第3节 能量的转化和守恒
[基础达标练]
知识点1 能量的转化
1．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
2. 多数汽油机是由吸气、压缩、做功、排气四个冲程的不断循环来保证连续工作的，从能量转化的角度看，存在着内能转化为机械能的过程的是（ ）
A.吸气冲程 B.压缩冲程 C.做功冲程 D.排气冲程
3．如图所示，是四冲程汽油机某一冲程的工作示意图，该冲程是将 能转化为 能。
4．中国“嫦娥四号”探测器，于2019年1月3日10时26分在月球背面首次成功着陆，这是中国探月事业的一大进步。“嫦娥四号”探测器被发射升空离开地面的过程中，机械能将 （选填“变大”、“变小”或“不变”）；运载火箭中的燃料燃烧释放的 能转化为探测器的机械能。
知识点2 能量守恒定律
5. 自然界中，能量的转化和转移过程遵守 定律， 水能和风能都属于 能。
6.在摩擦生热的现象中，______能转化为______能；在气体膨胀做功的现象中．______能转化为______能；在热传递过程中，高温物体的内能______，低温物体的内能______．内能从______转移到______而能量的总量______．
7．关于温度、热量和内能，下列说法正确的是（ ）
A．温度相同的物体内能一定相等
B．汽油机做功冲程中燃气的内能减小
C．我们不敢大口喝热气腾腾的汤，是因为汤含有的热量较多
D．电能可以使灯泡发光，同时产生内能，这些内能又可以自动地转化为电能
8.电动机通电后，电动机带动其他机器运转，一段时间后，电动机的外壳就会变得烫手，则下列关于能的转化和守恒的说法中正确的是（ ）
A．电能全部转化为机械能，总的能量守恒
B．电能一部分转化为机械能，另一部分转化为内能，总的能量守恒
C．电能全部转化为内能，内能守恒
D．电能转化为机械能和内能，机械能守恒
[能力提升练]
9. 下列四种过程中，发生能量转移的是( )
A．植物吸收太阳光，进行光合作用
B．水蒸气会把壶盖顶起来
C．冬天用手摸户外的金属时感到冷
D．闭合开关，电灯会发光
10．如图2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（ ）
(
小轮
支架
底座
)
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，摆设一定需要消耗电能
11.如图，小华坐在充满空气的房间里， 突然这些空气自行聚拢到某一个角落，使人窒息。关于这个情境下列说法合理的是( )
A．它违反了能量守恒定律，但可能发生
B．它不违反能量守恒定律，但不可能发生
C．它违反了能量守恒定律，但不可能发生
D．它不违反能量守恒定律，但可能发生
12.如图所示，小球在A点由静止开始释放，向右侧摆动．B点是小球摆动的最低点，C点是小球摆到右侧最高点，且A、C两点到B点的竖直距离hA>hC．在小球从B点摆动到C点的过程中，下列说法正确的是（ ）
A. 小球的机械能总量逐渐变小
B. 小球运动状态保持不变
C. 小球的动能全部转化为重力势能
D. 绳的拉力对小球做了功
13.动车组列车进站前的减速过程分为两个阶段进行：第一阶段采用“再生刹车”技术，速度从250 km/h减至90 km/h，这期间停止动力供给，列车依靠惯性继续前行，并带动发电机发电；第二阶段采用机械刹车，速度从90 km/h开始不断减小直至列车停止。关于列车进站过程中的能量转化，下列说法中正确的是( )
A．第一阶段减少的动能全部转化为电能，即电能等于减少的动能
B．第一阶段减少的动能有一部分转化为电能，即电能小于减少的动能
C．第二阶段减少的动能主要转化为内能，且内能等于减少的动能
D．第二阶段减少的动能主要转化为内能，且内能大于减少的动能
14．如图是某科技馆的一台“永动机”，由5根轻杆和转轴构成，轻杆的末端装有形状记忆合金制成的叶片，进入热水因叶片伸展“划水”而转动，离开热水后叶片形状迅速复原，关于该“永动机”的说法正确的是（ ）
A．转动会使水温升得更高
B．水的内能转化为转轮的机械能
C．记忆合金是一种新型化合物
D．科技发展制造出了永动机
15．如图所示，是小孩玩的滑梯游戏．
（1）若不计摩擦和空气阻力，小孩在下滑过程中，机械能 ．
（2）若小孩在滑梯上匀速下滑，在这一过程中，他的机械能 ．
（3）若小孩在滑梯上下滑时，屁股有灼热的感觉，在这一过程中， 转化为 ．
（4）根据能力守恒定律，小孩开始滑下时具有1600J机械能，而滑到中点时他只剩下1300J的机械能，设小孩受到的摩擦力大小不变，那么滑到滑梯底端时，他的动能为 J，整个过程有 J的机械能转化为内能．
16.如图所示，展示了一个极具想象力的设想，其大意是：上面水池中的水流下来， 冲击叶轮转动；转动的叶轮带动打磨轮和水泵的轴转动；人利用打磨轮打磨工件，同时，运转的水泵又把流到下面水池中的水抽到上面的水池中……只要一开始在上面水池中注满水，就能通过水的上、下循环，使机器不停地工作。
(1)你认为，上面水池中流下来的水，能否被水泵全部抽送到上面水池中？并说明理由。
(2)这个设想曾得到不少人的赞许，并把这个装置誉为“永动机”。请运用你掌握的知识，说明这个装置是否真能“永动”？
[高频考题实战练]
17．（2021·甘肃武威市·中考真题）2020年7月23日，“天问一号”卫星在文昌航天发射场发射升空，将负责执行中国第一次自主火星探测任务。加速上升过程中，火箭燃料的___________能转化为燃气的内能，卫星的机械能___________（选填“增大”、“减小”或“不变”）。
18．（2021·广东中考真题）如图为火箭发射的场景，火箭的燃料使用了液态氢，主要是因为它的______大，火箭发射升空时，燃料的化学能转化为______能，再转化为火箭的机械能，这个过程中火箭的机械能______（选填“守恒”或“不守恒”）。
第3节 能量的转化和守恒
[基础达标练]
知识点1 能量的转化
1．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】（1）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；
（2）改变内能的方法是做功和热传递；
（3）能量在转化和转移的过程中，能量的总量会保持不变。
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。
2. 多数汽油机是由吸气、压缩、做功、排气四个冲程的不断循环来保证连续工作的，从能量转化的角度看，存在着内能转化为机械能的过程的是（ ）
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】汽油机有吸气、压缩、做功、排气四个冲程，压缩冲程是将机械能转化为内能，做功冲程将内能转化为机械能。
汽油机的做功冲程中，高温高压的燃气推动活塞做功，将内能转化为机械能，故C正确。
3．如图所示，是四冲程汽油机某一冲程的工作示意图，该冲程是将 能转化为 能。
【答案】机械 内
【解析】两个气门均关闭，活塞向上运动，因此该冲程是压缩冲程，压缩冲程是将机械能转化为内能的过程。
4．中国“嫦娥四号”探测器，于2019年1月3日10时26分在月球背面首次成功着陆，这是中国探月事业的一大进步。“嫦娥四号”探测器被发射升空离开地面的过程中，机械能将 （选填“变大”、“变小”或“不变”）；运载火箭中的燃料燃烧释放的 能转化为探测器的机械能。
【答案】变大 内
【解析】“嫦娥四号”探测器被发射升空离开地面的过程中，质量不变，速度增大，高度增加，因此动能和重力势能都变大，故机械能变大；运载火箭中的燃料燃烧释放的内能转化为探测器的机械能。
知识点2 能量守恒定律
5. 自然界中，能量的转化和转移过程遵守 定律， 水能和风能都属于 能。
【答案】能量守恒定律；可再生
【解析】能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，只能从一个物体传递给另一个物体，而且能量的形式也可以互相转换；从能量的角度来看，自然界中的流水和风都是可再生能源。
6.在摩擦生热的现象中，______能转化为______能；在气体膨胀做功的现象中．______能转化为______能；在热传递过程中，高温物体的内能______，低温物体的内能______．内能从______转移到______而能量的总量______．
【答案】机械；内；内；机械；减少；增加；高温物体；低温物体；保持不变．
【解析】在摩擦生热的现象中，机械能转化为内能；在气体膨胀做功的现象中，内能能转化为机械能；在热传递过程中，高温物体的内能减少，低温物体的内能增加．内能从高温物体转移到低温物体，而能量的总量保持不变。
故答案为：机械；内；内；机械；减少；增加；高温物体；低温物体；保持不变。
7．关于温度、热量和内能，下列说法正确的是（ ）
A．温度相同的物体内能一定相等
B．汽油机做功冲程中燃气的内能减小
C．我们不敢大口喝热气腾腾的汤，是因为汤含有的热量较多
D．电能可以使灯泡发光，同时产生内能，这些内能又可以自动地转化为电能
【答案】B
【解析】（1）物体的内能跟物体的质量、状态、温度有关；热量总是从温度高的物体传给温度低的物体。
（2）热机是燃料在气缸内燃烧，产生高温高压的燃气，燃气对活塞做功，内能转化为机械能；
（3）热量是个过程量，区别于状态量，只是在热传递这个过程中才有热量这个物理量，当两物体温差达到相等时，热传递就停止。所以只能说某物体吸收了多少热量，放出了多少热量，而不能说含有多少热量；
（4）能量在转化的过程中具有方向性，很多能量转化的实例都说明了这一点。
A、内能跟物体的质量、状态、温度有关，温度相同的物体，内能不一定相同，故A错误；
B、汽油机的做功冲程中，燃气对活塞做功，燃气的内能转化为机械能，所以燃气的内能减少，故B正确；
C、我们不敢大口地喝热气腾腾的汤，是因为热汤的温度高；热量是一个过程量，不能说物体含有多少热量，故C错误；
D、电能可以使电灯发光，同时产生内能，而这些内能无法自动地转化为电能，是因为能量的转化是有方向性的，故D错误。
8.电动机通电后，电动机带动其他机器运转，一段时间后，电动机的外壳就会变得烫手，则下列关于能的转化和守恒的说法中正确的是（ ）
A．电能全部转化为机械能，总的能量守恒
B．电能一部分转化为机械能，另一部分转化为内能，总的能量守恒
C．电能全部转化为内能，内能守恒
D．电能转化为机械能和内能，机械能守恒
【答案】B
【解析】
A、因为电动机的外壳就会变得烫手，说明有少量一部分电能转化成了内能，故A错误；
B、电能一部分转化为机械能，另一部分转化为内能，总的能量守恒，故B正确．
C、在转化中是电能转化为机械能及小部分的内能，故内能不守性，故C错误；
D、因为电能转化为机械能和内能，机械能增加了，但是，能的总量守恒，故D错误；
故选B．
[能力提升练]
9. 下列四种过程中，发生能量转移的是( )
A．植物吸收太阳光，进行光合作用
B．水蒸气会把壶盖顶起来
C．冬天用手摸户外的金属时感到冷
D．闭合开关，电灯会发光
【答案】C
【解析】 能量从一个物体转移到另一个物体或从物体的一部分转移到另一部分叫能量的转移；能量从一种形式转化为另一种形式叫能量的转化。植物的光合作用是光能转化为化学能；水蒸气把壶盖顶起来是内能转化为机械能；冬天用手摸户外的金属是内能由手传递给金属；电灯发光是电能转化为光能和内能。
10．如图2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（ ）
(
小轮
支架
底座
)
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，摆设一定需要消耗电能
【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。
11.如图，小华坐在充满空气的房间里， 突然这些空气自行聚拢到某一个角落，使人窒息。关于这个情境下列说法合理的是( )
A．它违反了能量守恒定律，但可能发生
B．它不违反能量守恒定律，但不可能发生
C．它违反了能量守恒定律，但不可能发生
D．它不违反能量守恒定律，但可能发生
【答案】B
【解析】 空气均匀充满房间，如果突然这些空气聚拢到某一个角落，一定是能量发生了转化或转移，而能量的转化和转移是具有方向性的，因此，空气不会自行聚拢到房间的角落，即此现象不违反能量守恒定律，但却不可能发生。选B。
12.如图所示，小球在A点由静止开始释放，向右侧摆动．B点是小球摆动的最低点，C点是小球摆到右侧最高点，且A、C两点到B点的竖直距离hA>hC．在小球从B点摆动到C点的过程中，下列说法正确的是（ ）
A. 小球的机械能总量逐渐变小
B. 小球运动状态保持不变
C. 小球的动能全部转化为重力势能
D. 绳的拉力对小球做了功
【答案】A
【解析】
AC、小球从A到B的过程中，大部分重力势能转化为动能；从B到C的过程中，大部分动能转化为重力势能．由于与空气有摩擦，摆动过程中部分机械能转化为内能，所以机械能总量减少，动能也不可能全部转化为重力势能；故A正确，C错误；
B、小球摆动过程中运动方向不断变化，速度不断变化，也就是运动状态在变化；故B错误；
D、细绳对小球有拉力，但小球在拉力的方向上没有移动距离，所以细绳的拉力对小球不做功；故D错误．
故选A．
13.动车组列车进站前的减速过程分为两个阶段进行：第一阶段采用“再生刹车”技术，速度从250 km/h减至90 km/h，这期间停止动力供给，列车依靠惯性继续前行，并带动发电机发电；第二阶段采用机械刹车，速度从90 km/h开始不断减小直至列车停止。关于列车进站过程中的能量转化，下列说法中正确的是( )
A．第一阶段减少的动能全部转化为电能，即电能等于减少的动能
B．第一阶段减少的动能有一部分转化为电能，即电能小于减少的动能
C．第二阶段减少的动能主要转化为内能，且内能等于减少的动能
D．第二阶段减少的动能主要转化为内能，且内能大于减少的动能
【答案】B
【解析】 第一阶段减速过程中，由于速度变小，所以动能变小，由于继续行驶并带动发电机发电，故将一部分动能转化为电能，减少的动能有一部分转化为电能，即电能小于减少的动能，故A错误，B正确；第二阶段减少的动能有一部分转化为内能，有一部分转化成了电能，所以内能小于减少的动能，故C错误，D错误。选B。
14．如图是某科技馆的一台“永动机”，由5根轻杆和转轴构成，轻杆的末端装有形状记忆合金制成的叶片，进入热水因叶片伸展“划水”而转动，离开热水后叶片形状迅速复原，关于该“永动机”的说法正确的是（ ）
A．转动会使水温升得更高
B．水的内能转化为转轮的机械能
C．记忆合金是一种新型化合物
D．科技发展制造出了永动机
【答案】B
【解析】
分析 ①自然界中的能量是守恒，它既不会消灭，也不会创生，但由于能量的转化或转移具有方向性（如水只能从高处流向低处；热量只能从高温物体传向低温物体），所以无法制造“永动机”；
②一般来说，物体具有热涨冷缩的性质；
③“化合物”是纯净物，只含有一种物质，而记忆合金是“合金”，是混合物．
解答 解：A、永动机转动时，不断从热水中吸收热量，热水的温度会降低；故A错误；
B、轻杆的末端装有形状记忆合金制成的叶片，其具有热涨冷缩的性质，当其进入热水后受热膨胀而伸展，在水的反作用力作用下而转动，水的内能转化为机械能；故B正确；
C、记忆合金是一种混合物，不是新型化合物；故C错误；
D、从能量守恒定律可知，科技再发展也不可能制造出永动机；故D错误．
故选B．
【点评】 本题的解题关键是知道物体具有热涨冷缩的性质和正确理解能量守恒定律．
15．如图所示，是小孩玩的滑梯游戏．
（1）若不计摩擦和空气阻力，小孩在下滑过程中，机械能 ．
（2）若小孩在滑梯上匀速下滑，在这一过程中，他的机械能 ．
（3）若小孩在滑梯上下滑时，屁股有灼热的感觉，在这一过程中， 转化为 ．
（4）根据能力守恒定律，小孩开始滑下时具有1600J机械能，而滑到中点时他只剩下1300J的机械能，设小孩受到的摩擦力大小不变，那么滑到滑梯底端时，他的动能为 J，整个过程有 J的机械能转化为内能．
【答案】（1）不变；（2）变小；（3）机械；内；（4）1000；600．
【解析】
分析 （1）影响动能大小的因素：质量、速度．质量越大，速度越大，动能越大；
（2）影响重力势能大小的因素：质量、被举的高度．质量越大，高度越大，重力势能就越大；
（3）机械能等于动能和势能之和，判断能量的转化，即看清在该过程中消耗了那种形式的能，进而又产生了哪种形式的能量即可．
（4）根据能量守恒和能量的转换方式分析．
解答 解：（1）若不计摩擦和空气阻力，则小孩在下滑的过程中，动能增大，重力势能减小，机械能没有损失，总量不变；
（2）若小孩在滑梯上匀速下滑，在这一过程中，动能不变，重力势能减小，因此他的机械能变小；
（3）若小孩在滑梯上下滑时，臀部有灼热的感觉，在这一过程中，克服摩擦力做功，机械能转化为内能．
（4）根据能量守恒定律，依题意，滑行一半路程所放出的热能为Q1=1600J-1300J=300J，
由于摩擦阻力的大小不变，在另一半路程还将有同样多的热能放出，即Q2=Q1=300J，故知：整个过程有Q=Q1+Q2=600J机械能转化为内能所以滑到滑梯底端时，他还剩下的机械能为1600J-600J=1000J了，在底端，他的势能为零，所剩下的机械能即为他的动能．
故答案为：（1）不变；（2）变小；（3）机械；内；（4）1000；600．
【点评】本题动能和重力势能的大小判断是比较容易的，要注意分析机械能与内能的转化．但结合实际应用，利用能量守恒定律计算能量的大小，培养了学生学习和运用知识的能力，有一定难度．
16.如图所示，展示了一个极具想象力的设想，其大意是：上面水池中的水流下来， 冲击叶轮转动；转动的叶轮带动打磨轮和水泵的轴转动；人利用打磨轮打磨工件，同时，运转的水泵又把流到下面水池中的水抽到上面的水池中……只要一开始在上面水池中注满水，就能通过水的上、下循环，使机器不停地工作。
(1)你认为，上面水池中流下来的水，能否被水泵全部抽送到上面水池中？并说明理由。
(2)这个设想曾得到不少人的赞许，并把这个装置誉为“永动机”。请运用你掌握的知识，说明这个装置是否真能“永动”？
【答案】见解析
【解析】 该图展示的是一种“永动机”的模型，它违背了能量守恒定律，是不可能实现的。因为高处水池中水的重力势能，只有部分转化为叶轮的动能；而叶轮的动能一部分用来打磨物体及转动，一部分摩擦做功，不会全部提供给水泵用来提升水，能抽到高处池中的水越来越少，最后水池中将没有水，叶轮将停止转动，实现不了“永动”。水的重力势能全部消耗在打磨物体及克服转动摩擦做功上，转化为不能利用的内能。
[高频考题实战练]
17．（2021·甘肃武威市·中考真题）2020年7月23日，“天问一号”卫星在文昌航天发射场发射升空，将负责执行中国第一次自主火星探测任务。加速上升过程中，火箭燃料的___________能转化为燃气的内能，卫星的机械能___________（选填“增大”、“减小”或“不变”）。
【答案】化学 增大
【详解】
[1]火箭在加速上升过程中，燃料燃烧将化学能转化为燃气的内能，再转化为火箭的机械能。
[2]卫星的速度和高度都增大，质量不变，动能和重力势能都增大，机械能增大。
18．（2021·广东中考真题）如图为火箭发射的场景，火箭的燃料使用了液态氢，主要是因为它的______大，火箭发射升空时，燃料的化学能转化为______能，再转化为火箭的机械能，这个过程中火箭的机械能______（选填“守恒”或“不守恒”）。
【答案】热值 内 不守恒
【详解】
[1]利用液态氢作为燃料，主要是因为液态氢的热值大，相同质量的液态氢完全燃烧产生的热量多。
[2]燃料燃烧时将化学能转化为内能。
[3]火箭发射升空时，高度和速度都增大，所以重力势能和动能增大，机械能增大，机械能不守恒。
