第3节 能量的转化和守恒
双基过关
知识点一、能量的转化和转移：
1.自然界中的能量
自然界中的各种现象相互关联，可以从能量的角度反映这种关联。常见的能量有以下几种：
（1）机械能：物体具有的动能和势能之和；
（2）内能：物体内所有分子热运动的动能和分子势能的总和；
（3）化学能：物质发生化学变化时释放出来的能量；
（4）电能：电具有的能量；
（5）光能：光所具有的能量；
（6）其他形式的能：风能、核能、潮汐能等。
2.各种形式能的相互转化
（1）现象探究
①燃料燃烧 化学能→内能
②手来回摩擦生热 机械能→内能
③热机正常运行 化学能→内能→机械能
④水在太阳下暴晒升温 光能→内能
⑤电灯发热发光 电能→光能和内能
⑥电动机正常运行 电能→机械能
⑦风力发电 风能→电能
⑧水力发电 水能→电能
⑨植物光合作用 光能→化学能
⑩摩擦起电 机械能→电能
钻木取火 机械能→内能和光能
运动员撑杆跳高的过程 化学能→动能（助跑过程）→弹性势能（压缩杆的过程）→重力势能（杆恢复运动员上升过程）→动能（运动员下降过程）→弹性势能（落到弹簧垫的过程）
（2）归纳现象，得出结论
①不同形式的能量可以在一定条件下相互转化；
②能量的转化过程是一种形式的能转化为其他形式。
3.能量的转移
能量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，在这个过程中，能的形式没有发生变化。如热传递等。
基础自测：
1.我们的生产与生活总离不开能量及其转化，下列说法正确的是（ ）
A.提高能量利用中的转化效率是节能问题的核心
B.全自动洗衣机工作时.电能全部转化为机械能
C.吊装码头上，只要货物受到的合力为0,它的能量就不变
D.用燃气灶烧水，只要调大火力,燃气灶的加热效率就提高
2．下列过程，属于内能转化为机械能的是（ ）
A B C D
A.从滑梯上滑下时臀部发热 B. 电热水壶烧水
C.内燃机的做功冲程 D.向下压活塞引燃棉花
3.如图是汽车四冲程发动机的一个冲程示意图，下列说法正确的是（ ）
A.该冲程是做功冲程 B.该冲程机械能转化为内能
C.这种汽车对环境没有污染 D.此发动机的效率可达90%
4．如图所示是演示点火爆炸的实验装置，按动电火花发生器的按钮，点燃盒内酒精，盒盖迅速飞出，这个过程与四冲程汽油机中的哪一个冲程的能量转化相同（ ）
A．吸气冲程 B．压缩冲程 C．做功冲程 D．排气冲程
知识点二、能量守恒定律
1.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，而在转化和转移的过程中，能量的总量保持不变。
2.永动机
（1）概念：不需要动力就能源源不断地对外做功的机器。
（2）从能量转化和守恒定律的角度分析永动机不可能实现的原因
①从能量转化的角度：在能量转化的过程中，只要有运动，摩擦就不可能避免，就会产生热量，这样运动的机械能就会减少，运动最终会停止。
②从能量守恒的角度：机器运转需要能量，而不能无中生有的制造能量，因此不需要能量就能运转的机器不可能制造出来。
基础自测
5．有关能量守恒定律，下列说法中正确的是（ ）
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于能量转化过程
C．“摩擦生热”是创造了热，它不符合能量守恒定律
D．按照能量守恒定律，宇宙中的能量总和永远不会增减
6.下列关于能量转化或转移现象的说法中，正确的是( )
A．蓄电池充电时，化学能转化为电能
B．暖瓶塞跳起时，机械能转化为内能
C．用热水袋取暖时，内能发生了转移
D．电动机工作时，机械能转化为电能
7.“永动机”至今没有创造成功，其原因是（ ）
A．科学技术还不够先进
B．机器不能对外输出能量
C．违背了能量守恒定律
D．机器只能转移能量，不能转化能量
8．小亮的叔叔承包了村里的鱼塘，有人向叔叔推荐了一个一本万利的投资项目。设计图纸如图所示，用水管和水池就可以让水车持续转动，带动发电机不断发电。你认为这个投资项目的设计方案 （选填“可行”或”不可行”），理由是 。
考点突破
考点1.能量的转化或转移
方法：识别能量转化的方法
看关键字词：一般有“动”字对应的是机械能；有“热”字对应的是内能；有“电”字对应的是电能。
看能量的形式是否发生变化确定是转化或转移：能的形式发生变化的是转化；没有发生变化的是转移。
例1.（2021·湖北恩施土家族苗族自治州·中考真题）下列有关说法正确的是（ ）
A．压缩冲程中柴油机气缸里的气体内能减小
B．物体吸收热量后，内能增大，温度一定升高
C．搓手时感到暖和是因为产生了热量
D．给手机充电时是将电能转化为化学能
例2.（2021·贵州中考真题）如图所示，用力将活塞迅速下压，玻璃筒内硝化棉燃烧起来，该过程能量是由______能转化为______能，这一特点与汽油机______冲程相同。完全燃烧0.5kg的汽油，放出的热量是______J（已知汽油的热值为4.6107J/kg）。
考点2.能量守恒定律
方法：三点理解能量守恒定律
（1）能量不会凭空产生或消失；
（2）能量只会发生“转化”或“转移”；
（3）能量的总量是不会发生变化的。
例3.（2021年贵州省遵义市中考物理试题）有人设想的“永动机”如图所示。下列对该装置开始转动后的分析正确的是（ ）
A．装置所具有的机械能始终不变
B．如果没有能量补充，装置最终会停下来
C．根据能量守恒定律，装置可以一直转动下去
D．装置中小球的动能和重力势能不会相互转化
例4.关于能量守恒定律，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于能量转化的过程
C. 摩擦生热是创造了热，并不符合能量守恒定律
D. 按照能量守恒定律，宇宙中能量的总量永远不会增减
第3节 能量的转化和守恒
双基过关
知识点一、能量的转化和转移：
1.自然界中的能量
自然界中的各种现象相互关联，可以从能量的角度反映这种关联。常见的能量有以下几种：
（1）机械能：物体具有的动能和势能之和；
（2）内能：物体内所有分子热运动的动能和分子势能的总和；
（3）化学能：物质发生化学变化时释放出来的能量；
（4）电能：电具有的能量；
（5）光能：光所具有的能量；
（6）其他形式的能：风能、核能、潮汐能等。
2.各种形式能的相互转化
（1）现象探究
①燃料燃烧 化学能→内能
②手来回摩擦生热 机械能→内能
③热机正常运行 化学能→内能→机械能
④水在太阳下暴晒升温 光能→内能
⑤电灯发热发光 电能→光能和内能
⑥电动机正常运行 电能→机械能
⑦风力发电 风能→电能
⑧水力发电 水能→电能
⑨植物光合作用 光能→化学能
⑩摩擦起电 机械能→电能
钻木取火 机械能→内能和光能
运动员撑杆跳高的过程 化学能→动能（助跑过程）→弹性势能（压缩杆的过程）→重力势能（杆恢复运动员上升过程）→动能（运动员下降过程）→弹性势能（落到弹簧垫的过程）
（2）归纳现象，得出结论
①不同形式的能量可以在一定条件下相互转化；
②能量的转化过程是一种形式的能转化为其他形式。
3.能量的转移
能量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，在这个过程中，能的形式没有发生变化。如热传递等。
基础自测：
1.我们的生产与生活总离不开能量及其转化，下列说法正确的是（ ）
A.提高能量利用中的转化效率是节能问题的核心
B.全自动洗衣机工作时.电能全部转化为机械能
C.吊装码头上，只要货物受到的合力为0,它的能量就不变
D.用燃气灶烧水，只要调大火力,燃气灶的加热效率就提高
【答案】A
【解析】A，正确。B，电能转化为机械能和内能。C，货物所受合外力为0的，可能处于匀速直线上升或静止状态，当匀速上升时，能量增加。D，加大火力，机械效率不会增加，还可能降低。
2．下列过程，属于内能转化为机械能的是（ ）
A B C D
A.从滑梯上滑下时臀部发热 B. 电热水壶烧水
C.内燃机的做功冲程 D.向下压活塞引燃棉花
【答案】C
【解析】
A、小朋友从滑梯上滑下，身体与滑梯接触部分感觉发热，是摩擦做功，将机械能转化为内能，不符合题意；
B、电热水壶烧水时，电流做功，将电能转化为内能，不符合题意；
C、内燃机的做功冲程，是利用高温高压燃气做功，将内能转化为机械能，符合题意；
D、下压活塞时，活塞对封闭气体做功，机械能转化为内能，不符合题意。
故选：C。
改变内能的方式有两种，做功和热传递。对物体做功，通常是机械能转化为内能，物体对外做功，通常是内能转化为机械能。
机械能与内能的转化主要是通过做功实现的，对物体做功，机械能转化为内能；气体对外做功，内能转化为机械能。
3.如图是汽车四冲程发动机的一个冲程示意图，下列说法正确的是（ ）
A.该冲程是做功冲程 B.该冲程机械能转化为内能
C.这种汽车对环境没有污染 D.此发动机的效率可达90%
【答案】A
【解析】对于汽油机的四个冲程要加深理解，并且知道从图像上辨别对应冲程。压缩冲程：机械能转化为内能。做功冲程：内能转化为机械能。热机对环境有一定污染，比如废气污染。废气会带走大量的能量，因此热机的效率不可能达到90%。
4．如图所示是演示点火爆炸的实验装置，按动电火花发生器的按钮，点燃盒内酒精，盒盖迅速飞出，这个过程与四冲程汽油机中的哪一个冲程的能量转化相同（ ）
A．吸气冲程 B．压缩冲程 C．做功冲程 D．排气冲程
【答案】C
【解析】点燃盒内酒精，盒盖被打出去，这是因为酒精燃烧产生的燃气对外做功，燃气的内能转化为盒盖的机械能，故是将内能转化为机械能的过程；做功冲程也是将内能转化为机械能的过程，故选C。
知识点二、能量守恒定律
1.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，而在转化和转移的过程中，能量的总量保持不变。
2.永动机
（1）概念：不需要动力就能源源不断地对外做功的机器。
（2）从能量转化和守恒定律的角度分析永动机不可能实现的原因
①从能量转化的角度：在能量转化的过程中，只要有运动，摩擦就不可能避免，就会产生热量，这样运动的机械能就会减少，运动最终会停止。
②从能量守恒的角度：机器运转需要能量，而不能无中生有的制造能量，因此不需要能量就能运转的机器不可能制造出来。
基础自测
5．有关能量守恒定律，下列说法中正确的是（ ）
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于能量转化过程
C．“摩擦生热”是创造了热，它不符合能量守恒定律
D．按照能量守恒定律，宇宙中的能量总和永远不会增减
【答案】D
【解析】
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．
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．
【点评】 知道并理解能量的转化和守恒定律是解决该题的关键．
6.下列关于能量转化或转移现象的说法中，正确的是( )
A．蓄电池充电时，化学能转化为电能
B．暖瓶塞跳起时，机械能转化为内能
C．用热水袋取暖时，内能发生了转移
D．电动机工作时，机械能转化为电能
【答案】C
【解析】 蓄电池充电时，消耗电能得到化学能，是电能转化为化学能，故A错误；暖瓶塞跳起时，瓶内空气的内能减少，瓶塞获得了机械能，是内能转化为机械能，故B错误；利用热水袋取暖时，热水袋温度降低，内能减少，人体获得热量，是内能的转移，故C正确；电动机工作时，消耗电能，得到机械能，是电能转化为机械能，故D错误。选C。
7.“永动机”至今没有创造成功，其原因是（ ）
A．科学技术还不够先进
B．机器不能对外输出能量
C．违背了能量守恒定律
D．机器只能转移能量，不能转化能量
【答案】C
【解析】
第一类永动机制不成，是因为它违反能量守恒定律。
故选C。
第一类永动机：不消耗能量而能永远对外做功的机器，可以无中生有产生出能量．这种永动机违背了热力学第一定律--能量守恒定律，但可以无视第二定律，因为有个未知的能量源不停地产生能量差。
第二类永动机：在没有温度差的情况下，从自然界中的海水或空气中不断吸取热量而使之连续地转变为机械能的机器，它违反了热力学第二定律，可以将系统内渐趋平衡的能量差，重新拉开．如果拉开前和拉开后的总能量是一致的，那就没有违背热力学第一定律，但相对的，这样的永动机违背了第二定律，故称为“第二类永动机”。
【考点】能量守恒定律。
【点评】本题比较简单，考查了永动机不可能制成的原因，特别注意第二类永动机不违反能量守恒定律，但违反了热力学第二定律。
8．小亮的叔叔承包了村里的鱼塘，有人向叔叔推荐了一个一本万利的投资项目。设计图纸如图所示，用水管和水池就可以让水车持续转动，带动发电机不断发电。你认为这个投资项目的设计方案 （选填“可行”或”不可行”），理由是 。
【答案】不可行；水管中的水只能达到与水池水面相同的高度
【解析】根据连通器原理及其特点分析解答：上端开口下端连通的容器。连通器里只有一种液体，在液体不流动的情况下，连通器各容器中液面的高度总是相平的。
根据连通器其特点可知，连通器里只有一种液体，在液体不流动的情况下，连通器各容器中液面的高度总是相平的。
由图可知，水管和水池上端开口，底部连通，构成了连通器，因此水管中的水只能达到与水池水面相同的高度，无法让水车持续转动，更不能带动发电机不断发电，所以这个投资项目的设计方案不可行。
考点突破
考点1.能量的转化或转移
方法：识别能量转化的方法
看关键字词：一般有“动”字对应的是机械能；有“热”字对应的是内能；有“电”字对应的是电能。
看能量的形式是否发生变化确定是转化或转移：能的形式发生变化的是转化；没有发生变化的是转移。
例1.（2021·湖北恩施土家族苗族自治州·中考真题）下列有关说法正确的是（ ）
A．压缩冲程中柴油机气缸里的气体内能减小
B．物体吸收热量后，内能增大，温度一定升高
C．搓手时感到暖和是因为产生了热量
D．给手机充电时是将电能转化为化学能
【答案】D
【详解】
A．内燃机的压缩冲程，机械能转为为气缸内气体的内能，气体内能增大，故A错误；
B．物体吸收热量后，内能增大，温度不一定升高，比热水沸腾过程和晶体熔化过程，物体吸收热量，但温度保持不变，故B错误；
C．搓手时感到暖和是因为做功使物体的内能增大，温度升高了，故C错误；
D．给手机充电，将电能转化为手机电池的化学能，故D正确。
故选D。
例2.（2021·贵州中考真题）如图所示，用力将活塞迅速下压，玻璃筒内硝化棉燃烧起来，该过程能量是由______能转化为______能，这一特点与汽油机______冲程相同。完全燃烧0.5kg的汽油，放出的热量是______J（已知汽油的热值为4.6107J/kg）。
【答案】机械 内 压缩 2.3107
【详解】
[1][2][3]活塞向下压的过程是活塞的机械能转化为硝化棉的内能，这与汽油机的压缩冲程能量转化相同。
[4]完全燃烧0.5kg汽油放出的热量
Q放=mq=0.5kg×4.6×107J/kg=2.3×107J
考点2.能量守恒定律
方法：三点理解能量守恒定律
（1）能量不会凭空产生或消失；
（2）能量只会发生“转化”或“转移”；
（3）能量的总量是不会发生变化的。
例3.（2021年贵州省遵义市中考物理试题）有人设想的“永动机”如图所示。下列对该装置开始转动后的分析正确的是（ ）
A．装置所具有的机械能始终不变
B．如果没有能量补充，装置最终会停下来
C．根据能量守恒定律，装置可以一直转动下去
D．装置中小球的动能和重力势能不会相互转化
【答案】B
【详解】
ABC．由于装置运转过程中需要克服摩擦做功，装置所具有的机械能会不断减小，如果没有能量补充，装置最终会停下来，故AC错误，B正确；
D．装置中小球的动能和重力势能不断地发生相互转化，故D错误。
故选B。
例4.关于能量守恒定律，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于能量转化的过程
C. 摩擦生热是创造了热，并不符合能量守恒定律
D. 按照能量守恒定律，宇宙中能量的总量永远不会增减
【答案】D
【解析】
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．
解答 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。
【考点】能量转化与守恒观点的应用
【点评】知道并理解能量的转化和守恒定律是解决该题的关键。
