装置，利用的是电磁感应原理。 知识点 能量守恒定律 1.能量守恒定律 能量守恒定律内容：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，在转化和转移过程中，能量的总和保持不变。 2.永动机 （1）不少人曾设想制造一种不需要动力就能源源不断地对外做功的机器，人们把这种机器叫作永动机。然而，从没有一种永动机成功过。 （2）能量守恒定律使人们认识到：任何一部机器，只能使能量从一种形式转化为另一种形式，而不能“无中生有”地创造能量。因此，“永动机”是不可能制成的。 随学随练 1．（2025·宁夏·中考真题）如图所示，是一款钢珠“永动机”艺术摆件。当钢珠由轨道A点释放后，钢珠会沿图中轨迹循环往复运动。钢珠离开轨道B点上升的过程中，主要是将________能转化为________能；你认为钢珠在往复运动过程中，________（选填“需要”或“不需要”）消耗其他形式的能量。 【答案】 动 重力势 需要 【详解】[1][2]钢珠离开轨道B点上升的过程中，质量不变，速度减小，动能减小；高度增大，重力势能增大，主要是将动能转化为重力势能。 [3]根据能量守恒定律，钢珠在往复运动过程中，由于受到摩擦力等阻力的作用，机械能会逐渐减小，所以需要消耗其他形式的能量来维持运动。 2. （25-26九年级上·山东枣庄·期中）如图所示是一种设想中的永动机，它通过高处的水流冲击叶片，使叶片转动来对外做功，同时带动抽水机将水从低处抽到高处，从而循环工作。实际上，这个永动机并不会成功，其根本原因是违背了（   ） A．机械能守恒定律 B．牛顿第一定律 C．能量守恒定律 D．阿基米德原理 【答案】C 【详解】设想中的永动机不能一直工作下去，因为抽水器在工作过程中，有部分机械能会转化为内能，即机械能会逐渐减少，根据能量守恒定律，最后会停止工作，永动机违背了能量守恒定律，所以不会成功。故C符合题意，ABD不符合题意。 故选C。 3. （25-26九年级上·山东临沂·期末）学了能量守恒后，小明设计了一个如图所示的小蒸汽轮机，下列判断错误的是（　　） A．酒精燃烧时将化学能转化为内能 B．能量在转化的过程中总量越来越少 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不可实现 【答案】B 【详解】A．酒精燃烧是化学反应，此过程将化学能转化为内能，故A正确，不符合题意； B．根据能量守恒定律，能量在转化和转移过程中，总量保持不变，故B错误，符合题意； C．能量的转化和转移具有方向性，例如内能不能自动地从低温物体转移到高温物体，故C正确，不符合题意； D．轮子转动过程中存在能量的消耗，这表明永动机违背了能量守恒定律，是不可实现的，故D正确，不符合题意。 故选B。 4. （25-26九年级上·河南周口·期末）（多选）古代的筒车到现代的水电站，都是人类不断挖掘和利用水能资源的体现。如图甲所示是我国古代筒车的模型图，其是以水流（速度不变）作动力来取水的机械，图乙是水电站，流水冲击水轮，带动发电机发电。下列说法正确的是（　　） A．筒车在工作时，机械效率为100% B．筒车工作时，将水的重力势能转化为动能 C．筒车和水电站在工作时能量的总量保持不变 D．水轮机带动发电机发电将动能转化为电能 【答案】CD 【详解】A．筒车在工作时，存在摩擦和空气阻力，任何机械都需要做额外功，机械效率不可能为100%，故A错误； B．筒车工作时，是水流推动筒车转动，将水从低处提升到高处，是把水的动能转化为重力势能；故B错误； C．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，能量的总量保持不变。所以筒车和水电站在工作时能量的总量保持不变，故C正确； D．水轮机带动发电机发电时，水流的动能推动水轮机转动，水轮机再带动发电机将动能转化为电能，故D正确。 故选CD。 5. 记忆合金是一种特殊的材料，能够记住自身的形状，不论发生怎样的形变，稍微加热就会恢复如初。如图所示为“记忆合金魔轮”，安装在转轮上的记忆合金弹簧在高于其“转变温度”的水中缩短，在空气中伸长，在力的作用下，转轮便转动起来了。若在下面放上热水，魔轮就会不停地转下去，就制成了一个“永动机”。你认为这种方案______（选填“可行”或“不可行”），理由是______。 【答案】 不可行 “永动机”违背了能量守恒原理 【详解】[1][2]取一根弹簧为研究对象，我们研究它转动一周的过程。弹簧在水中吸收内能，大部分能量转换为转动的动能，该过程中弹簧还要克服空气和水的阻力做功，并且在空气中释放内能；该永动机需要外力来维持，违背了能量守恒原理，不可行。 知识点 能量转化的方向性 大量事实表明，自发的能量转化和转移过程具有一定的方向性，即自然进行的能量转化和转移过程是不可逆的。 1.机械能转化： 汽车制动时，汽车的机械能通过摩擦力做功自发地转化为内能，散失到周围环境中。但内能却不能自发地转化为机械能让汽车重新行驶。 2.内能的转移： 内能总是自发地从高温物体向低温物体转移，而不会自发地从低温物体向高温物体转移。例如，炽热的铁块投入水中时，内能从铁块传递给水，从而使铁块的温度降低，水的温度升高，最后两者达到相同的温度。但是，相反的过程并不会自发地发生。铁块不可能自发地从同温度的水中吸收热，使自己变得炽热。 3.化学能转化 汽油在汽车发动机中燃烧，化学能转化为内能，推动活塞做功，进而转化为机械能使汽车运动。但这个过程是不可逆的，内能不会自发地再转化为化学能让汽油重新变回原来的状态。 随学随练 1．小球在摆动过程中（如图所示），由于摩擦的存在，一部分机械能会转化为______，这部分能量不可能自动地再转化为机械能，如果没有能量的补充，小球最终会停止运动。研究表明，自然界的能量是守恒的，能量的转化与转移具有_______性。 【答案】 内能 方向 【详解】[1][2]小球在摆动过程中，克服摩擦做功，一部分机械能转化为内能，机械能会减小，散失到空气中的内能无法自动转化为机械能，说明能量的转移和转化具有方向性。 2. 某同学用餐时发现从热汤中取出的金属勺很烫手，这是通过___________的方式改变物体的内能，在这种内能改变的过程中，内能总是自动地从高温物体向低温物体转移，说明能量在转移过程中具有___________性。 【答案】 热传递 方向 【详解】[1]用餐时发现从热汤中取出的金属勺很烫手，是热汤中的内能转移到金属勺，这是通过热传递的方式改变物体的内能。 [2]内能总是自动地从高温物体向低温物体转移，不能自动从低温物体转移到高温物体，这说明能量在转移过程中具有方向性。 3．下列事例中，可以表示能量转化或转移具有方向性的是（　　） A．电能可以转化为机械能，机械能也可以转化为电能 B．内能可以自发地从高温物体传递给低温物体，但不能自发地从低温物体传递给高温物体 C．动能可以和重力势能相互转化 D．电能可以转化为内能，内能的一部分也可以转化为电能 【答案】B 【详解】A．电能可以转化为机械能，机械能也可以转化为电能，只能说明能量之间的相互转化，不能说能量转化具有方向性，故A不符合题意； B．内能可以自发地从高温物体传递给低温物体，但却不能自发地从低温物体传递到高温物体，说明能量转移具有方向性，故B符合题意； C．动能可以和重力势能相互转化，说明能量之间的相互转化，不能说能量转化具有方向性，故C不符合题意； D．电能可以转化为内能，内能也可以部分地转化为电能，能说明能量之间的相互转化，不能说能量转化具有方向性，故D不符合题意。 故选B。 题型 能量守恒在生产中的应用 1.对能量守恒定律的理解 （1）能量守恒定律是自然界最重要、最普遍的基本定律。大到天体，小到原子核，无论是物理学问题还是化学、生物学、地理学、天文学的问题，所有能量转化的过程，都遵从能量守恒定律。 （2）能量守恒定律包括“能量转化”和“能量转移”两个方面。 2.机械能守恒和能量守恒的区别与联系 能量守恒是无条件的，机械能守恒有条件。机械能守恒的条件是在只有重力（或弹力）做功的情形下，物体的重力势能（或弹性势能）和动能发生相互转化，没有其他形式的能转化为机械能，也没有机械能转化为其他形式的能。 3. 能量守恒定律的意义 不消耗能量而能不断对外做功的机器 → 违背能量守恒定律，永动机永远不可能制成。 为人类合理利用能源提供了理论依据，揭示了自然界的统一性和普遍联系。 能量守恒不是“能量循环”：能量虽然总量守恒，但能量转化具有方向性，且并不是任何形式的能量我们都能够利用，同样需要注意节约能源。 活学活用 1．神奇的“饮水鸟”能不停地点头“喝”水。它的下球中装有乙醚，乙醚吸收空气中的热量汽化后，下球气压增大，将乙醚压入上球，饮水鸟的重心上移，“低头喝水”，如图乙，此时上、下球连通，气压相同，乙醚流回下球，恢复图甲状态，如此反复。则（   ） A．“饮水鸟”低头过程中将机械能转化为电能 B．如果没有能量补充，“饮水鸟”会停止运动 C．“饮水鸟”在运动的过程中不涉及能量的转化 D．“饮水鸟”不遵循能量守恒定律 【答案】B 【详解】A．“饮水鸟”的工作过程是乙醚吸收空气中的热量汽化，内能转化为乙醚蒸气的内能，推动乙醚液体上升，使“饮水鸟”的重心升高，机械能增加，这个过程主要是将内能转化为机械能，不涉及电能的转化，故A错误； B．“饮水鸟”的运动需要不断地从周围空气中吸收热量（能量）来维持，如果没有能量补充，乙醚无法持续汽化，内外压强差不能维持，它就会停止运动，故B正确； C．“饮水鸟”在运动的过程中，存在内能和机械能之间的相互转化，并非不涉及能量转化，故C错误； D．“饮水鸟”和外界有能量交换，不是凭空动起来的，因此根据能量守恒定律可知，“饮水鸟”不是永动机，其能量转化过程符合能量守恒定律，故D错误。 故选B。 2．智能手机带给我们海量信息，这些信息是否科学就需要我们用所学知识去辨别。例如图是某视频的截图，它展示了“在水平路面匀速行驶的电动汽车车顶上安装有4组风力发电机，车边跑边发电，能够大幅提升续航能力”的做法，下列网友的评论你认为最科学的是（　　） A． B． C． D． 【答案】C 【详解】A．电动汽车电池容量有限，行驶中需持续消耗电能，无法“用不完”。故A不符合题意； B．汽车靠电机驱动，风力发电机仅发电，无法直接提供推力。 故B不符合题意； C．行驶中空气阻力随速度增加，发电机发电功率远低于增加的阻力做功，实际会缩短续航。 故C符合题意； D．电池可同时放电和充电（如制动能量回收），但需满足能量净输入，否则会因损耗导致续航下降。故D不符合题意。 故选C。 3．抽水蓄能电站被称为“超级充电宝”，用电低谷时段利用电网多余电能抽水至上水库，用电高峰时段再放水至下水库发电，如图。关于抽水蓄能电站，下列说法正确的是（   ） A．用电低谷时，以电能的形式储能 B．用电高峰时，机械能转化为电能 C．选址时，上下水库的高度差要小 D．存储的能量可以全部转化为电能 【答案】B 【详解】A．用电低谷时，电站利用多余电能抽水，将电能转化为水的重力势能储存，不是以电能形式储能，故A错误； B．用电高峰时，放水发电，水的重力势能转化为水轮机的机械能，再转化为电能，故B正确； C．选址时，为储存更多能量，上下水库应有较大的高度差，以增大水的重力势能，故C错误； D．由于存在能量损耗（如摩擦、发热等），储存的能量不能全部转化为电能，故D错误。 故选B。 4．如图所示是某同学制作了一个简易汽轮机装置。向易拉罐内部注入大约半罐水，将去掉笔芯和尾塞的中性笔的尾端插入易拉罐内，用胶将罐的开口处密封。将易拉罐放置在支架上，笔的尖端对准小风扇的扇叶。点燃易拉罐下面的酒精灯，当有蒸汽喷出时，扇叶就转动起来。这个过程中，蒸汽的 （选填“极少部分”或“绝大部分”）内能转化为风车的 能，增加易拉罐的保温性能可以 （选填“提高”或“降低”）简易汽轮机效率。 【答案】 极少部分 机械 提高 【详解】[1][2]点燃易拉罐下面的酒精灯，当有蒸汽喷出时，扇叶就转动起来。这个过程中，存在各种能量损失，如蒸汽在喷出过程中会向周围环境散热，有一部分能量并没有推动扇叶转动，所以蒸汽的极少部分内能转化为风车的机械能。 [3]增加易拉罐的保温性能可以减少热损失，提高简易汽轮机效率。 基础通关 1．某电动自行车充电时将电能转化为化学能储存在蓄电池中，骑行时，蓄电池对电动车供电，使电动机转动，车灯亮。如图方框中能量形式判断正确的是（     ） A．甲是“光能” B．乙是“内能” C．丙是“机械能” D．丁是“化学能” 【答案】C 【详解】A．蓄电池中储存的是化学能，故甲是化学能，故A不符合题意； B．蓄电池对电动车供电时，将化学能转化为电能，故乙是电能，故B不符合题意； C．电动机将电能转化为机械能，故丙是机械能，故C符合题意； D．车灯将电能转化为光能，故丁是光能，故D不符合题意。 故选C。 2．2025年10月31日，搭载神舟二十一号载人飞船的长征二号F遥二十一运载火箭，在酒泉卫星发射中心成功发射，在火箭加速上升的过程中，下列说法正确的是（     ） A．火箭升空时机械能守恒 B．火箭燃料燃烧时，内能转化为化学能 C．火箭用液态氢作燃料，因为氢的热值较大 D．火箭升空时，向下喷气获得推力与内燃机的压缩冲程相似 【答案】C 【详解】A．火箭加速上升时，速度增大则动能增大，高度升高则重力势能增大，因此机械能增大，机械能不守恒，故A错误； B．燃料燃烧的过程是将燃料储存的化学能转化为内能，故B错误； C．火箭选择液态氢作燃料，是因为氢的热值较大，相同质量的氢完全燃烧可以放出更多的热量，满足火箭升空的能量需求，故C正确； D．火箭向下喷气获得推力，是将内能转化为机械能，和内燃机的做功冲程能量转化一致，故D错误。 故选C。 3．如图所示，福建舰已于2025年11月5日正式入列中国海军，作为我国首艘电磁弹射型航母，福建舰的电磁弹射系统在工作时，能量转化的主要情况是（     ） A．电能转化为机械能 B．机械能转化为电能 C．内能转化为电能 D．电能转化为内能 【答案】A 【详解】电磁弹射系统的作用是消耗电能，通过电磁力推动舰载机加速运动，让舰载机获得起飞所需的机械能，因此它工作时的主要能量转化是电能转化为机械能，故选A。 4．在水平地面上铺一张白纸，将皮球表面涂黑，使其分别从不同高度处自由下落，在纸上留下黑色圆斑；则（     ） A．皮球下落过程中动能转化为重力势能 B．皮球刚接触地面时，形成圆斑A、B对应的皮球动能相等 C．形成圆斑B时皮球是从更高处下落的 D．皮球落地到形成圆斑的过程中动能转化为弹性势能 【答案】D 【详解】A．皮球下落过程中，质量不变，高度减小，速度增大，重力势能转化为动能，故A错误； BC．由图可知圆斑A的面积大于圆斑B，说明皮球形成圆斑A时弹性形变程度更大，具有的弹性势能更大。皮球落地到形成圆斑的过程中动能转化为弹性势能，故形成圆斑A时皮球的动能更大。皮球从高处自由下落，重力势能转化为动能，形成圆斑A时动能更大，说明初始重力势能更大，即形成圆斑A时皮球是从更高处下落的，故BC错误； D．皮球落地到形成圆斑的过程中，速度减小，弹性形变增大，动能转化为弹性势能，故D正确。 故选D。 5．图中的研磨机高速旋转，炽热的金属碎屑像火花一样飞出。针对这一情境分析正确的是（     ） A．研磨机将机械能转化为电能 B．碎屑向下飞出重力势能减小 C．高速旋转的研磨机没有势能 D．内能转化为机械能导致升温 【答案】B 【详解】A．研磨机是用电驱动的用电器，工作过程将电能转化为机械能，故A错误； B．碎屑向下飞出时，质量不变、高度降低，因此重力势能减小，故B正确； C．研磨机处于一定高度，本身有质量，因此具有重力势能，故C错误； D．研磨过程中克服摩擦做功，是机械能转化为内能，让金属温度升高，故D错误。 故选B。 6．下列关于能量的说法中，正确的是（    ） A．洗衣机工作时是将机械能转化为电能 B．用热水泡脚，身体会感觉暖和，说明内能可以转移 C．电水壶工作时是将内能转化为电能 D．能量无论是转化还是转移，能量总和会逐渐减少 【答案】B 【详解】A．洗衣机工作时主要将电能转化为机械能，故A错误； B．用热水泡脚，脚从热水中吸收了热量，温度升高，身体会感觉暖和，这是通过热传递的方式改变了身体的内能，说明内能可以转移，故B正确； C．电水壶工作时是将电能转化为内能，水的内能增大，温度升高，故C错误； D．根据能量守恒定律可知，能量在转移或转化的过程中，能的总量保持不变，故D错误。 故选B。 7．全国首个地铁氢赋能零碳能源项目，用“光伏+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 【答案】B 【详解】A．光伏发电过程中，是将光能（太阳能）转化为电能，故A错误； B．氢燃料电池供电时，消耗燃料储存的化学能，对外提供电能，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。 8．下列现象能够说明“能量的转化和转移具有方向性”的是（   ） A．电动机可以将电能转化为机械能，发电机可以将机械能转化为电能 B．水泵将低处的水抽往高处 C．冰箱工作时内部温度降低，外部温度升高 D．汽车行驶时有机械能转化为内能，这些内能无法再自动转化为机械能用来驱动汽车 【答案】D 【详解】A．电动机（电能→机械能）和发电机（机械能→电能）展示了能量的双向转化，并没有体现“转化过程不可逆”的方向性，故A不符合题意； B．水泵把水从低处抽到高处，是消耗电能来实现的，只是一个能量转移的过程，没有体现“自发过程的不可逆性”，故B不符合题意； C．冰箱内部降温、外部升温，是消耗电能让热量从低温物体转移到高温物体，这是非自发过程，但题目要的是“说明方向性”，这个现象本身是“方向性的逆过程”，并不能直接体现方向性，故C不符合题意； D．汽车行驶时，机械能通过摩擦转化为内能（比如轮胎、刹车发热），这些内能会散失到环境中，无法自动重新转化为机械能来驱动汽车。这直接体现了：机械能可以自发转化为内能，但内能不能自发转化为机械能，完美说明了能量转化的方向性，故D符合题意。 故选D。 9．如图所示是运动员在2022年北京冬奥会自由式滑雪大跳台训练的情景。运动员从60m高的跳台上的A点自由滑下，从B点冲出，如图乙所示。下列说法中正确的是（     ） A．运动员在从A点到B点的过程中，机械能总量保持不变 B．运动员在从A点到B点的过程中，部分机械能转化为内能，不再遵循能量守恒定律 C．运动员从B点冲出后，部分机械能转化为内能，不能到达与A点高度相同的C点 D．运动员从B点冲出后，动能全部转化为重力势能，机械能总量保持不变 【答案】C 【详解】A．运动员从A到B的过程中，需要克服滑雪道的摩擦力和空气阻力做功，部分机械能会转化为内能，机械能总量减小，故A错误； B．能量守恒定律是自然界的普遍规律，所有能量转化过程都遵循能量守恒；机械能转化为内能后，总能量仍然保持不变，故B错误； C．运动员从B点冲出后，仍然不断克服阻力做功，机械能持续转化为内能，总机械能比A点更小，因此不能到达和A点高度相同的C点，故C正确； D．由于空气阻力的存在，运动员从B点冲出后，动能不会全部转化为重力势能，部分动能会转化为内能，机械能总量减小，故D错误。 故选C。 10．为了检验ASF人工弹簧泡沫的反弹效果，从高处释放铅球，记录铅球第1次被反弹的高度，如图所示，下列说法正确的是（   ） A．铅球下落过程中，动能变小 B．铅球恰好接触材料到最低点的过程中，材料的弹性势能变小 C．铅球被反弹到最高点时，受力不平衡 D．整个测试过程中，能量不守恒 【答案】C 【详解】A．铅球下落过程中，重力势能转化为动能，动能变大，故A错误； B．铅球恰好接触材料到最低点的过程中，材料的形变程度变大，弹性势能变大，故B错误； C．铅球被反弹到最高点时，铅球只受到重力作用，受力不平衡，故C正确； D．所有能量转化的过程，都遵守能量守恒定律，故D错误。 故选C。 素养提升 11．图是小汽车的某款发动机工作原理示意图，点燃发动机的酒精炉后，活塞来回运动就会使车运动起来，甲、乙两款这种发动机的能量参数如图所示，下列分析正确的是（　　） ①酒精燃尽后，酒精所产生的能量消失了 ②发动机热气缸内部的气体推动活塞A向外运动，把内能转化为机械能 ③应选择性能更优的甲款发动机 ④应选择性能更优的乙款发动机 ⑤要想提高发动机热机效率，可以让发动机工作更长时间 A．①②④ B．③⑤ C．②③ D．②⑤ 【答案】C 【详解】① 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，而能量的总量保持不变。酒精燃烧时，其化学能转化为内能等其他形式的能量，能量并没有消失，故①错误； ② 发动机工作时，热气缸内的气体被加热，温度升高，内能增大，气体膨胀推动活塞A对外做功，这个过程将气体的内能转化为活塞的机械能，故②正确； ③④ 热机的性能用热机效率来衡量，效率越高，性能越优。热机效率 ，根据能量守恒定律，燃料放出的总能量 。 因此对于甲款发动机，其消耗的总能量 其效率 对于乙款发动机，其消耗的总能量 其效率 因为，所以甲款发动机的效率更高，性能更优，故③正确，④错误； ⑤ 热机的效率是由热机本身的结构和工作条件决定的，与工作时间的长短无关。延长工作时间，有用功和消耗的总能量会同时增多，但它们的比值不变。要提高热机效率，需要改进技术，如使燃料燃烧更充分、减小摩擦和热量散失等，故⑤错误。 故C符合题意，ABD不符合题意。 故选C。 12．（2025·江苏无锡·中考真题）抽水蓄能是利用电网用电低谷期过剩的电能，通过电动抽水泵将低处下水库的水抽到高处上水库储存起来，然后待用电高峰期再释放上水库中的水，冲击水电站中的水轮发电机组发电，输送回电网，工作原理示意图如图所示。我国的河北丰宁电站是目前世界上装机容量最大的抽水蓄能电站，上水库容量为4.5×107m3，上水库一次储满的水若全部通过隧洞下落400m高度，冲击水轮发电机组发电，可获得1.44×1014J的电能。（，g取10N/kg） (1)抽水蓄能的能量转化过程是将过剩的电能转化为水的 能，在需要的时候再通过发电机组转化为 能，输送回电网； (2)水轮发电机组的发电效率为多少？ 【答案】(1) 重力势 电 (2)80% 【详解】（1）[1]抽水过程中，电动抽水机消耗电能，将水抽到高处，水的高度增加，重力势能增大，所以是将过剩的电能转化为水的重力势能。 [2]发电时，上水库的水冲击水轮发电机组，水的机械能转化为电能，所以通过发电机组转化为电能输送回电网。 （2）上水库容量为，水的密度为，水的质量m=ρV=1.0×103 kg/m3×4.5×107m3=4.5×1010kg 水的重力为G=mg=4.5×1010kg×10N/kg=4.5×1011N 水从高度400m处下落，重力做功W=Gh=4.5×1011N×400m=1.8×1014J 水轮发电机组输出的电能为1.44×1014J，故发电效率 迁移创新 13．（2025·江苏盐城·中考真题）阅读短文，回答问题。 液态空气储能 据报道，青海格尔木“60MW/600MW·h”液态空气储能示范项目正在加速建设，即将投入运行。液态空气储能是通过压缩、液化空气储存能量，并在需要时通过加热、膨胀空气释放能量。 充电阶段：在电力富余时段，电能驱动压缩机将空气压缩至高压状态，并通过净化装置去除水分、二氧化碳等杂质，避免液化过程中结冰堵塞管道。压缩后的空气经制冷系统冷却至-194℃，达到液化状态后存储于低温常压储罐中，体积仅为室温气态时的。 发电阶段：用电高峰时，液态空气从储罐释放，吸收热量迅速汽化，体积膨胀形成常温高压气体。高压气体推动膨胀机（或涡轮机）运转，驱动发电机产生电能回馈电网。 液态空气可以发电。液态空气储能技术的成功运用为我国储能产业发展开辟了新的道路。 (1)由于二氧化碳的凝固点比氧气 ，所以在液化过程中容易结冰堵塞管道。 (2)在充电阶段，压缩后的空气经制冷系统冷却时，内能 ；在发电阶段，高压气体推动膨胀机（或涡轮机）运转，将内能转化成了 。 (3)根据材料内容，概括液态空气储能的好处： 。（至少说出两条） 【答案】（1）高 （2） 减小 机械能 （3）安全，无污染；能量储存时间长 【详解】（1）当进行气体液化操作时，环境温度降低过程中，凝固点相对较高的二氧化碳更容易达到其凝固点从而凝固成固态冰状物质，进而堵塞管道 。由于二氧化碳的凝固点比氧气高，因此二氧化碳更容易在低温下结冰。 （2）[1]压缩后的空气经制冷系统冷却时，温度降低，其内能减小。 [2]高压气体推动膨胀机运转，消耗内能，获得机械能，该过程将内能转化为机械能。 （3）阅读材料可知，液态空气储能属于清洁能源，不污染环境；液态空气可在低温常压储罐中长期储存，适合电网调峰需求。 学科网（北京）股份有限公司18 / 19 学科网（北京）股份有限公司 $