【核心素养】38能量的转化与守恒-浙教版科学九上探究学案

3.8能量的转化与守恒核心素养核心素养化学观念：通过实例认识能量可以转化或转移;知道能量守恒定律并能举出日常生活中能量守恒;能利用能量守恒定律解释简单的生活现象。科学思维:初步形成能量转化和守恒的观念思维。科学探究与实践:通过永动机的学习明白能量守恒定律的含义，通过学生讨论体会能量不会凭空消失，培养学生探究科学规律的能力。科学态度与责任:培养学生爱科学、不断探索的精神，对学生进行思想教育。课前预习课前预习1.能量可以在两个物体之间转移，能量形式也可以转化2.能量既不会消灭，也不会创生，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另一个物体。而在转化和转移的过程中，能的总量保持不变。这就是能量转化和守恒定律。能量转化和守恒定律是自然界最普遍、最重要的基本定律之一。无论是机械运动，还是生命运动;无论是字宙天体，还是微观粒子，都遵循这个定律。3.能量的转化和转移有一定的方向性。内能总是自发地从高温物体转移到低温物体,而不能自发地从低温物体转移到高温物体;机械能可以自发地转化为内能,而内能不能自发地转化为机械能。人们是在能量转化或转移过程中利用能量的。利用能量是有代价的,也是有条件的,所以要节约能源。课中研学课中研学任务一:探究能量的相互转化。【读图】下列物体具有哪种形式的能量？物体的能量发生怎样变化？金属勺放入热水中A物上升，B物下降森林火灾特技跳伞【答案】1.热水温度高于金属勺，当金属勺放入热水中，一部分内能从热水转移到金属勺上。2.A物、B物具有重力势能。A物上升，B物下降，一部分重力势能从B物转移到A物上。3.森林中树木具有化学能。树木燃烧将化学能转化为内能。4.高空中的跳伞运动员具有重力势能。下落过程中重力势能转化为动能。【思考与讨论】如图3100所示，青蛙从地上跃起捕捉害虫。在这个过程中，青蛙消耗了什么能？这些能量到哪里去了？青蛙获得了什么能？这些能量来自哪里？【答案】青蛙消耗了化学能，这些能量转化为机械能。青蛙获得了化学能和机械能，这些能量来自食物的化学能。任务二:探究能量的转化与守恒定律【思考与讨论1】氢氧化钠在水中溶解，温度会升高；硝酸铵在水中溶解，温度会降低。这两种物质在溶解过程中，能量的形式各发生了怎样的转化？【答案】氢氧化钠在水中溶解时，化学能转化为内能;硝酸铵在水中溶解时，内能转化为化学能。【思考与讨论2】如图3102所示，用电动机提升重物时，电动机消耗的电能，是否都转化为重物的机械能？是否还转化为其他形式的能量？如果把转化后的各种形式的能量全部加起来，是否跟电动机消耗的电能相等？【答案】电动机提升重物时，消耗的电能没有全部转化为重物的机械能，部分电能转化为内能。把转化后的各种形式的能量全部加起来，跟电动机消耗的电能相等。【思考与讨论3】达·芬奇（LeonardodaVinci，1452~1519）曾设计了一个“永动机”：一只圆轮，里面装有可以自由滚动的重钢球，如图3103所示。利用隔板的特殊形状，使轮子一边的钢球总是滚到另一边距离轮心远些的地方，这样，在钢球的重力作用下，轮子便会转动不息。你认为这个“永动机”能旋转不息吗？为什么？【答案】这个“永动机”不可能旋转不息，因为圆轮转动时要克服摩擦和空气阻力消耗能量，而能量的转化有方向性，摩擦生热是不可逆的。【思考与讨论4】请你举例加以说明，能量的转移和转化有一定的方向性有什么实际意义？【答案】例如:内能只能由高温物体转移到低温物体，这样就可以用高温物体给低温物体进行加热。课堂任务课堂任务总结本节的概念，梳理概念之间的联系，画出思维导图。课后练习课后练习1.下列关于能量转化和转移的实例中，分析正确的是（）A．燃料燃烧时发热，化学能转化为内能B．水轮机带动发电机发电，电能转化为机械能C．植物吸收太阳光进行光合作用，光能转化为内能D．在热传递中，热量总是从内能多的物体传到内能少的物体【答案】A【解析】根据能量转化和转移的知识判断。

【解答】A.燃料燃烧时发热，化学能转化为内能，故A正确；

B.水轮机带动发电机发电，机械能转化为电能，故B错误；

C.植物吸收太阳光进行光合作用，光能转化为化学能，故C错误；

D.在热传递中，热量总是从温度高的物体传到温度低的物体，故D错误。

故选A。2.动态制动是现代车辆采用的一种重要制动方式。动态制动器主要由动态制动电阻和继电器等组成，在故障、急停、电源断开时继电器将制动电阻接入，通过电阻耗能起到一定的制动作用。其中，制动电阻在消耗能时，所发生的能量转化是（）A．机械能转化为内能 B．机械能流失到空中C．电能转化为内能 D．机械能转化为电能【答案】C【解析】【解答】制动电阻在消耗能时，将电能转化为机械能，制动时，要克服摩擦阻力做功，将机械能转化为内能，故发生的能量转化是电能转化为内能。故答案为：C。

【分析】制动电阻工作时，减小了动能，将电能转化为内能。3.如图，利用核能发电是人类和平利用核能的一个重要方向。下列有关核电站的叙述正确的是（）A．核反应堆是利用核聚变的原理工作的 B．核反应堆中发生的链式反应是可控的 C．其能量转化为：核能→机械能→内能→电能 D．核反应堆产生的废料对环境和人体是无害的【解答】解：A、核反应堆是利用核裂变的原理工作的，故A错误；B、核反应堆中发生的链式反应是可控的，故B正确；C、其能量转化为：核能→内能→机械能→电能，故C错误；D、核反应堆产生的废料对环境和人体都是有害的，故D错误；故选：B。4.如图是一种太阳能户外满天星LED挂灯，白天利用太阳能电板在光照下产生电流，给蓄电池供电，晚上自动亮灯。下列有关该户外灯能量转化的描述错误的是（）A．白天太阳能电板将太阳能转化为化学能B．白天蓄电池将电能转化为化学能C．晚上蓄电池将化学能转化为电能D．晚上LED灯将电能转化为光能【答案】A【详解】A．太阳能电板将太阳能转化为电能，故A错误，符合题意；B．太阳能电板给蓄电池充电是将电能转化为化学能，故B正确，不符合题意；C．蓄电池放电是将化学能转化为电能，故C正确，不符合题意；D．路灯点亮时将电能转化为光能，故D正确，不符合题意。故选A。5.过山车是杭州乐园里一项刺激有趣的项目。过山车会由机械将车体送至左侧高台上，推出高台后便不再提供动力，下列过山车模型中，一定无法到达右边平台的是（）A．B．C．D．【答案】D【解析】首先在不考虑摩擦和空气阻力时，根据各选项过山车在出发点速度是否为零，分别对过山车运行过程中能够达到的最高点与实际最高点相比较，即可分析出过山车能否通过最高点，如果过山车能够通过最高点，再比较右边平台高度与出发点高度的关系，确定能否到达右边平台；最后再结合实际运行过程中存在摩擦和空气阻力导致机械能减少进行判断哪个选项符合要求。【解答】在过山车运动过程中，发生动能和势能的相互转化，下降时重力势能转化为动能，上升时动能转化为重力势能。在实际运行中由于摩擦和空气阻力的存在，克服摩擦做功，部分机械能会转化为内能，导致过山车的机械能逐渐减少；设左侧平台的高度为h0；

A.图中过山车在出发点速度v0=v，不考虑摩擦和空气阻力时，过山车在运行过程中能够达到的最大高度必超过h0，在图中过山车整个运行过程中的任意一点的高度均小于h0，所以物体在整个运行过程中，动能不为零，速度均不为零，物体能够顺利到达右边平台。在实际运行中由于存在摩擦和空气阻力，会有部分机械能转化为内能，导致运行过程中机械能持续减少，如果损失的机械能不多，则依然有可能过山车顺利到达右边平台，故A不合题意；

B.图中过山车在出发点速度为零，不考虑摩擦和空气阻力时，过山车在运行过程中能够达到的最大高度为h0，在图中过山车整个运行过程中的任意一点的高度均小于h0，所以物体在整个运行过程中，动能不为零，速度均不为零，物体能够顺利到达右边平台。在实际运行过程中，肯定会有机械能的损失。如果机械能损失的不多，那么过山车可能到达右边平台，故B不合题意；

C.图中过山车在出发点速度v0=v，不考虑摩擦和空气阻力时，过山车在运行过程中能够达到的最大高度大于h0，图中过山车运行过程中的最高点超过h0，但只要过山车速度足够大，过山车依然能够通过最高点，到达右边平台；在实际运行中由于存在摩擦和空气阻力，会有部分机械能转化为内能，导致运行过程中机械能持续减少，如果损失的机械能不多，则依然有可能过山车顺利到达右边平台，故C不合题意；

D.图中过山车在出发点速度为零，不考虑摩擦和空气阻力时，过山车在运行过程中能够达到的最大高度为h0，在图中过山车运行过程中的最高点为h0，过山车到达最高点时的速度为零，由于惯性，过山车仍然能够经过最高点；在实际运行中由于存在摩擦和空气阻力，会有部分机械能转化为内能，导致运行过程中机械能持续减少，则过山车在到达最高点之前速度已经为零，过山车将不能通过最高点，一定无法到达右边平台，故D符合题意。6.下列有关能量的转化和守恒的说法，正确的是（）A．洗衣机工作时是将动能转化为电能B．水沸腾时，水蒸气将壶盖顶起，是机械能转化为内能C．能量无论是转化还是转移，能量总和会逐渐减少D．能量守恒定律是自然界最普遍、最重要的基本定律之一【答案】D【解析】【分析】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。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。

【解答】A、洗衣机工作时是将电能转化为机械能，故A错误；

B、水沸腾时，水蒸气将壶盖顶起，是内能转化为机械能，故B错误；

C、根据能量守恒定律，能量无论是转化还是转移，能量总和不会改变，故C错误；

D、能量守恒定律是自然界最普遍、最重要的基本定律之一，一切能量的转移和转化都遵循这一规律，故D正确。

故答案为：D。7.关于能量，下列说法错误的是（）A．我们周围的物质都具有能量 B．不同形式的能量可以相互转化 C．0℃的冰块没有能量 D．声音既能传递信息又能传递能量【解答】解：AC、一切物体都有内能，因此，我们周围的物质都具有能量，0℃的冰块也不例外，除了内能，我们周围的物体也可能具有机械能、光能、化学能等其它形式的能量，故A正确，C错误；B、自然界中能量以不同的形式存在着，不同形式的能量之间可以相互转化，故B正确；D、由声音的利用可知，声音既能传递信息又能传递能量，故D正确。故选：C。8.汽油机的效率一般为20～30%，下列选项可能符合家用轿车等热机能量流向的是（）A．B．C．D．【答案】D【解析】根据η=W有Q计算出输出的机械能，再用Q散失=QW有计算出散失的热量即可。

【解答】汽油机的效率最高为30%，则输出的有用功为：W有=ηQ=30%×1000J=300J；散失的热量为：Q散失=QW9.下列过程中，能量转移和转化的方向正确的是（）A．内能可以自动从低温物体转移到高温物体B．汽车产生的废气中放出的热可以收集起来再利用C．天然气燃烧时放出的热可用来加热食物，使其内能增大D．火灾时释放的内能可以加以利用【答案】C【解析】【分析】在没有外力的条件下，内能只能从高温物体转移到低温物体，或者从高温部分转移到低温部分；排放在大气中的内能无法收集利用，因此能量的转化和转移有方向性，据此解答即可。

【解答】A.内能不能从低温物体转移到高温物体，故A错误；

B.汽车排放的废气中的热无法收集利用，故B错误；

C.天然气燃烧放出的热可用来加热食物，使其内能增大，故C正确；

D.火灾时释放的内能不能加以利用，故D错误。

故选C。10.如图为桌球运动员击打白球后，白球撞击黑球的运动轨迹图，其中乙和丁点为两球撞击后的瞬间，最终分别停留在丙点和戊点。假设黑白两球完全一样，桌面粗糙程度相同。下列有关不同点对应小球机械能大小关系错误的是（）A．乙＞丁 B．乙＞丙 C．甲＞乙+丁 D．丙＝戊【答案】A【解析】白球和黑球的质量相等，高度相同，重力势能相同且不变；桌面粗糙程度相同，小球滚动过程中克服摩擦力做功，一部分机械能转化为内能，据此分析判断即可。

【解答】C.白球从甲点运动到乙点，一部分动能转化为内能，在乙点撞击黑球后，一部分动能传递给黑球，所以白球在甲点的机械能大于白球在乙点的机械能与黑球在丁点的机械能之和，即甲>乙+丁，故C正确不合题意；

A.乙和丁点为两球撞击后的瞬间，最终分别停留在丙点和戊点，由图可知碰撞后黑球滚动的距离大于白球，且两球完全相同，则可知碰撞后黑球克服摩擦力做的功更多，说明碰撞后的瞬间黑球的机械能大于白球，即丁>乙，故A错误符合题意；

B.丙点时白球竞争，则白球乙点的动能大于在丙点的动能，即乙>丙，故B正确不合题意；

D.白球和黑球最终分别停留在丙点和戊点，所以白球在丙点和黑球在戊点的机械能相等，即丙=戊，故D正确不合题意。

故选A。11.如图为伽利略的理想斜面实验，如果没有摩擦力，无论斜面缓陡，小球从A点静止滚下总会滚到与A处等高的B处或C处，小球好像“记住”了其起始高度。下列说法正确的是（）A．理想斜面实验是凭空想象的实验B．小球从A运动到B过程中，动能先减小后增大C．小球从甲斜面运动到丙斜面的过程机械能不守恒D．小球“记住”的是与起始高度相联系的能量【答案】D【详解】A．伽利略斜面实验，是假设斜面上没有摩擦力，这是一种理想实验，不是凭空想象的实验，故A错误；B．小球从A运动到B过程中，小球的质量不变，在不考虑摩擦力的情况下，向下运动时速度变大，向上运动时速度变小，即小球的速度先变大后变小，所以，小球动能先增大后减小，故B错误；C．如果斜面上没有摩擦力，小球运动到丙斜面过程中，其机械能的总量保持不变，即机械能守恒，故C错误；D．无论斜面缓陡，小球从A点静止滚下总会滚到与A处等高的B处或C处，小球好像“记住”了其起始高度，其实质是保持小球的机械能不变，所以说，“记住”的是与起始高度相联系的能量，故D正确。故选D。12.如图所示是一种在阳光下能不断摇摆的塑料小花。花盆表面的太阳能电板在光照下，产生电流驱动电动机，使小花左右摆动。则小花摆动过程中涉及的能量形式有能和能等。【答案】太阳能；；电能；机械能等（两种即可）【解析】根据能量存在形式的知识分析解答。

【解答】花盆表面的太阳能电板在光照下，将天阳能转化为电能，产生电流驱动电动机，即将电能转化为机械能，使小花左右摆动。13.2022年11月，“神舟十五号”航天飞船在酒泉卫星发射中心用“长征二号”F型运载火箭发射升空。“长征二号”F型运载火箭使用偏二甲肼作为主要燃料，是因为偏二甲肼中储存着能，“神舟十五号”航天飞船有着巨大的电池板，可将太阳能转化为能储存在电池板中。【答案】化学；电【解析】（1）燃料本身具有化学能，通过燃烧的方式转化为内能；

（2）根据能量转化的知识解答。

【解答】（1）“长征二号”F型运载火箭使用偏二甲肼作为主要燃料，是因为偏二甲肼中储存着化学能；

（2）“神舟十五号”航天飞船有着巨大的电池板，可将太阳能转化为电能储存在电池板中。14.第31届全国青少年科技创新大赛中涌现出很多优秀的作品，其中有一个名为“能量回收系统在公交车上的运用”引起了人们的广泛关注。装置的原理是：把人流踩踏地板的冲击力转换并收集做为电能，借助人们的重力和车速差动以及在制动过程中通过轮轴的转动，带动切割磁感线来充电，另外在刹