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20．3　能量的转化与能量守恒
20．4　能源、环境与可持续发展
学习目标 1. 认识生活中常见的能量。 2. 掌握在转化的过程中，能量的总量是保持不变的。具有用能量守恒的观点分析物理现象的意识。 3. 了解各种形式的能量是可以相互转化的。 4. 能够举出日常生活中能量守恒的实例。
能量的转移与转化
问题1：荡秋千时(如图)，停止用力，秋千为什么会越摆越低？
答：荡秋千时，机械能越来越小，通过摩擦把机械能转化成了空气的内能。
问题2：把烧热的金属工件投到冷水中，冷水、盛水的容器以及周围的空气温度会升高，这说明了什么问题？
答：冷水、盛水的容器以及周围的空气温度会升高，因为此时发生了热传递，金属工件放出热量，冷水、盛水的容器以及周围的空气会吸收热量，温度升高；能量发生了转移。
问题3：大量事实表明，自发的能量转化和转移过程具有__方向性__，即自然进行的能量转化和转移过程是__不可逆的__。
1. 转化是能量由一种形式变为其他形式，能量存在的形式变化了；转移是能量由一个物体到达其他物体，能量存在的形式没有变化。
2. “消耗能量”“利用能量”“获得能量”的实质都是能量的转化或转移过程。
3. 能量的转移和转化具有方向性。
【应用1】汽车发动机的主要部分是汽油机，它是把汽油燃烧放出的__内能__转化为机械能的装置。汽油机工作时，克服摩擦消耗的能量、机械传热损失的能量以及废气排出带走的能量，都不能再自动地用来驱动汽车，这是由于能量转化具有__方向性__，而我们所能利用的能源是有限的，所以需要节约能源。
特别提醒：识别能量转化类型时要注意：一是弄清哪种形式的能减少，哪种形式的能增加，结果就是减少的那种形式的能转化为增加的另一种形式的能；二是注意描述中的关键字，一般“动”字对应的是机械能，“热”字对应的是内能，“电”字对应的是电能。
能量守恒定律
　　如图所示，将一个乒乓球从一定的高度自由落下，观察乒乓球每一次弹起的高度是否相同。
问题1：观察到的现象是什么？
答：乒乓球每一次弹起的高度越来越低，最后会停下来。
问题2：这个现象说明乒乓球的机械能__越来越小__。这个过程中除了动能和重力势能的相互转化之外，还有__机械能转化为内能__。
问题3：按照物质的不同运动形式分类，能量可分为哪些种类？
答：机械能、化学能、内能、电能、核能、光能等。
问题4：能量守恒定律的内容是能量既不会__凭空产生__，也不会__凭空消失__，只能从一个物体转移到其他物体，或者从一种形式转化为其他形式。能量在转移和转化过程中，总量__保持不变__。能量守恒定律是自然界最普遍、最根本的定律之一。
问题5：不少人曾经设想制造一种永动机。这种永动机是否存在呢？想一想为什么？
答：不存在永动机。所有能量转化的过程都遵循能量守恒定律。任何一部机器，只能使能量从一种形式转化为其他形式，而不能无中生有地制造能量。
1. 能量的存在形式
2. 能量守恒定律内容：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，只能从一个物体转移到其他物体，或者从一种形式转化为其他形式。能量在转移和转化过程中，总量保持不变。
【应用2】 现在很多电动汽车为了节能安装了一套“能量回收装置”。在刹车时该装置可带动发电机发电，将机械能转化为电能储存起来，但轮胎与地面摩擦会产生大量内能，这些内能是无法自动转化成机械能供汽车运动的，这是因为能量的转移和转化具有__方向性__。此种“能量回收装置”工作时__遵循__(选填“遵循”或“不遵循”)能量守恒定律。
知识点一　能量的转移与转化
1. 下列关于能量转化实例说法错误的是 (　D　)
A. 过山车向下运动时将重力势能转化为动能
B. 水电站将水的机械能转化为电能
C. 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. 汽车在刹车过程中，刹车片会发热，将内能转化为动能
解析：过山车从高处向下运动时，高度减小，速度增大，故重力势能转化为动能，故A正确；水电站的能量转化为水的机械能转化为电能，故B正确；骑自行车的运动员奋力蹬车，消耗了人的化学能，使人和车获得动能，故化学能转化为动能，故C正确；汽车在刹车过程中，速度减小，机械能减小，刹车片温度升高，内能增加，故将机械能转化为内能，故D错误。
2. 关于做功或能量转化的过程中，下列说法正确的是 (　B　)
A. 汽油机在压缩冲程中，将内能转化为机械能
B. 拉弯的弓将箭射出，其弹性势能主要转化为动能
C. 电动机工作过程中，将机械能转化为电能
D. 吊车吊着货物沿水平方向移动一段距离，此过程中货物的重力对自身做了功
解析：汽油机在压缩冲程中，活塞向上运动，压缩气体做功，机械能转化为内能，故A错误；拉弯的弓将箭射出，弓的弹性势能主要转化为箭的动能，故B正确；电动机工作过程中，消耗电能，获得了机械能，即电能转化为机械能，故C错误；吊车在吊着货物沿水平方向移动一段距离的过程中，由于货物的重力方向竖直向下，且货物沿水平方向运动，所以重力不做功，故D错误。故选B。
3. 下列有关能量转化的说法正确的是 (　C　)
A. 电热水壶烧水时将内能转化为电能
B. 太阳能电池板将电能转化为太阳能
C. 用黑塑料袋盛水放在阳光下，把太阳能转化为内能
D. 能量在转化和转移过程中，其总量会不断减少
4. 某水电站工作原理如图，用电低谷时(如深夜)，电站利用电网多余电能把水从下水库抽到上水库中储存起来；用电高峰时，再利用上水库中的水发电。
　
第4题图
(1)蓄能时，水被抽到上水库，此过程是将__电__能转化为水的机械能。
(2)抽水蓄能电站选址不仅要考虑到当地水资源丰富，同时还考虑到当地地势较陡，这样建成的电站上、下水库的高度差比较__大__，有利于蓄能与发电。
知识点二　能量守恒定律
5. 下列说法正确的是 (　B　)
A. 根据能量守恒定律，人们可制造出永动机
B. 各种形式的能量都可以在一定条件下相互转化
C. 能量守恒定律只适用于没有摩擦和空气阻力的情况
D. 火箭升空时，其势能和动能都增大，能量守恒定律不适用
解析：由能量守恒定律可知，能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，故可知永动机是不可能制造出来的，故A错误；在满足一定的条件时，各种形式的能量之间可以相互转化，故B正确；能量守恒定律在摩擦力和空气阻力存在的情况下仍然适用，故C错误；火箭升空时，燃料燃烧产生的内能转化为火箭的机械能，使得火箭的机械能和内能均增大，能量守恒定律同样适用，故D错误。
6. 根据能量守恒定律，以下情形可能发生的是 (　C　)
A. 出膛的子弹射穿木板，以更大的速度继续前进
B. 孤岛上被人们遗忘的一只机械表，默默地走了几十年
C. 两个斜面相对接，小球从左斜面滚下后，继续冲上右斜面
D. 电热水壶里的水沸腾后给水壶断电，水的沸腾却永远不会停止
解析：子弹射穿木板的情景中，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，子弹的速度减小，故A错误；机械表工作靠的是表内弹簧的弹性势能转化为机械能，弹簧的弹性势能几天就会消耗完毕，机械表不会默默地走了几十年，故B错误；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，将部分动能转化为重力势能，故C正确；在电热水壶的使用过程中，消耗了电能，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D错误。故选C。
7. 如图所示是一种太阳能背包。它的前面有一个太阳能电池板，背包里面有一个蓄电池，可以给手机、小风扇或数码相机等电子产品供电。下列说法错误的是 (　D　)
第7题图
A. 太阳能电池板将太阳能转化为电能
B. 给蓄电池充电时将电能转化为化学能
C. 蓄电池放电时将化学能转化为电能
D. 小风扇工作时将化学能转化为机械能
8. “长征五号”是我国自主研制的大型运载火箭，如图所示，这是“长征五号”发射升空的情景。下列说法正确的是 (　C　)
第8题图
A. 火箭发射的过程中，燃料若不完全燃烧，其热值会减小
B. 火箭升空的过程中，燃料燃烧释放的内能全部转化为火箭的机械能
C. “长征五号”火箭使用液氢作为燃料，利用了液氢的热值大的特点
D. 火箭发动机的效率非常高，接近100%
9. 我们生活在能量的世界，社会的进步和发展离不开能量。对于能量、能源的认识，下列说法正确的是 (　A　)
A. 做功过程实质是能量的转化或转移的过程
B. 能量转化具有方向性，所以能量不守恒
C. 核燃料能量转化效率可达100%，需大力发展
D. 煤、石油、天然气提供的能量源自地球本身
解析：能量既不会消灭，也不会创生，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其他物体，因此做功过程实质上是能量的转化或转移的过程，故A正确；根据能量守恒定律可知，在能量转化和转移的过程中，能量的总量保持不变，但能量的转化和转移具有方向性，故B错误；由于能量损耗不可避免，因此核燃料能量转化效率不可能达到100%，故C错误；煤、石油、天然气等来源于远古时期的动植物，而动植物的能量来源于太阳辐射能，故D错误。
10. (2025·青岛中考)抽水蓄能是存储电能的方式之一，原理如图所示：蓄能时，电动机将水从下蓄水池抽入上蓄水池；需要电能时，打开闸门，让水流驱动发电机来发电。下列说法正确的是 (　D　)
第10题图
A. 蓄能时，将机械能转化为电能
B. 电动机的工作原理是电磁感应现象
C. 发电机的工作原理是电流的磁效应
D. 蓄水量一定，上蓄水池建的位置越高，能储存的电能就越多
11. (2025·福建中考)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，如图所示。关于抽水蓄能电站，下列说法正确的是 (　B　)
第11题图
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
12. 如图是小徽学了能量守恒后设计的一个小蒸汽轮机，下列说法不正确的是 (　A　)
第12题图
A. 能量在转化的过程中总量越来越少
B. 酒精在燃烧的过程中，将化学能转化为内能
C. 能量的转化和转移都有方向性
D. 风车的转动说明永动机是不可能实现的
解析：能量在转化的过程中是守恒的，能量的总量保持不变，故A错误，符合题意；燃烧是化学变化，酒精燃烧时将化学能转化为内能，故B正确，不符合题意；能量的转化和转移都是有方向性的，如内能在转移时，只能自发地从高温物体向低温物体转移，故C正确，不符合题意；根据能量守恒定律可知，永动机是不可能实现的，故D正确，不符合题意。故选A。
13. 如图是“风能——太阳能”路灯电路示意图，下列关于该电路中能量转化的说法正确的是 (　C　)
第13题图
A. 太阳能电池供电：电能→太阳能
B. 风力发电机发电：电能→机械能
C. 蓄电池充电：电能→化学能
D. 路灯工作：电能→化学能
14. 如图是一种在阳光下能不断摇摆的塑料花。花盆表面的太阳能电池板在光照下产生电流，驱动电动机，使花左右摆动。下列有关该花摆动过程中能量转化的描述正确的是 (　D　)
第14题图
A. 叶片将光能转化为化学能进行储存
B. 花摆动时将机械能转化为电能
C. 太阳能电池板将太阳能转化为机械能
D. 电流驱动电动机的过程将电能转化为机械能
15. 重力储能是一种新型储能方式，它通过提升或放下重物实现能量的储存或释放，能量转化过程如图所示。下列有关说法正确的是 (　B　)
第15题图
A. 该重力储能系统是永动机
B. 图中空白处的能量形式是机械能
C. 提升重物过程中，能量的总量会减少
D. 不同形式的能量可以相互转化，说明能量的转化是没有方向性的
解析：重力储能系统储能时提升重物，将电能转化为机械能，释能时放下重物，将机械能转化为电能。储存或释放能量的过程中因摩擦等因素会损失一部分能量，无法实现100%能量转化效率，不是永动机，故A错误，B正确；由能量守恒定律可知，能量在转化和转移的过程中，总量保持不变，故C错误；能量转化具有方向性，如烧开水时，燃烧的煤的化学能转化为水的内能，当水凉下来时，减少的内能无法复原为煤的化学能，故D错误。故选B。
16. 如图所示为某机器的能量流向图，下列关于该机器的说法正确的是 (　A　)
第16题图
A. 该机器可能是电动机
B. 该机器的热效率为10%
C. 图示过程是能量的转移过程
D. 图示过程不遵循能量守恒定律
17. “多米诺骨牌”是一项有趣的活动，按一定距离排列的骨牌，轻轻推倒第一块骨牌就会产生连锁反应，使最后一块骨牌被推倒，如图所示。下列说法正确的是 (　C　)
第17题图
A. 骨牌在倒下时将动能转化成重力势能
B. 利用较少的能量就可以产生较多的能量，整个过程能量不守恒
C. 整个过程中机械能逐渐减小，转化成内能
D. 永动机不能实现，因为机械能是守恒的
18. 棉花糖是我们小时候喜欢的一种食品，制作棉花糖的过程如下：先将白糖倒入机器中加热成糖浆，然后再经过出丝口的高速旋转被甩出，糖浆马上就凝聚成长长的糖丝，用竹签把糖丝绕在一起就制成了棉花糖。
(1)机器能够对白糖加热，是利用了__热传递__的方式改变了白糖的内能。
(2)糖浆经过高速旋转被甩出，是由于运动的糖浆具有__惯性__。
(3)机器耗散的能量无法再次收集起来用于做功，这是由于能量在转移和转化过程中具有__方向性__。
【章末整体回顾】
1/1120．3　能量的转化与能量守恒
20．4　能源、环境与可持续发展
学习目标 1. 认识生活中常见的能量。 2. 掌握在转化的过程中，能量的总量是保持不变的。具有用能量守恒的观点分析物理现象的意识。 3. 了解各种形式的能量是可以相互转化的。 4. 能够举出日常生活中能量守恒的实例。
能量的转移与转化
问题1：荡秋千时(如图)，停止用力，秋千为什么会越摆越低？
问题2：把烧热的金属工件投到冷水中，冷水、盛水的容器以及周围的空气温度会升高，这说明了什么问题？
问题3：大量事实表明，自发的能量转化和转移过程具有__ __，即自然进行的能量转化和转移过程是__ __。
1. 转化是能量由一种形式变为其他形式，能量存在的形式变化了；转移是能量由一个物体到达其他物体，能量存在的形式没有变化。
2. “消耗能量”“利用能量”“获得能量”的实质都是能量的转化或转移过程。
3. 能量的转移和转化具有方向性。
【应用1】汽车发动机的主要部分是汽油机，它是把汽油燃烧放出的__ __转化为机械能的装置。汽油机工作时，克服摩擦消耗的能量、机械传热损失的能量以及废气排出带走的能量，都不能再自动地用来驱动汽车，这是由于能量转化具有__ __，而我们所能利用的能源是有限的，所以需要节约能源。
特别提醒：识别能量转化类型时要注意：一是弄清哪种形式的能减少，哪种形式的能增加，结果就是减少的那种形式的能转化为增加的另一种形式的能；二是注意描述中的关键字，一般“动”字对应的是机械能，“热”字对应的是内能，“电”字对应的是电能。
能量守恒定律
　　如图所示，将一个乒乓球从一定的高度自由落下，观察乒乓球每一次弹起的高度是否相同。
问题1：观察到的现象是什么？
问题2：这个现象说明乒乓球的机械能__ __。这个过程中除了动能和重力势能的相互转化之外，还有__ __。
问题3：按照物质的不同运动形式分类，能量可分为哪些种类？
问题4：能量守恒定律的内容是能量既不会__ __，也不会__ __，只能从一个物体转移到其他物体，或者从一种形式转化为其他形式。能量在转移和转化过程中，总量__ __。能量守恒定律是自然界最普遍、最根本的定律之一。
问题5：不少人曾经设想制造一种永动机。这种永动机是否存在呢？想一想为什么？
1. 能量的存在形式
2. 能量守恒定律内容：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，只能从一个物体转移到其他物体，或者从一种形式转化为其他形式。能量在转移和转化过程中，总量保持不变。
【应用2】 现在很多电动汽车为了节能安装了一套“能量回收装置”。在刹车时该装置可带动发电机发电，将机械能转化为电能储存起来，但轮胎与地面摩擦会产生大量内能，这些内能是无法自动转化成机械能供汽车运动的，这是因为能量的转移和转化具有__ __。此种“能量回收装置”工作时__ __(选填“遵循”或“不遵循”)能量守恒定律。
知识点一　能量的转移与转化
1. 下列关于能量转化实例说法错误的是 ( )
A. 过山车向下运动时将重力势能转化为动能
B. 水电站将水的机械能转化为电能
C. 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. 汽车在刹车过程中，刹车片会发热，将内能转化为动能
2. 关于做功或能量转化的过程中，下列说法正确的是 ( )
A. 汽油机在压缩冲程中，将内能转化为机械能
B. 拉弯的弓将箭射出，其弹性势能主要转化为动能
C. 电动机工作过程中，将机械能转化为电能
D. 吊车吊着货物沿水平方向移动一段距离，此过程中货物的重力对自身做了功
3. 下列有关能量转化的说法正确的是 ( )
A. 电热水壶烧水时将内能转化为电能
B. 太阳能电池板将电能转化为太阳能
C. 用黑塑料袋盛水放在阳光下，把太阳能转化为内能
D. 能量在转化和转移过程中，其总量会不断减少
4. 某水电站工作原理如图，用电低谷时(如深夜)，电站利用电网多余电能把水从下水库抽到上水库中储存起来；用电高峰时，再利用上水库中的水发电。
　
第4题图
(1)蓄能时，水被抽到上水库，此过程是将__ __能转化为水的机械能。
(2)抽水蓄能电站选址不仅要考虑到当地水资源丰富，同时还考虑到当地地势较陡，这样建成的电站上、下水库的高度差比较__ __，有利于蓄能与发电。
知识点二　能量守恒定律
5. 下列说法正确的是 ( )
A. 根据能量守恒定律，人们可制造出永动机
B. 各种形式的能量都可以在一定条件下相互转化
C. 能量守恒定律只适用于没有摩擦和空气阻力的情况
D. 火箭升空时，其势能和动能都增大，能量守恒定律不适用
6. 根据能量守恒定律，以下情形可能发生的是 ( )
A. 出膛的子弹射穿木板，以更大的速度继续前进
B. 孤岛上被人们遗忘的一只机械表，默默地走了几十年
C. 两个斜面相对接，小球从左斜面滚下后，继续冲上右斜面
D. 电热水壶里的水沸腾后给水壶断电，水的沸腾却永远不会停止
7. 如图所示是一种太阳能背包。它的前面有一个太阳能电池板，背包里面有一个蓄电池，可以给手机、小风扇或数码相机等电子产品供电。下列说法错误的是 ( )
第7题图
A. 太阳能电池板将太阳能转化为电能
B. 给蓄电池充电时将电能转化为化学能
C. 蓄电池放电时将化学能转化为电能
D. 小风扇工作时将化学能转化为机械能
8. “长征五号”是我国自主研制的大型运载火箭，如图所示，这是“长征五号”发射升空的情景。下列说法正确的是 ( )
第8题图
A. 火箭发射的过程中，燃料若不完全燃烧，其热值会减小
B. 火箭升空的过程中，燃料燃烧释放的内能全部转化为火箭的机械能
C. “长征五号”火箭使用液氢作为燃料，利用了液氢的热值大的特点
D. 火箭发动机的效率非常高，接近100%
9. 我们生活在能量的世界，社会的进步和发展离不开能量。对于能量、能源的认识，下列说法正确的是 ( )
A. 做功过程实质是能量的转化或转移的过程
B. 能量转化具有方向性，所以能量不守恒
C. 核燃料能量转化效率可达100%，需大力发展
D. 煤、石油、天然气提供的能量源自地球本身
10. (2025·青岛中考)抽水蓄能是存储电能的方式之一，原理如图所示：蓄能时，电动机将水从下蓄水池抽入上蓄水池；需要电能时，打开闸门，让水流驱动发电机来发电。下列说法正确的是 ( )
第10题图
A. 蓄能时，将机械能转化为电能
B. 电动机的工作原理是电磁感应现象
C. 发电机的工作原理是电流的磁效应
D. 蓄水量一定，上蓄水池建的位置越高，能储存的电能就越多
11. (2025·福建中考)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，如图所示。关于抽水蓄能电站，下列说法正确的是 ( )
第11题图
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
12. 如图是小徽学了能量守恒后设计的一个小蒸汽轮机，下列说法不正确的是 ( )
第12题图
A. 能量在转化的过程中总量越来越少
B. 酒精在燃烧的过程中，将化学能转化为内能
C. 能量的转化和转移都有方向性
D. 风车的转动说明永动机是不可能实现的
13. 如图是“风能——太阳能”路灯电路示意图，下列关于该电路中能量转化的说法正确的是 ( )
第13题图
A. 太阳能电池供电：电能→太阳能
B. 风力发电机发电：电能→机械能
C. 蓄电池充电：电能→化学能
D. 路灯工作：电能→化学能
14. 如图是一种在阳光下能不断摇摆的塑料花。花盆表面的太阳能电池板在光照下产生电流，驱动电动机，使花左右摆动。下列有关该花摆动过程中能量转化的描述正确的是 ( )
第14题图
A. 叶片将光能转化为化学能进行储存
B. 花摆动时将机械能转化为电能
C. 太阳能电池板将太阳能转化为机械能
D. 电流驱动电动机的过程将电能转化为机械能
15. 重力储能是一种新型储能方式，它通过提升或放下重物实现能量的储存或释放，能量转化过程如图所示。下列有关说法正确的是 ( )
第15题图
A. 该重力储能系统是永动机
B. 图中空白处的能量形式是机械能
C. 提升重物过程中，能量的总量会减少
D. 不同形式的能量可以相互转化，说明能量的转化是没有方向性的
16. 如图所示为某机器的能量流向图，下列关于该机器的说法正确的是 ( )
第16题图
A. 该机器可能是电动机
B. 该机器的热效率为10%
C. 图示过程是能量的转移过程
D. 图示过程不遵循能量守恒定律
17. “多米诺骨牌”是一项有趣的活动，按一定距离排列的骨牌，轻轻推倒第一块骨牌就会产生连锁反应，使最后一块骨牌被推倒，如图所示。下列说法正确的是 ( )
第17题图
A. 骨牌在倒下时将动能转化成重力势能
B. 利用较少的能量就可以产生较多的能量，整个过程能量不守恒
C. 整个过程中机械能逐渐减小，转化成内能
D. 永动机不能实现，因为机械能是守恒的
18. 棉花糖是我们小时候喜欢的一种食品，制作棉花糖的过程如下：先将白糖倒入机器中加热成糖浆，然后再经过出丝口的高速旋转被甩出，糖浆马上就凝聚成长长的糖丝，用竹签把糖丝绕在一起就制成了棉花糖。
(1)机器能够对白糖加热，是利用了__ __的方式改变了白糖的内能。
(2)糖浆经过高速旋转被甩出，是由于运动的糖浆具有__ __。
(3)机器耗散的能量无法再次收集起来用于做功，这是由于能量在转移和转化过程中具有__ __。
【章末整体回顾】
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