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专题21
能量守恒定律问题
1.能量的转化
能量及其存在的形式：如果一个物体能对别的物体做功，我们就说这个物体具有能。自然界有多种形式的能量，如风能、内能、水能、电能、化学能、核能等。
（2）能量的转移与转化：能量可以从一个物体转移到另一个物体，如发生碰撞或热传递时；也可以从一种形式转化为另一种形式，如太阳能电池、发电机等。
2.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。能量守恒定律是自然界最重要、最普遍的基本定律。大到天体，小到原子核，也无论是物理学问题还是化生物地理天文学的问题，所有能量转化的过程，都遵从能量守恒定律。
“第一类永动机”永远不可能实现，因为它违背了能量守恒定律。
3.试论述能量的转化、转移和守恒问题。
（1）在一定条件下各种形式的能都可以相互转化。能量转化反映了各种现象之间的联系，如摩擦生热说明了机械运动和热现象之间存在的联系；电风扇转动说明了电现象和机械运动之间存在的联系。
（2）不同形式的能量通过做功可以相互转化，同种形式的能量之间通过热传递可以进行转移，能量可以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。
（3）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
一个物体转移到另一个物体，而在转化和转移的过程中，能量的总量保持不变。
（4）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。
【例题1】（2020安徽）物理学习过程中，对物理知识的正确认识是非常重要的。以下说法正确的是（
）
A.
物体的运动速度越大，惯性越大
B.
磁场和磁感线都是真实存在的
C.
电动机工作时消耗的电能主要转化成机械能
D.
热机工作的实质是把机械能转化为内能
【答案】C
【解析】A．惯性大小的唯一量度是质量，与物体的运动速度没有关系，故A错误；
B．磁体周围存在磁场，为了描述磁场性质而引入了磁感线的概念，可形象地表示磁场的性质，故B错误；
C．电动机将电能转化为机械能的装置，即消耗电能产生机械能的装置，故C正确；
D．热机工作的实质是把内能转化为机械能，故D错误。
【对点练习】下列设备在工作时，体现的能量转化说法错误的是（
）
电池充电
电动机转动
手摇交直流发电机
喇叭发声
A.
电池充电是电能转化为化学能
B.
电动机转动是电能转化为机械能
C.
手摇交直流发电机是机械能转化为电能
D.
喇叭发声是电能转化为声能
【答案】
【解析】A.
电池充电是电能转化为化学能。
B.
电动机转动是电能转化为机械能。
C.
手摇交直流发电机是机械能转化为电能。
D.
喇叭发声是电能转化为声能。
【例题2】（2020山东威海模拟）根据能量守恒定律，下列情形可能发生的是（　　）
A．随着科学技术不断发展和提高，永动机是可以制成的
B．两个斜面相对连接，小球从左斜面滚下后冲上右斜面
C．电水壶里的水沸腾后断电，水的沸腾却一直持续下去
D．出枪膛的子弹射穿木板后，以更快的速度继续运动
【答案】B
【解析】A.永动机违反了能量的转化与守恒，不可能实现，故A错误；
B.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，故B正确；
C.在电水壶的使用过程中，消耗了电能，而水的温度升高，内能增加，断电后，水不再吸收热量，水的沸腾会停止，故C错误；
D.子弹射穿木板的情景，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，它的速度减慢，故D错误。
【对点练习】根据能量守恒定律，下列情形可能发生的是（　　）
A．随着科学技术不断发展和提高，永动机是不能制成的
B．两个斜面相对连接，小球从左斜面滚下后冲上右斜面
C．电水壶里的水沸腾后断电，水的沸腾却一直持续下去
D．出枪膛的子弹射穿木板后，以更快的速度继续运动
【答案】AB
【解析】A.永动机违反了能量的转化与守恒，不可能实现，故A正确；
B.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，故B正确；
C.在电水壶的使用过程中，消耗了电能，而水的温度升高，内能增加，断电后，水不再吸收热量，水的沸腾会停止，故C错误；
D.子弹射穿木板的情景，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，它的速度减慢，故D错误。
一、选择题
1．（2020黑龙江龙东农垦森工）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。
2.下列设备在工作时，体现的能量转化说法正确的是（
）
A.电风扇转动
B.用电暖气取暖
C.摩擦生热
D.太阳能热水器
A.
电风扇转动电能转化为机械能
B.
用电暖气取暖电能转化为内能
C.
摩擦生热机械能转化为内能
D.
太阳能热水器太阳能转化为内能
【答案】ABCD
【解析】A.
电风扇转动电能转化为机械能。
B.
用电暖气取暖电能转化为内能。
C.
摩擦生热机械能转化为内能。
D.
太阳能热水器太阳能转化为内能。
3.下列现象中属于内能转化为机械能的是（
）
A.植物进行光合作用
B.太阳能板发电
C.行驶的内燃机车
D.灯泡发光
【答案】C
【解析】A.
植物进行光合作用是太阳能转化为化学能
B.
太阳能板发电是太阳能转化为电能
C.
行驶的内燃机车是内能转化为机械能
D.
灯泡发光是电能转化为光能
4.下列现象中属于化学能转化为光能的是（
）
甲：敲鼓发声
乙：风车发电
丙：蜡烛照明
丁：天然气燃烧
A.甲图是机械能转化为声能
B.乙图是机械能转化为电能
C.丙图是化学能转化为光能
D.丁图是化学能转化为内能
【答案】C
【解析】蜡烛照明是燃烧蜡烛发光，化学能转化为光能。
5.如图所示的摆设，正常运行时，小轮在支架上来回滚动，每次到达的最大高度相同。小明发现摆设上有一电源，关掉电源后，小轮逐渐停下来（
）
A．小轮滚动过程中没有力对其做功
B．正常运行时，小轮的速度一直不变
C．断电后小轮会停下，说明能量守恒定律不一定成立
D．正常运行时，小轮往返一次，摆动一定需要消耗电能
【答案】D
【解析】A．小轮在滚动过程需要克服摩擦力做功，故A错误；B．正常运行时，小轮存在重力势能与动能之间的转化，所以其速度是不断变化的，故B错误；C．断电后小轮会停下，说明小轮的机械能转化成其它形式的能，在转化过程总的能量保持不变，所以能量守恒定律一定是成立的，故C错误；D．小轮在往返过程需要克服摩擦力做功，从而使机械能减少，但为了使小轮每次到达的最大高度相同，就要使小轮的机械能保持不变，则需要提供另外一种能量来补偿减少的机械能，而这个另外的能量正是由电源提供的，因此小轮往返一次，摆设一定需要消耗电能。故应选D。
6．现在流行一款鞋，穿上它走路时，鞋会发光，站着不动就不会发光。则这款鞋发光的原理，从能量转化的角度分析正确的是（　　）
A．机械能转化为电能，再转化为光能
B．电能转化为机械能，再转化为光能
C．机械能转化为光能，再转化为电能
D．光能转化为机械能，再转化为电能
【答案】A
【解答】穿上鞋走路时，具有机械能，鞋会发光，具有光能；根据题意可知，该鞋（发电鞋）的工作原理
是电磁感应现象，先是机械能转化为电能，电能又转化为光能。
7．电动自行车、电动摩托车、电动汽车、电动公交车等已广泛应用于现代生活中，它们都是利用电动机来工作的，电动机工作过程中能量转化情况主要是（　　）
A．电能转化成热能
B．电能转化成机械能
C．机械能转化成电能
D．太阳能转化成机械能
【答案】B
【解析】在做能量的转化这种题时，我们要注意分析哪种能量增加了，哪种能量减少，因为总是减少的这种能量转化为增加的那种能量。电动机工作过程中，消耗了电能，将其转化为机械能，故B正确。
8.（创新题）能量的转化是自然界普遍的现象．下列关于能量转化的观点错误的是（
）
水果电池
光合作用
钻木取火
电磁感应
A.
水果电池是电能转化为化学能
B.
光合作用是光能转化为化学能
C.
钻木取火是机械能转化为内能
D.
电磁感应现象是电能转化为机械能
【答案】AD
【解析】A.
水果电池是化学能转化为电能
B.
光合作用是光能转化为化学能
C.
钻木取火是机械能转化为内能
D.
电磁感应现象是机械能转化为电能
9.（2019山东泰安）如图所示，粗糙程度相同的斜面与水平面在a点相连，弹簧左端固定在竖直墙壁上，弹簧处于自由状态时右端在b点，小物块从斜面的c点由静止自由滑下，与弹簧碰撞后又返回到斜面上，最高到达d点。下列说法正确的是（　　）
A．弹簧被压缩到最短时，弹性势能最小
B．小物块从c向a运动的过程中，重力势能减小
C．小物块从b向a运动的过程中，动能增加
D．小物块在整个运动过程中，机械能守恒
【答案】B
【解析】A.弹簧被压缩到最短时，其形变程度最大，所以弹簧的弹性势能最大，故A错误；
B.小物块从c向a运动的过程中，质量不变，高度减小，重力势能减小，故B正确；
C.小物块从b向a运动的过程中，物块不再受到弹力，由于受到摩擦力的作用，其速度会逐渐减小，所以其动能会减小，故C错误；
D.小物块在整个运动过程中，由于摩擦力的作用，其机械能总量会减少，即机械能不守恒，故D错误。
10.
（2019深圳）如图，弧形轨道
ab
段光滑，bc
段粗糙，小球从a
点经最低点b
运动至c
点。下列分析正确的是（??
）
A.?从a
到b
的过程中，小球动能转化为重力势能????
B.?经过b
点时，小球动能最大
C.?从b
到c
的过程中，小球动能增大???????????????????????
D.?从a
到c
的过程中，小球机械能守恒
【答案】
B
【解析】A.从a到b的过程中，小球的高度减小，重力势能减小；因为表面光滑，所以没有摩擦力，那么重力势能会全部转化为动能，故A错误；
B.因为b点是整个运动过程的最低点，所以这点的重力势能最小，而动能最大，即小球的速度最大，故B正确；
C.从b到c的过程中，小球的高度增加，重力势能增大，因此它的动能会逐渐减小，故C错误；
D.由于bc段粗糙，所以这段过程中机械能会转化为内能，故D错误。
11．（2019湖北宜昌）前段时间，“加水就能跑的神车”事件一度成为舆论热点，该汽车实际是利用车内水解制氢技术获得氢气，通过氢燃料电池给车提供动力（该技术成本很高，目前仍处在试验阶段），但被曲解为“加水就能跑”。下列对该事件的看法错误的是（　　）
A．氢燃料电池是将氢气的化学能转化为电能
B．水解技术制取氢气的过程一定要消耗其它能量
C．对于热点事件要遵从科学原理，不能盲从更不能以讹传讹
D．该车行驶的能量最终来源于水，水是一种能源
【答案】D
【解析】（1）燃料中的化学能可通过技术手段最终再转化为电能；
（2）根据能量守恒可做出判断；
（3）从科学角度来认识生活中的热点事件，据此判断；
（4）水也是一种能源。但在这里的能源并不能说是水提供的。
A.氢燃料电池是将氢气的化学能最终转化为电能，再用来驱动汽车的，故A正确；
B.根据能量守恒定律，水解技术制取氢气的过程一定要消耗其它能量，故B正确；
C.由科学常识可知，对于热点事件要遵从科学原理，不能盲从更不能以讹传讹，故C正确；
D.该车行驶的能量最终来源于用水制出的氢气，但不能直接说水是这里的能源，故D错误。
12.（2019安徽）如图，在光滑的水平台面上，一轻弹簧左端固定。右端连接一金属小球，O点是弹簧保持原长时小球的位置。压缩弹簧使小球至A位置，然后释放小球，小球就在AB间做往复运动（已知AO＝OB）。小球从A位置运动到B位置的过程中，下列判断正确的是（??
）
A.?小球的动能不断增加
B.?弹簧的弹性势能不断减少
C.?小球运动到O点时的动能与此时弹簧的弹性势能相等
D.?在任一位置弹簧的弹性势能和小球的动能之和保持不变
【答案】
D
【解析】由题知，O点是弹簧保持原长时小球的位置，则AO段弹簧处于压缩状态，OB段弹簧处于拉伸状态；小球从A运动到O的过程中，弹簧逐渐恢复原状，形变程度变小，弹性势能变小，小球所受弹力方向向右、速度不断增大，动能变大，此过程中弹性势能转化为动能；到达O点时，弹簧恢复原长，弹性势能为零，小球所受弹力为零，此时速度最大，动能最大；小球从O运动到B的过程中，弹簧被拉长，形变程度变大，弹性势能变大，此时小球所受弹力方向向左、速度不断减小，动能变小，此过程中动能转化为弹性势能；则小球从A位置运动到B位置的过程中：
A.小球的动能先增加后减少，A不符合题意；
B.弹簧的弹性势能先减少后增大，B不符合题意；
C.小球运动到O点时的动能（最大）与此时弹簧的弹性势能（为零）不相等，C不符合题意；
D.水平台面光滑，且AO＝OB，说明没有机械能转化为内能，小球和弹簧组成的整体机械能守恒，所以在任一位置弹簧的弹性势能和小球的动能之和保持不变，D符合题意。
13．（2019?广安）下列关于能量的说法中，正确的是（　　）
A．洗衣机工作时是将机械能转化为电能
B．电水壶工作时是将内能转化为电能
C．用热水泡脚，身体会感觉暖和，说明内能可以转移
D．能量无论是转化还是转移，能量总和会逐渐减少
【答案】C
【解析】A.洗衣机工作时，消耗电能，产生机械能，故是将电能转化为机械能的过程，故A错误；
B.电水壶工作时消耗电能，产生内能，故是将电能转化为内能的过程，故B错误；
C.用热水泡脚，内能从热水传递到脚，身体的内能会增加，会感觉暖和，说明内能可以转移，故C正确；
D.根据能量守恒知，能量在转化和转移的过程中，能量的总量会保持不变，故D错误。
14.（2019?乐山）下列关于能量转化的说法，正确的是（　　）
A．图中，风力发电将空气的动能转化为电能
B．图中，拉开的弹弓将石子弹出的过程，弹性势能增大
C．图中，“神舟五号”载人飞船成功返航，返回舱在减速着陆过程中机械能守恒
D．图中，水平路面上疾驰的汽车，将重力势能转化为动能
【答案】A
【解析】A.风力发电是将机械能转化为电能，故A正确；
B.拉开的弹弓发生了弹性形变，具有弹性势能，当放开石子时，弹弓的弹性形变程度变小，所以弹性势能变小，故B错误；
C.当飞船减速着陆时，飞船的质量不变，速度减小，动能减小；质量不变，高度越来越小，重力势能越来越小，机械能减小，故C错误；
D.汽车在水平路面上匀速行驶的过程中，质量不变，速度和高度也不变，则汽车的动能和重力势能都不变，故D错误。
15．（2019北京）下列说法中正确的是（　　）
A．风力发电机可以将机械能转化为电能
B．太阳能电池可以将太阳能转化为电能
C．电暖气正常工作时，主要是将电能转化为机械能
D．电风扇正常工作时，主要是将电能转化为机械能
【答案】ABD。
【解析】判断能量的转化，我们主要看它要消耗什么能量，得到什么能量，总是消耗的能量转化为得到的能量。
A.风力发电机是利用电磁感应现象工作的，工作时将机械能转化为电能，故A正确；
B.使用太阳能电池的目的是将太阳能转化为电能，储存起来再加以利用，故B正确；
C.电暖气是利用电流的热效应工作的，是将电能转化为内能，故C错误；
D.电风扇工作时，主要是将电能转化为机械能，使风扇转动，故D正确。
16．（2019湖北宜昌）如图所示，过山车是一项惊险刺激的游戏项目，下列关于过山车的机械能说法正确的是（　　）
A．刚开始过山车匀速被拉升时，机械能不变
B．过山车向下俯冲时，重力势能转化为动能
C．通过环形轨道最高点时，重力势能最大，动能为0
D．过山车在运行过程中机械能守恒
【答案】B
【解析】（1）重力势能的大小和物体的质量以及所处位置的高度有关，判断重力势能是否改变，看它的质量和高度是否变化就可以了；动能的大小和物体的质量以及运动的速度快慢有关，判断动能的大小看它的质量和运动快慢是否变化就可以了。
（2）判断是哪种能量转化成了另一种能量的标准是：减小的转化为增多的。
（3）不计空气阻力时，机械能没有转化为内能，机械能守恒。
A.刚开始过山车匀速被拉升时，质量不变，速度不变，高度增加，故动能不变，重力势能变大，而机械能等于动能与重力势能之和，所以机械能变大，故A错误；
B.过山车向下俯冲时，质量不变，高度降低、速度变大，所以重力势能变小，动能变大，重力势能转化为动能，故B正确；
C.通过环形轨道最高点时，高度最大，重力势能最大，但此时其在水平方向上速度不为零，此时动能不为零，故C错误；
D.过山车在运行过程中需要克服空气阻力和摩擦阻力做功，会有一部分机械能转化为内能，所以机械能变小，即机械能不守恒，故D错误。
二、填空题
17．利用两种或两种以上能源的汽车称为混合动力型汽车，如图所示为“并联混合动力型汽车”的原理图，这种汽车在制动减速时，电动机的飞轮与汽车轮子摩擦，电动机作为发电机使用，把动能转化成了　　能，实现了对电池的充电，混合动力型汽车节约了汽油，减少了尾气排放，是节约能源的一种可行的办法。
【答案】电
【解析】混合动力型汽车在制动时，汽车的动能一部分转化为内能；电动机作为发电机使用，把汽车的一部分动能转化为电能；
混合动力型汽车制动时，由于要克服摩擦做功，所以汽车的一部分动能转化为内能，而另一部分动能通过发电机转化为电能。
18.（2019?桂林）我国于2019年5月17日在西昌卫星发射中心用长征三号丙运载火箭，成功发射一颗北斗导航卫星。如图所示，长征三号丙运载火箭升空时，燃料燃烧后通过做功，把　　能转化为　　能。
【答案】内；机械。
【解析】燃料燃烧时化学能转化为内能，燃料燃烧后通过做功，使火箭升空，将内能转化为机械能。
19．（2019湖北宜昌）汽车刹车时，由于摩擦，汽车的动能转化为　
　能，这些能量不能自动地用来驱动汽车；而有些新能源汽车有“动能回收装置”，即在刹车时带动发电机工作，将汽车的动能转化为　
　能并为电池充电，之后电池又可以再次驱动汽车。
【答案】内；电。
【解析】汽车刹车时，机械能会转化为内能，这些能量无法再转化利用。发电机时根据电磁感应现象的原理工作的。
汽车刹车时，由于要克服摩擦做功（摩擦生热），则汽车的动能会转化为内能；
刹车时带动发电机工作，将汽车的动能转化为电能并为电池充电。
20．（2019?嘉兴）2019年1月，嫦娥四号球探测器成功着陆月球背面，它是人类首次着陆月球背面的探测器。
（1）为抵御漫长而赛冷的月夜，嫦娥四号携带了小型核电池提供能量，该电池利用放射性核物质衰变产生的能量而发电，其能量转化的过程是　
　。
（2）人类在地球上只能看到月球正面的月相变化，但事实上，月球背面与正面有同等的光照机会。若月球正面的月相恰好是满月，此时月球背面呈现的“月相”应是　
　。
【答案】（1）核能转化为电能；（2）新月。
【解析】（1）小型核电池发电时能量转化的过程是将核能转化为内能，再转化成为电能；
（2）因为月球背面与正面有同等的光照机会，而且人类在地球上只能看到月球正面的月相变化，所以当月球正面的月相恰好是满月，此时月球背面呈现的“月相”应是新月。
21.把一个薄壁金属管固定在桌上，里面放一些酒精，用塞子塞紧，拿一根绳子在管外绕几圈，并迅速地来回拉动绳子，过一会儿，你会看到塞子跳了起来，如图所示。从能量的角度分析,这个现象表明_______内能转化机械能__________________。
【答案】内能和机械能之间可以相互转化（和转移）
【解析】绳子与金属管摩擦，机械能转化为内能；高温筒壁对酒精加热，这是能量的转移；高温酒精推动塞子做功，使塞子跳起，内能转化为机械能。所以在整个过程中，存在着内能和机械能之间的相互转化，也存在着能量的转移。能答出“内能和机械能之间可以相互转化”即可。
22.在摩擦生热的现象中机械能能转化为________能；在气体膨胀做功的现象中内能转化为_____能；在热传递的过程中，高温物体的内能______，低温物体的内能________，内能从高温物体转移到低温物体，而能的总量________．
【答案】内；机械；减少；增加；保持不变．
【解析】分析此题的关键在于如何理解“能量守恒定律”中的“转化”、“转移”和“守恒”这几个关键的词，当能量发生转化时一定表现为：一种形式的能减少而变化成另一种形式的能，则另一种形式的能增大．而“转移”则是指一种形式的能在物体与物体间，或同一物体的不同部分间发生了数量的变化，即增加与减少，而没有形式的变化．但能的总量却保持不变．所以无论在摩擦生热现象中，气体膨胀做功的过程中及热传递的过程中，都服从“能量守恒”定律．
23.用热传递的方法来改变物体的内能，实质上是能量的___________过程；用做功的方法来改变物体的内能，实质上是能量的_________过程。
【答案】转移
转
【解析】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，“电车运动”是电能转化为机械能；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，还是同一种形式的能量，即前后两种状态，能量的形式并没有发生变化，只是能量发生了转移，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。
24．由金属杆组成如图所示的导轨，其中水平面上两平行导轨足够长且全部置于竖直向上的磁场中，与倾斜放置的导轨ABCD平滑且固定连接．将一金属棒ab从倾斜导轨上一定高度由静止释放，运动过程中始终与导轨垂直接触且不受摩擦，请你判断ab棒在水平导轨上的运动情况：　
　；并从能量转化的角度简述理由：　
．
【答案】减速运动，最后静止；导体棒在下滑过程中，重力势能转化动能；滑到水平导轨上后，导体棒需要克服安培力做功，消耗机械能，机械能越来越小，速度越来越慢，最后静止．
【解析】导体棒在下滑过程中，重力势能转化为动能；滑到水平导轨上后，根据右手定则判断出导体棒中的电流方向，再根据左手定则判断出导体棒受到安培力的方向，导体棒需要克服安培力做功，消耗机械能，动能越来越小．
导体棒在下滑过程中，重力势能转化为动能，做加速运动；滑到水平导轨上后，导体棒做切割磁感线运动，根据右手定则可以判断出导体棒中的电流方向为b﹣a，再根据左手定则判断出导体棒受到安培力的方向和导体棒运动方向相反，对导体棒的运动起到阻碍作用，导体棒需要克服安培力做功，消耗机械能，机械能越来越小，所以做减速运动，最后静止．
三、分析交流题
25．各种形式的能在一定的条件下可以相互转化，请你仿照图中给出的两个示例，写出电能转化为机械能、化学能转化为电能、光能转化为内能的实例。
【答案】见解析。
【解析】能量的转化和转移普遍存在，能量的利用和浪费实质上是能量的转化或转移过程。
电风扇在工作过程中消耗电能，转化为机械能；
干电池使用过程中消耗化学能，得到电能；
太阳能热水器工作过程中将光能转化为内能。
26．排球充气后，让排球从手上自由落下，排球每次弹回的高度都低于落下时的高度．
（1）解释整个过程中能量是否守恒．
（2）排球从接触地面到形变最大的过程中，速度v与形变大小△V之间的关系大致如图，请说明该过程中，排球受力情况与机械能变化的关系．
【答案】（1）整个过程中能量守恒．排球从手上自由落下，排球每次弹回的高度都低于落下时的高度，是因为由于空气的摩擦，有一部分机械能逐渐转化为内能，但能量的总量是守恒的．
（2）排球从接触地面到形变最大的过程中，受到重力和地面给予的弹力的作用，开始时重力大于弹力，速度逐渐增大；当重力等于弹力时，速度达到最大值；最后重力小于弹力，速度逐渐减小，直至速度为零．同时这一过程中动能转化为排球的弹性势能．
【解析】根据能量守恒定律的观点，结合机械能与内能的转化可做出解释；排球从接触地面到形变最大的过程中，受到重力与弹力的作用，同时动能转化为球的弹性势能，据此分析．
27.在乒乓球比赛中，高抛发球时，不计空气阻力，请你回答下列问题：
（1）在乒乓球上升的过程中，乒乓球的能量是如何转化的？其机械能如何变化？
（2）乒乓球运动到最高点时，是否处于平衡状态？请说明理由．
【答案】（1）在乒乓球上升的过程中，乒乓球的质量不变，速度变小，动能减小，同时高度升高，重力势能变大，动能转化为重力势能；机械能为动能和势能之和，所以不计空气阻力，机械能大小不变；
（2）乒乓球运动到最高点时，不处于平衡状态；因为乒乓球运动到最高点时，只受重力作用，合外力不为零．
【解析】本题考点有动能和势能的转化与守恒；平衡状态的判断．
（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）处于平衡状态的物体一定受到非平衡力的作用，对乒乓球运动到最高点时进行受力分析即可解答．
28.某校师生在学习了能量的转化与守恒以后，组织兴趣小组调查学校几种炉灶的能量利用效率。他们发现学校的一个老式锅炉烧水时，经常冒出大量的黑烟，且烧水时锅炉周围的温度很高，锅炉的效率很低。
（1）请你根据调查中发现的现象分析此锅炉效率低的原因，并提出相应的改进措施。
（2）要减少烟气带走的热量，可以采用什么办法？
【答案】（1）锅炉效率低的原因：
①锅炉冒出大量的黑烟，说明煤燃烧不完全；
②锅炉周围的温度很高，说明锅炉向周围散失的热量太多。
（2）改进措施：尽量使燃料燃烧充分；利用烟气携带的热量对其他的水进行预加热，综合利用内能。
【解析】在当今的低耗、高效的形式下，锅炉效率低是社会关注的焦点问题。在本题中，师生通过共同调查研究，发现了锅炉效率低的主要原因表现症状：经常冒出大量的黑烟；锅炉周围的温度很高。针对这两种表现，通过分析，揭示其效率低的原因：燃烧问题和散热问题。发现问题，分析问题，如何解决问题呢？烟气带走热量，是普遍存在的问题，让同学们提出解决方案，渗透、融合了情感态度价值观的教育，可谓是一箭双雕。
29.请阅读下面的介绍，回答相关问题。
焦耳是一位伟大的物理学家，他成功地发现了焦耳定律，测出了热功当量……。但他在探索科学真理的道路上，也走过弯路。年轻的时候，焦耳也和许多人一样设想能制作出一种“永动机”——不需要给它提供任何动力（即不消耗任何能源）就能自动工作起来的机械装置。他曾通宵达旦地冥思苦想，不断地设计、制作，但没有一次是成功的。接连的失败引起了焦耳的深思，他没有像有些人那样“执迷不悟”，而是反思原来的设想，重新确定新的探究课题。经过不懈地努力，他终于在新的研究领域中取得了成功，发现了科学真理。
（1）“永动机”制造一直失败的原因是：它违背了______________________。
（2）你从焦耳科学探究的历程中得到的启示是:
______________________。
【答案】（1）能量守恒定律（2）科学探究要善于思考，认清方向，经常反思，不懈努力。
【解析】解决此类问题，首先要静下心来读题，先粗读，知道题目叙述的概况；后精读，分析有关题目的内容和特征。然后提取相关信息，排出干扰因素，弄清物理情景、物理过程，建立物理模型，找出物理规律。最后应用所学知识解答题目中的问题。
30.如图所示为一种人们设想中的永动机，它通过高处的水流冲击叶片，叶片的转动又带动抽水机从低处将水抽到高处，从而循环工作。这种永动机不能够永远工作下去。请你用能量转化和守恒定律解释。
【答案】见解析。
【解析】由于从上面流到下面水池过程中，由于用来打磨物体消耗能量，故流下来的水不能全部被抽送到上面的水池中．即流下来的水要比抽上去的水多，随着时间的推移，上面水池中的水越来越少，一定时间后便不再有水从上面流下来，所以这个装置不能够“永动”。
四、综合计算题
31．（2019湖北宜昌）近年来，宜昌市着力打造生态能源示范村，新增太阳能热水器4000多台。如图所示某太阳能热水器接收太阳能的有效面积为3m2，假设某天有效光照时间为6h，每平方米太阳的平均辐射功率为2.4×106J/h，将热水器内初温为15℃的水温度升高到70℃．（太阳能热水器的工作效率为50%）
（1）家用燃气热水器的工作效率为60%，把相同质量的水从15℃加热到70℃，使用太阳能热水器可节约多少千克液化石油气？（液化石油气的热值为4×107J/kg）
（2）人们利用太阳能，除了转化为内能之外，还有“光电转换”，即利用　
　将太阳能转化为电能；还有“光化转换”，即通过　
　将太阳能转化为化学能。
【答案】（1）使用太阳能热水器可节约0.9千克液化石油气；
（2）太阳能电池（光伏电池）；光合作用（植物）。
【解析】根据效率公式先求出水吸收的热量，再求出液化石油气完全燃烧放出的热量，然后利用Q＝mq求出液化石油气的质量；光电转换是指把太阳能转化为电能，比如太阳能电池可以把太阳能转化为电能；
光化转换是指把太阳能转化为化学能，比如绿色植物的生长是将太阳能转化为化学能储存在体内。
（1）太阳能热水器接收太阳能：
W太＝2.4×106J/（h?m2）×6h×3m2＝4.32×107J，
太阳能热水器的工作效率为50%，由η100%得，水吸收的热量：
Q吸＝η1W太＝50%×4.32×107J＝2.16×107J，
都把相同质量的水从15℃加热到70℃，则水吸收的热量相同，且家用燃气热水器的工作效率为60%，液化石油气完全燃烧放出的热量：
Q放=3.6×107J，
由Q＝mq得，需要燃烧液化石油气的质量：
M=0.9kg，
所以，使用太阳能热水器可节约0.9kg液化石油气。
（2）“光电转换”是通过太阳能电池（光伏电池）把太阳能转化为电能；
“光化转换”是通过植物的光合作用把太阳能转化为化学能。专题21
能量守恒定律问题
1.能量的转化
能量及其存在的形式：如果一个物体能对别的物体做功，我们就说这个物体具有能。自然界有多种形式的能量，如风能、内能、水能、电能、化学能、核能等。
（2）能量的转移与转化：能量可以从一个物体转移到另一个物体，如发生碰撞或热传递时；也可以从一种形式转化为另一种形式，如太阳能电池、发电机等。
2.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。能量守恒定律是自然界最重要、最普遍的基本定律。大到天体，小到原子核，也无论是物理学问题还是化生物地理天文学的问题，所有能量转化的过程，都遵从能量守恒定律。
“第一类永动机”永远不可能实现，因为它违背了能量守恒定律。
3.试论述能量的转化、转移和守恒问题。
（1）在一定条件下各种形式的能都可以相互转化。能量转化反映了各种现象之间的联系，如摩擦生热说明了机械运动和热现象之间存在的联系；电风扇转动说明了电现象和机械运动之间存在的联系。
（2）不同形式的能量通过做功可以相互转化，同种形式的能量之间通过热传递可以进行转移，能量可以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。
（3）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
一个物体转移到另一个物体，而在转化和转移的过程中，能量的总量保持不变。
（4）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。
【例题1】（2020安徽）物理学习过程中，对物理知识的正确认识是非常重要的。以下说法正确的是（
）
A.
物体的运动速度越大，惯性越大
B.
磁场和磁感线都是真实存在的
C.
电动机工作时消耗的电能主要转化成机械能
D.
热机工作的实质是把机械能转化为内能
【对点练习】下列设备在工作时，体现的能量转化说法错误的是（
）
电池充电
电动机转动
手摇交直流发电机
喇叭发声
A.
电池充电是电能转化为化学能
B.
电动机转动是电能转化为机械能
C.
手摇交直流发电机是机械能转化为电能
D.
喇叭发声是电能转化为声能
【例题2】（2020山东威海模拟）根据能量守恒定律，下列情形可能发生的是（　　）
A．随着科学技术不断发展和提高，永动机是可以制成的
B．两个斜面相对连接，小球从左斜面滚下后冲上右斜面
C．电水壶里的水沸腾后断电，水的沸腾却一直持续下去
D．出枪膛的子弹射穿木板后，以更快的速度继续运动
【对点练习】根据能量守恒定律，下列情形可能发生的是（　　）
A．随着科学技术不断发展和提高，永动机是不能制成的
B．两个斜面相对连接，小球从左斜面滚下后冲上右斜面
C．电水壶里的水沸腾后断电，水的沸腾却一直持续下去
D．出枪膛的子弹射穿木板后，以更快的速度继续运动
一、选择题
1．（2020黑龙江龙东农垦森工）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
2.下列设备在工作时，体现的能量转化说法正确的是（
）
A.电风扇转动
B.用电暖气取暖
C.摩擦生热
D.太阳能热水器
A.
电风扇转动电能转化为机械能
B.
用电暖气取暖电能转化为内能
C.
摩擦生热机械能转化为内能
D.
太阳能热水器太阳能转化为内能
3.下列现象中属于内能转化为机械能的是（
）
A.植物进行光合作用
B.太阳能板发电
C.行驶的内燃机车
D.灯泡发光
4.下列现象中属于化学能转化为光能的是（
）
甲：敲鼓发声
乙：风车发电
丙：蜡烛照明
丁：天然气燃烧
A.甲图是机械能转化为声能
B.乙图是机械能转化为电能
C.丙图是化学能转化为光能
D.丁图是化学能转化为内能
5.如图所示的摆设，正常运行时，小轮在支架上来回滚动，每次到达的最大高度相同。小明发现摆设上有一电源，关掉电源后，小轮逐渐停下来（
）
A．小轮滚动过程中没有力对其做功
B．正常运行时，小轮的速度一直不变
C．断电后小轮会停下，说明能量守恒定律不一定成立
D．正常运行时，小轮往返一次，摆动一定需要消耗电能
6．现在流行一款鞋，穿上它走路时，鞋会发光，站着不动就不会发光。则这款鞋发光的原理，从能量转化的角度分析正确的是（　　）
A．机械能转化为电能，再转化为光能
B．电能转化为机械能，再转化为光能
C．机械能转化为光能，再转化为电能
D．光能转化为机械能，再转化为电能
7．电动自行车、电动摩托车、电动汽车、电动公交车等已广泛应用于现代生活中，它们都是利用电动机来工作的，电动机工作过程中能量转化情况主要是（　　）
A．电能转化成热能
B．电能转化成机械能
C．机械能转化成电能
D．太阳能转化成机械能
8.（创新题）能量的转化是自然界普遍的现象．下列关于能量转化的观点错误的是（
）
水果电池
光合作用
钻木取火
电磁感应
A.
水果电池是电能转化为化学能
B.
光合作用是光能转化为化学能
C.
钻木取火是机械能转化为内能
D.
电磁感应现象是电能转化为机械能
9.（2019山东泰安）如图所示，粗糙程度相同的斜面与水平面在a点相连，弹簧左端固定在竖直墙壁上，弹簧处于自由状态时右端在b点，小物块从斜面的c点由静止自由滑下，与弹簧碰撞后又返回到斜面上，最高到达d点。下列说法正确的是（　　）
A．弹簧被压缩到最短时，弹性势能最小
B．小物块从c向a运动的过程中，重力势能减小
C．小物块从b向a运动的过程中，动能增加
D．小物块在整个运动过程中，机械能守恒
10.
（2019深圳）如图，弧形轨道
ab
段光滑，bc
段粗糙，小球从a
点经最低点b
运动至c
点。下列分析正确的是（??
）
A.?从a
到b
的过程中，小球动能转化为重力势能????
B.?经过b
点时，小球动能最大
C.?从b
到c
的过程中，小球动能增大???????????????????????
D.?从a
到c
的过程中，小球机械能守恒
11．（2019湖北宜昌）前段时间，“加水就能跑的神车”事件一度成为舆论热点，该汽车实际是利用车内水解制氢技术获得氢气，通过氢燃料电池给车提供动力（该技术成本很高，目前仍处在试验阶段），但被曲解为“加水就能跑”。下列对该事件的看法错误的是（　　）
A．氢燃料电池是将氢气的化学能转化为电能
B．水解技术制取氢气的过程一定要消耗其它能量
C．对于热点事件要遵从科学原理，不能盲从更不能以讹传讹
D．该车行驶的能量最终来源于水，水是一种能源
12.（2019安徽）如图，在光滑的水平台面上，一轻弹簧左端固定。右端连接一金属小球，O点是弹簧保持原长时小球的位置。压缩弹簧使小球至A位置，然后释放小球，小球就在AB间做往复运动（已知AO＝OB）。小球从A位置运动到B位置的过程中，下列判断正确的是（??
）
A.?小球的动能不断增加
B.?弹簧的弹性势能不断减少
C.?小球运动到O点时的动能与此时弹簧的弹性势能相等
D.?在任一位置弹簧的弹性势能和小球的动能之和保持不变
13．（2019?广安）下列关于能量的说法中，正确的是（　　）
A．洗衣机工作时是将机械能转化为电能
B．电水壶工作时是将内能转化为电能
C．用热水泡脚，身体会感觉暖和，说明内能可以转移
D．能量无论是转化还是转移，能量总和会逐渐减少
14.（2019?乐山）下列关于能量转化的说法，正确的是（　　）
A．图中，风力发电将空气的动能转化为电能
B．图中，拉开的弹弓将石子弹出的过程，弹性势能增大
C．图中，“神舟五号”载人飞船成功返航，返回舱在减速着陆过程中机械能守恒
D．图中，水平路面上疾驰的汽车，将重力势能转化为动能
15．（2019北京）下列说法中正确的是（　　）
A．风力发电机可以将机械能转化为电能
B．太阳能电池可以将太阳能转化为电能
C．电暖气正常工作时，主要是将电能转化为机械能
D．电风扇正常工作时，主要是将电能转化为机械能
16．（2019湖北宜昌）如图所示，过山车是一项惊险刺激的游戏项目，下列关于过山车的机械能说法正确的是（　　）
A．刚开始过山车匀速被拉升时，机械能不变
B．过山车向下俯冲时，重力势能转化为动能
C．通过环形轨道最高点时，重力势能最大，动能为0
D．过山车在运行过程中机械能守恒
二、填空题
17．利用两种或两种以上能源的汽车称为混合动力型汽车，如图所示为“并联混合动力型汽车”的原理图，这种汽车在制动减速时，电动机的飞轮与汽车轮子摩擦，电动机作为发电机使用，把动能转化成了　　能，实现了对电池的充电，混合动力型汽车节约了汽油，减少了尾气排放，是节约能源的一种可行的办法。
18.（2019?桂林）我国于2019年5月17日在西昌卫星发射中心用长征三号丙运载火箭，成功发射一颗北斗导航卫星。如图所示，长征三号丙运载火箭升空时，燃料燃烧后通过做功，把　　能转化为　　能。
19．（2019湖北宜昌）汽车刹车时，由于摩擦，汽车的动能转化为　
　能，这些能量不能自动地用来驱动汽车；而有些新能源汽车有“动能回收装置”，即在刹车时带动发电机工作，将汽车的动能转化为　
　能并为电池充电，之后电池又可以再次驱动汽车。
20．（2019?嘉兴）2019年1月，嫦娥四号球探测器成功着陆月球背面，它是人类首次着陆月球背面的探测器。
（1）为抵御漫长而赛冷的月夜，嫦娥四号携带了小型核电池提供能量，该电池利用放射性核物质衰变产生的能量而发电，其能量转化的过程是　
　。
（2）人类在地球上只能看到月球正面的月相变化，但事实上，月球背面与正面有同等的光照机会。若月球正面的月相恰好是满月，此时月球背面呈现的“月相”应是　
　。
21.把一个薄壁金属管固定在桌上，里面放一些酒精，用塞子塞紧，拿一根绳子在管外绕几圈，并迅速地来回拉动绳子，过一会儿，你会看到塞子跳了起来，如图所示。从能量的角度分析,这个现象表明_______内能转化机械能__________________。
22.在摩擦生热的现象中机械能能转化为________能；在气体膨胀做功的现象中内能转化为_____能；在热传递的过程中，高温物体的内能______，低温物体的内能________，内能从高温物体转移到低温物体，而能的总量________．
23.用热传递的方法来改变物体的内能，实质上是能量的___________过程；用做功的方法来改变物体的内能，实质上是能量的_________过程。
24．由金属杆组成如图所示的导轨，其中水平面上两平行导轨足够长且全部置于竖直向上的磁场中，与倾斜放置的导轨ABCD平滑且固定连接．将一金属棒ab从倾斜导轨上一定高度由静止释放，运动过程中始终与导轨垂直接触且不受摩擦，请你判断ab棒在水平导轨上的运动情况：　
　；并从能量转化的角度简述理由：　
．
三、分析交流题
25．各种形式的能在一定的条件下可以相互转化，请你仿照图中给出的两个示例，写出电能转化为机械能、化学能转化为电能、光能转化为内能的实例。
26．排球充气后，让排球从手上自由落下，排球每次弹回的高度都低于落下时的高度．
（1）解释整个过程中能量是否守恒．
（2）排球从接触地面到形变最大的过程中，速度v与形变大小△V之间的关系大致如图，请说明该过程中，排球受力情况与机械能变化的关系．
27.在乒乓球比赛中，高抛发球时，不计空气阻力，请你回答下列问题：
（1）在乒乓球上升的过程中，乒乓球的能量是如何转化的？其机械能如何变化？
（2）乒乓球运动到最高点时，是否处于平衡状态？请说明理由．
28.某校师生在学习了能量的转化与守恒以后，组织兴趣小组调查学校几种炉灶的能量利用效率。他们发现学校的一个老式锅炉烧水时，经常冒出大量的黑烟，且烧水时锅炉周围的温度很高，锅炉的效率很低。
（1）请你根据调查中发现的现象分析此锅炉效率低的原因，并提出相应的改进措施。
（2）要减少烟气带走的热量，可以采用什么办法？
29.请阅读下面的介绍，回答相关问题。
焦耳是一位伟大的物理学家，他成功地发现了焦耳定律，测出了热功当量……。但他在探索科学真理的道路上，也走过弯路。年轻的时候，焦耳也和许多人一样设想能制作出一种“永动机”——不需要给它提供任何动力（即不消耗任何能源）就能自动工作起来的机械装置。他曾通宵达旦地冥思苦想，不断地设计、制作，但没有一次是成功的。接连的失败引起了焦耳的深思，他没有像有些人那样“执迷不悟”，而是反思原来的设想，重新确定新的探究课题。经过不懈地努力，他终于在新的研究领域中取得了成功，发现了科学真理。
（1）“永动机”制造一直失败的原因是：它违背了______________________。
（2）你从焦耳科学探究的历程中得到的启示是:
______________________。
30.如图所示为一种人们设想中的永动机，它通过高处的水流冲击叶片，叶片的转动又带动抽水机从低处将水抽到高处，从而循环工作。这种永动机不能够永远工作下去。请你用能量转化和守恒定律解释。
四、综合计算题
31．（2019湖北宜昌）近年来，宜昌市着力打造生态能源示范村，新增太阳能热水器4000多台。如图所示某太阳能热水器接收太阳能的有效面积为3m2，假设某天有效光照时间为6h，每平方米太阳的平均辐射功率为2.4×106J/h，将热水器内初温为15℃的水温度升高到70℃．（太阳能热水器的工作效率为50%）
（1）家用燃气热水器的工作效率为60%，把相同质量的水从15℃加热到70℃，使用太阳能热水器可节约多少千克液化石油气？（液化石油气的热值为4×107J/kg）
（2）人们利用太阳能，除了转化为内能之外，还有“光电转换”，即利用　
　将太阳能转化为电能；还有“光化转换”，即通过　
　将太阳能转化为化学能。

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