资源简介

中小学教育资源及组卷应用平台
人教版2024九年级全册物理同步精讲精炼学案（全国通用）
第十四章 内能的利用
专题07 能量的转化与守恒
物理观念：能列举能量转化和转移的实例,知道能量守恒定律,知道能量转化和转移具有方向,能用能量守恒、能量转化和转移具有方向性的自然规律来分析自然现象、解释生产生活中的相关问题。
科学思维：能从能量转化和转移的角度认识效率,能用能量转化与守恒的观点分析问题。
科学探究: 通过对能量转移和转化的实际案例观察、分析,加深对能量转移、转化中的问题的认识。能从能量转化效率体会理想状态与实际的区别。
科学态度与责任：能体会能量守恒定律在科学发展中的意义。有主动提高效率的意识,能从能量转化和转移的方向性,领悟可持续发展的重要意义。能从能量守恒定律感受大自然的多样性与统一性,能体会物理学的发展深化了人类对自然的认识。
贯彻本节课核心素养目标，必须完成以下精细化的学习目标
1. 了解能量及其存在的多种形式。
2. 知道能量的转移和转化，能解释一些常见现象中的能量转化过程。
3. 理解能量守恒定律，有用能量守恒定律的观点分析物理现象的意识，体会能量守恒定律的普适性。
本节课重点难点
重点：理解能量守恒定律。
难点：对能量的转移和转化的理解。
阅读教材，自主学习知识点，完成以下问题：
知识点1. 能量的转化和转移
1. 自然界存在着各种不同形式的能量
常见的一些能量有：
（1）机械能：机械能包括动能、重力势能和_____能。
（2）内能：构成物体的所有分子，其热运动的动能与分子势能的_____，叫作物体的内能。一切物体都具有内能。
（3）太阳能：太阳能是一种可再生能源。是指太阳的热辐射能，主要表现就是常说的太阳光线。在现代一般用作发电或者为热水器提供能源。
（4）化学能：化学能是一种很隐蔽的能量，它不能直接用来做功，只有在发生化学变化的时候才可以释放出来，变成内能或者其他形式的能量。
（5）电能：电能是指使用电以各种形式做功的能力。
（4）核能：核能也叫原子能。原子核结构发生变化放出的能量。通常指重核（如钚、铀等）裂变和轻核（氘、氚等）聚变时所发出的巨大能量。
2. 能量的转化
（1）讨论下列实验现象发生了哪些能量转化
①来回迅速摩擦双手。会发现双手发热，_____能转化为_____能。
②黑塑料袋内盛水，插入温度计后系好袋口，在阳光下，温度计的示数升高，_____能转化为____能。
③将太阳能电池连在小电扇上，并使它对着阳光。小电扇会转动，太阳能转化___能，___能又转化为机械能。
④将钢笔杆在头发或毛衣上摩擦后靠近细碎的纸片。吸管会发热，并同时吸引细碎的纸片，____能转化为电能，电能又转化为___能。
（2）能量的转化
自然界中的各种现象都是互相联系的。科学家们经过长期探索，发现能量转化是非常普遍的，在一定条件下，各种形式的能量是_____相互转化的。
（3）请你列举不同形式的能量相互转化的实例
①机械能与内能的相互转化：“钻木取火”是机械能转化为内能；蒸汽机火车是内能转化为机械能。
②电能与机械能的相互转化：水电站发电是机械能转化为电能；电车是电能转化为机械能。
③电能与内能的相互转化：电水壶是电能转化为内能；地热发电是内能转化为电能。
④电能与光能的相互转化：白炽灯是电能转化为光能；太阳能电池板是光能转化为电能。
⑤内能与光能的相互转化：白炽灯把电能转化成内能，再把内能转化成光能。太阳能热水器是光能转化为内能。
3. 能量的转移
（1）能量转移的事例
内能的转移 机械能的转移
（2）能量可以从一个物体转移到其他物体，也可以从物体的一部分_____到其他部分。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，这些都属于能量的转移。涨潮时海水涌入水坝冲击水轮机转动，属于_____能的转移。
4. 正确理解能量的“转化”和“转移”
（1）能量的转化：能的形式发生了改变。如：弯折铁丝时，铁丝的温度升高，内能增加，机械能转化成了内能。在能量的转化过程中，一种形式的能量_____了，肯定有其他形式的能量______了。
（2）能量的转移：能量的_____并没有变化。如：用锅烧水时内能从高温的火转移到低温的水和锅上。再如：流水推动水轮机转动，水的机械能转移到了水轮机上。
知识点2. 能量守恒定律
1. 能量守恒定律
在秋千的运动过程中，秋千和空气间有阻力，绳索间存在摩擦力，秋千要克服这些阻力做功，一部分机械能逐渐转化为内能，机械能总量逐渐减少，最终机械能为零，全部转化为内能。
秋千的摆动幅度越来越小 小球弹跳的频闪照片
在小球的运动过程中，由于和空气间有阻力，小球克服空气阻力做功，一部分机械能逐渐转化为内能，机械能总量逐渐减少，最终机械能全部转化为内能。
【根据上述活动归纳】
（1）能量守恒定律
能量既不会凭空消灭，也不会凭空产生，它只会从一种形式____为其他形式或者从一个物体___到其他物体，而在转化和转移的过程中，能量的_____保持不变。这就是能量守恒定律。
（2）能量守恒定律的普遍性
能量守恒定律是自然界最普遍、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，都遵守能量守恒定律。
根据能量守恒定律，在分析自然现象时，如果发现某种形式的能量减少，一定能找到另一种形式的能量增加；反之，当某种形式的能量增大时，也一定可以找到另一种形式的能量减少。
（3）运用能量守恒定律分析问题
从日常生活到科学研究、工程技术，这一规律都发挥着重要的作用。例如，在行驶的汽车中，燃料的化学能通过燃烧转化为燃气的内能，再通过热机做功把内能转化为机械能。在这个过程中，燃料的化学能一部分转化为机械能，一部分转化成了热机和周围环境的内能，但是总量保持不变。
燃料的化学能W总=W有用+W1+W2+ W3
汽车中的能量转化情况 一种设想中的永动机
2. 永动机
（1）永动机：有人曾设想制造一种不消耗任何能量和燃料，却源源不断对外做功的机器，人们把这种机器叫永动机。
（2）分析永动机失败的原因
如图所示，高处的水具有一定的机械能W总，水向下流动时，对水轮机做功，水轮机转动，把低处的水抽到高处。由于水轮机转动的各部件间存在摩擦，会有部分机械能转化为内能W内能，只有一部分能量用来抽水做功W抽水。根据能量守恒定律可知： W总=W内能+W抽水，最后抽水的能量小于原来高处的水的总能量，使流下的水不能全部抽回。
由能量守恒定律知：无法制成永动机，因为违背了能量守恒定律。
知识点3. 能量转换装置的效率问题（拓展）
这个问题属于难点，是与本节有关的拓展性知识。是学生开阔实验，提高物理思维素养的好素材。
能量转换装置的效率等于_____的能量与输入的_____之比，用百分数表示。根据定义，若W为转换的能量，Q为输入的总能量，η为能量转换装置的效率，则：
易错点1. 对能量的转化与转移的正确认识
1．不同形式的能量间的相互转化反映了自然界中的各种现象都是互相联系的。
2. 在能量守恒定律中，能量的“转化”是指：一种形式的能量转化成为另一种形式的能量，即前后两种状态，能量的形式发生了变化，如“钻木取火”是机械能转化为内能；而能量的“转移”是指：一个物体所具有的一种形式的能量，转移到另一个物体上后，能量的形式并没有发生变化，如“热传递”就是一个物体具有的内能转移到另一个物体上，前后都是内能。
易错点2. 对机械能守恒和能量守恒的区别与联系的理解
机械能守恒的条件是只有动能、重力势能和弹性势能之间的转化，若还有其他形式能量参与转化过程，则机械能总量发生改变，机械能不再守恒，例如，木块沿斜面下滑过程中克服摩擦做功，木块机械能的总量将减少损失的机械能转化为了内能。但总的能量还是守恒的，只是从一种形式变成了另一种形式，简单来说，机械能守恒是能量守恒的一种特殊情况，它需要满足特定条件，而能量守恒适用于所有情况。
1.能量转移和转化的判断方法
变化前后，能量的形式是否发生变化。能量形式未发生变化的是能量的转移，如热传递；能量形式发生变化的是能量的转化，如通过做功改变物体的内能。
2．永动机不可能实现的原因
（1）违背了能量守恒定律；（2）违反了能量的转化和转移的方向性。
知识点1. 能量的转化和转移
【例题1】能量是与物体运动有关的物理量，不同的运动形态对应着不同的能量形式。下列四种能量形式中与其它三种能量形式不同的是（　 ）
A．运动场上奔跑的运动员具有的能量
B．剧烈运动的空气形成的龙卷风具有的能量
C．快速行驶的汽车具有的能量
D．核电站为我们的生活和生产提供的能量
【答案】D。
【解析】运动场上奔跑的运动员具有动能；剧烈运动的空气形成的龙卷风具有动能；快速行驶的汽车具有动能；核电站为我们的生活和生产提供电能，ABC三个选项中具有的能量形式与D选项中具有的能量形式不同，故ABC不符合题意，D符合题意。
【例题2】下列能量转化或转移的情景中，属于能量转移的是（　　）
A．燃料燃烧时放热 B．脚放在热水中取暖
C．来回搓手取暖 D．给手机充电时，手机发烫
【答案】B.
【解析】A．燃料燃烧时发热，将燃料的化学能转化为内能，属于能量的转化；
B．脚放在热水中取暖，通过热传递改变了内能，属于能量的转移；
C．来回搓手取暖，通过做功改变物体的内能，属于能量的转化；
D．给手机充电，手机发烫，将电能转化为电池的化学能和内能，是能量的转化。
所以选B。
知识点2. 能量守恒定律
【例题3】据报道，近日，随着2024年第1000万辆新能源汽车下线，中国成为全球首个新能源汽车年度产量达到1000万辆的国家，对其主要部件电动机工作过程中能量转化的表述正确的是（ ）
A．根据能量守恒定律，汽车的电能全部转化成机械能
B．汽车的电动机的效率虽然提高了，但也只有部分电能转化为机械能
C．汽车运行是太阳能转化成机械能
D．电动机工作是机械能转化成电能
【答案】B
【解析】由题可知，新能源汽车是依靠电动机来工作，汽车运动时，电动机消耗电能，获得机械能，将电能转化为机械能；汽车的电动机工作时效率较高，工作时电能主要转化为机械能，但还有一部分电能会转化为内能，即电能转化为机械能和内能，不会全部转化为机械能，故B正确，ACD错误。
故选B。
【例题4】如图所示，是设想中的“永动机”，它通过高处的水从A口流出时，水流冲击叶片转动，叶片的转动带动B处的砂轮转动，打磨刀片，同时带动C处的抽水器工作，将低处的水抽到高处从D口流出，从而循环工作。该“永动机”工作过程中，下列说法正确的是（　　）
A．水流冲击叶片转动，把机械能转化为内能
B．砂轮打磨刀片时，刀片和砂轮的温度都升高，说明“永动机”工作时制造了能量
C．相同时间内，A、D两口流出水的质量相等
D．这款“永动机”违背了能量守恒定律
【答案】D.
【解析】A．水流冲击叶片转动，水的机械能转化为砂轮的机械能，A错误；
B．砂轮打磨刀片时，刀片和砂轮的温度都升高，这是机械能转化为内能，不是“永动机”工作时制造了能量，故B错误；
C．水在冲击叶片的过程中，一部分水流失掉了，所以相同时间内，A、D两口流出水的质量不相等，故C错误；
D．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，故D正确。 所以选D。
一、能量的转化和转移（8小题）
1. 下列实例中没有发生能量转化的是（　　）
A． 太阳能电池发电 B． 泥石流冲垮房屋
C． 电风扇通电吹风 D． 雷击引发森林火灾
2. （2026北京一模） 如图所示，在试管内装适量水，用橡胶塞塞住管口，将水加热一段时间后，橡胶塞被推出，管口出现大量“白气”。下列说法正确的是（　　）
A. 管口出现的“白气”是水蒸气
B. 水蒸气推出橡胶塞导致水蒸气内能增加
C. 水被加热的过程中，其内能是通过做功的方式改变的
D. 水蒸气推出橡胶塞的过程中，橡胶塞的动能是由水蒸气的内能转化来的
3. 下列四幅图中仅发生能量转移的一组是（　　）
①试管内的冷水放入热水中变热
②煤气炉将冷水烧热
③火箭发射升空
④一个球上升一个球下降（不考虑摩擦影响）
A．①② B．②③ C．①④ D．③④
4.目前长沙城区的老居民小区正在进行水路改造，改造中用到了一种打孔工具﹣﹣冲击钻，冲击钻工作时，钻头在电动机的带动下不断地冲击墙壁，打出圆孔，如图所示，冲击钻在工作过程中，其能量转化关系是（　　）
A．内能转化为机械能
B．内能转化为电能
C．只有机械能和内能的转化
D．有电能、机械能和内能的转化
5. 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，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（　　）
A．太阳能电池板将太阳能转化为电能
B．给蓄电池充电将电能转化为化学能
C．蓄电池放电将化学能转化为电能
D．小风扇工作将化学能转化为机械能
6．如图是古人锻造铁器的过程，下列说法正确的是（　　）
A．加热铁的阶段，铁熔化需要放热
B．锻打过程中，铁块含有的热量增加
C．淬火时铁的内能减少，温度降低
D．加热和淬火时都是将内能转化为机械能
7. 常用打火机的打火方式有两种，一种是用一个粗糙的小轮摩擦“火石”打火；另一种是利用高压电装置打火。从能量转化角度看，前者是把______能转化为内能；后者是把_____能转化为内能。
8．汽车紧急刹车后减速滑行，汽车的 能转化为刹车和刹车片、轮胎与地面的内能，该过程中刹车与刹车片增加的总内能 于汽车减少的动能。散失到空气中的内能无法自动转化为机械能再用来驱动汽车，这是因为能量的转移和转化具有 性。
二、能量守恒定律（8小题）
1. 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
2. 如图是小球在地面弹跳过程的频闪图片，其中A处和B处等高。此过程中，以下判断正确的
是（　　）
A．小球从左向右运动
B．小球的机械能不断增大
C．说明能量是不守恒的
D．小球在A处时的机械能小于在B处时的机械能
3. 不同形式的能量可以在一定条件下相互转化，如图中给出了两个实例下列对此图的补充错误的
是（　　）
A．圆圈A内，能量的形式是内能
B．圆圈B内，能量的形式是电能
C．序号⑤的实例有燃料燃烧
D．能量在转化和转移的过程中，总量保持不变
4．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
5. 如图所示，这是达 芬奇造的一个“永动机”装置，他认为右边的重球比左边的重球离轮心更远些，在两边不均衡的作用下会使轮子沿箭头方向转动不息。如果不施加外力，你认为这个装置______（选填“会”或“不会”）永不停歇地运动下去，理由是：______。
6. 现代电动汽车为了节能，都安装了能量回收装置，在汽车刹车时带动发电机，将汽车的______能转化为电能，为汽车提供后续运动的能量。有人认为，只要不断改进，这种汽车就可以一边行驶，一边发电，永远运动下去，这种观念违背了______。
7. 如图是一位“发明家”设计的一种永动机。设想“利用上水池的水使水轮发电机发电，然后，利用发电机发出的电能驱动抽水机把下水池的水再抽回上水池（一部分电能供用电器使用）。这样不断循环下去，就可以制成一个永动机”。这个永动机 （选填“能”或“不能”）持续运转。实际中，抽水机和发电机工作时会发热，有一部分能量转化为 能。一段时间内，抽水机向上的抽水量 （选填“大于”“等于”或“小于”）经水轮发电机流下来的水量。
8．（2026·山西·一模）小阳在错题记录本中记录了如下错题，请你帮他找出错误之处，分析错因并写出正确的解答过程。
错题记录 错题改正
历史上最著名的永动机是亨内考提出的“魔轮”永动机，如图所示。“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，进而驱动“魔轮”的转动。请你分析“魔轮”的钢珠在转动过程中的能量转化并说明理由。 答：“魔轮”的钢珠从高处落下的过程中，重力势能转化为动能；上升过程中，动能又转化为重力势能，继而往复转动。在往复转动过程中，不需要消耗其他形式的能量，所以“魔轮”会一直不停地转动。 错误之处： 错因分析： 正确答案：
能量转化与守恒定律是由迈尔、焦耳、亥姆霍兹提出的。
能量守恒定律是自然界普遍的基本定律之一。一般表述为：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。总能量为系统的机械能、内能（热能）及除机械能和内能以外的任何形式能量的总和。
（1）尤利乌斯·罗伯特·冯·迈尔是德国的医生、物理学家。尤利乌斯·罗伯特·冯·迈尔（Julius Robert von Mayer）出生于符腾堡（今德国）的海尔布隆。他在图宾根大学接受了医学教育，并于1838年通过国家考试成为一位医生。迈尔对机械学和热传递开始产生兴趣是在他做随船医生时，1841年他回到德国继续做医生，但最爱的还是物理学。他是最先提出热动力学第一定律的人之一，即能量既不能被创生也不能被毁灭。
（2）焦耳是英国的物理学家。詹姆斯·普雷斯科特·焦耳（James Prescott Joule，1818年12月24日-1889年10月11日），英国家，出生于曼彻斯特近郊的沙弗特（Salford）。
（3）亥姆霍兹（Hermann von Helmholtz）是德国的生物物理学家、数学家和生理学家。他于1821年10月31日出生于德国柏林波茨坦的一个中学教师家庭，并在1894年9月8日于柏林附近夏洛滕堡去世。亥姆霍兹在科学界以提出能量守恒定律而闻名，并在生理学、物理学和数学等多个领域做出了重要贡献。他发明了检眼镜，并在声学、光学、电学和热力学等领域进行了广泛的研究。
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
21世纪教育网(www.21cnjy.com)中小学教育资源及组卷应用平台
人教版2024九年级全册物理同步精讲精炼学案（全国通用）
第十四章 内能的利用
专题07 能量的转化与守恒
物理观念：能列举能量转化和转移的实例,知道能量守恒定律,知道能量转化和转移具有方向,能用能量守恒、能量转化和转移具有方向性的自然规律来分析自然现象、解释生产生活中的相关问题。
科学思维：能从能量转化和转移的角度认识效率,能用能量转化与守恒的观点分析问题。
科学探究: 通过对能量转移和转化的实际案例观察、分析,加深对能量转移、转化中的问题的认识。能从能量转化效率体会理想状态与实际的区别。
科学态度与责任：能体会能量守恒定律在科学发展中的意义。有主动提高效率的意识,能从能量转化和转移的方向性,领悟可持续发展的重要意义。能从能量守恒定律感受大自然的多样性与统一性,能体会物理学的发展深化了人类对自然的认识。
贯彻本节课核心素养目标，必须完成以下精细化的学习目标
1. 了解能量及其存在的多种形式。
2. 知道能量的转移和转化，能解释一些常见现象中的能量转化过程。
3. 理解能量守恒定律，有用能量守恒定律的观点分析物理现象的意识，体会能量守恒定律的普适性。
本节课重点难点
重点：理解能量守恒定律。
难点：对能量的转移和转化的理解。
阅读教材，自主学习知识点，完成以下问题：
知识点1. 能量的转化和转移
1. 自然界存在着各种不同形式的能量
常见的一些能量有：
（1）机械能：机械能包括动能、重力势能和弹性势能。
（2）内能：构成物体的所有分子，其热运动的动能与分子势能的总和，叫作物体的内能。一切物体都具有内能。
（3）太阳能：太阳能是一种可再生能源。是指太阳的热辐射能，主要表现就是常说的太阳光线。在现代一般用作发电或者为热水器提供能源。
（4）化学能：化学能是一种很隐蔽的能量，它不能直接用来做功，只有在发生化学变化的时候才可以释放出来，变成内能或者其他形式的能量。
（5）电能：电能是指使用电以各种形式做功的能力。
（4）核能：核能也叫原子能。原子核结构发生变化放出的能量。通常指重核（如钚、铀等）裂变和轻核（氘、氚等）聚变时所发出的巨大能量。
2. 能量的转化
（1）讨论下列实验现象发生了哪些能量转化
①来回迅速摩擦双手。会发现双手发热，机械能转化为内能。
②黑塑料袋内盛水，插入温度计后系好袋口，在阳光下，温度计的示数升高，太阳能转化为内能。
③将太阳能电池连在小电扇上，并使它对着阳光。小电扇会转动，太阳能转化电能，电能又转化为机械能。
④将钢笔杆在头发或毛衣上摩擦后靠近细碎的纸片。吸管会发热，并同时吸引细碎的纸片，机械能转化为电能，电能又转化为内能。
（2）能量的转化
自然界中的各种现象都是互相联系的。科学家们经过长期探索，发现能量转化是非常普遍的，在一定条件下，各种形式的能量是可以相互转化的。
（3）请你列举不同形式的能量相互转化的实例
①机械能与内能的相互转化：“钻木取火”是机械能转化为内能；蒸汽机火车是内能转化为机械能。
②电能与机械能的相互转化：水电站发电是机械能转化为电能；电车是电能转化为机械能。
③电能与内能的相互转化：电水壶是电能转化为内能；地热发电是内能转化为电能。
④电能与光能的相互转化：白炽灯是电能转化为光能；太阳能电池板是光能转化为电能。
⑤内能与光能的相互转化：白炽灯把电能转化成内能，再把内能转化成光能。太阳能热水器是光能转化为内能。
3. 能量的转移
（1）能量转移的事例
内能的转移 机械能的转移
（2）能量可以从一个物体转移到其他物体，也可以从物体的一部分转移到其他部分。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，这些都属于能量的转移。涨潮时海水涌入水坝冲击水轮机转动，属于机械能的转移。
4. 正确理解能量的“转化”和“转移”
（1）能量的转化：能的形式发生了改变。如：弯折铁丝时，铁丝的温度升高，内能增加，机械能转化成了内能。在能量的转化过程中，一种形式的能量增加了，肯定有其他形式的能量减少了。
（2）能量的转移：能量的形式并没有变化。如：用锅烧水时内能从高温的火转移到低温的水和锅上。再如：流水推动水轮机转动，水的机械能转移到了水轮机上。
知识点2. 能量守恒定律
1. 能量守恒定律
在秋千的运动过程中，秋千和空气间有阻力，绳索间存在摩擦力，秋千要克服这些阻力做功，一部分机械能逐渐转化为内能，机械能总量逐渐减少，最终机械能为零，全部转化为内能。
秋千的摆动幅度越来越小 小球弹跳的频闪照片
在小球的运动过程中，由于和空气间有阻力，小球克服空气阻力做功，一部分机械能逐渐转化为内能，机械能总量逐渐减少，最终机械能全部转化为内能。
【根据上述活动归纳】
（1）能量守恒定律
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。这就是能量守恒定律。
（2）能量守恒定律的普遍性
能量守恒定律是自然界最普遍、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，都遵守能量守恒定律。
根据能量守恒定律，在分析自然现象时，如果发现某种形式的能量减少，一定能找到另一种形式的能量增加；反之，当某种形式的能量增大时，也一定可以找到另一种形式的能量减少。
（3）运用能量守恒定律分析问题
从日常生活到科学研究、工程技术，这一规律都发挥着重要的作用。例如，在行驶的汽车中，燃料的化学能通过燃烧转化为燃气的内能，再通过热机做功把内能转化为机械能。在这个过程中，燃料的化学能一部分转化为机械能，一部分转化成了热机和周围环境的内能，但是总量保持不变。
燃料的化学能W总=W有用+W1+W2+ W3
汽车中的能量转化情况 一种设想中的永动机
2. 永动机
（1）永动机：有人曾设想制造一种不消耗任何能量和燃料，却源源不断对外做功的机器，人们把这种机器叫永动机。
（2）分析永动机失败的原因
如图所示，高处的水具有一定的机械能W总，水向下流动时，对水轮机做功，水轮机转动，把低处的水抽到高处。由于水轮机转动的各部件间存在摩擦，会有部分机械能转化为内能W内能，只有一部分能量用来抽水做功W抽水。根据能量守恒定律可知： W总=W内能+W抽水，最后抽水的能量小于原来高处的水的总能量，使流下的水不能全部抽回。
由能量守恒定律知：无法制成永动机，因为违背了能量守恒定律。
知识点3. 能量转换装置的效率问题（拓展）
这个问题属于难点，是与本节有关的拓展性知识。是学生开阔实验，提高物理思维素养的好素材。
能量转换装置的效率等于转换的能量与输入的总能量之比，用百分数表示。根据定义，若W为转换的能量，Q为输入的总能量，η为能量转换装置的效率，则：
易错点1. 对能量的转化与转移的正确认识
1．不同形式的能量间的相互转化反映了自然界中的各种现象都是互相联系的。
2. 在能量守恒定律中，能量的“转化”是指：一种形式的能量转化成为另一种形式的能量，即前后两种状态，能量的形式发生了变化，如“钻木取火”是机械能转化为内能；而能量的“转移”是指：一个物体所具有的一种形式的能量，转移到另一个物体上后，能量的形式并没有发生变化，如“热传递”就是一个物体具有的内能转移到另一个物体上，前后都是内能。
易错点2. 对机械能守恒和能量守恒的区别与联系的理解
机械能守恒的条件是只有动能、重力势能和弹性势能之间的转化，若还有其他形式能量参与转化过程，则机械能总量发生改变，机械能不再守恒，例如，木块沿斜面下滑过程中克服摩擦做功，木块机械能的总量将减少损失的机械能转化为了内能。但总的能量还是守恒的，只是从一种形式变成了另一种形式，简单来说，机械能守恒是能量守恒的一种特殊情况，它需要满足特定条件，而能量守恒适用于所有情况。
1.能量转移和转化的判断方法
变化前后，能量的形式是否发生变化。能量形式未发生变化的是能量的转移，如热传递；能量形式发生变化的是能量的转化，如通过做功改变物体的内能。
2．永动机不可能实现的原因
（1）违背了能量守恒定律；（2）违反了能量的转化和转移的方向性。
知识点1. 能量的转化和转移
【例题1】能量是与物体运动有关的物理量，不同的运动形态对应着不同的能量形式。下列四种能量形式中与其它三种能量形式不同的是（　 ）
A．运动场上奔跑的运动员具有的能量
B．剧烈运动的空气形成的龙卷风具有的能量
C．快速行驶的汽车具有的能量
D．核电站为我们的生活和生产提供的能量
【答案】D。
【解析】运动场上奔跑的运动员具有动能；剧烈运动的空气形成的龙卷风具有动能；快速行驶的汽车具有动能；核电站为我们的生活和生产提供电能，ABC三个选项中具有的能量形式与D选项中具有的能量形式不同，故ABC不符合题意，D符合题意。
【例题2】下列能量转化或转移的情景中，属于能量转移的是（　　）
A．燃料燃烧时放热 B．脚放在热水中取暖
C．来回搓手取暖 D．给手机充电时，手机发烫
【答案】B.
【解析】A．燃料燃烧时发热，将燃料的化学能转化为内能，属于能量的转化；
B．脚放在热水中取暖，通过热传递改变了内能，属于能量的转移；
C．来回搓手取暖，通过做功改变物体的内能，属于能量的转化；
D．给手机充电，手机发烫，将电能转化为电池的化学能和内能，是能量的转化。
所以选B。
知识点2. 能量守恒定律
【例题3】据报道，近日，随着2024年第1000万辆新能源汽车下线，中国成为全球首个新能源汽车年度产量达到1000万辆的国家，对其主要部件电动机工作过程中能量转化的表述正确的是（ ）
A．根据能量守恒定律，汽车的电能全部转化成机械能
B．汽车的电动机的效率虽然提高了，但也只有部分电能转化为机械能
C．汽车运行是太阳能转化成机械能
D．电动机工作是机械能转化成电能
【答案】B
【解析】由题可知，新能源汽车是依靠电动机来工作，汽车运动时，电动机消耗电能，获得机械能，将电能转化为机械能；汽车的电动机工作时效率较高，工作时电能主要转化为机械能，但还有一部分电能会转化为内能，即电能转化为机械能和内能，不会全部转化为机械能，故B正确，ACD错误。
故选B。
【例题4】如图所示，是设想中的“永动机”，它通过高处的水从A口流出时，水流冲击叶片转动，叶片的转动带动B处的砂轮转动，打磨刀片，同时带动C处的抽水器工作，将低处的水抽到高处从D口流出，从而循环工作。该“永动机”工作过程中，下列说法正确的是（　　）
A．水流冲击叶片转动，把机械能转化为内能
B．砂轮打磨刀片时，刀片和砂轮的温度都升高，说明“永动机”工作时制造了能量
C．相同时间内，A、D两口流出水的质量相等
D．这款“永动机”违背了能量守恒定律
【答案】D.
【解析】A．水流冲击叶片转动，水的机械能转化为砂轮的机械能，A错误；
B．砂轮打磨刀片时，刀片和砂轮的温度都升高，这是机械能转化为内能，不是“永动机”工作时制造了能量，故B错误；
C．水在冲击叶片的过程中，一部分水流失掉了，所以相同时间内，A、D两口流出水的质量不相等，故C错误；
D．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，故D正确。 所以选D。
一、能量的转化和转移（8小题）
1. 下列实例中没有发生能量转化的是（　　）
A． 太阳能电池发电 B． 泥石流冲垮房屋
C． 电风扇通电吹风 D． 雷击引发森林火灾
【答案】B
【解析】A．太阳能电池发电是太阳能转化为电能，故A不符合题意；
B．泥石流冲垮房屋主要是力对物体做功，属于机械能的转移，没有典型的能量转化，故B符合题意；
C．电风扇通电吹风是电能转化为机械能，故C不符合题意；
D．雷击引发森林火灾是电能转化为内能，故D不符合题意。
所以选B。
2. （2026北京一模） 如图所示，在试管内装适量水，用橡胶塞塞住管口，将水加热一段时间后，橡胶塞被推出，管口出现大量“白气”。下列说法正确的是（　　）
A. 管口出现的“白气”是水蒸气
B. 水蒸气推出橡胶塞导致水蒸气内能增加
C. 水被加热的过程中，其内能是通过做功的方式改变的
D. 水蒸气推出橡胶塞的过程中，橡胶塞的动能是由水蒸气的内能转化来的
【答案】D
【解析】A．管口出现的“白气”是水蒸气液化成的小水滴，故A错误；
BD．水蒸气推出橡胶塞，水蒸气的内能转化为橡胶塞的机械能，水蒸气内能减小，故B错误，D正确；
C．水被火焰加热的过程中，其内能是通过热传递的方式改变的，故C错误。
故选D。
3. 下列四幅图中仅发生能量转移的一组是（　　）
①试管内的冷水放入热水中变热
②煤气炉将冷水烧热
③火箭发射升空
④一个球上升一个球下降（不考虑摩擦影响）
A．①② B．②③ C．①④ D．③④
【答案】C
【解析】①试管内的冷水放入热水中变热，属于热传递，发生了内能的转移；
②煤气燃烧时，将煤气的化学能转化为内能，之后发生了内能的转移；
③火箭发射升空，将燃料燃烧产生的内能转化为机械能，是能量发生了转化；
④一个球上升一个球下降，属于机械能的转移。符合题意的是①④，故ABD不符合题意，C符合题意。
故选C。
4.目前长沙城区的老居民小区正在进行水路改造，改造中用到了一种打孔工具﹣﹣冲击钻，冲击钻工作时，钻头在电动机的带动下不断地冲击墙壁，打出圆孔，如图所示，冲击钻在工作过程中，其能量转化关系是（　　）
A．内能转化为机械能
B．内能转化为电能
C．只有机械能和内能的转化
D．有电能、机械能和内能的转化
【答案】D
【解析】（1）当电流通过电动机时，电流做功，消耗电能转化为机械能和内能；
（2）钻头冲击墙壁，克服摩擦做功，将机械能转化为内能；
由此分析可知，在该过程中存在电能、机械能和内能的转化。
5. 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，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（　　）
A．太阳能电池板将太阳能转化为电能
B．给蓄电池充电将电能转化为化学能
C．蓄电池放电将化学能转化为电能
D．小风扇工作将化学能转化为机械能
【答案】D
【解析】A．太阳能电池板工作时，消耗太阳能，产生电能，将太阳能转化为电能，故A正确，不符合题意；
B．给蓄电池充电，消耗电能，产生化学能，将电能转化为化学能，故B正确，不符合题意；
C．蓄电池放电，消耗化学能，产生电能，将化学能转化为电能，故C正确，不符合题意；
D．小风扇工作时将电能转化为机械能，故D错误，符合题意。
故选D。
6．如图是古人锻造铁器的过程，下列说法正确的是（　　）
A．加热铁的阶段，铁熔化需要放热
B．锻打过程中，铁块含有的热量增加
C．淬火时铁的内能减少，温度降低
D．加热和淬火时都是将内能转化为机械能
【答案】C
【解析】A．加热铁的阶段，铁熔化需要吸热，故A错误；
B．热量是过程量，不能说铁块含有的热量增加，故B错误；
C．淬火时铁放出热量，内能减少，温度降低，故C正确；
D．加热和淬火时都是通过热传递，改变物体的内能，是热量发生转移，故D错误。
故选C。
7. 常用打火机的打火方式有两种，一种是用一个粗糙的小轮摩擦“火石”打火；另一种是利用高压电装置打火。从能量转化角度看，前者是把______能转化为内能；后者是把_____能转化为内能。
【答案】 机械 电
【解析】小轮摩擦“火石”的过程，消耗了机械能，产生了内能，将机械能转化为内能。
利用高压电装置打火时，消耗了电能，产生了内能，将电能转化为内能。
8．汽车紧急刹车后减速滑行，汽车的 能转化为刹车和刹车片、轮胎与地面的内能，该过程中刹车与刹车片增加的总内能 于汽车减少的动能。散失到空气中的内能无法自动转化为机械能再用来驱动汽车，这是因为能量的转移和转化具有 性。
【答案】 动能 小于 方向
【解析】汽车紧急刹车时，由于摩擦，汽车的机械能（主要是动能 ）转化为刹车、刹车片、轮胎与地面的内能。
根据能量守恒定律，能量不会凭空消失或产生，只会从一种形式转化为另一种形式，汽车较少的动能一部分转化为刹车系统的内能，还有一部分内能散失在空气中，因此刹车系统增加的总内能小于汽车减少的动能。
内能散失到空气中后，无法再收集起来利用，这是因为能量的转化和转移具有方向性（即不可逆性）。
二、能量守恒定律（8小题）
1. 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】A．能量守恒定律适用于所有形式的能量相互转化，故A错误；
B．能量守恒定律不仅适用于能量转化的过程，也适用于能量的转移过程，故B错误；
C．摩擦生热是机械能转化为内能，使物体内能增大，温度升高，而不是创造了热，这一过程同样符合能量守恒定律，故C错误；
D．按照能量守恒定律，宇宙中能量的总量永远不会增减，即能量的总量是守恒的，故D正确，符合题意。所以选D。
2. 如图是小球在地面弹跳过程的频闪图片，其中A处和B处等高。此过程中，以下判断正确的
是（　　）
A．小球从左向右运动
B．小球的机械能不断增大
C．说明能量是不守恒的
D．小球在A处时的机械能小于在B处时的机械能
【答案】D
【解析】在小球的运动中，与空气摩擦做功或与地面撞击做功，有一部分机械能转化成了内能；小球的机械能逐渐减小，机械能等于动能和势能的总和，小球的重力势能和动能减小，小球质量不变，运动过程中弹起的高度越来越小，说明重力势能越来越小；小球速度越来越慢，说明动能越来越小；小球从右向左运动，小球在A处时的机械能小于在B处时的机械能，机械能减少的原因是克服与空气摩擦做功，与地面撞击做功，能量的总量是不变的，守恒的。故选D。
3. 不同形式的能量可以在一定条件下相互转化，如图中给出了两个实例下列对此图的补充错误的
是（　　）
A．圆圈A内，能量的形式是内能
B．圆圈B内，能量的形式是电能
C．序号⑤的实例有燃料燃烧
D．能量在转化和转移的过程中，总量保持不变
【答案】C
【解析】AB．由图知，电灯将电能转化为光能，判断B能量为电能，加热器将电能转化为内能，故A为内能，故AB正确，不符合题意；
C．序号⑤将机械能转化为内能，而燃料燃烧是将化学能转化为内能，故C错误，符合题意；
D．大量事实表明，能量在转化和转移的过程中，能量的总量不变，故D正确，不符合题意。
故选C。
4．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
【解析】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。
5. 如图所示，这是达 芬奇造的一个“永动机”装置，他认为右边的重球比左边的重球离轮心更远些，在两边不均衡的作用下会使轮子沿箭头方向转动不息。如果不施加外力，你认为这个装置______（选填“会”或“不会”）永不停歇地运动下去，理由是：______。
【答案】 不会 见解析
【解析】如果不施加外力，装置在运行过程中会克服摩擦做功，将机械能转化为内能，该装置的机械能会越来越少，装置最终会停下来，不可能永不停歇地运动下去。
6. 现代电动汽车为了节能，都安装了能量回收装置，在汽车刹车时带动发电机，将汽车的______能转化为电能，为汽车提供后续运动的能量。有人认为，只要不断改进，这种汽车就可以一边行驶，一边发电，永远运动下去，这种观念违背了______。
【答案】 机械 能量守恒定律
【解析】运动的汽车具有机械能，刹车时带动发电机，把汽车的机械能转化为电能储存起来。
能量既不会消灭也不会创生，能量在转化和转移过程中，能量的总量保持不变，这就是能量守恒定律，汽车一边行驶，一边发电，永远运动下去的观念违背了能量守恒定律，不可能实现。
7. 如图是一位“发明家”设计的一种永动机。设想“利用上水池的水使水轮发电机发电，然后，利用发电机发出的电能驱动抽水机把下水池的水再抽回上水池（一部分电能供用电器使用）。这样不断循环下去，就可以制成一个永动机”。这个永动机 （选填“能”或“不能”）持续运转。实际中，抽水机和发电机工作时会发热，有一部分能量转化为 能。一段时间内，抽水机向上的抽水量 （选填“大于”“等于”或“小于”）经水轮发电机流下来的水量。
【答案】不能 内 小于
【解析】因为抽水发电，发电又抽水的过程中，是机械能与电能的相互转化，在此过程中，有部分机械能和部分电能会转化为内能，即机械能和电能都会逐渐减少，所以机械能和电能的总量不守恒，发电机和抽水机就不可能不停地运转下去，不可能永远有供用电器工作的电。
一段时间内，有部分能量转化为内能，用来抽水的能量越来越少，所以抽水机向上的抽水量小于经水轮发电机流下来的水量。
8．（2026·山西·一模）小阳在错题记录本中记录了如下错题，请你帮他找出错误之处，分析错因并写出正确的解答过程。
错题记录 错题改正
历史上最著名的永动机是亨内考提出的“魔轮”永动机，如图所示。“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，进而驱动“魔轮”的转动。请你分析“魔轮”的钢珠在转动过程中的能量转化并说明理由。 答：“魔轮”的钢珠从高处落下的过程中，重力势能转化为动能；上升过程中，动能又转化为重力势能，继而往复转动。在往复转动过程中，不需要消耗其他形式的能量，所以“魔轮”会一直不停地转动。 错误之处： 错因分析： 正确答案：
【答案】（1） 见解析 （2） 见解析 （3） 见解析
【解析】（1）错误之处：在往复转动过程中，不需要消耗其他形式的能量，所以“魔轮”会一直不停地转动。
（2）错因分析：这个错误在于没有考虑到能量在转化过程中的损失。在“魔轮”的转动过程中，虽然钢珠的重力势能和动能之间可以相互转化，但由于空气阻力、摩擦阻力等因素的存在，一部分机械能会转化为内能。因此，“魔轮”并不能一直不停地转动下去，而是会逐渐停止。
（3）正确答案：“魔轮”的钢珠从高处落下的过程中，重力势能转化为动能；上升过程中，动能又转化为重力势能。但在能量转化的过程中，由于空气阻力、摩擦阻力等因素，一部分机械能会转化为内能，使得“魔轮”在转动过程中机械能总量不断减少。因此，“魔轮”不能一直不停地转动下去，而是会逐渐停止。这说明了永动机是不可能制成的，它违反了能量守恒定律。
能量转化与守恒定律是由迈尔、焦耳、亥姆霍兹提出的。
能量守恒定律是自然界普遍的基本定律之一。一般表述为：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。总能量为系统的机械能、内能（热能）及除机械能和内能以外的任何形式能量的总和。
（1）尤利乌斯·罗伯特·冯·迈尔是德国的医生、物理学家。尤利乌斯·罗伯特·冯·迈尔（Julius Robert von Mayer）出生于符腾堡（今德国）的海尔布隆。他在图宾根大学接受了医学教育，并于1838年通过国家考试成为一位医生。迈尔对机械学和热传递开始产生兴趣是在他做随船医生时，1841年他回到德国继续做医生，但最爱的还是物理学。他是最先提出热动力学第一定律的人之一，即能量既不能被创生也不能被毁灭。
（2）焦耳是英国的物理学家。詹姆斯·普雷斯科特·焦耳（James Prescott Joule，1818年12月24日-1889年10月11日），英国家，出生于曼彻斯特近郊的沙弗特（Salford）。
（3）亥姆霍兹（Hermann von Helmholtz）是德国的生物物理学家、数学家和生理学家。他于1821年10月31日出生于德国柏林波茨坦的一个中学教师家庭，并在1894年9月8日于柏林附近夏洛滕堡去世。亥姆霍兹在科学界以提出能量守恒定律而闻名，并在生理学、物理学和数学等多个领域做出了重要贡献。他发明了检眼镜，并在声学、光学、电学和热力学等领域进行了广泛的研究。
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
21世纪教育网(www.21cnjy.com)

展开更多......

收起↑