14.3能量的转化和守恒（考点解读）（原卷版）

14.3能量的转化和守恒（考点解读）（原卷版）1、能量及其存在的不同形式（1）能量是物质运动的量化转换，简称“能”，在物理学中，能量是一个间接观察到的物理量，它往往被视为某一个物体对其他的物体做功的能力，由于功被定义为力作用一段距离，因此能量总是等同于沿着一定的长度阻挡大自然基本力量的能力；（2）能量也有不同的形式，如机械运动的动能和势能，热运动的内能，电磁运动的电磁能，化学运动的化学能等，他们分别以各种运动形式特定的状态参量来表示；（3）当运动形式发生变化或运动量发生转移时，能量也从一种形式转化为另一种形式，从一个系统传递给另一个系统；在转化和传递中总能量始终不变；（4）自然界的能包括：天然气，核能，风能，海洋温差能，水能，汽油，太阳能，电能，煤炭，氢能，煤气，蒸汽，柴油，石油，地热能，潮汐能，生物质能等。

2、能量守恒定律及其应用（1）能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，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另一个物体，在转化或转移的过程中，能量的总量不变。这就是能量守恒定律，如今被人们普遍认同。

（2）能量守恒的普遍性：能量守恒定律是自然界中最普遍、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，都遵循能量守恒定律。能量守恒定律是人类认识自然、利用自然、保护自然的有力武器。能量守恒定律告诉我们，有一种形式的能量减少或消失，一定有另一种形式的能量增加或产生，能量的总量是不变的。

（3）应用：能量守恒定律对于科学研究、工程技术工作有着重要的指导意义。3、能量的转化和转移

（1）能的转化：a．在一定条件下，一种形式的能量可以转化成另一种形式的能量，这种现象即为能量的转化。如内燃机工作时，燃料在汽缸内燃烧，燃料内部储存的化学能通过燃烧转化成高温燃气的内能，高温燃气膨胀推动活塞运动做功，燃气的内能又转化为机械能，驱动机器转动。如果使用内燃机带动发电机发电，机械能又可以转化成电能，电能输送到各种用电器（电灯、电动机•电热器等），电能又转化为其他形的能量（光能机械能内能等）；

b．能量的转化有方向性：我们利用的各种形式的能最终会自然地转化成内能，散失到周围空气中，但内能不会自然地转化成其他形式的能量。如电灯在工作时，将电能转化为内能和光能，被周围的空气吸收，最终都变成了空气的内能，这是自然发生的，而空气的内能不能自动变成其他形式的能量。

（2）能的转移：a．指同一种形式的能从一个物体转移到另一个物体，能的形式并没有发生变化。能量的形式没有发生变化，但存在的位置发生了变化，这就是能的转移。内能够发生转移，其他形式的能也能够发生转移，如风吹帆船运动，流动空气的部分动能；

b．能量的转移也有方向性：在热传递过程中，热量总是自然地由高温物体传向低温物体，故内能也总是自然地从高温物体转移到低温物体，而不会自然地从低温物体转移到高温物体。所以能量的转移是有方向的。※注意能量的转化、能量的转移、都是有方向性的，要逆向转化或转移能量，就会消耗其他的能量。例如冰箱里的热不会自动转移到温度较高的外部，而必须要消耗其他的能量（电能）才能把冰箱里的热量转移到冰箱外部。

自然界中的一切实际变化过程都具有方向性，朝某个方向的变化是可以自发发生的，相反方向的变化却是受到限制的，这时如果要使变化了的事物重新恢复到原来的状态，一定会对外界产生无法消除的影响，这就是自然界的不可逆性；由此也说明了我们需要节约能源！【考点1能量及其存在的不同形式】【典例11】（2022秋•资中县校级期中）我们生活在能量的世界里，现实生活时时刻刻都离不开能量。我们生活中的大部分能量来源于（）A．太阳 B．电 C．天然气 D．石油【典例12】（2022秋•达川区校级月考）说明下列各物体具有什么形式的能量。（1）通电后的电炉具有。（2）原子弹、氢弹具有。（3）高速运动的空气形成的龙卷风具有。【变式11】（2021秋•柳州期末）热机的特点是将燃料燃烧获得内能，然后通过做功驱动机器。它们都是利用了储存在燃料中的（）A．势能 B．电能 C．化学能 D．机械能【变式12】（2022秋•巴彦县校级月考）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一种是（）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【变式13】（2022秋•承德县期末）物理学中，我们把物体位置的变化叫，能量是与物体运动有关的物理量。现代生活需要的电能来自发电厂，在火力发电厂煤炭燃烧，释放出的能量一部分转化成电能，而煤炭是上亿年前的植物储存的能。【考点2能量守恒定律及其应用】【典例21】（2023•绥宁县模拟）下列关于能量的转化和守恒的说法错误的是（）A．钻木取火是将机械能转化为内能 B．酒精燃烧时将化学能转化为内能 C．汽油机的做功冲程将内能转化为机械能 D．人们对太阳能的开发和利用说明能量可以凭空产生【典例22】（2022秋•克东县期末）“天宫课堂”已成为中国青少年关注度最高的科普课程。2022年3月23日，王亚平在第二次太空授课液桥实验中（如图甲），将两块透明板上的水球接触后合成一个，从分子角度而言，这是因为分子间存在。2022年10月12日进行的太空授课中，陈冬将工具T字扳手在空中旋转后，扳手时而头朝下，时而头朝上翻转不停（如图乙），这个现象中“会翻身的扳手”（选填“遵循”或“不遵循”）能量守恒定律。【变式21】（2023•永善县三模）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．炙热的铁水具有内能，冰冷的冰块没有内能 C．用热水泡脚，身体会感觉暖和，这是内能通过热传递的方式转移 D．能量无论是转化还是转移，能量总和会逐渐减少【变式22】（2023•济南二模）有人设想的“永动机”如图所示。下列对该装置及能量的分析正确的是（）A．能的总量是不变的，我们不需要节约能源 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【变式23】（2023•盐都区一模）如图是十三世纪法国亨内考设计的“魔轮”。轮子边缘上通过可以自由转动的铰链等距安装了12个相同的活动短杆，杆端分别套上相同重球。他认为由于右侧重球距离轴较远，即重力的较大，转轮会沿（“顺时针”或“逆时针”）方向越转越快，根据，无需精确测量就能判定他的这一设想是不可能实现的。【考点3能量的转化和转移】【典例31】（2023•济阳区二模）自然界中的能量种类有很多，它们之间可以相互转化。下列有关能量的转化正确的是（）A．电热水壶工作时将电能转化为机械能 B．太阳能热水器将太阳能转化为内能 C．蓄电池充电时将化学能转化为电能 D．电动机工作时将机械能转化为电能【典例32】（2023•武汉模拟）在阳光明媚的周末，某同学全家乘坐新购置的一款纯电动新能源汽车外出游玩。（1）该车在行驶过程中，电池对外供电时将能转化为能。（2）到达终点时，行车显示屏上显示该次行驶里程为12km，用时20min，全程的平均速度为km/h。【变式31】（2023春•安平县校级月考）风力发电是一种可再生、可持续发展的清洁能源，一直是国家大力提倡和发展的能源项目，具有重要的经济价值，下列风力发电的过程中涉步及到的能量转化的说法正确的是（）A．风车把太阳能转化为电能 B．风车把电能转化为风能 C．风车把风能转化为电能 D．风车把水能转化为电能【变式32】（2023•历城区二模）（多选）自然界的能量可以从一个物体转移到另一个物体，也可以从一种形式转化为其他形式。关于下列图中四个事例的能量转化，说法正确的是（）A．甲图中卫星从远地点到近地点，动能转化为势能 B．乙图中白鹤滩水电站发电时，将水能转化为电能 C．丙图中飞机起飞时，燃料的化学能转化为机械能 D．丁图中小朋友的臀部发烫，将机械能转化为内能【变式33】（2023•东营二模）新能源汽车前景广阔，有的汽车厂商采用了混合动力系统，当汽车刹车时，电池能够将回收的能量储存起来；当需要增加动力时，电池给电动机供电，给汽车提供额外动力，此过程中转化为。一、选择题。1．（2022•惠城区模拟）关于能的概念，下列说法中正确的是（）A．一个物体能够做功，就说这个物体具有能 B．一个物体已做过的功越多，说明这个物体具有的能越多 C．一个物体做了功，说明这个物体具有能 D．用线悬挂着的小球，没有做功，所以没有能2．（2022秋•裕华区校级期末）下列有关能量转化和守恒，说法正确的是（）A．给电池充电是化学能转化为电能的过程 B．太阳能电池可将内能转化为电能 C．电动机是将电能转化为机械能的装置 D．能量可以凭空产生也可以凭空消失3．（2023•东营二模）学校STEM活动小组在“生态瓶稳定性”探究的活动中，需要设计制作一个生态瓶。关于生态瓶的讨论有以下几个观点，其中不正确的是（）A．我们看到植物是绿色的，是因为它反射绿色的光 B．瓶内绿色植物的光合作用可以把光能转化为化学能 C．从各个方向都能看到瓶内物体，这是光的漫反射 D．生态瓶放置一段时间后，瓶内上部有少量小水珠，这是汽化现象4．（2023•溧阳市一模）江苏沙河抽水蓄能电站位于江苏溧阳市天目湖镇境内，电站枢纽由上水库、输水系统变电站、下水库等工程组成（如图所示）。当水从上水库倾泻而下，可驱动发动机转动发电。在此过程中，能量转化的顺序为输电（）A．动能→重力势能→电能 B．重力势能→电能→动能 C．电能→重力势能→动能 D．重力势能→动能→电能5．（2023•崂山区二模）如图所示，电风扇通电后电机带动扇叶转动，使空气流动速度加快，主要用于夏日清凉解暑之用。下列选项符合电风扇能量流向的可能是（）A． B． C． D．6．（2022•玄武区二模）关于温度、热量和内能，下列说法正确的是（）A．物体温度升高，一定吸收了热量 B．同一物体温度越高含有的热量越多 C．热量可以从内能少的物体传递到内能多的物体 D．电能使电动机转动，同时产生内能，这些内能又可以自动地转化为电能7．（2022秋•肃州区校级期末）关于能的概念，下列说法中正确的是（）A．高山上静止的石头不具有能 B．物体已做的功越多，说明物体具有的能量越多 C．只要物体能够做功，说明物体具有能 D．只有正在做功的物体才具有能8．（2022秋•香河县期末）关于能量守恒定律，下列说法中不正确的是（）A．能量可以凭空消失 B．能量可以凭空产生 C．热机在工作的过程不遵循能量守恒定律 D．能量在转化和转移过程中，能量的总量保持不变9．（2022秋•青羊区期末）探究某物质熔化和沸腾的实验如图甲所示，把100g某种固体碾碎放入试管中，插入温度计，再将试管放在装有水的烧杯中加热（物质在相同时间内吸收的热量相等）。根据实验数据画出的图像如图乙所示，从开始加热到实验结束的10min内消耗4g酒精，酒精的热值3.0×107J/kg，这种物质的液态比热容c＝1.5×103J/（kg•℃），下列选项错误的（）A．该物质在第5min末的内能大于第4min末的内能 B．在AB段和BC段，该物质吸收的热量相同 C．该物质固态时的比热容为3.0×103J/（kg•℃） D．该装置能量的转化效率为50%二、填空题。10．（2021春•栖霞市期中）某同学建立了关于能量的知识结构图，请你帮他补全（1）、（2）、（3）空格处的内容。（1）；（2）；（3）。11．（2023•肥西县模拟）中国古代玩具饮水鸟（如图所示）被誉为“爱因斯坦也吃惊的玩具”，它的神奇之处在于：在鸟的面前放上一杯水，鸟就会俯下身去，把嘴浸到水里，“喝”了一口后，又直立起来；可是直立一会儿它又会俯下身去，等到鸟嘴浸到了水，“喝”了一口，又会直立起来，饮水鸟这种“自动喝水”的现象（选填“遵循”或“不遵循”）能量守恒定律。12．（2023•楚雄州一模）麻省理工学院的研究团队将直径为9nm的特殊颗粒植人豆瓣菜叶子中，其中，9nm＝m；他们还发现在黑暗环境下，叶子发出微弱的光，实现化学能向能的转化，如图所示。13．（2023•吴江区二模）如图所示，为一款创意节能灯。将海水存放到中间的容器，然后利用太阳光照射升温，使海水的内能，海水蒸发后由侧壁回流到淡水收集装置中。蒸发后残留的盐水会与内置的铜、锌电极板发生化学反应，使LED灯发光，该装置发电过程将能转化为能，再由LED灯转化为光能。14．（2023•常州模拟）如图为某⼤学教授课堂演示情景，教授将一个摆球从下巴处放⼿，结果摆球摆回时并没有砸到他的下巴，这一过程摆球的机械能（选填“减⼩”或“不变”），这一过程（选填“符合”或“不符合”）能量守恒定律。15．（2023•莱芜区二模）汽车制动时，由于摩擦，机械能转化成了轮胎、地面和空气的能，这些消耗的能量不能再自动地用来驱动汽车，这是因为能量的转化和转移都是有性的。16．（2023•全椒县模拟）将初温为20℃、质量为0.5kg的水放在烧杯中，点燃酒精灯给烧杯加热，当水温升高到70℃时，酒精灯内的10g酒精全部燃烧完。则此次烧水的热效率为。[水的比热容为4.2×103J/（kg•℃），酒精的热值为3.0×107J/kg]三、计算题。17．（2023•天宁区校级模拟）为了保护环境，我国大力发展电动汽车替代传统燃油汽车。表中是某种电动汽车的部分参数，假设车上只有司机一人，质量为60kg，汽车匀速行驶时所受阻力为总重力的0.04倍，电动汽车充满电后以节电模式匀速行驶20km，电池剩余容量为38kW•h。（g＝10N/kg）求：空车质量1380kg电池容量42kW•h最高时速120km/h最大功率100kW（1）电动汽车匀速行驶20km，牵引力所做的功；（2）电动汽车电能转化为机械能的转化效率。18．（2023•庐阳区校级一模）居住在百色市易地扶贫搬迁安置点的小强同学家里有一个容积为5L的水壶，水壶里装有3.5kg、初温为50℃的水，他用家里的液化气炉具把水加热到70℃使用。（已知液化气的热值q＝4.9×107J/m3）问：（1）烧水过程水吸收了多少热量？（2）若实