14.3 能量的转化和守恒 （4大题型）（含答案解析）

14.3能量的转化和守恒知识点1能量的转化和转移1、能量的存在形式自然界中存在着各种形式的能量，如机械能、化学能、内能、电能、光能、核能、潮汐能等。2、能量的转化在一定条件下，各种形式的能量是可以相互转化的。能量转化的过程是一种形式的能转化为其他形式的能的过程。常见的能量转化如下图：3、能量的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。能量的形式没发生变化。例如，热传递过程中，热量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。4、能量转化和转移的方向性①转移的方向性：热量能自发地从高温物体转移到低温物体，反之，要想使热量自发地从低温物体流入高温物体是不可能的。②转化的方向性：内能和其他形式的能量的相互转化具有方向性。其他形式的能量可以无条件地转化为内能，而内能不可能无条件地转化为其他形式的能量。知识点2能量守恒定律1、能量守恒的探究①现象：停止用力，秋千会越摆越低；掉在地上的弹性小球会跳起，但是越跳越低。②结论：秋千和小球在运动过程中高度逐渐降低，是因为它们的机械能减少了，但能量并没有丢失。实际上，秋千和小球在摆动或弹跳时，由于摩擦或碰撞将机械能转化为内能了。2、能量守恒定律的内容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。【注】能量守恒定律是自然界中最普遍、最重要的基本定律之一。从物理、化学持到地质、生物，大到宇宙天体，小到原子核内部，只要有能量转化，就一定服从能量守恒的规律。3、机械能守恒与能量守恒的区别①机械能的守恒是有条件的：没有能量损失或额外的能量补充。机械能守恒是一个物体如果只存在着动能和势能之间的转化时机械能的总量将保持不变。如果除此之外还存在能量的转化过程，则说明有机械能与其他形式的能之间的转化，机械能不再守恒。例如：克服摩擦做功，机械能的总量将减少，损失的机械能将转化为其他形式的能。②量守恒定律的成立则不需要条件。4、永动机①永动机：不需要动力就能源源不断地对外做功的机器。②从能量守恒的角度分析永动机不可能实现的原因：在能量转化过程中，只要有运动，摩擦就不可避免，就会产生热，这样运动的能量就会减少，如果不补充能量，运动最终会停止；即使机器在没有能量损失的情况下能够维持自身的运转，但由于能量守恒，也不可能提供额外的能量源源不断地对外做功，所以永动机是不可能制成的。识别能量转化的两种方法①看关键词：看关键字词：一般和动作有关的，有“动”字、“摩擦”、“压缩”等词语出现的对应的是机械能；有“热”字的对应的是内能；有“电”字的对应的是电能。②看能量的形式是否发生变化：发生变化的则为能量的转化；没有发生变化的则为能量的转移。题型一识别能量转化过程【例1】（23-24九年级上·广东佛山·阶段练习）下列对能量转化与守恒分析错误的是（）A．水电站主要将机械能转化为电能B．由能量守恒定律可知，永动机是不可以制造成功的C．太阳能热水器主要将太阳能转化为内能D．由于能量不会凭空消失，所以内燃机会将内能全部转化成机械能【答案】D【解析】A．水电站是将水流动的机械能最终转化为电能的，故A正确，不符合题意；B．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。能量守恒定律是自然界最普遍、最重要的基本定律之一，所有能量转化的过程都服从能量守恒定律。所以由能量守恒定律可知，永动机是不可能制造成功的，故B正确，不符合题意；C．太阳能热水器是吸收太阳能来加热水的，是将太阳能转化为内能，故C正确，不符合题意；D．由于能量不会凭空消失，内燃机在将内能转化为成机械能时，会有部分能量转移到空气中，不会全部转化成机械能，故D错误，符合题意。故选D。【变式1-1】（2024·河北廊坊·二模）下列对能量转化的描述错误的是（）A．电解水制氢：电能→化学能 B．天然气燃烧：化学能→内能C．蓄电池放电：电能→化学能 D．汽油机的做功冲程：内能→机械能【答案】C【解析】A．电解水制氢是消耗电能获得氢气，氢气具有化学能，所以电能转化为化学能，故A正确，不符合题意；B．天然气燃烧过程中消耗天然气的化学能，获得内能，是电能转化为内能，故B正确，不符合题意；C．蓄电池放电过程是将化学能转化为电能的过程，故C错误，符合题意；D．汽油机工作是化学能转化为内能，内能又转化为机械能，故D正确，不符合题意。故选C。【变式1-2】（2024·湖南·模拟预测）抽水蓄能电站在用电低谷期用电能将水抽至上游水库，在用电高峰期再放水至下游水库发电的水电站，其工作原理如图所示，下列有关说法不正确的是（）A．蓄能时：电能转化机械能B．发电时：水的机械能部分转化为电能C．抽水蓄能电站选址时不需要考虑地理位置的问题D．抽水蓄能电站建在核电站附近可以更充分利用能源【答案】C【解析】A．由题意知，蓄能时，电动机将水抽到高处，将电能转化为机械能，故A正确，不符合题意；B．发电时，将水的机械能部分转化为电能，故B正确，不符合题意；C．由图可知，抽水蓄能电站由上游水库、下游水库和水电站组成，要求水资源丰沛、上下游有落差，因此选址时需要考虑地理位置的问题，故C错误，符合题意；D．核电站需要利用水来对反应堆进行冷却，因此，抽水蓄能电站建在核电站附近可以更充分利用水资源，故D正确，不符合题意。故选C。【变式1-3】（20-21九年级上·河北唐山·阶段练习）小芳同学将能量的转化及常见的例子连线，其中一组出现了错误请帮她找出（）A．机械能转化为内能——用磨刀石磨刀 B．内能转化为机械能——暖水瓶瓶盖蹦起C．势能转化为动能——向上运动的乒乓球 D．电能转化为内能——电炉工作【答案】C【解析】A．用磨刀石磨刀，克服摩擦力做功，将机械能转化为内能，故A正确，A不符合题意；B．暖水瓶瓶盖蹦起，高温水蒸气膨胀对外做功，将内能转化为机械能，故B正确，B不符合题意；C．向上运动的乒乓球，质量不变，速度减小，动能减小，高度增加，重力势能增加，故是动能转化为重力势能，故C错误，C符合题意；D．电炉工作，电流做功，将电能转化为内能，故D正确，D不符合题意。故选C。【变式1-4】（23-24九年级上·广东深圳·阶段练习）人们是在能的转移和转化过程中利用能量的，如图中的各种现象与对应的能的转化不正确的是（）A． B．用电照明：电能转化为光能篝火燃烧：化学能转化为内能和光能C． D．太阳能热水器：太阳能转化为内能汽艇在海上行驶：机械能转化为化学能【答案】D【解析】A．用电照明时，电流通过灯泡把电能转化成光能，故A正确，不符合题意；B．篝火燃烧过程中，将燃料的化学能转化为内能和光能，故B正确，不符合题意；C．太阳能热水器直接把太阳能转化为内能，故C正确，不符合题意；D．汽艇在海上行驶时将燃料的化学能转化为内能，然后转化为机械能，故D错误，符合题意。故选D。【变式1-5】（23-24九年级上·四川眉山·期中）人们在实际生活中使用下列设备时，所涉及到的能量转化正确的是（）A．用天然气灶炒菜，是电能转化为内能B．电梯运行过程中，是机械能转化为电能C．秋千向下摆的过程中，动能转化为重力势能D．用太阳能电池板，是太阳能转化为电能【答案】D【解析】A．用天然气灶炒菜，消耗天然气的化学能，得到菜肴的内能，所以是化学能转化为内能的过程，故A错误；B．电梯运行过程中，消耗电能，得到机械能，所以是电能转化为机械能的过程，故B错误；C．秋千向下摆的过程中，质量不变，速度增大，动能增大，高度减小，重力势能减小，所以是重力势能转化为动能的过程，故C错误；D．太阳能电池板工作过程中，消耗太阳能，得到电能，所以是太阳能转化为电能的过程，故D正确。故选D。【变式1-6】（2024·广东惠州·一模）飞船返回舱在经过大气层时，通过的方式改变内能，温度急剧升高，内能（选填“变大”“变小”或“不变”），返回舱和大气剧烈摩擦产生的巨大热量很难再被回收利用，说明能量的转化具有性。【答案】做功变大方向【解析】[1][2]飞船从太空返回大气层时，与大气层之间摩擦做功，内能增加，温度升高，通过做功的方式改变飞船外壳的内能。[3]在此过程中，返回舱和大气剧烈摩擦产生的巨大热量很难再被回收利用，说明能量的转化具有方向性。题型二识别能量转化和转移【例2】（23-24九年级下·山东青岛·自主招生）下列关于能量转化、转移现象的说法中，正确的是（）A．电池供电，电能转化为化学能 B．电动机工作，电能转化为机械能C．暖瓶塞被热气弹开，机械能转化为内能 D．用热水袋取暖，内能发生了转化【答案】B【解析】A．电池供电，将化学能转化为电能，故A错误；B．电动机的工作原理是通电导体在磁场中受力转动，将电能转化为机械能，故B正确；C．暖瓶塞被热气弹开，气体对外做功，将内转化为机械能，故C错误；D．热水袋取暖，发生了热传递，内能发生了转移，没有转化成其它形式的能，故D错误。故选B。【变式2-1】（23-24九年级下·全国·课后作业）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．②③C．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。【变式2-2】（23-24九年级上·辽宁葫芦岛·期末）下列能量转化或转移的情景中，属于能量转移的是（）A．冬天人们在室外晒太阳，感觉暖和B．植物吸收太阳光进行光合作用C．摩擦生热D．水电站里水轮机带动发电机发电【答案】A【解析】A．晒太阳，人们吸收太阳光，太能的能量转移到人身上，人的内能增大，感觉暖和，故A符合题意；B．植物吸收太阳光进行光合作用，是太能能转化为化学能，故B不符合题意；C．摩擦生热，是机械能转化为内能，故C不符合题意；D．水电站里水轮机带动发电机发电，将机械能转化为电能，故D不符合题意。故选A。【变式2-3】（23-24九年级上·山西晋中·期末）下列有关能量的转移和转化的表述中，错误的是（）A．燃料燃烧时，将化学能转化为内能B．蓄电池充电时化学能转化为电能C．用热水泡脚，身体会感觉暖和，说明内能可以转移D．电饭锅工作时电能转化为内能【答案】B【解析】A．燃料的燃烧是一种化学变化，燃料通过燃烧将化学能转化为燃气的内能，故A正确，A不符合题意；B．蓄电池充电时把电能转化成化学能，用化学能的形式把电能储存起来，故B错误，B符合题意；C．内能的转移在热传递中，内能总是从温度高的物体转移到温度低的物体，或者从同一个物体的高温部分转移到低温部分；用热水泡脚，脚从热水中吸收热量，促进血液循环，身体会感觉暖和，说明内能可以转移，故C正确，C不符合题意；D．电饭锅的工作原理是利用电流的热效应工作，电饭锅工作时，将电能转化为内能，故D正确，D不符合题意。故选B。【变式2-4】（2024·黑龙江哈尔滨·一模）下列现象中属于能量转移的是，属于能量转化的是。①煤炭燃烧

②热水自然冷却

③搓手取暖

④灯泡发光【答案】②①③④【解析】[1][2]①煤炭燃烧时发热，将燃料的化学能转化为内能，属于能量的转化；②热水自然冷却，是热传递改变水的内能，属于能量的转移；③搓手取暖，是做功改变物体的内能，机械能转化为内能，属于能量的转化；④灯泡发光，是电能转化为光能和内能，属于能量的转化。故属于能量转移的是②，属于能量转化的是①③④。【变式2-5】（2023·吉林长春·一模）将金属棒的一端插入到沸水中，很快金属棒的另一端也变得烫手了，此时金属棒的内能变；金属棒的另一端温度升高的过程是能量的（选填“转化”或“转移”）过程。【答案】大转移【解析】[1]将金属棒的一端插入到沸水中，金属棒从沸水中吸收热量，温度升高，故内能增大。[2]金属棒插入到沸水中的一端将能量传递到另一端，金属棒的另一端温度升高，能量的形式没有改变，所以该过程是能量的转移过程。【变式2-6】（21-22九年级·广东深圳·阶段练习）手机在充电的过程中存在能量的（选填“转移”或“转化”）；西电东输属于能量的（选填“转移”或“转化”）。【答案】转化转移【解析】[1]在给手机充电的过程中，电池内发生了化学反应，所以是将电能变成化学能存储起来，能量的形式发生了变化，所以是能量发生了转化。[2]在西电东输中，将西部的电能输送到东部使用，能量的形式都是电能，没有发生变化，所以是能量发生了转移。题型三能量守恒与机械能守恒【例3】（23-24九年级上·湖北武汉·期中）如图所示，掉在地上的弹性小球会跳起，但是越跳越低。下列说法正确的是（）A．弹性小球反复跳起落下过程中，小球机械能守恒B．小球越跳越低，说明小球的一部分机械能转化为其它形式的能量C．小球越跳越低，说明能量不可能是守恒的D．小球越跳越低，最终会停止跳动，说明小球的机械能凭空消失【答案】B【解析】A．由图可知，小球运动过程中弹起的高度越来越小，这说明小球的机械能减少，故A错误；BC．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，将机械能转化成了部分内能，但能量的总量是守恒的，故B正确，C错误；D．小球越跳越低，最终会停止跳动，说明小球的机械能转化为内能，故D错误。故选B。【变式3-1】（23-24九年级上·辽宁本溪·阶段练习）依据能量守恒定律，判断下列说法正确的是（）A．用做功的方法改变物体的内能是能量的转移B．单摆的动能与势能在相互转化的过程中，机械能守恒C．能量在转移和转化的过程中，各种形式的能量的总量不变D．物体在做功的过程中，如果有摩擦力存在能量就不守恒【答案】C【解析】A．做功改变物体的内能实质上是能量的转化，故A错误；B．由于存在空气阻力和摩擦阻力，单摆的动能与势能在相互转化的过程中一定有一部分机械能转化为内能，所以机械能不守恒，故B错误；CD．物体在做功的过程中，如果有摩擦力做功，一定有机械能转化为内能，机械能一定不守恒；但根据能量守恒定律可知，在转化或转移的过程中能量的总量保持不变，故C正确，D错误。故选C。【变式3-2】（2024·江苏盐城·二模）遥感无人机在匀速下降的过程中，下列说法正确的是（）A．重力势能增大 B．动能增加 C．机械能守恒 D．能量守恒【答案】D【解析】无人机在匀速下降的过程中，质量不变，高度减小，重力势能减小，速度不变，动能不变，所以它的机械能减小，机械能不守恒，但是能量的总量不变，整个过程中能量是守恒的，故ABC错误，D正确。故选D。【变式3-3】（22-23九年级上·湖北荆门·期中）2020.11.24我国在文昌航天发射场，用长征五号遥五运载火箭成功发射探月工程“嫦娥五号”探测器，并顺利将探测器送入预定轨道，开启我国首次地外天体采样返回之旅，下列关于发射过程中说法不正确的是（）A．火箭发射台下建一个巨大水池，是要利用水的比热容较大的特性B．推进剂燃烧过程化学能转化为内能C．“嫦娥五号”探测器上升的过程中机械能守恒D．一级火箭与二级火箭分离是为了提高机械效率【答案】C【解析】A．因为水的比热容较大，相同质量的水和其它物质比较，升高相同的温度，水吸收的热量多，起到对发射台的降温作用，故A正确，不符合题意；B．推进剂燃烧的过程是化学能转化为内能，故B正确，不符合题意；C．“嫦娥五号”上升的过程中，质量不变，速度变大，动能变大，高度变高，重力势能变大，机械能变大，故C错误，符合题意；D．一级火箭与二级火箭分离，此时火箭的重力减小，克服重力所做的额外功减少，在做相同有用功时，总功减小，机械效率增大，故D正确，不符合题意。故选C。【变式3-4】（2024·吉林长春·三模）如图是小球在地面弹跳的频闪照片，

下列说法中正确的是（）A．小球弹起的高度越来越小，说明在此过程中能量不守恒B．在此过程中小球的机械能总量是保持不变的C．小球运动到相同的高度，具有相同的动能D．在小球的运动中，有一部分机械能转化成了内能【答案】D【解析】AB．由图可知，小球运动过程中弹起的高度越来越小，说明重力势能越来越小，同时速度越来越慢，也就是动能越来越小，所以小球的机械能减少；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，故AB错误；C．小球运动到相同的高度，质量不变，速度不同，动能不同，重力势能相同，故C错误；D．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，故D正确。故选D。【变式3-5】（22-23九年级上·湖北武汉·阶段练习）下列说法正确的是（）A．甲图中，壶中水的温度升高，内能变大，说明能量可以凭空产生B．乙图中，小球弹跳的高度逐渐降低，机械能不守恒，但能量总量守恒C．丙图中，火箭升空时，燃料减少的化学能等于火箭增加的机械能D．丁图中，由于能量总量保持不变，所以机械能不变，于是科学家们发明了永动机【答案】B【解析】A．燃料燃烧释放热量，壶中水吸收热量，温度升高，内能变大，能量不会凭空产生，也不会凭空消失，故A错误；B．在小球的运动中，每次跳起的高度在减小，表明机械能在减小，在与空气摩擦过程有一部分机械能转化成了内能，此过程中小球的机械能不守恒，但能量的总量仍然不变，能量守恒，故B正确；C．火箭升空工作过程中，燃料减少的化学能有一部分被废气带走，所以燃料减少的化学能大于火箭增加的机械能，故C错误；D．能量的总量保持不变，但是有一部分能量转化成了其它形式的能，所以能量有损失，故永动机是不能被发明的，故D错误。故选B。题型四能量守恒定律的应用【例4】（23-24九年级上·甘肃武威·期中）下列说法正确的是（）A．摩擦生热创造了热，不符合能量守恒定律B．能量守恒定律只适用于没有摩擦和空气阻力的情况C．不可能造出永动机，是因为它违反了能量守恒定律D．火箭升空时，其势能和动能都在增大，能量守恒定律不适用【答案】C【解析】A．摩擦生热不是创造了热，而是机械能转化为内能，符合能量守恒定律，故A错误；B．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B错误；C．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C正确；D．火箭加速上升，动能和重力势能都在增大，燃料的化学能减小，化学能转化成动能、势能和内能，符合能量守恒定律，故D错误。故选C。【变式4-1】（2024·河南郑州·一模）人类文明，一脉相传。从远古的高转筒车，到今天的水电站，都是人类对水能的开发与利用。图甲是高转筒车，下方转轮安装在河道中，流水驱动轮子转动，系在传动绳索上的竹筒将水从河里源源不断输送到上方农田中；图乙是水电站，流水冲击水轮，带动发电机发电。下列说法正确的是（

）A．图甲是一台“永动机”B．图甲中竹筒将水从河里输送到上方农田中，增加了水的内能C．高转筒车和水电站在工作过程中，能量的总量保持不变D．图乙中流水冲击水轮，带动发电机发电，减少的水能等于发电机产生的电能【答案】C【解析】A．高转筒车转动时，需要水能提供动力，如果没有水能，它将不能转动，因此不是“永动机”，根据能量守恒定律可知，世界上不存在“永动机”，故A错误；B．内能与物体所处的位置无关，所以竹筒将水从河里输送到上方农田中，水的内能不变，故B错误；C．高转筒车和水电站在工作过程中，能量的总量保持不变，只是在不同形式之间转化，故C正确；D．运动的水流冲击水轮机使水轮机转动，水流的一部分动能转移为水轮机的动能，然后转化为电能，故D错误。故选C。【变式4-2】（23-24九年级上·广东广州·期中）文艺复兴时期，意大利的达·芬奇设计了如图所示的“永动机”装置。他设计时认为，在轮子转动过程中，右边的小球总比左边的小球离轮心更远些，在两边不平衡的力作用下会使轮子沿箭头方向转动不息，而且可以不断地向外输出能量。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．装置中小球的动能和重力势能不会相互转化C．如果没有能量补充，装置最终会停下来D．根据能量守恒定律，装置可以一直转动下去【答案】C【解析】ACD．机器在转动过程中，克服空气阻力及摩擦力都要消耗机械能，使原有的机械能越来越少，如果没有能量补充，机器的转动会逐渐减慢，最终停止，故AD错误，C正确；B．小球在下行的过程中，高度降低，速度增大，重力势能转化为动能；在上行的过程中，高度增加，速度减小，动能转化为重力势能，故B错误。故选C。【变式4-3】（23-24九年级上·陕西渭南·阶段练习）如图所示是一种设想中的永动机，根据能量守恒定律可知，这种永动机（选填“能”或“不能”）制造出来。火箭发射升空时，燃料燃烧将燃料的化学能转化为燃气的能，再转化为火箭的能。【答案】不能内机械【解析】[1]机械转动过程中需要不断克服摩擦力做功，机械能不断减小，永动机不能制造出来，这是因为永动机违背了能量守恒定律。[2][3]在火箭升空时，燃料燃烧释放化学能，产生热量，将化学能转化为燃气的内能。【变式4-4】（22-23九年级上·北京·阶段练习）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】[1][2]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