2.5 能的转化与能量守恒（讲义）科学新教材浙教版九年级上册

该初中科学讲义通过表格系统梳理“能的转化与能量守恒”单元的课标要点与学习重难点，分“能的相互转化”“能量守恒定理”“能量转化方向性”三个知识点构建逻辑脉络，结合太阳能转化、火力发电等实例呈现转化链条，突出转化与转移的区分、守恒定律与机械能守恒的对比等核心重难点。 讲义亮点在于“情境化探究与分层练习”设计，如足球运动分析（能的转化判断）、永动机案例探究（科学思维培养），结合抽水蓄能电站等实际应用深化科学观念。基础通关、素养提升等分层练习满足不同学生需求，提供实验数据处理方法（如焦耳实验计算），支持学生自主复习，助力教师实施精准教学。

第2章 能的转化与能量守恒 第5节 能的转化与能量守恒 课标要点 1、知道能量存在多种形式：机械能、内能、电能、化学能、核能等；不同形式能量可以相互转化，同种能量可以发生转移。 2、理解能量守恒定律：能量既不会消灭，也不会创生；只会从一种形式转化为另一种形式，或从一个物体转移到另一物体；总量保持不变。 3、认识能量转化具有方向性；很多能量转化后成为难以回收利用的内能，即能量耗散。 4、结合实例识别能量转化；能够完整描述常见设备、自然现象中的能量转化链条。 5、结合能源利用，从能量转化、损耗、可持续发展角度，辩证认识节约能源意义。 学习重难点 重点：区分能量转化与能量转移；准确书写各类场景能量转化；能量守恒定律内容理解；能量转化方向性与能量耗散；永动机不能实现的原理。 难点：区分机械能守恒（理想条件）和普遍能量守恒；理解 “能量总量不变，但能源会枯竭”（易错：学生容易认为守恒就不用节能）；复杂多步能量转化完整链条梳理；理解能量转化方向性：宏观自发过程不可逆。 知识点 能的相互转化 （一）能量可以在两个物体之间转移，能量形式也可以转化 (1)太阳能的转化 照射到植物叶片上----植物的化学能 照射到大气层中------空气的动能 照射到太阳能热水器--水的内能 照射到电池板上------电能 (2)人体能量的来源及转化:人体所需的能量都来自食物，食物被消化后且被分解的过程，是食物的化学能转化为人体的内能、电能、机械能等能量的过程。被吸收的营养物质由血液输送到人体各处。 (3)火力发电厂的能量转化:燃料燃烧将燃料的化学能转化为内能来加热水，水沸腾后，产生的蒸汽驱动涡轮机转动将内能转化为机械能，涡轮机带动发电机发电将机械能转化为电能。 （二）能量转化的普遍性 自然界中的能量有多种表现形式，如机械能、内能、化学能、电能、电磁能、核能等。自然界中各种形式的能量不是孤立的，它们可以在一定的条件下发生转化，能量也可以在同一物体或不同的物体间相互转移。能量转化是普遍现象，自然界中物质运动形式的变化中伴随着能量的相互转化。 随学随练 1. 在班级足球争霸赛中，小科将足球踢入球网，下列说法不正确的是（　　） A．踢球时，人对足球做了功，化学能转化为机械能 B．足球在飞行和触网时惯性不变 C．足球在飞行时受到脚的作用力和重力 D．足球在上升过程中动能转化为重力势能和内能 2. 如图甲，小雅用细线将太阳能小车固定在转轴上，点燃蜡烛，使小车在水平桌面上做匀速圆周运动，其运动路程与时间关系如图乙所示。 （1）小车在匀速圆周运动过程中，将蜡烛的一部分 能最终转变为小车的机械能。 （2）小车在匀速圆周运动过程中，受力始终不平衡，其依据是 。 （3）若运动过程中，小车的牵引力恒为0.3牛，且方向始终与物体运动方向相同。则运动时，牵引力做功的功率为 瓦。 知识点 能量守恒定理 （一）内容 能量既不会消灭，也不会创生，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。而在转化和转移的过程中，能的总量保持不变。这就是能量转化和守恒定律。 （二）意义 能量转化和守恒定律是自然界最普遍、最重要的基本定律之一。无论是机械运动，还是生命运动，无论是宇宙天体，还是微观粒子，都遵循这个定律。 （三）永动机一不可能成功 所谓“永动机”是指不消耗任何能量和燃料,却能源源不断对外做功的机器。“永动机”不可能成功的事实告诉我们，违反能量转化和守恒定律的事件是不可能发生的。能量是不可能凭空创造出来的。即所谓的“消耗能量”“利用能量”“获得能量"的实质是能量相互转化或转移的过程。 （四）机械能守恒与能量守恒定律的区别 (1)机械能守恒是有条件的一没有能量损失或额外的能量补充。 因为机械能守恒是指一个物体如果只存在着动能和势能之间的转化时，机械能的总量将保持不变。如果存在机械能与其他形式的能之间的转化，机械能总量发生改变，机械能不再守恒，例如克服摩擦做功，产生内能，机械能的总量将减少，损失的机械能将转化为其他形式的能。 (2)能量守恒定律的成立不需要条件。这是因为能量转化形式是多样的，可以在机械能、内能、化学能、电能、光能、声能间相互转化，不限于动能和势能之间的转化，在转化过程中，一种形式的能减少，另一种形式的能必然增加，能的总量保持不变。 随学随练 3. 磐安抽水蓄能电站位于浙江省金华市磐安县大盘镇境内，是华东地区构建新型电力系统的重点工程，总装机容量120万千瓦，枢纽工程由上水库、下水库、输水系统、地下厂房和开关站等组成，计划于2028年竣工投产。 （1）在用电低谷时期，将下水库中的水抽回到上水库，此过程中将电能转化为 ； （2）小科同学购买了一个功率为600W的暖手宝，暖手宝通电后能产热是利用了电流的 ； （3）该水电站正常运行理论上每秒钟能发198度电，水电站正常运行一秒钟所产生的电量能使小科同学的暖手宝工作 小时。 4. 根据能量转化和守恒定律，在与外界没有热传递的条件下，物体内能的增加量与外界对物体做功多少相等。为了验证此规律，某科学兴趣小组设计了如图所示的实验：在容器里装一定质量的水，中间装上带有叶片的转轴，转轴上绕上绳子，绳子另一端通过滑轮与一重物相连；当重物下降时，绳子拉动转轴转动，带动叶片旋转，使容器里的水温度升高，结合水的比热计算出水增加的内能，以此验证水内能的增加量与重物的重力做功多少是否相等。 （1）为了完成此实验，除已提供测质量的电子天平外，还需要的测量工具有 。 （2）科学兴趣小组在实验过程中发现，水内能的增加量小于重物做功的大小，请写出造成这种现象的一种原因： 。 （3）改进实验后，获得了如下数据，规律得到验证。 实验序号 重物质量（kg） 下降高度（m） 升高温度（℃） 1 20 5 0.5 2 20 10 1. 3 20 15 1.5 4 10 10 0.5 5 30 10 1.5 6 40 10 2. 若使容器内相同质量的水温度升高5.0℃，则40kg的重物需下降 m。 知识点 能量转化和转移的方向性 （一）内能总是自发地从高温物体转移到低温物体，而不能从低温物体自发地转移到高温物体 如烧杯中的热水变冷等，是内能自发地从高温物体转移到低温物体。电冰箱、空调制冷，都是从低温物体的内部吸热，向外面放热，使内能从低温物体转移到高温物体。这种转移不是自发进行的，必须要有附加的条件:消耗电能，电动机(压缩机)做功。 （二）机械能可自发地转化为内能，但内能无法自发地转化为机械能 如汽车制动刹车时，由于摩擦，机械能转变成地面、轮胎及空气的内能，但是这些内能不能再次转化为汽车的机械能而使汽车重新启动。可见，能量的转移和转化是有 一定的方向性的。能量可以自发地朝一个方向进行，但不能自发地朝反方向进行。 【能力拓展】 我们是在能量的转化或转移的过程中利用能量的，因此，不是什么能量都可以利用。化石能源、核能等现在开采得越多，留给子孙的就越少。有的能量如内能，一旦耗散，便不可再利用。正是由于能量转化和转移的方向性，我们要“节约能源” 随学随练 5. 如图所示，小球A、B用细绳相连，其中小球A沿斜面匀速上行，小球B匀速下降。若小球A的质量为mA，小球B的质量为mB一段时间内小球A在竖直方向上升的高度为hA小球B下降的高度为hB不考虑摩擦和绳重，则下列分析正确的是（　　） A．mA＞mB，hA＜hB B．mA＜mB，hA＜hB C．mA＞mB，hA＞hB D．mA＜mB，hA＞hB 6. 能量转化和守恒定律是许多科学家长期探索建立的，是科学史上的重大发现。 材料一：1644年，笛卡尔用物体的质量和其速度的乘积来量度；1686年，莱布尼兹用物体的质量和其速度平方的乘积来量度：1743年，达朗贝尔用“活力”（即物体受力作用而通过一定距离）来量度。 材料二：温度计的不断改进给热与功研究的精确化准备了必要条件。焦耳通过400多次的实验，于1849年精确地测定了热功当量关系的数值，这一数值与现代公认值非常接近，为能量守恒定律的确立奠定了定量的实验基础。 （1）材料一中，哪位科学家的观点与“功”概念相符合？ 。 A.笛卡尔 B.莱布尼兹 C.达朗贝尔 （2）如图甲所示是焦耳研究热功当量关系的实验装置，通过重物的上下运动，带动叶片转动，通过做功使水的内能增加。为了研究机械能和内能之间的转化是否遵循能量守恒定律，小科根据焦耳的实验装置，设计了图乙所示装置来进行实验。重物A在下落1m的过程中通过滑轮、轻绳带动容器中的金属叶片与水摩擦生热，使容器中0.4kg的水温度升高了0.2℃则水的内能增加 J。[重物A的质量及每次下落高度保持不变，c水＝4.2×103J/（kg•℃）] （3）日常生活中，下列现象属于内能转化为机械能的是 。 A.冬天用热水袋取暖 B.烧水时壶盖被顶起 C.钻木取火 D.电灯发出光和热 题型 微型拓展实验 第一类 第一类永动机是最古老的永动机概念，这一类永动机试图以机械的手段在不获取能源的前提下使体系持续地向外界输出能量。 历史上最著名的第一类永动机是法国人亨内考在十三世纪提出的“魔轮”，魔轮通过安放在转轮上一系列可动的悬臂实现永动，向下行方向的悬臂在重力作用下会向下落下，远离转轮中心，使得下行方向力矩加大，而上行方向的悬臂在重力作用下靠近转轮中心，力矩减小，力矩的不平衡驱动魔轮的转动。十五世纪，著名学者达芬奇也曾经设计了一个相同原理的类似装置，1667年曾有人将达芬奇的设计付诸实践，制造了一部直径5米的庞大机械，但是这些装置经过试验均以失败告终。 除了利用力矩变化的魔轮，还有利用浮力、水力等原理的永动机问世，但是经过试验，已确认这些永动机方案失败或仅只是骗局，无一成功。 1842年荷兰科学家迈尔提出能量守恒和转化定律；1843年英国科学家詹姆斯·焦耳提出热力学第一定律，他们从理论上证明了能够凭空制造能量的第一类永动机是不能实现的。热力学第一定律的表述方式之一就是：第一类永动机不可能实现。 第二类 曾经有人设计一类机器，希望它从高温热库（例如锅炉）吸取热量后全部用来做功，不向低温热库排出热量。这种机器的效率不是可以达到100%了吗？这种机器不违背能量守恒定律，但是都没有成功。人们把这种只从单一热库吸热，同时不间断的做功的永动机叫第二类永动机。这种永动机不可能制成，是因为机械能与内能的转化具有方向性：机械能可以转化内能，但内能却不能全部转化为机械能，而不引起其它变化。从研究永动机得到的意外收获。 前已提及，英国科学家焦耳也曾被永动机这一“奇妙”的发明所吸引，并为此做了一二十年的实验，但最后他留给后世的并不是永动机，而是证明永动机不可能的“热功当量定律”，这应该算是研究永动机得到的意外收获。 活学活用 7. 能量转化和守恒定律是许多科学家经长期探索建立起来的，是科学史上的重大发现。 材料一：十七至十八世纪，多位科学家对能量的量度提出了不同的观点。1644年，笛卡尔用物体的质量和其速度的乘积来量度；1686年，莱布尼兹用物体的质量和其速度平方的乘积来量度；1743年，达朗贝尔用“活力”（即物体受力作用而通过一定距离）来量度。 材料二：温度计的不断改进给热与功研究的精确化准备了必要条件。焦耳通过400多次的实验，于1849年精确地测定了热功当量关系的数值，这一数值与现代公认值非常接近，为能量守恒定律的确立奠定了定量的实验基础。 材料三：焦耳通过400多次的实验，于1849年精确地测定了热功当量关系的数值（相当于单位热量的功的数量即1卡（热化学卡）＝4.1840焦耳），这一数值与现代公认值非常接近，为能量守恒定律的确立奠定了定量的实验基础。如图所示是焦耳研究热功当量关系的一个实验装置，通过重物的上下运动，带动叶片转动，通过做功使水的内能增大。实验中焦耳测得的数据如下：小配重重力G小＝100牛，大配重重力G大＝520牛，每升降一次配重各自移动的距离h＝1米，热量计中水的质量m＝500克（c水＝4.2×103焦耳/千克）。升降次数与水温变化的关系如表： 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）材料一中，哪位科学家的观点与“功”概念相符合 ； A．笛卡尔 B．莱布尼兹 C．达朗贝尔 （2）分析材料三中数据可以得到能量转化过程中能量是 （选填“守恒”或“不守恒”）的； （3）如图所示是焦耳研究热功当量关系的实验装置，通过重物的上下运动，带动叶片转动，通过做功使水的内能 （选填“增大”或“减小”）； （4）结合材料分析，以下观点正确的是 。（可多选） A．面对前人的观点要敢质疑 B．时间久远的理论是没有科学价值的 C．测量工具的发展有助于科学理论研究 D．对科学的认识是不断修正完善的过程 基础通关 1. 春晚《武BOT》节目是我国传统文化创新表达，机器人丝滑的动作将中华武术演绎得淋漓尽致。下列说法正确的是（　　） A．机器人充电时，化学能转化为电能 B．机器人挥剑舞动时，不需要消耗能量 C．机器人运动时，电能主要转化为机械能 D．机器人做空翻动作上升时，重力势能不变 2. 首届世界人形机器人运动会的1500米比赛冠军由杭州的宇树机器人获得。下列说法正确的是（　　） A．跑步的机器人已经具有生物的各项生命特征 B．跑步过程中机器人只存在电能这一种形式的能 C．以跑道边上的广告牌为参照物，机器人是静止的 D．以观众席的座椅为参照物，机器人是运动的 3. 科学家研发出“激光橡皮”，专门用来去除白纸上的黑色碳粉字迹。在激光照射下，纸张上的黑色碳粉直接转变为高温碳蒸气，同时字迹消失。下列有关说法正确的是（　　） A．激光照射使纸张上的黑色碳粉发生了熔化 B．激光照射去除白纸上黑色碳粉字迹的过程发生了化学变化 C．清除黑色碳粉字迹是光能转化为内能的过程 D．由于激光直射眼睛会对视网膜造成伤害，所以该产品没有实际意义 4. 科学家研发出“激光橡皮”，专门用来去除白纸上的黑色碳粉字迹。在激光照射下，纸张上的黑色碳粉直接转变为高温碳蒸气，同时字迹消失。下列有关说法正确的是（　　） A．激光照射使纸张上的黑色碳粉发生了熔化 B．激光照射去除白纸上黑色碳粉字迹的过程发生了化学变化 C．清除黑色碳粉字迹是光能转化为内能的过程 D．由于激光直射眼睛会对视网膜造成伤害，所以该产品没有实际意义 5. 无人机凭借其灵活、高效、低成本的特点，广泛应用于多个行业。当无人机正在进行货物配送，AI视觉系统检测到侧风干扰，并自动调节旋翼转速保持悬停。以下说法正确的是（　　） A．无人机悬停时，电能主要转化为机械能和内能 B．AI视觉系统完成一系列动作依靠其发达的神经系统 C．无人机保持原高度悬停，抛下货物前后它的重力势能保持不变 D．无人机载着货物飞行时，以无人机机身为参照物，货物是运动的 6. 核电站在发电时，能量转化的过程是（　　） A．核能→机械能→内能→电能 B．核能→内能→机械能→电能 C．内能→机械能→核能→电能 D．电能→机械能→内能→核能 7. 跳台滑雪是一种雪上竞技项目，若某运动员在该项目过程中的运动轨迹（a→b→c→d→e）如图所示，若不计空气阻力，则下列有关能量随时间变化的趋势正确的是（　　） A．①②③ B．①② C．①③ D．②③ 8. 关于能源和材料，下列说法中正确的是（　　） A．提高能量利用中的转化效率是节能问题的核心 B．核电站是利用核裂变释放能量进行发电的，是不加控制的 C．超导体材料可应用在电饭锅、电熨斗等电热器上 D．能量守恒定律表明自然界中可利用的能量不会减少 9. 自然界中存在着多种形式的能，下列关于能的叙述不正确的是（　　） A．0℃的水不具有内能 B．作为燃料的酒精具有化学能 C．超声波粉碎结石是因其具有声能 D．高空坠物破坏力大是因其具有较大的机械能 素养提升 10. 古代的人们曾发明一种活塞式点火器，如图所示，以牛角作套筒，木质推杆前端粘附艾绒，取火时，一手握住套筒，另一手猛推推杆，艾绒即燃。下列事例与猛推推杆入筒的过程中，能量转化情况不同的是（　　） A．内燃机的做功冲程 B．内燃机的压缩冲程 C．钻木取火 D．流星雨的形成 11. 某学习小组利用可乐瓶等材料制作了水火箭，如图甲。某次进行飞行高度测试实验时用频闪照相机拍下了水火箭从A处向上起飞到最高点的运动情况，如图乙。并作出了该过程中的速度和时间、路程和时间关系的图像，如图丙、图丁。则下列说法错误的是（　　） A．水火箭上升过程中具有机械能 B．从图乙可知，水火箭先做加速运动后做减速运动 C．图丙中阴影部分的面积代表水火箭上升的最大高度 D．水火箭上升过程中的路程与时间关系可用图丁表示 12. 下列物体所具有能量的形式表述正确的是（　　） A．被大风摇动的树干不具有能量 B．米饭中储存着化学能 C．被拉伸的弹簧具有能量而被压缩的弹簧不具有能量 D．水库中的水不具有能量，而只有当它从水库中流下时才具有能量 迁移创新 13. 自然界中存在着多种形式的能，能量可以从一种形式转化为另一种形式，也能从一个物体转移到另一个物体上，下列关于能的叙述不正确的是（　　） A．太阳是“能源之母”，地球上大多数能源本质上来自太阳能 B．超声波能够粉碎人体结石，主要是因为其携带强大的光能 C．电磁能用途广泛，可以转化为光能、内能等多种能量形式 D．各类燃料如煤炭、汽油、天然气等，都储存着大量化学能 14. 如图是核电站发电和供电的流程图。关于流程图中各装置的能量转化，下列说法正确的是（　　） A．核反应堆将核能转化为电能 B．蒸汽轮机将机械能转化为内能 C．发电机将机械能转化为电能 D．各种用电器将其他形式的能转化为电能 15. 2024年9月25日，中国东风洲际导弹划破天际，如图所示，其飞行过程分为初段（燃烧储存的燃料，加速上升）、中段（发动机关闭，依靠惯性飞行，a、b两点距离地面等高）、末段（发动机再次打开，加速俯冲）。下列有关东风洲际导弹的说法中错误的是（　　） A．在初段机械能来自于燃料的化学能 B．在最高点动能为零 C．在ab段机械能不守恒 D．在末段重力势能减小 16. 在2025年春晚的机器人舞蹈表演中，多个机器人通过协调动作完成高难度舞蹈。下列说法正确的是（　　） A．机器人关节的电动机工作时，将电能直接转化为化学能 B．机器人抛出手绢使其上升的过程中，手绢的动能逐渐转化为重力势能 C．所有关节的电动机采用串联电路，确保动作同步 D．机器人的能源主要来自舞台灯光转化的光能 17. 小科将装有水和乒乓球的纸杯在一定高度静止释放，下落到达地面后，现象如图所示。乒乓球静止释放时与反弹到最高点时相比，下列说法正确的是（　　） A．乒乓球动能变大 B．乒乓球重力势能变小 C．乒乓球机械能变大 D．该过程不遵循能量守恒定律 18. 如图是火力发电厂的发电示意图，下列分析正确的是（　　） A．涡轮机获得的机械能可自发反向转化为水蒸气的内能 B．锅炉中煤的内能转移到了蒸汽管的水中 C．运用烟囱排烟可以有效减少废气量 D．变压器转化的电压越高，输电线中的线损功率越小 19. 如图甲是意大利艺术家达芬奇设计的一种永动机的模型图。装置转动时小球随着弧形轨道依次从装置中心向外侧滚落并在另一侧依次回到装置中心，循环往复从而带动装置转动。如图乙是一个创造了连续转动24分钟吉尼斯世界纪录的指尖陀螺。以下有关说法中正确的是（　　） A．甲装置小球滚落时动能转化为重力势能 B．甲装置转动时所有小球与弧形轨道所在转盘的机械能总和保持不变 C．指尖陀螺最终停止转动，说明能量会消失 D．根据能量守恒定律，因为存在能量损耗，所以甲装置最终会停止转动 20. 截止目前为止，民航客机C919安全运送的旅客数已突破300万人次，这款我国自主研制的大型客机（如图甲），正擎起中华民族飞行梦想的新丰碑。下图乙所示为某飞机从杭州飞到往相距1500km广州的s﹣t图像。 （1）C919飞机飞行时，发动机中的燃油燃烧，将燃料中的 能转化为内能和机械能。 （2）通过分析图像，判断 （选填“AB”、“BC”、“CD”或“DE”）段为该飞机匀速飞行过程，并求出飞机AC段飞行的平均速度为多少 m/s？ 21. 阅读下列材料，回答问题： 材料一：2022年我市发布《绿色能源发展“十四五”规划》。指出到2025年，电力装机容量达到585万千瓦左右，其中抽水蓄能新增装机60万千瓦，光伏新增装机150万千瓦以上。 材料二：光伏发电是利用太阳能板将太阳能转化为电能的发电方式，光照强度是决定其发电功率的最直接、最主要的环境因素；抽水蓄能电站结构如图：可逆式水泵发电机连通上下两个水库，用电低谷期以水泵工况运行，从下水库向上抽水，在用电高峰期以发电机工况运行，从上水库放水发电。 （1）晴天时，光伏发电站发电功率在一天中的变化最接近 ； （2）抽水蓄能电站中可逆式水泵发电机以水泵工况运行时的能量转化是 ； （3）下列观点支持在我市大力发展抽水蓄能发电站的有 ； A.丽水市属于山地地形，地势起伏较大，且水资源丰富。 B.抽水蓄能电站前期投入大，建设工期长，且占用大量土地资源。 C.抽水蓄能电站被称电网调节器，能够弥补风光等清洁能源发电的不稳定性。 （4）某抽水蓄能电站装机总功率6.0×108瓦，每天发电3小时。若一天的发电量由热电转换效率为30%的火力发电厂提供，则需要消耗多少吨煤？（煤的热值q＝3.0×107焦/千克） 22. 2022年2月4日，北京冬奥会在国家体育场“鸟巢”盛大开幕，火炬“飞扬”的小火苗成为本届冬奥会的主火炬，火炬采用的是碳纤维材质，燃烧的是氢能源，在奥运史上首次实现了零排放，向世界展示了中国绿色低碳的发展理念。赛事期间大量使用氢燃料电池车，以减少污染排放，体现了奥林匹克精神与“绿色”、“环保”的进一步结合。 （1）高压火炬体积非常小，燃料氢气采用“高压储氢”的方式储放在很小的气瓶内，则高压储氢过程中发生的物态变化是 。 （2）（碳纤维是一种力学性能优异的新材料，密度不到钢的四分之一，强度却是钢的七至九倍，被誉为材料中的“黑黄金”。碳纤维每平方毫米可以承受3530牛的拉力，所以火炬“飞扬”碳纤维“外衣”能承受的压强为 帕。 （3）火炬“飞扬”披上碳纤维“外衣”不惧800度以上氢气燃烧的高温，氢气的热值为1.4×108焦/千克，假设火炬中5克氢气完全燃烧，则放出的热量为 。 （4）氢燃料电池在使用过程中能量的转化为 。 （5）通过使用可再生能源（例如太阳能、风能等）制造的氢气被称为“绿氢”，通过可再生能源发电进行电解水制氢气，在生产绿氢的过程中，完全没有碳排放。火炬研发团队用相当于420个大气压的高压将12克氢气压缩进氢气瓶，随后将氢气瓶放入“飞扬”火炬中。计算需要电解 克水才能制取12克氢气。 学科网（北京）股份有限公司1 / 10 学科网（北京）股份有限公司 $ 第2章 能的转化与能量守恒 第5节 能的转化与能量守恒 课标要点 1、知道能量存在多种形式：机械能、内能、电能、化学能、核能等；不同形式能量可以相互转化，同种能量可以发生转移。 2、理解能量守恒定律：能量既不会消灭，也不会创生；只会从一种形式转化为另一种形式，或从一个物体转移到另一物体；总量保持不变。 3、认识能量转化具有方向性；很多能量转化后成为难以回收利用的内能，即能量耗散。 4、结合实例识别能量转化；能够完整描述常见设备、自然现象中的能量转化链条。 5、结合能源利用，从能量转化、损耗、可持续发展角度，辩证认识节约能源意义。 学习重难点 重点：区分能量转化与能量转移；准确书写各类场景能量转化；能量守恒定律内容理解；能量转化方向性与能量耗散；永动机不能实现的原理。 难点：区分机械能守恒（理想条件）和普遍能量守恒；理解 “能量总量不变，但能源会枯竭”（易错：学生容易认为守恒就不用节能）；复杂多步能量转化完整链条梳理；理解能量转化方向性：宏观自发过程不可逆。 知识点 能的相互转化 （一）能量可以在两个物体之间转移，能量形式也可以转化 (1)太阳能的转化 照射到植物叶片上----植物的化学能 照射到大气层中------空气的动能 照射到太阳能热水器--水的内能 照射到电池板上------电能 (2)人体能量的来源及转化:人体所需的能量都来自食物，食物被消化后且被分解的过程，是食物的化学能转化为人体的内能、电能、机械能等能量的过程。被吸收的营养物质由血液输送到人体各处。 (3)火力发电厂的能量转化:燃料燃烧将燃料的化学能转化为内能来加热水，水沸腾后，产生的蒸汽驱动涡轮机转动将内能转化为机械能，涡轮机带动发电机发电将机械能转化为电能。 （二）能量转化的普遍性 自然界中的能量有多种表现形式，如机械能、内能、化学能、电能、电磁能、核能等。自然界中各种形式的能量不是孤立的，它们可以在一定的条件下发生转化，能量也可以在同一物体或不同的物体间相互转移。能量转化是普遍现象，自然界中物质运动形式的变化中伴随着能量的相互转化。 随学随练 1. 在班级足球争霸赛中，小科将足球踢入球网，下列说法不正确的是（　　） A．踢球时，人对足球做了功，化学能转化为机械能 B．足球在飞行和触网时惯性不变 C．足球在飞行时受到脚的作用力和重力 D．足球在上升过程中动能转化为重力势能和内能 【答案】C 【解答】解：A、踢球时，人对足球做了功，消耗人体的化学能，足球获得机械能，所以化学能转化为机械能，故A正确； B、足球的惯性仅与足球的质量有关，与运动状态无关，即在飞行和触网时足球的惯性不变，故B正确； C、足球在飞行时不受脚的作用力，仅受重力和空气阻力，故C错误； D、足球在上升过程中，质量不变，速度减小，动能减小，高度增加，重力势能增加，动能转化为重力势能，足球上升的过程中，克服空气阻力做功，一部分动能转化为内能，故D正确。 故选：C。 2. 如图甲，小雅用细线将太阳能小车固定在转轴上，点燃蜡烛，使小车在水平桌面上做匀速圆周运动，其运动路程与时间关系如图乙所示。 （1）小车在匀速圆周运动过程中，将蜡烛的一部分 能最终转变为小车的机械能。 （2）小车在匀速圆周运动过程中，受力始终不平衡，其依据是 。 （3）若运动过程中，小车的牵引力恒为0.3牛，且方向始终与物体运动方向相同。则运动时，牵引力做功的功率为 瓦。 【答案】（1）化学；（2）小车在水平桌面上做匀速圆周运动，其运动方向不断发生变化；（3）0.06。 【解答】解： （1）点燃蜡烛，蜡烛的一部分化学能转化为光能，光能通过太阳能电池板转化为电能，然后电动机带动小车转动，电能转化为机械能，故小车运动过程中，蜡烛的一部分化学能最终转变为小车的机械能； （2）小车在水平桌面上做匀速圆周运动，其运动方向不断发生变化，所以小车的受力是不平衡的； （3）由图象可知，小车在10s时间内通过的路程为2m，其速度为：v0.2m/s； 牵引力做功的功率为：P＝Fv＝0.3N×0.2m/s＝0.06W。 故答案为：（1）化学；（2）小车在水平桌面上做匀速圆周运动，其运动方向不断发生变化；（3）0.06。 知识点 能量守恒定理 （一）内容 能量既不会消灭，也不会创生，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。而在转化和转移的过程中，能的总量保持不变。这就是能量转化和守恒定律。 （二）意义 能量转化和守恒定律是自然界最普遍、最重要的基本定律之一。无论是机械运动，还是生命运动，无论是宇宙天体，还是微观粒子，都遵循这个定律。 （三）永动机一不可能成功 所谓“永动机”是指不消耗任何能量和燃料,却能源源不断对外做功的机器。“永动机”不可能成功的事实告诉我们，违反能量转化和守恒定律的事件是不可能发生的。能量是不可能凭空创造出来的。即所谓的“消耗能量”“利用能量”“获得能量"的实质是能量相互转化或转移的过程。 （四）机械能守恒与能量守恒定律的区别 (1)机械能守恒是有条件的一没有能量损失或额外的能量补充。 因为机械能守恒是指一个物体如果只存在着动能和势能之间的转化时，机械能的总量将保持不变。如果存在机械能与其他形式的能之间的转化，机械能总量发生改变，机械能不再守恒，例如克服摩擦做功，产生内能，机械能的总量将减少，损失的机械能将转化为其他形式的能。 (2)能量守恒定律的成立不需要条件。这是因为能量转化形式是多样的，可以在机械能、内能、化学能、电能、光能、声能间相互转化，不限于动能和势能之间的转化，在转化过程中，一种形式的能减少，另一种形式的能必然增加，能的总量保持不变。 随学随练 3. 磐安抽水蓄能电站位于浙江省金华市磐安县大盘镇境内，是华东地区构建新型电力系统的重点工程，总装机容量120万千瓦，枢纽工程由上水库、下水库、输水系统、地下厂房和开关站等组成，计划于2028年竣工投产。 （1）在用电低谷时期，将下水库中的水抽回到上水库，此过程中将电能转化为 ； （2）小科同学购买了一个功率为600W的暖手宝，暖手宝通电后能产热是利用了电流的 ； （3）该水电站正常运行理论上每秒钟能发198度电，水电站正常运行一秒钟所产生的电量能使小科同学的暖手宝工作 小时。 【答案】（1）机械能；（2）热效应；（3）330。 【解答】解：（1）蓄能时，水被抽到上水库中，电能转化为水的机械能； （2）暖手宝电热器是利用了电流的热效应； （3）暖手宝电功率：P＝600W＝0.6kW， 根据P可得暖手宝工作时间：t330h。 故答案为：（1）机械能；（2）热效应；（3）330。 4. 根据能量转化和守恒定律，在与外界没有热传递的条件下，物体内能的增加量与外界对物体做功多少相等。为了验证此规律，某科学兴趣小组设计了如图所示的实验：在容器里装一定质量的水，中间装上带有叶片的转轴，转轴上绕上绳子，绳子另一端通过滑轮与一重物相连；当重物下降时，绳子拉动转轴转动，带动叶片旋转，使容器里的水温度升高，结合水的比热计算出水增加的内能，以此验证水内能的增加量与重物的重力做功多少是否相等。 （1）为了完成此实验，除已提供测质量的电子天平外，还需要的测量工具有 。 （2）科学兴趣小组在实验过程中发现，水内能的增加量小于重物做功的大小，请写出造成这种现象的一种原因： 。 （3）改进实验后，获得了如下数据，规律得到验证。 实验序号 重物质量（kg） 下降高度（m） 升高温度（℃） 1 20 5 0.5 2 20 10 1. 3 20 15 1.5 4 10 10 0.5 5 30 10 1.5 6 40 10 2. 若使容器内相同质量的水温度升高5.0℃，则40kg的重物需下降 m。 【答案】（1）刻度尺、温度计；（2）滑轮存在摩擦；（3）25。 【解答】解：（1）实验中应需要用刻度尺测量重物下降的高度、用温度计水升高的温度； （2）在实验的过程中，由于滑轮存在摩擦、液体会散热等情况，使得水内能的增加量小于重物做功的大小； （3）20kg的重物高度下降5m，水温升高0.5℃，即1kg的重物高度下降1m，水温升高0.005℃，则有40kg的重物高度下降1m，水温升高0.2℃，要使水温升高5℃，根据比例可知需要下降的高度为25m。 故答案为：（1）刻度尺、温度计；（2）滑轮存在摩擦；（3）25。 知识点 能量转化和转移的方向性 （一）内能总是自发地从高温物体转移到低温物体，而不能从低温物体自发地转移到高温物体 如烧杯中的热水变冷等，是内能自发地从高温物体转移到低温物体。电冰箱、空调制冷，都是从低温物体的内部吸热，向外面放热，使内能从低温物体转移到高温物体。这种转移不是自发进行的，必须要有附加的条件:消耗电能，电动机(压缩机)做功。 （二）机械能可自发地转化为内能，但内能无法自发地转化为机械能 如汽车制动刹车时，由于摩擦，机械能转变成地面、轮胎及空气的内能，但是这些内能不能再次转化为汽车的机械能而使汽车重新启动。可见，能量的转移和转化是有 一定的方向性的。能量可以自发地朝一个方向进行，但不能自发地朝反方向进行。 【能力拓展】 我们是在能量的转化或转移的过程中利用能量的，因此，不是什么能量都可以利用。化石能源、核能等现在开采得越多，留给子孙的就越少。有的能量如内能，一旦耗散，便不可再利用。正是由于能量转化和转移的方向性，我们要“节约能源” 随学随练 5. 如图所示，小球A、B用细绳相连，其中小球A沿斜面匀速上行，小球B匀速下降。若小球A的质量为mA，小球B的质量为mB一段时间内小球A在竖直方向上升的高度为hA小球B下降的高度为hB不考虑摩擦和绳重，则下列分析正确的是（　　） A．mA＞mB，hA＜hB B．mA＜mB，hA＜hB C．mA＞mB，hA＞hB D．mA＜mB，hA＞hB 【答案】A 【解答】解：不考虑摩擦和绳重，定滑轮即不省力又不省距离，则绳子对A的拉力等于B的重力，当B下降时，B下降的高度hB等于A沿斜面上升的距离LA大于A竖直上升的高度hA，根据功的原理可知，重力对B做的功等于绳子的拉力对A做的功，也等于克服A的重力做的功，即mAghA＝mBghB，因hA＜hB，所以mA＞mB，故A正确，BCD错误。 故选：A。 6. 能量转化和守恒定律是许多科学家长期探索建立的，是科学史上的重大发现。 材料一：1644年，笛卡尔用物体的质量和其速度的乘积来量度；1686年，莱布尼兹用物体的质量和其速度平方的乘积来量度：1743年，达朗贝尔用“活力”（即物体受力作用而通过一定距离）来量度。 材料二：温度计的不断改进给热与功研究的精确化准备了必要条件。焦耳通过400多次的实验，于1849年精确地测定了热功当量关系的数值，这一数值与现代公认值非常接近，为能量守恒定律的确立奠定了定量的实验基础。 （1）材料一中，哪位科学家的观点与“功”概念相符合？ 。 A.笛卡尔 B.莱布尼兹 C.达朗贝尔 （2）如图甲所示是焦耳研究热功当量关系的实验装置，通过重物的上下运动，带动叶片转动，通过做功使水的内能增加。为了研究机械能和内能之间的转化是否遵循能量守恒定律，小科根据焦耳的实验装置，设计了图乙所示装置来进行实验。重物A在下落1m的过程中通过滑轮、轻绳带动容器中的金属叶片与水摩擦生热，使容器中0.4kg的水温度升高了0.2℃则水的内能增加 J。[重物A的质量及每次下落高度保持不变，c水＝4.2×103J/（kg•℃）] （3）日常生活中，下列现象属于内能转化为机械能的是 。 A.冬天用热水袋取暖 B.烧水时壶盖被顶起 C.钻木取火 D.电灯发出光和热 【答案】（1）C；（2）336；（3）B。 【解答】解：（1）功是力和力的方向上通过的距离的乘积，达朗贝尔用“活力”（即物体受力作用而通过一定距离）来量度，所以科学家达朗贝尔的观点与“功”概念相符合，故选C。 （2）水增加的内能为：Q＝cmΔt＝4.2×103J/（kg•℃）×0.4kg×0.2℃＝336J。 （3）A．冬天用热水袋取暖，这是热水的内能转移给人体，属于热传递，故A不符合题意； B．烧水时壶盖被顶起，是水蒸气对壶盖做功，将内能转化为机械能，故B符合题意； C．钻木取火时，克服摩擦做功，将机械能转化为内能，故C不符合题意； D．电灯发出光和热是将电能转化为光能和内能，故D不符合题意。 故选：B。 故答案为：（1）C；（2）336；（3）B。 题型 微型拓展实验 第一类 第一类永动机是最古老的永动机概念，这一类永动机试图以机械的手段在不获取能源的前提下使体系持续地向外界输出能量。 历史上最著名的第一类永动机是法国人亨内考在十三世纪提出的“魔轮”，魔轮通过安放在转轮上一系列可动的悬臂实现永动，向下行方向的悬臂在重力作用下会向下落下，远离转轮中心，使得下行方向力矩加大，而上行方向的悬臂在重力作用下靠近转轮中心，力矩减小，力矩的不平衡驱动魔轮的转动。十五世纪，著名学者达芬奇也曾经设计了一个相同原理的类似装置，1667年曾有人将达芬奇的设计付诸实践，制造了一部直径5米的庞大机械，但是这些装置经过试验均以失败告终。 除了利用力矩变化的魔轮，还有利用浮力、水力等原理的永动机问世，但是经过试验，已确认这些永动机方案失败或仅只是骗局，无一成功。 1842年荷兰科学家迈尔提出能量守恒和转化定律；1843年英国科学家詹姆斯·焦耳提出热力学第一定律，他们从理论上证明了能够凭空制造能量的第一类永动机是不能实现的。热力学第一定律的表述方式之一就是：第一类永动机不可能实现。 第二类 曾经有人设计一类机器，希望它从高温热库（例如锅炉）吸取热量后全部用来做功，不向低温热库排出热量。这种机器的效率不是可以达到100%了吗？这种机器不违背能量守恒定律，但是都没有成功。人们把这种只从单一热库吸热，同时不间断的做功的永动机叫第二类永动机。这种永动机不可能制成，是因为机械能与内能的转化具有方向性：机械能可以转化内能，但内能却不能全部转化为机械能，而不引起其它变化。从研究永动机得到的意外收获。 前已提及，英国科学家焦耳也曾被永动机这一“奇妙”的发明所吸引，并为此做了一二十年的实验，但最后他留给后世的并不是永动机，而是证明永动机不可能的“热功当量定律”，这应该算是研究永动机得到的意外收获。 活学活用 7. 能量转化和守恒定律是许多科学家经长期探索建立起来的，是科学史上的重大发现。 材料一：十七至十八世纪，多位科学家对能量的量度提出了不同的观点。1644年，笛卡尔用物体的质量和其速度的乘积来量度；1686年，莱布尼兹用物体的质量和其速度平方的乘积来量度；1743年，达朗贝尔用“活力”（即物体受力作用而通过一定距离）来量度。 材料二：温度计的不断改进给热与功研究的精确化准备了必要条件。焦耳通过400多次的实验，于1849年精确地测定了热功当量关系的数值，这一数值与现代公认值非常接近，为能量守恒定律的确立奠定了定量的实验基础。 材料三：焦耳通过400多次的实验，于1849年精确地测定了热功当量关系的数值（相当于单位热量的功的数量即1卡（热化学卡）＝4.1840焦耳），这一数值与现代公认值非常接近，为能量守恒定律的确立奠定了定量的实验基础。如图所示是焦耳研究热功当量关系的一个实验装置，通过重物的上下运动，带动叶片转动，通过做功使水的内能增大。实验中焦耳测得的数据如下：小配重重力G小＝100牛，大配重重力G大＝520牛，每升降一次配重各自移动的距离h＝1米，热量计中水的质量m＝500克（c水＝4.2×103焦耳/千克）。升降次数与水温变化的关系如表： 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）材料一中，哪位科学家的观点与“功”概念相符合 ； A．笛卡尔 B．莱布尼兹 C．达朗贝尔 （2）分析材料三中数据可以得到能量转化过程中能量是 （选填“守恒”或“不守恒”）的； （3）如图所示是焦耳研究热功当量关系的实验装置，通过重物的上下运动，带动叶片转动，通过做功使水的内能 （选填“增大”或“减小”）； （4）结合材料分析，以下观点正确的是 。（可多选） A．面对前人的观点要敢质疑 B．时间久远的理论是没有科学价值的 C．测量工具的发展有助于科学理论研究 D．对科学的认识是不断修正完善的过程 【答案】（1）C；（2）守恒；（3）增大；（4）ACD。 【解答】解：（1）由于功为作用在物体上的力，使物体沿力的方向移动一段距离，所以和达朗贝尔的概念相符，故C符合题意，AB不符合题意。 故选：C。 （2）小配重重力G小＝100N，大配重重力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。所以动叶轮对水做的功为W＝Gh＝420N×1m＝420J，由表格知，升降一次水温升高0.2℃，所以水吸收的热量是Q吸＝cmΔt＝4.2×103J/（kg•℃）×0.5kg×0.2℃＝420J，所以W＝Q，故能量转化过程中能量是守恒的。 （3）重物的上下运动，带动叶片转动，将叶片的机械能转化为水的内能，所以通过做功使水的内能增大。 （4）A．真理成立的前提是先要大胆的猜想，所以面对前人的观点要敢于质疑，故A正确； B．时间久远不能说明科学价值小，若是亘古不变的真理不会随着时间的推移而淡忘故B错误； C．真理成立的前提是实验，所以测量工具的发展有助于科学理论的研究，故C正确； D．随着技术的发展，知识的加深，对科学的认识是一个不断修正完善的过程，故D正确。 故选：ACD。 故答案为：（1）C；（2）守恒；（3）增大；（4）ACD。 基础通关 1. 春晚《武BOT》节目是我国传统文化创新表达，机器人丝滑的动作将中华武术演绎得淋漓尽致。下列说法正确的是（　　） A．机器人充电时，化学能转化为电能 B．机器人挥剑舞动时，不需要消耗能量 C．机器人运动时，电能主要转化为机械能 D．机器人做空翻动作上升时，重力势能不变 【答案】C 【解答】解：A．机器人充电时，消耗电能，将电能转化为化学能，储存在电池中，故A错误； B．机器人挥剑舞动时，需要消耗能量，故B错误； C．机器人运动时，电能主要转化为机械能，还有一小部分电能转化为内能，故C正确； D．机器人做空翻动作上升时，质量不变，高度增加，重力势能变大，故D错误。 故选：C。 2. 首届世界人形机器人运动会的1500米比赛冠军由杭州的宇树机器人获得。下列说法正确的是（　　） A．跑步的机器人已经具有生物的各项生命特征 B．跑步过程中机器人只存在电能这一种形式的能 C．以跑道边上的广告牌为参照物，机器人是静止的 D．以观众席的座椅为参照物，机器人是运动的 【答案】D 【解答】解：A．跑步的机器人虽然能模拟人的动作，但它是由金属、塑料和电子元件组成的非生物，不具备生物的新陈代谢、繁殖等核心生命特征，故A错误； B．机器人跑步过程中，电池中的电能转化为机械能和内能，不只存在电能这一种形式的能量，故B错误； C．以跑道边的广告牌为参照物，跑步的机器人位置相对于广告牌在不断发生变化，因此机器人是运动的，故C错误； D．以观众席的座椅为参照物，跑步的机器人位置相对于座椅不断改变，因此机器人是运动的，故D正确。 故选：D。 3. 科学家研发出“激光橡皮”，专门用来去除白纸上的黑色碳粉字迹。在激光照射下，纸张上的黑色碳粉直接转变为高温碳蒸气，同时字迹消失。下列有关说法正确的是（　　） A．激光照射使纸张上的黑色碳粉发生了熔化 B．激光照射去除白纸上黑色碳粉字迹的过程发生了化学变化 C．清除黑色碳粉字迹是光能转化为内能的过程 D．由于激光直射眼睛会对视网膜造成伤害，所以该产品没有实际意义 【答案】C 【解答】解：AB、黑色碳粉是固态，碳蒸气是气态，由固态变成气态叫升华，属于物理变化，故AB错误； C、激光照射具有光能，字迹消失时由固态变成了气态，增加了内能，故能量转化过程是光能转化为内能，故C正确； D、由于激光直射眼睛会对视网膜造成伤害，使用时需要注意，但该产品同样具有实际意义，故D错误。 故选：C。 4. 科学家研发出“激光橡皮”，专门用来去除白纸上的黑色碳粉字迹。在激光照射下，纸张上的黑色碳粉直接转变为高温碳蒸气，同时字迹消失。下列有关说法正确的是（　　） A．激光照射使纸张上的黑色碳粉发生了熔化 B．激光照射去除白纸上黑色碳粉字迹的过程发生了化学变化 C．清除黑色碳粉字迹是光能转化为内能的过程 D．由于激光直射眼睛会对视网膜造成伤害，所以该产品没有实际意义 【答案】C 【解答】解：A．黑色碳粉直接转变为高温碳蒸气，这一过程是升华（固态直接变为气态），而不是熔化（固态变为液态），故A错误； B．碳粉变为碳蒸气，只是物质状态发生改变，没有新物质生成，属于物理变化，不是化学变化，故B错误； C．激光照射时，碳粉吸收光能，温度升高、内能增加，最终变成蒸气，是光能转化为内能的过程，故C正确； D．虽然激光直射眼睛有伤害，但该产品能有效去除字迹，在文档修改、保密处理等场景有实际意义，故D错误； 故选：C。 5. 无人机凭借其灵活、高效、低成本的特点，广泛应用于多个行业。当无人机正在进行货物配送，AI视觉系统检测到侧风干扰，并自动调节旋翼转速保持悬停。以下说法正确的是（　　） A．无人机悬停时，电能主要转化为机械能和内能 B．AI视觉系统完成一系列动作依靠其发达的神经系统 C．无人机保持原高度悬停，抛下货物前后它的重力势能保持不变 D．无人机载着货物飞行时，以无人机机身为参照物，货物是运动的 【答案】A 【解答】解： A、无人机悬停时，消耗了电能，获得了机械能和内能，所以电能主要转化为机械能和内能，故A正确； B、AI视觉系统属于非生物，没有神经系统，故B错误； C、无人机保持高度悬停，高度不变，抛货物前后质量发生变化，所以重力势能发生改变，故C错误； D、无人机载着货物匀速飞行时，以无人机机身为参照物，货物相对于无人机机身的没有发生位置变化，是静止的，故D错误。 故选：A。 6. 核电站在发电时，能量转化的过程是（　　） A．核能→机械能→内能→电能 B．核能→内能→机械能→电能 C．内能→机械能→核能→电能 D．电能→机械能→内能→核能 【答案】B 【解答】解：核裂变释放核能，把水加热成高温高压蒸汽→核能→内能，蒸汽冲击汽轮机叶片转动→内能→机械能，汽轮机带动发电机，发电机切割磁感线产生电→机械能→电能。完整顺序核能→内能→机械能→电能。故B符合题意，ACD不符合题意。 故选：B。 7. 跳台滑雪是一种雪上竞技项目，若某运动员在该项目过程中的运动轨迹（a→b→c→d→e）如图所示，若不计空气阻力，则下列有关能量随时间变化的趋势正确的是（　　） A．①②③ B．①② C．①③ D．②③ 【答案】A 【解答】解：①a→b→c→d→e最后停止，运动员在雪地上滑动时，由于克服滑雪板与雪之间的摩擦做功，消耗机械能，机械能减小；运动员在空中运动时，不计空气阻力，运动员的机械能不变；所以运动员的机械能先减小，后不变，再后来又减小，故图①正确； ②a→b→c→d→e的过程中，质量不变，高度变化是：高→低→高→低，重力势能变化是：大→小→大→小，故图②正确； ③a→b→c→d→e的过程中，质量不变，速度变化是：小→大→小→大→小，动能变化是：小→大→小→大→小，故图③正确；BCD错误，故A正确。 故选：A。 8. 关于能源和材料，下列说法中正确的是（　　） A．提高能量利用中的转化效率是节能问题的核心 B．核电站是利用核裂变释放能量进行发电的，是不加控制的 C．超导体材料可应用在电饭锅、电熨斗等电热器上 D．能量守恒定律表明自然界中可利用的能量不会减少 【答案】A 【解答】解：A．节能的核心是提高能量利用中的转化效率，减少能量在转化过程中的损失，故A正确； B．核电站是利用核裂变释放能量进行发电的，其核反应过程是可控制的，故B错误； C．超导材料的电阻为0，根据焦耳定律Q＝I2Rt可知，电流通过超导材料不会产生热量，而电饭锅、电熨斗等电热器需要通过电流发热工作，所以超导材料不能应用在电饭锅、电熨斗等电热器上，故C错误； D．能量守恒定律表明自然界中能量的总量保持不变，但能量的转化和转移具有方向性，可利用的能量会逐渐转化为难以利用的形式，如转化为内能散失到环境中，导致可利用的能量减少，故D错误。 故选：A。 9. 自然界中存在着多种形式的能，下列关于能的叙述不正确的是（　　） A．0℃的水不具有内能 B．作为燃料的酒精具有化学能 C．超声波粉碎结石是因其具有声能 D．高空坠物破坏力大是因其具有较大的机械能 【答案】A 【解答】解：A．内能是物体内所有分子动能和分子势能的总和，一切物体在任何温度下都具有内能，所以0℃的水也具有内能，故A错误； B．燃料燃烧时会将化学能转化为其他形式的能，所以作为燃料的酒精具有化学能，故B正确； C．声可以传递能量，具有声能，在医学上可以用来粉碎结石；超声波粉碎结石就是利用了声能，故C正确； D．物体从高处下落的过程中，重力势能转化为动能，所以物体在下落到地面附近时具有较大的动能，容易导致人受伤，故D正确； 故选：A。 素养提升 10. 古代的人们曾发明一种活塞式点火器，如图所示，以牛角作套筒，木质推杆前端粘附艾绒，取火时，一手握住套筒，另一手猛推推杆，艾绒即燃。下列事例与猛推推杆入筒的过程中，能量转化情况不同的是（　　） A．内燃机的做功冲程 B．内燃机的压缩冲程 C．钻木取火 D．流星雨的形成 【答案】A 【解答】解：猛推推杆入筒的过程中，推杆压缩筒内空气做功，使筒内气体的温度升高、内能增加，将机械能转化为内能。 A、内燃机的做功冲程中，燃气推动活塞做功，将内能转化为机械能，与猛推推杆入筒时的能量转化情况不同； B、内燃机的压缩冲程中，活塞压缩燃料做功，将机械能转化为内能，与猛推推杆入筒时的能量转化情况相同； C、钻木取火时，树枝间相互摩擦做功，将机械能转化为内能，与猛推推杆入筒时的能量转化情况相同； D、流星穿过大气层时，与空气剧烈摩擦做功，将机械能转化为内能，与猛推推杆入筒时的能量转化情况相同； 综上可知，与猛推推杆入筒时的能量转化情况不同的是A项； 故选：A。 11. 某学习小组利用可乐瓶等材料制作了水火箭，如图甲。某次进行飞行高度测试实验时用频闪照相机拍下了水火箭从A处向上起飞到最高点的运动情况，如图乙。并作出了该过程中的速度和时间、路程和时间关系的图像，如图丙、图丁。则下列说法错误的是（　　） A．水火箭上升过程中具有机械能 B．从图乙可知，水火箭先做加速运动后做减速运动 C．图丙中阴影部分的面积代表水火箭上升的最大高度 D．水火箭上升过程中的路程与时间关系可用图丁表示 【答案】C 【解答】解：A.水火箭上升过程中由于运动具有动能，由于被举高具有重力势能，上升过程中具有机械能，故A正确，不符合题意； B.从图乙可知，水火箭先做加速运动后做减速运动，故B正确，不符合题意； C.在速度与时间的图像中，图线与坐标轴围成的面积表示路程，图丙中阴影部分的面积代表水火箭上升的高度，故C错误，符合题意； D.水火箭上升过程中先做加速运动，后做减速运动，其路程与时间的关系不是简单的线性关系或图丁所呈现的那种规律，故D正确，不符合题意； 故选：C。 12. 下列物体所具有能量的形式表述正确的是（　　） A．被大风摇动的树干不具有能量 B．米饭中储存着化学能 C．被拉伸的弹簧具有能量而被压缩的弹簧不具有能量 D．水库中的水不具有能量，而只有当它从水库中流下时才具有能量 【答案】B 【解答】解：A、被大风摇动的树干具有动能，故A错误； B、米饭中储存着化学能，故B正确； C、被压缩的弹簧具有弹性势能，故C错误； D、水库中的水由于位置较高具有重力势能，故D错误。 故选：B。 迁移创新 13. 自然界中存在着多种形式的能，能量可以从一种形式转化为另一种形式，也能从一个物体转移到另一个物体上，下列关于能的叙述不正确的是（　　） A．太阳是“能源之母”，地球上大多数能源本质上来自太阳能 B．超声波能够粉碎人体结石，主要是因为其携带强大的光能 C．电磁能用途广泛，可以转化为光能、内能等多种能量形式 D．各类燃料如煤炭、汽油、天然气等，都储存着大量化学能 【答案】B 【解答】解：A、地球上的风能、水能、生物质能等大多数能源本质上都来自太阳能，太阳是“能源之母”，故A正确。 B、超声波能够粉碎人体结石，主要是因为其携带强大的机械能，而不是光能，故B错误。 C、电磁能用途广泛，例如电灯将电磁能转化为光能，电热器将电磁能转化为内能等，故C正确。 D、各类燃料如煤炭、汽油、天然气等，都储存着大量化学能，燃烧时化学能会转化为其他形式的能，故D正确。 故选：B。 14. 如图是核电站发电和供电的流程图。关于流程图中各装置的能量转化，下列说法正确的是（　　） A．核反应堆将核能转化为电能 B．蒸汽轮机将机械能转化为内能 C．发电机将机械能转化为电能 D．各种用电器将其他形式的能转化为电能 【答案】C 【解答】解： A、核反应堆是通过裂变反应来释放核能的，将核能转化为内能，故A错误； B、水受热以后温度上升会产生大量的水蒸气，水蒸气会推动蒸汽轮机转动，将内能转化为机械能，故B错误； C、蒸汽轮机又带动发电机转动，最后发电机将机械能转化为电能，故C正确； D、用电器是将电能转化为其他形式的能，故D错误。 故选：C。 15. 2024年9月25日，中国东风洲际导弹划破天际，如图所示，其飞行过程分为初段（燃烧储存的燃料，加速上升）、中段（发动机关闭，依靠惯性飞行，a、b两点距离地面等高）、末段（发动机再次打开，加速俯冲）。下列有关东风洲际导弹的说法中错误的是（　　） A．在初段机械能来自于燃料的化学能 B．在最高点动能为零 C．在ab段机械能不守恒 D．在末段重力势能减小 【答案】B 【解答】解：A、在初段，燃料燃烧，燃料的化学能转化为内能，内能再转化为导弹的机械能，所以在初段机械能来自于燃料的化学能，故A正确。 B、在最高点时，导弹依靠惯性飞行，仍然有水平方向的速度，所以动能不为零，故B错误。 C、在ab段，发动机关闭，依靠惯性飞行，由于存在空气阻力，机械能会转化为内能，机械能不守恒，故C正确。 D、在末段，导弹加速俯冲，高度降低，质量不变，根据重力势能的影响因素，重力势能减小，故D正确。 故选：B。 16. 在2025年春晚的机器人舞蹈表演中，多个机器人通过协调动作完成高难度舞蹈。下列说法正确的是（　　） A．机器人关节的电动机工作时，将电能直接转化为化学能 B．机器人抛出手绢使其上升的过程中，手绢的动能逐渐转化为重力势能 C．所有关节的电动机采用串联电路，确保动作同步 D．机器人的能源主要来自舞台灯光转化的光能 【答案】B 【解答】解： A、机器人关节的电动机工作时，将电能主要转化为机械能，故A错误； B、手绢上升的过程中，手绢的质量不变，高度变大，重力势能变大，速度变小，动能变小，是动能逐渐转化为重力势能，故B正确； C、关节的电动机能独立工作，是并联的，故C错误； D、机器人的能源主要来其内部的蓄电池，故D错误。 故选：B。 17. 小科将装有水和乒乓球的纸杯在一定高度静止释放，下落到达地面后，现象如图所示。乒乓球静止释放时与反弹到最高点时相比，下列说法正确的是（　　） A．乒乓球动能变大 B．乒乓球重力势能变小 C．乒乓球机械能变大 D．该过程不遵循能量守恒定律 【答案】C 【解答】解：AB、乒乓球静止释放时与反弹到最高点时，动能转化为重力势能，乒乓球动能变小，重力势能变大，故AB错误； C、反弹瞬间，水给乒乓球做了功，乒乓球的机械能变大，故C正确； D、该过程中遵循能量守恒定律，故D错误。 故选：C。 18. 如图是火力发电厂的发电示意图，下列分析正确的是（　　） A．涡轮机获得的机械能可自发反向转化为水蒸气的内能 B．锅炉中煤的内能转移到了蒸汽管的水中 C．运用烟囱排烟可以有效减少废气量 D．变压器转化的电压越高，输电线中的线损功率越小 【答案】D 【解答】解：A．能量的转化是有方向性的，涡轮机获得的机械能不能自发反向转化为水蒸气的内能，故A错误； B．煤本身具有的是化学能，燃烧时，化学能转化为内能，再转移转移到了蒸汽管的水中，故B错误； C．运用烟囱排烟，只是排烟，使烟像固定方向排放，不能可以有效减少废气量，故C错误； D．设发电厂输出的电功率是一定的，根据P＝UI可知，若输电电压U越高，则线路中的电流I会越小，根据P热＝I2R可知输电线中的线损功率越小，故D正确。 故选：D。 19. 如图甲是意大利艺术家达芬奇设计的一种永动机的模型图。装置转动时小球随着弧形轨道依次从装置中心向外侧滚落并在另一侧依次回到装置中心，循环往复从而带动装置转动。如图乙是一个创造了连续转动24分钟吉尼斯世界纪录的指尖陀螺。以下有关说法中正确的是（　　） A．甲装置小球滚落时动能转化为重力势能 B．甲装置转动时所有小球与弧形轨道所在转盘的机械能总和保持不变 C．指尖陀螺最终停止转动，说明能量会消失 D．根据能量守恒定律，因为存在能量损耗，所以甲装置最终会停止转动 【答案】D 【解答】解：A、甲装置小球滚落时，质量不变，速度增加，动能增加，高度减小，重力势能减小，重力势能转化为动能，故A错误； B、因为存在摩擦，甲装置转动时所有小球与弧形轨道所在转盘的机械能总和会减小，故B错误； C、由能量守恒定律可知，能量不会消失，故C错误； D、根据能量守恒定律，因为存在能量损耗，甲装置的机械能最终会转化为内能，甲装置最终会停止转动，故D正确。 故选：D。 20. 截止目前为止，民航客机C919安全运送的旅客数已突破300万人次，这款我国自主研制的大型客机（如图甲），正擎起中华民族飞行梦想的新丰碑。下图乙所示为某飞机从杭州飞到往相距1500km广州的s﹣t图像。 （1）C919飞机飞行时，发动机中的燃油燃烧，将燃料中的 能转化为内能和机械能。 （2）通过分析图像，判断 （选填“AB”、“BC”、“CD”或“DE”）段为该飞机匀速飞行过程，并求出飞机AC段飞行的平均速度为多少 m/s？ 【答案】故答案为：（1）化学； （2）BC；230。 【解答】解：（1）燃油燃烧过程中，将燃料中的储存的化学能转化为气体内能，再转化为机械能。 （2）如图乙所示，整个运动过程中，只有BC段是一条倾斜的直线，此过程中飞机在相同时间内通过的路程相等，做匀速运动。 如图乙所示，飞机在AC段飞行的路程 飞机在AC段飞行的时间 飞机在AC段飞行的速度。 故答案为：（1）化学； （2）BC；230。 21. 阅读下列材料，回答问题： 材料一：2022年我市发布《绿色能源发展“十四五”规划》。指出到2025年，电力装机容量达到585万千瓦左右，其中抽水蓄能新增装机60万千瓦，光伏新增装机150万千瓦以上。 材料二：光伏发电是利用太阳能板将太阳能转化为电能的发电方式，光照强度是决定其发电功率的最直接、最主要的环境因素；抽水蓄能电站结构如图：可逆式水泵发电机连通上下两个水库，用电低谷期以水泵工况运行，从下水库向上抽水，在用电高峰期以发电机工况运行，从上水库放水发电。 （1）晴天时，光伏发电站发电功率在一天中的变化最接近 ； （2）抽水蓄能电站中可逆式水泵发电机以水泵工况运行时的能量转化是 ； （3）下列观点支持在我市大力发展抽水蓄能发电站的有 ； A.丽水市属于山地地形，地势起伏较大，且水资源丰富。 B.抽水蓄能电站前期投入大，建设工期长，且占用大量土地资源。 C.抽水蓄能电站被称电网调节器，能够弥补风光等清洁能源发电的不稳定性。 （4）某抽水蓄能电站装机总功率6.0×108瓦，每天发电3小时。若一天的发电量由热电转换效率为30%的火力发电厂提供，则需要消耗多少吨煤？（煤的热值q＝3.0×107焦/千克） 【答案】（1）A；（2）电能转化为机械能；（3）AC；（4）需要消耗720t煤。 【解答】解：（1）正午时太阳直射，光伏发电达到峰值，故选：A。 （2）抽水蓄能电站中可逆式水泵发电机以水泵工况运行时的能量转化是电能转化为机械能。 （3）A.丽水市属于山地地形，地势起伏较大，且水资源丰富，故A符合题意； B.抽水蓄能电站前期投入大，建设工期长，不会占用大量土地资源，故B不符合题意； C.抽水蓄能电站被称电网调节器，能够弥补风光等清洁能源发电的不稳定性，故C符合题意。 故选：AC。 （4）某抽水蓄能电站装机总功率6.0×108瓦，每天发电3小时，得到的电能为：W＝Pt＝6.0×108W×3×3600s＝6.48×1012J； 根据效率公式有：； 需要燃烧煤的质量为：。 故答案为：（1）A；（2）电能转化为机械能；（3）AC；（4）需要消耗720t煤。 22. 2022年2月4日，北京冬奥会在国家体育场“鸟巢”盛大开幕，火炬“飞扬”的小火苗成为本届冬奥会的主火炬，火炬采用的是碳纤维材质，燃烧的是氢能源，在奥运史上首次实现了零排放，向世界展示了中国绿色低碳的发展理念。赛事期间大量使用氢燃料电池车，以减少污染排放，体现了奥林匹克精神与“绿色”、“环保”的进一步结合。 （1）高压火炬体积非常小，燃料氢气采用“高压储氢”的方式储放在很小的气瓶内，则高压储氢过程中发生的物态变化是 。 （2）（碳纤维是一种力学性能优异的新材料，密度不到钢的四分之一，强度却是钢的七至九倍，被誉为材料中的“黑黄金”。碳纤维每平方毫米可以承受3530牛的拉力，所以火炬“飞扬”碳纤维“外衣”能承受的压强为 帕。 （3）火炬“飞扬”披上碳纤维“外衣”不惧800度以上氢气燃烧的高温，氢气的热值为1.4×108焦/千克，假设火炬中5克氢气完全燃烧，则放出的热量为 。 （4）氢燃料电池在使用过程中能量的转化为 。 （5）通过使用可再生能源（例如太阳能、风能等）制造的氢气被称为“绿氢”，通过可再生能源发电进行电解水制氢气，在生产绿氢的过程中，完全没有碳排放。火炬研发团队用相当于420个大气压的高压将12克氢气压缩进氢气瓶，随后将氢气瓶放入“飞扬”火炬中。计算需要电解 克水才能制取12克氢气。 【答案】（1）液化；（2）3.53×109；（3）7×105J；（4）化学能转化电能；（5）108。 【解答】解：（1）由题可知，高压火炬体积非常小，燃料氢气采用“高压储氢”的方式储放在很小的气瓶内，将氢气由气态变为液态，则氢气发生的物态变化是液化； （2）1mm2＝1×10﹣6m2，则火炬外壳碳纤维可以承受的压强为p3.53×109Pa； （3）火炬中5g氢气完全燃烧，则放出的热量为： Q放＝m氢q氢＝5×10﹣3kg×1.4×108J/kg＝7×105J； （4）氢燃料电池是将氢的化学能直接转化为电能； （5）设需要水的质量为x，则 2H2O2H2↑+O2↑ 36 4 χ 12 解得x＝108g。 故答案为：（1）液化；（2）3.53×109；（3）7×105J；（4）化学能转化电能；（5）108。 学科网（北京）股份有限公司1 / 10 学科网（北京）股份有限公司 $