2.5 能的转化与能量守恒 同步讲义 -2026-2027学年浙教版科学九年级上册

本讲义聚焦“能的转化与能量守恒”核心知识点，从能量的形式（如机械能、化学能等）入手，通过能量转化与守恒定律构建理论框架，结合实例分析能量的相互转化和转移，最终落脚于能量利用效率的计算，形成递进式学习支架。 该资料以题型为单元设计，含解题知识、典例及变式题，注重科学观念的建立（如能量守恒普遍性）和科学思维的培养（如实验数据推理）。例如通过健身球充电、夜跑灯等生活实例辅助理解，实验题（如验证能量守恒电路）提升探究实践能力，课中助教师教学直观化，课后过关验收助学生查漏补缺。

2.5 能的转化与能量守恒 内 容 导 航 题型1 能量及其形式 题型2 能量的转化与守恒定律 题型3 能量的相互转化和转移 题型4 能量利用效率 考 点 演 练 题型1 能量及其形式 解｜题｜知｜识 能量是物质运动的量化转换，简称“能”．在物理学中，能量（古希腊语中意指“活动、操作”[1]）是一个间接观察到的物理量．它往往被视为某一个物理系统对其他的物理系统做功的能力．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． 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．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．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． 【典例1】人在跑步过程中一直消耗体内的（　　） A．热能 B．化学能 C．机械能 D．电能 【答案】B 【分析】自然界中能量以不同的形式存在，常见的能量形式有机械能、化学能、电能、声能、电磁能等。 【变式1】物体的运动有多种多样的形式，跟物体的运动一样，能量也有多种形式。下列能量的说法中错误的是（　　） A．奔跑的猎豹具有机械能 B．人的食物中储存有化学能 C．雷达天线发射的信号具有电能 D．雷电爆发时具有电能、声能、电磁能等 【变式2】如图所示是一种利用健身球设计的充电器，在转动球的时候就可以给电池充电，这时健身球里面的装置相当于一个微型发电机。转动球的过程中没有涉及到的能量形式是（　　） A．电能 B．光能 C．化学能 D．机械能 【变式3】校项目化小组为夜跑者设计制的节能夜跑灯结构图。晚上跑步时，随着手臂的摆动，磁体在水管中运动，LED灯就会发光。夜跑灯使用的过程中没有涉及到的能量形式是（　　） A．电能 B．内能 C．化学能 D．机械能 题型2 能量的转化与守恒定律 解｜题｜知｜识 （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】如图所示，A点的高度H大于B点的高度h，让小球从A点由静止开始自由落下，沿光滑轨道AOB到达B点后离开（不计空气阻力），则小球由A点运动到O点的过程中，小球的重力势能是 　 　 的（填“增大”“不变”或“减小”），小球在B点的机械能 　 　 在A点的机械能（填“大于”“等于”或“小于”），小球离开B点后的运动轨迹应该是图中的 　　 曲线。 【变式1】高耸陡峭的雪坡霎时间犹如天崩地裂，上千吨的积雪快速滑落下来，摧毁了公路，也摧毁了沿路的建筑。在雪崩中，积雪的势能和动能发生了相互转化，那么，其他形式的能是否也会发生相互转化呢？能在转化过程中遵循什么规律？ 【变式2】达•芬奇（L.d.Vinci，1452～1519）曾设计了一个“永动机”：一只圆轮，里面装有可以自由滚动的重钢球，如图所示。利用隔板的特殊形状，使轮子一边的钢球总是滚到另一边距离轮心远些的地方，这样，在钢球所受的重力作用下，轮子便会转动不息。这个“永动机”能旋转不息吗？为什么？ 【变式3】“能量守恒”是普遍认可的科学知识。小明同学设计了如图所示的电路，验证电阻消耗的电能与水吸收的热量是守恒的。为了寻找适合用于验证能量守恒的最佳电阻值，小明进行了如下探究。实验中电源电压不变，装置气密性良好。 【实验步骤】 ①将阻值为1Ω的电阻丝接入电路，如图连接并安装好装置； ②在内筒中加入初温为t0的适量水m克，并盖紧盖子； ③闭合开关，将滑动变阻器滑片移动至适当位置后，记录此时电流表示数为2A； ④加热过程中不断上下缓慢移动搅拌器，当温度升高了10℃时，记录？； ⑤多次更换不同阻值的电热丝并控制电流不变，重复实验并记录相关数据。 实验序号 1 2 3 4 5 6 7 8 电流值（A） 2 2 2 2 2 2 2 2 电阻丝阻值（Ω） 1 2 3 4 5 6 7 8 加热时间（秒） 819 394 221 156 123 101 83 72 电热丝消耗电能与水吸收热量之比 1.56 1.50 1.26 1.19 1.17 1.15 1.11 1.10 根据上述信息请回答： （1）上下移动搅拌器的目的是　 　 。 （2）请将步骤中“？”处的内容补充完整：　 　 。 （3）当电阻丝阻值从1Ω更换至2Ω重复实验时，滑动变阻器的滑片应向　 　 （填“左”或“右”）移动。 （4）分析表中数据发现，电阻丝阻值不断变大时，电热丝消耗的电能与水吸收热量之比逐渐接近1，原因是　 　 。 题型3 能量的相互转化和转移 解｜题｜知｜识 （1）能量的形式：在自然界和生活中，能量以多种形式存在，主要有机械能、内能、电磁能、化学能、核能等。 ①机械能：分动能和势能两类，机械能是物体所具有的动能和势能的和。 ②内能：物体内所有分子的动能和势能的和叫内能，与物体的温度、质量等因素有系。 ③电磁能：指的是储存在特定物体或空间中的能量，比如说，两个带电体相互靠近时会相互影响，同级相斥异极相吸；通电导体在磁场中会受到力的作用；两块磁铁相互靠近，也会相互影响，这些都是电磁能 ④化学能：是指南于化学反应，物质的分子结卡句发生变化而产生的能量。燃料燃烧产生的光和热，以及蓄电池、干电池产生的电都是来源于燃料和蓄电池里储存的化学能。食物也具有化学能。 ⑤核能：是指由于核反应，物质的原子核结构发生变化而产生的能量。原子弹爆炸产生的能量，以及核电站发出的电都是来源于原子核的核能。 （2）能量的转移：能量不经过变化直接由一个物体转移到另一个物体； 实例：碰撞时：动能从一个物体转移到另一物体；围着火炉烤火：内能从火炉转移到人体 （3）补充常见的能量转化形式有： ①电灯发光时，电能转化为光能和内能； ②植物通过光合作用将太阳能转化为化学能储存在体内； ③人对机械做功，将人体的化学能转化为机械能； ④摩擦生热，机械能转化为内能； ⑤水电站里水轮机带动发电机发电，机械能转化为电能； ⑥电动机带动水泵把水送到高处，电能转化为机械能； ⑦燃料燃烧时发热，化学能转化为内能 【典例1】如图所示的取暖方式不仅仅发生能量转移的是（　　） A．用取暖器 B．烤火 C．搓手哈气 D．抱热水袋 【变式1】我国铁路线上运行的绿皮火车用内燃机提供动力，高速列车（例如复兴号、和谐号）用电动机提供动力。关于它们的运行，下列说法正确的有（　　） A．绿皮火车与复兴号列车运行时，能量转化方式相同 B．复兴号以300km/h在平直路段匀速运行，以1号车厢为参照物，5号车厢是静止的 C．车站要求待上车的乘客站在黄线地标外，是因为火车附近空气的压强较大 D．列车（或火车）进站刹车时，动能转化为势能 【变式2】“嫦娥六号”探测器在月球表面降落时，是通过遥控使反推火箭工作来实现软着陆的。下列有关说法中，正确的是（　　） A．遥控使反推火箭工作时利用了电磁能 B．燃料中储存的是热能 C．“嫦娥六号”在月球表面降落过程中只具有动能 D．“嫦娥六号”最后静止在月球表面时，不具有能 【变式3】实验课上小宇用塑料矿泉水瓶进行了如图游戏：扭动瓶身，当瓶盖被瓶内的气体冲出时瓶内会出现______，此时发生的能量转化是______（　　） A．白烟 内能变为机械能 B．白烟 机械能变为内能 C．白雾 内能变为机械能 D．白雾 机械能变为内能 题型4 能量利用效率 解｜题｜知｜识 有用能量和总能量的比例为能量效率．举例，手机电池要充电，用时放电，比如充电充入10焦耳能量，在手机上用完电放出了8焦耳能量，能量效率是80%，损失2焦耳（电阻发热等消耗）． 【典例1】“电压力锅”是常用小家电。下列有关“电压力锅”煮饭的观察和思考，正确的是（　　） A．电压力锅的热效率是60%左右 B．加热过程中，是做功改变了电压力锅的内能 C．电压力锅的额定功率为100瓦左右 D．水沸腾时，继续吸热且水温保持100℃不变 【变式1】图甲是矿井新型储能方式的示意图，其装置由竖井、电机、重物组成。在电力富余时，电机执行电动机功能，将重物提升至矿井内高处；当需要电能时，让重物下落，带动电机发电，该过程电机执行发电机功能。 （1）装置中用于储能的重物质量非常大，其目的是 　 　 。 （2）当重物上升速度不同时，矿井储能装置的机械效率不同，两者关系如图乙所示。当竖井内重物以10米/秒速度上升，储存1.5×107焦耳的能量时，需消耗的电能为 　 焦耳。 （3）结合图丙推测矿井储能装置机械效率随速度的增大在减小的可能原因是 　 　 。 【变式2】如图，白炽灯的能量转化示意图表明其工作时的效率为 　 　 ；节能灯产生的内能散失到空气中，无法自动转化为电能，表明能量的转化具有 　 　 。 【变式3】一个玩具汽车的内部电路如图所示，M为一个“8V 8W”的电动机，接到电源电压恒定为10V的电路中。电动机正常工作时，玩具汽车以1m/s的速度水平向右匀速行驶，受到的阻力为6N，则电动机的机械能转化效率为 　 　 ，滑动变阻器接入的电阻为 　 　 Ω，电动机的线圈阻值为 　 　 Ω。 过 关 验 收 1．物质与能量是构成自然世界的基本要素，能量的形式多种多样。下列图示中，其中的能量形式与其它三项不同的是（　　） A．青草的能量 B．汽油的能量 C．食物的能量 D．瀑布的能量 2．用导线将开关、灵敏电流计和材质不同的钥匙甲、乙相连，将两钥匙插入橙子中（如图），闭合开关，灵敏电流计指针发生偏转。该橙子电池的能量直接来源于（　　） A．机械能 B．电能 C．核能 D．化学能 3．新能源电动车（如图）利用电池提供能量来驱动汽车。电池和汽油中蕴含相同形式的这种能量，该能量是（　　） A．电能 B．内能 C．机械能 D．化学能 4．下列说法中正确的是（　　） A．静止的物体不具有能 B．没有做功的物体不具有能 C．具有能的物体一定在做功 D．能够做功的物体一定具有能 5．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 6．填写下列物体或现象中所具有的能： （1）奔跑的猎豹具有　 　 。 （2）汽车中的汽油具有　 　 。 （3）电池放电时能释放　 　 。 （4）遥控器发出的电磁辐射具有　 　 。 7．端午节村里开展了丰富多彩的庆祝活动。 【活动一】包粽子一一粽子一般由糯米、馅料（如红枣、豆沙、肉类等）包裹在粽叶中制成。 （1）从能量的角度来看，粽子中储存了　 　 能； 【活动二】赛龙舟——比赛使用的是12人龙舟，300米直道竞速。 （2）下图为某龙舟在直道上的行驶情况，根据图示可知龙舟在做　 　 运动； （3）在正式比赛前，甲、乙两支龙舟队在300米不流动的水域中进行了友谊赛，结果乙队落后于甲队10秒完成比赛。若甲队划行的速度为6米/秒，则乙队的划行速度是多少？ 8．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 9．达•芬奇曾经思考的永动机不可能成功，最根本的原因是违背了（　　） A．欧姆定律 B．焦耳定律 C．能量守恒定律 D．牛顿第一定律 10．如图是小球在地面弹跳的频闪照片，下列说法中正确的是（　　） A．小球弹起的高度越来越小，说明在此过程中能量不守恒 B．在此过程中小球的机械能总量是保持不变的 C．小球运动到相同的高度，具有相同的动能 D．在小球的运动中，有一部分机械能转化成了内能 11．关于能量守恒定律，下列说法正确的是（　　） A．“摩擦生热”创造了热能，因此不符合能量守恒定律 B．由于能量是守恒的，因此所谓的“能源危机”问题是不存在的 C．宇宙中各种能量的总和是不变的 D．通过科学研究，人类最终可以找到创造能量的方法 12．火柴擦燃是用　 　 的方法火柴燃烧起来，这两种方法都可以用来改变物体的内能。擦燃过程中能量　 　 （填“守恒”或“不守恒”）。 13．如图所示，为两个光滑的圆弧槽和一段粗糙的水平面相连接的装置。将质量为m的物体从左侧圆弧槽A点由静止释放，最高到达右侧圆弧槽B点处，然后再次滑下，最高到达左侧圆弧槽C点处，其中A、B两点距离水平面的高度分别为H、h（忽略空气阻力）。 （1）小球从A点滑到B点的过程中，机械能 　　 。（填“增大”、“不变”或“减小） （2）小球从A点滑到水平面上，小球重力做功为 　 　 。 （3）从A点到B点又回到C点过程中，克服水平面上摩擦力做功为 　 　 。 14．苏打（Na2CO3）常用于处理酸性废水。在如图所示的实验中，废盐酸与苏打在试管中反应生成气体，推动小车前进.此过程说法正确的是（　　） A．小车会向右运动 B．这过程中机械能转化为化学能 C．如果地面光滑小车将无法运动 D．用锌粒替换苏打小车也会运动 15．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 16．苏打（Na2CO3）常用于处理酸性废水。在如图所示的实验中，废盐酸与苏打在试管中反应生成气体，推动小车前进，此过程说法正确的是（　　） A．小车会向左运动 B．这过程中机械能转化为化学能 C．如果地面光滑小车将无法运动 D．用铜块替换苏打小车也会运动 17．2023年5月20日，我国首座全潜式深远海智能渔业平台“海油观澜号”建成（如图），平台为三立柱结构，平台上的风机利用风能工作，将风能转化为　　 能。风机每小时发电量相当于完全燃烧480kg焦炭放出的热量。则风机的发电功率　 　 kW。（q焦炭＝3×107J/kg） 18．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。 19．喝水鸟是一款玩具，其结构如图。给头部滴一次水，能发现玻璃管内乙醚逐渐上升，“鸟身”逐渐绕支点顺时针转动；当身体接近水平时，玻璃管底部露出气体，头部的液体又回到底部，“鸟身”逐渐绕支点逆时针转动恢复初始状态。若鸟身前放一杯水，使鸟头前倾时能够沾到，保持鸟头湿润，则此过程可反复进行，因此又被称为“永动鸟”。请回答。 （1）给头部滴水的目的是利用水蒸发　 　 （选填“吸热”或“放热”）热量，使头部温度下降。 （2）头部温度降低后，头部玻璃泡内的乙醚蒸气会　 　 （填物态变化名称），使头部气压小于尾部气压。 （3）喝水鸟并非“永动机”，其运动过程消耗了　 　 能，转化为鸟的机械能。 20．“福建舰”是中国完全自主设计建造的首艘弹射型航空母舰，配置了电磁弹射系统。电磁弹射系统是舰载机起飞装置，它利用强大的电流和磁场推动飞机高速前进，直至起飞。电磁弹射系统单次弹射前可储存1.2×108J的能量。弹射时，该系统在3s内将这部分能量的60%用于加速舰载机，最终使其获得240km/h的起飞速度。 （1）电磁弹射系统工作时主要是将储备的能量转化为 　 　 能。 （2）电磁弹射系统对舰载机做功的平均功率为多大？ （3）弹射起飞分两种：蒸汽弹射和电磁弹射，两种方法各有利弊。下列说法均为客观事实，请从中选出支持电磁弹射技术的是 　 　 。 A.电磁弹射器的质量和占用空间小 B.电磁弹射器造价高，且耗电量大 C.电磁弹射器的加速均匀，弹射速度快 D.电磁弹射器维护成本比蒸汽弹射器低 21．电动机是把电能转换成机械能的一种设备。如图所示为电动机的简单电路图，当电动机卡住不动的时候电流表的示数为I不动，经过一些调整之后电动机开始转动，此时电流为I动，已知如上信息后，则此电动机的机械效率为（　　） A． B． C． D． 学科网（北京）股份有限公司 $ 2.5 能的转化与能量守恒 内 容 导 航 题型1 能量及其形式 题型2 能量的转化与守恒定律 题型3 能量的相互转化和转移 题型4 能量利用效率 考 点 演 练 题型1 能量及其形式 解｜题｜知｜识 能量是物质运动的量化转换，简称“能”．在物理学中，能量（古希腊语中意指“活动、操作”[1]）是一个间接观察到的物理量．它往往被视为某一个物理系统对其他的物理系统做功的能力．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． 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．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．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． 【典例1】人在跑步过程中一直消耗体内的（　　） A．热能 B．化学能 C．机械能 D．电能 【答案】B 【分析】自然界中能量以不同的形式存在，常见的能量形式有机械能、化学能、电能、声能、电磁能等。 【变式1】物体的运动有多种多样的形式，跟物体的运动一样，能量也有多种形式。下列能量的说法中错误的是（　　） A．奔跑的猎豹具有机械能 B．人的食物中储存有化学能 C．雷达天线发射的信号具有电能 D．雷电爆发时具有电能、声能、电磁能等 【答案】C 【分析】（1）物体由于运动所具有的能量叫动能，机械能是动能和势能的总和。 （2）食物中储存有化学能。 （3）电磁波具有电磁能。 （4）雷电爆发时具有电能、声能、电磁能等。 【变式2】如图所示是一种利用健身球设计的充电器，在转动球的时候就可以给电池充电，这时健身球里面的装置相当于一个微型发电机。转动球的过程中没有涉及到的能量形式是（　　） A．电能 B．光能 C．化学能 D．机械能 【答案】B 【分析】手在转动球的时候消耗人体内的化学能，转化为球的机械能，球的动能转化为电能给电池充电。 【变式3】校项目化小组为夜跑者设计制的节能夜跑灯结构图。晚上跑步时，随着手臂的摆动，磁体在水管中运动，LED灯就会发光。夜跑灯使用的过程中没有涉及到的能量形式是（　　） A．电能 B．内能 C．化学能 D．机械能 【答案】C 【分析】闭合电路的部分导体在磁场中做切割磁感线运动时，导体中会产生感应电流，这种现象叫电磁感应现象，本装置是将机械能转化为电能。 题型2 能量的转化与守恒定律 解｜题｜知｜识 （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】如图所示，A点的高度H大于B点的高度h，让小球从A点由静止开始自由落下，沿光滑轨道AOB到达B点后离开（不计空气阻力），则小球由A点运动到O点的过程中，小球的重力势能是 　 　 的（填“增大”“不变”或“减小”），小球在B点的机械能 　 　 在A点的机械能（填“大于”“等于”或“小于”），小球离开B点后的运动轨迹应该是图中的 　　 曲线。 【答案】减小；等于；c。 【分析】（1）影响动能的影响因素是物体的质量和物体运动的速度，影响重力势能的因素是物体的质量和物体的高度，其中动能和势能统称为机械能。在分析各个能量的变化时，根据各自的影响因素进行分析。 （2）小球在整个过程中机械能守恒，结合惯性的知识及机械能守恒定律进行分析。 【变式1】高耸陡峭的雪坡霎时间犹如天崩地裂，上千吨的积雪快速滑落下来，摧毁了公路，也摧毁了沿路的建筑。在雪崩中，积雪的势能和动能发生了相互转化，那么，其他形式的能是否也会发生相互转化呢？能在转化过程中遵循什么规律？ 【答案】雪崩中，积雪的势能除转化为动能，还会因摩擦转化为内能，但总能量（势能+动能+内能）始终不变，遵循能量守恒定律。 【分析】分析能量的转化，结合能量守恒定律判断总能量变化情况。 【变式2】达•芬奇（L.d.Vinci，1452～1519）曾设计了一个“永动机”：一只圆轮，里面装有可以自由滚动的重钢球，如图所示。利用隔板的特殊形状，使轮子一边的钢球总是滚到另一边距离轮心远些的地方，这样，在钢球所受的重力作用下，轮子便会转动不息。这个“永动机”能旋转不息吗？为什么？ 【答案】这个“永动机”不能旋转不息； 由于在转动过程中存在摩擦阻力，将一部分机械能转化为内能，机械能会减少，所以达•芬奇的“永动机”不能永远转动。 【分析】能量守恒定律内容为：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，或者从一个物体转移到别的物体：在转化和转移过程中其总量不变。 【变式3】“能量守恒”是普遍认可的科学知识。小明同学设计了如图所示的电路，验证电阻消耗的电能与水吸收的热量是守恒的。为了寻找适合用于验证能量守恒的最佳电阻值，小明进行了如下探究。实验中电源电压不变，装置气密性良好。 【实验步骤】 ①将阻值为1Ω的电阻丝接入电路，如图连接并安装好装置； ②在内筒中加入初温为t0的适量水m克，并盖紧盖子； ③闭合开关，将滑动变阻器滑片移动至适当位置后，记录此时电流表示数为2A； ④加热过程中不断上下缓慢移动搅拌器，当温度升高了10℃时，记录？； ⑤多次更换不同阻值的电热丝并控制电流不变，重复实验并记录相关数据。 实验序号 1 2 3 4 5 6 7 8 电流值（A） 2 2 2 2 2 2 2 2 电阻丝阻值（Ω） 1 2 3 4 5 6 7 8 加热时间（秒） 819 394 221 156 123 101 83 72 电热丝消耗电能与水吸收热量之比 1.56 1.50 1.26 1.19 1.17 1.15 1.11 1.10 根据上述信息请回答： （1）上下移动搅拌器的目的是　 　 。 （2）请将步骤中“？”处的内容补充完整：　 　 。 （3）当电阻丝阻值从1Ω更换至2Ω重复实验时，滑动变阻器的滑片应向　 　 （填“左”或“右”）移动。 （4）分析表中数据发现，电阻丝阻值不断变大时，电热丝消耗的电能与水吸收热量之比逐渐接近1，原因是　 　 。 【答案】（1）使水受热均匀；（2）加热时间；（3）左；（4）随着电阻丝阻值不断增大，电阻丝产生的热量增多，在相同的实验条件下，热量散失占总热量的比例相对减小，水吸收的热量相对更接近电阻丝产生的热量，即电阻丝消耗的电能，所以电热丝消耗的电能与水吸收热量之比逐渐接近1。 【分析】（1）上下移动搅拌器的目的是使水受热均匀； （2）要验证电阻消耗的电能与水吸收的热量是否守恒，需要知道电阻丝消耗电能，根据Q＝I2Rt分析回答； （3）要验证电阻消耗的电能与水吸收的热量是否守恒，需要控制电流不变，根据欧姆定律分析回答； （4）根据电热丝产生的热量多少与散失热量的快慢分析回答。 题型3 能量的相互转化和转移 解｜题｜知｜识 （1）能量的形式：在自然界和生活中，能量以多种形式存在，主要有机械能、内能、电磁能、化学能、核能等。 ①机械能：分动能和势能两类，机械能是物体所具有的动能和势能的和。 ②内能：物体内所有分子的动能和势能的和叫内能，与物体的温度、质量等因素有系。 ③电磁能：指的是储存在特定物体或空间中的能量，比如说，两个带电体相互靠近时会相互影响，同级相斥异极相吸；通电导体在磁场中会受到力的作用；两块磁铁相互靠近，也会相互影响，这些都是电磁能 ④化学能：是指南于化学反应，物质的分子结卡句发生变化而产生的能量。燃料燃烧产生的光和热，以及蓄电池、干电池产生的电都是来源于燃料和蓄电池里储存的化学能。食物也具有化学能。 ⑤核能：是指由于核反应，物质的原子核结构发生变化而产生的能量。原子弹爆炸产生的能量，以及核电站发出的电都是来源于原子核的核能。 （2）能量的转移：能量不经过变化直接由一个物体转移到另一个物体； 实例：碰撞时：动能从一个物体转移到另一物体；围着火炉烤火：内能从火炉转移到人体 （3）补充常见的能量转化形式有： ①电灯发光时，电能转化为光能和内能； ②植物通过光合作用将太阳能转化为化学能储存在体内； ③人对机械做功，将人体的化学能转化为机械能； ④摩擦生热，机械能转化为内能； ⑤水电站里水轮机带动发电机发电，机械能转化为电能； ⑥电动机带动水泵把水送到高处，电能转化为机械能； ⑦燃料燃烧时发热，化学能转化为内能 【典例1】如图所示的取暖方式不仅仅发生能量转移的是（　　） A．用取暖器 B．烤火 C．搓手哈气 D．抱热水袋 【答案】A 【分析】能量转移过程中，能量的形式没有发生改变；能量转化过程中，能量的形式发生了改变。 【变式1】我国铁路线上运行的绿皮火车用内燃机提供动力，高速列车（例如复兴号、和谐号）用电动机提供动力。关于它们的运行，下列说法正确的有（　　） A．绿皮火车与复兴号列车运行时，能量转化方式相同 B．复兴号以300km/h在平直路段匀速运行，以1号车厢为参照物，5号车厢是静止的 C．车站要求待上车的乘客站在黄线地标外，是因为火车附近空气的压强较大 D．列车（或火车）进站刹车时，动能转化为势能 【答案】B 【分析】（1）内燃机利用内能做功，将内能转化为机械能；电动机将电能转化为机械能； （2）在研究物体的运动情况时，要选择参照的标准，即参照物，若物体的位置相对于参照物发生变化，则物体是运动的，否则是静止的； （3）流体流速越大的地方压强越小，流速越小的地方压强越大。 （4）列车刹车时，克服摩擦做功，动能主要转化为内能。 【变式2】“嫦娥六号”探测器在月球表面降落时，是通过遥控使反推火箭工作来实现软着陆的。下列有关说法中，正确的是（　　） A．遥控使反推火箭工作时利用了电磁能 B．燃料中储存的是热能 C．“嫦娥六号”在月球表面降落过程中只具有动能 D．“嫦娥六号”最后静止在月球表面时，不具有能 【答案】A 【分析】（1）电磁波具有电磁能。 （2）燃料中储存的是化学能。 （3）“嫦娥六号”在月球表面降落时具有动能和重力势能。 （4）一切物体在任何情况下具有内能。 【变式3】实验课上小宇用塑料矿泉水瓶进行了如图游戏：扭动瓶身，当瓶盖被瓶内的气体冲出时瓶内会出现______，此时发生的能量转化是______（　　） A．白烟 内能变为机械能 B．白烟 机械能变为内能 C．白雾 内能变为机械能 D．白雾 机械能变为内能 【答案】C 【分析】（1）物体对外做功，本身内能减小； （2）改变内能的方法：做功和热传递。 题型4 能量利用效率 解｜题｜知｜识 有用能量和总能量的比例为能量效率．举例，手机电池要充电，用时放电，比如充电充入10焦耳能量，在手机上用完电放出了8焦耳能量，能量效率是80%，损失2焦耳（电阻发热等消耗）． 【典例1】“电压力锅”是常用小家电。下列有关“电压力锅”煮饭的观察和思考，正确的是（　　） A．电压力锅的热效率是60%左右 B．加热过程中，是做功改变了电压力锅的内能 C．电压力锅的额定功率为100瓦左右 D．水沸腾时，继续吸热且水温保持100℃不变 【答案】B 【分析】（1）（3）根据生活实际估算电压力锅的热效率和电压力锅的额定功率； （2）用电器消耗电能的过程是电能转化为其它形式的能的过程； （4）液体沸腾的特点是：吸热但温度不变；水的沸点随气压的增大而增大。 【变式1】图甲是矿井新型储能方式的示意图，其装置由竖井、电机、重物组成。在电力富余时，电机执行电动机功能，将重物提升至矿井内高处；当需要电能时，让重物下落，带动电机发电，该过程电机执行发电机功能。 （1）装置中用于储能的重物质量非常大，其目的是 　 　 。 （2）当重物上升速度不同时，矿井储能装置的机械效率不同，两者关系如图乙所示。当竖井内重物以10米/秒速度上升，储存1.5×107焦耳的能量时，需消耗的电能为 　 焦耳。 （3）结合图丙推测矿井储能装置机械效率随速度的增大在减小的可能原因是 　 　 。 【答案】（1）在提升高度一定时，增大重物的重力势能；（2）2×107；（3）速度增大、阻力增大，克服阻力做的额外功增大，在有用功一定时，机械效率减小。 【分析】（1）图示储能方式为重力储能，实质上是将能量以重力势能的形式储存起来。物体的重力势能与质量、高度有关。 （2）由图得出，当竖井内重物以10m/s速度上升时的机械效率，而机械效率等于储存的能量与消耗的电能之比，据此求出消耗的电能。 （3）由图丙可知重物受到的阻力随速度的增大而增大，速度增大、阻力增大，克服阻力做的额外功增大，据此分析回答。 【变式2】如图，白炽灯的能量转化示意图表明其工作时的效率为 　 　 ；节能灯产生的内能散失到空气中，无法自动转化为电能，表明能量的转化具有 　 　 。 【答案】10%；方向性 【分析】（1）白炽灯的能量转化是将电能转化为光能和内能，从图中发现效率较低，需要根据机械效率公式和功率进行计算； （2）能量守恒定律告诉我们能量总量是不变的，但方向性告诉我们有些有用能量会越来越少的。 【变式3】一个玩具汽车的内部电路如图所示，M为一个“8V 8W”的电动机，接到电源电压恒定为10V的电路中。电动机正常工作时，玩具汽车以1m/s的速度水平向右匀速行驶，受到的阻力为6N，则电动机的机械能转化效率为 　 　 ，滑动变阻器接入的电阻为 　 　 Ω，电动机的线圈阻值为 　 　 Ω。 【答案】75%；2；2。 【分析】（1）根据PFv求出机械功率，由于电动机正常工作时，则可知电动机的功率，由η100%100%100%计算电动机的机械能转化效率； （2）由图知，电动机与滑动变阻器串联，电流表测电路中电流，电压表V测电动机两端电压，由P＝UI计算电动机正常工作的电流，不严谨，应该是 转化为机械能的效率；另外，主考点错误，应该是 焦耳定律的应用或 电功率的计算由串联电路特点和欧姆定律计算变阻器此时连入电路的阻值； （3）电动机工作时把电能转化为机械能和内能，先计算电动机正常工作时线圈的发热功率，再P＝I2R计算电动机时线圈的发热功率的线圈阻值。 过 关 验 收 1．物质与能量是构成自然世界的基本要素，能量的形式多种多样。下列图示中，其中的能量形式与其它三项不同的是（　　） A．青草的能量 B．汽油的能量 C．食物的能量 D．瀑布的能量 【答案】D 【分析】自然界中的能量以不同的形式存在着，根据不同能量的特点可做出判断。 2．用导线将开关、灵敏电流计和材质不同的钥匙甲、乙相连，将两钥匙插入橙子中（如图），闭合开关，灵敏电流计指针发生偏转。该橙子电池的能量直接来源于（　　） A．机械能 B．电能 C．核能 D．化学能 【答案】D 【分析】橙子电池工作时将化学能转化为电能。 3．新能源电动车（如图）利用电池提供能量来驱动汽车。电池和汽油中蕴含相同形式的这种能量，该能量是（　　） A．电能 B．内能 C．机械能 D．化学能 【答案】D 【分析】电池放电时将化学能转化为电能；汽油燃烧时将化学能转化为内能。 4．下列说法中正确的是（　　） A．静止的物体不具有能 B．没有做功的物体不具有能 C．具有能的物体一定在做功 D．能够做功的物体一定具有能 【答案】D 【分析】根据能的概念进行解答，即一个物体能够对另一个物体做功，这个物体就具有能量，能量反映了物体做功的本领。 5．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 【分析】动能和势能之和称为机械能。动能和势能都属于机械能，动能是物体运动时具有的能量，势能是存储着的能量，动能和势能是机械能的两种表现形式。 6．填写下列物体或现象中所具有的能： （1）奔跑的猎豹具有　 　 。 （2）汽车中的汽油具有　 　 。 （3）电池放电时能释放　 　 。 （4）遥控器发出的电磁辐射具有　 　 。 【答案】（1）动能；（2）化学能；（3）电能；（4）电磁能。 【分析】根据物体具有的能量形式进行回答。 7．端午节村里开展了丰富多彩的庆祝活动。 【活动一】包粽子一一粽子一般由糯米、馅料（如红枣、豆沙、肉类等）包裹在粽叶中制成。 （1）从能量的角度来看，粽子中储存了　 　 能； 【活动二】赛龙舟——比赛使用的是12人龙舟，300米直道竞速。 （2）下图为某龙舟在直道上的行驶情况，根据图示可知龙舟在做　 　 运动； （3）在正式比赛前，甲、乙两支龙舟队在300米不流动的水域中进行了友谊赛，结果乙队落后于甲队10秒完成比赛。若甲队划行的速度为6米/秒，则乙队的划行速度是多少？ 【答案】（1）化学；（2）匀速直线；（3）5m/s。 【分析】（1）粽子储存了化学能。 （2）物体运动的路线是直线、快慢不变的运动叫匀速直线运动， （3）根据速度公式进行计算。 8．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 【分析】不考虑摩擦和绳子重力，根据定滑轮的特点和功的原理分析解答。 9．达•芬奇曾经思考的永动机不可能成功，最根本的原因是违背了（　　） A．欧姆定律 B．焦耳定律 C．能量守恒定律 D．牛顿第一定律 【答案】C 【分析】能量守恒定律是自然界普遍的基本定律之一，内容是：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，永动机的失败，从反面证明了能量守恒定律的正确性。 10．如图是小球在地面弹跳的频闪照片，下列说法中正确的是（　　） A．小球弹起的高度越来越小，说明在此过程中能量不守恒 B．在此过程中小球的机械能总量是保持不变的 C．小球运动到相同的高度，具有相同的动能 D．在小球的运动中，有一部分机械能转化成了内能 【答案】D 【分析】（1）物体由于运动而具有的能叫做动能，影响动能大小的因素是质量和速度；物体由于被举高而具有的能叫做重力势能，影响重力势能大小的因素是质量和高度，机械能包括动能和势能；在一定条件下，不同形式的能量之间可以相互转化，但总量保持不变； （2）小球克服摩擦做功，使部分机械能转化为内能，但在能的转化和转移过程中，能的总量保持不变。 11．关于能量守恒定律，下列说法正确的是（　　） A．“摩擦生热”创造了热能，因此不符合能量守恒定律 B．由于能量是守恒的，因此所谓的“能源危机”问题是不存在的 C．宇宙中各种能量的总和是不变的 D．通过科学研究，人类最终可以找到创造能量的方法 【答案】C 【分析】能量即不会消灭，也不会创生，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上，在转移和转化的过程中能的总量是保持不变的，这就是能量守恒定律。由于能量转移或转化是有方向性的，虽然能量守恒，但是还会产生能源危机。 12．火柴擦燃是用　 　 的方法火柴燃烧起来，这两种方法都可以用来改变物体的内能。擦燃过程中能量　 　 （填“守恒”或“不守恒”）。 【答案】做功；守恒。 【分析】（1）改变物体内能的方式有两种：做功和热传递，热传递过程是能量的转移过程，做功过程是能量的转化过程。 （2）能量守恒定律的内容是：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它形式，或从一个物体转移到另一个物体，而能量的总量保持不变。 13．如图所示，为两个光滑的圆弧槽和一段粗糙的水平面相连接的装置。将质量为m的物体从左侧圆弧槽A点由静止释放，最高到达右侧圆弧槽B点处，然后再次滑下，最高到达左侧圆弧槽C点处，其中A、B两点距离水平面的高度分别为H、h（忽略空气阻力）。 （1）小球从A点滑到B点的过程中，机械能 　　 。（填“增大”、“不变”或“减小） （2）小球从A点滑到水平面上，小球重力做功为 　 　 。 （3）从A点到B点又回到C点过程中，克服水平面上摩擦力做功为 　 　 。 【答案】（1）减小；（2）mgH；（3）2mg（H﹣h）。 【分析】（1）物体克服摩擦力做功，机械能减小； （2）由重力公式G＝mg可得质量为m的物体的重力，根据公式W＝GH可得物体从A点滑到水平面时重力所做的功； （3）根据斜面光滑，水平面粗糙，来回克服摩擦力做功相等，据此分析。 14．苏打（Na2CO3）常用于处理酸性废水。在如图所示的实验中，废盐酸与苏打在试管中反应生成气体，推动小车前进.此过程说法正确的是（　　） A．小车会向右运动 B．这过程中机械能转化为化学能 C．如果地面光滑小车将无法运动 D．用锌粒替换苏打小车也会运动 【答案】D 【分析】（1）根据力作用的相互性分析解答； （2）分析此过程中减少和增加的能量作出判断； （3）根据力是改变物体运动状态的原因，分析解答； （4）锌粒与盐酸反应会生成氢气，据此根据力作用的相互性分析解答。 15．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 【分析】机械能包括动能和势能；动能的大小与质量和速度有关；重力势能大小与质量和高度有关； 在分析动能和重力势能之间的转化过程中，机械能的变化情况时，要搞清题目提供的条件或环境，此题的条件是：①不计空气阻力；②滑雪板与雪之间存在摩擦。 16．苏打（Na2CO3）常用于处理酸性废水。在如图所示的实验中，废盐酸与苏打在试管中反应生成气体，推动小车前进，此过程说法正确的是（　　） A．小车会向左运动 B．这过程中机械能转化为化学能 C．如果地面光滑小车将无法运动 D．用铜块替换苏打小车也会运动 【答案】A 【分析】A、根据力的作用是相互的分析； B、此过程是化学能转化为机械能，而不是机械能转化为化学能； C、如果地面光滑，小车与地面间没有摩擦力，若小车受力运动后，将做匀速直线运动； D、铜块与盐酸反应不会生成氢气，小车不会运动。 17．2023年5月20日，我国首座全潜式深远海智能渔业平台“海油观澜号”建成（如图），平台为三立柱结构，平台上的风机利用风能工作，将风能转化为　　 能。风机每小时发电量相当于完全燃烧480kg焦炭放出的热量。则风机的发电功率　 　 kW。（q焦炭＝3×107J/kg） 【答案】电；4000。 【分析】（1）风力发电机工作时将风能转化为电能； （2）根据Q放＝mq计算焦炭完全燃烧放出的热量，根据P算出风机的发电功率。 18．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。 【分析】（1）燃料燃烧时将化学能转化为内能和光能； （2）物体处于静止状态或匀速直线运动状态时，受力是平衡的； （3）根据图象，算出小车的速度，根据P＝Fv求出牵引力做功的功率。 19．喝水鸟是一款玩具，其结构如图。给头部滴一次水，能发现玻璃管内乙醚逐渐上升，“鸟身”逐渐绕支点顺时针转动；当身体接近水平时，玻璃管底部露出气体，头部的液体又回到底部，“鸟身”逐渐绕支点逆时针转动恢复初始状态。若鸟身前放一杯水，使鸟头前倾时能够沾到，保持鸟头湿润，则此过程可反复进行，因此又被称为“永动鸟”。请回答。 （1）给头部滴水的目的是利用水蒸发　 　 （选填“吸热”或“放热”）热量，使头部温度下降。 （2）头部温度降低后，头部玻璃泡内的乙醚蒸气会　 　 （填物态变化名称），使头部气压小于尾部气压。 （3）喝水鸟并非“永动机”，其运动过程消耗了　 　 能，转化为鸟的机械能。 【答案】（1）吸热；（2）液化；（3）内。 【分析】（1）物质由液态变为气态的过程叫做汽化，汽化吸热； （2）气体遇冷由气态转化为液态，属于液化； （3）根据“饮水鸟”的工作过程分析能量变化。 20．“福建舰”是中国完全自主设计建造的首艘弹射型航空母舰，配置了电磁弹射系统。电磁弹射系统是舰载机起飞装置，它利用强大的电流和磁场推动飞机高速前进，直至起飞。电磁弹射系统单次弹射前可储存1.2×108J的能量。弹射时，该系统在3s内将这部分能量的60%用于加速舰载机，最终使其获得240km/h的起飞速度。 （1）电磁弹射系统工作时主要是将储备的能量转化为 　 　 能。 （2）电磁弹射系统对舰载机做功的平均功率为多大？ （3）弹射起飞分两种：蒸汽弹射和电磁弹射，两种方法各有利弊。下列说法均为客观事实，请从中选出支持电磁弹射技术的是 　 　 。 A.电磁弹射器的质量和占用空间小 B.电磁弹射器造价高，且耗电量大 C.电磁弹射器的加速均匀，弹射速度快 D.电磁弹射器维护成本比蒸汽弹射器低 【答案】（1）机械；（2）电磁弹射系统对舰载机做功的平均功率为2.4×107W；（3）ACD。 【分析】（1）电磁弹射系统工作时，将储备的能量转化为机械能； （2）根据P得到电磁弹射系统对舰载机做功的平均功率； （3）电磁弹射器的质量和占用空间小，加速均匀，弹射速度快，电磁弹射器维护成本比蒸汽弹射器低，这些都是电磁弹射技术的优点。 21．电动机是把电能转换成机械能的一种设备。如图所示为电动机的简单电路图，当电动机卡住不动的时候电流表的示数为I不动，经过一些调整之后电动机开始转动，此时电流为I动，已知如上信息后，则此电动机的机械效率为（　　） A． B． C． D． 【答案】A 【分析】当电动机卡住时，为纯电阻电路，根据欧姆定律计算出电动机的线圈电阻。 当电动机正常工作时，根据P＝UI计算出输入功率，根据P热＝I2R计算出发热功率，根据P机械＝P﹣P热计算出机械功率，最后根据计算出电动机的效率。 学科网（北京）股份有限公司 $