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专题 14.3 能量的转化和守恒
知识点一：能量的转化
（1）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。
知识点二：能量守恒定律
1.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。
2.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
化学、生物学、地理学、天文学的问题，所有能量转化的过程，都遵从能量守恒定律。
3.“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。
一、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。
二、能量转换装置的效率问题这个问题属于难点，是与本节有关的拓展性知识。是学生开阔实验，提高物理思维素养的好素材。
能量转换装置的效率等于转换的能量与输入的总能量之比，用百分数表示。根据定义，若 W为转换的能量，
Q为输入的总能量，η为能量转换装置的效率，则：
知识点一：能量的转化
【例题1】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。
知识点二：能量守恒定律
【例题2】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．
1.在一定条件下，各种形式的能量是可以相互转化的。摩擦生热是机械能转化为___能；水电站里水轮机带
动发电机发电，是机械能转化为____能；电动机带动水泵把水送到高处，是电能转化为_______能；植物
吸收太阳光进行光合作用，光能转化为化学能；燃料燃烧时发热，化学能转化为内能，等等。
【答案】内；电；机械。
【解析】根据看初始状态与末了状态能量存在的形式来解答本题。
2.写出能量守恒定律的内容：能量既不会凭空出现，也不会凭空消失，它只会从一种形式______为其他形
式，或者从一个物体_________到另一个物体，而在转化和转移的过程中，能量的总量保不变。这就是能
量守恒定律。
【答案】转化，转移。
【解析】能量守恒定律是自然界最普遍、最重要的基本定律之一，它揭示了各种形式能量之间的深刻联系，
应重点掌握。
3．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。
4.能量守恒定律表明的是（ ）
A．动能和势能是守恒的
B．内能和机械能是守恒的
C．能量的变化等于做功的多少
D．能量既不会凭空产生，也不会凭空消失
【答案】D
【解析】能量既不会消失，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，能量的总量保持不变．
一、选择题
1．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】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。
2．西昌卫星发射中心用长征三号运载火箭，于2019年4月20日将第四十四
颗北斗导航卫星成功送上太空。下列说法中正确的是（ ）
A．火箭使用液氢燃料，主要是利用了液氢的比热容大
B．火箭升空过程中，燃料燃烧将机械能转化为化学能C．北斗导航卫星加速升空过程中，其动能和重力势能均增大
D．北斗导航卫星加速升空过程中，其惯性增大
【答案】C
【解析】A.发射火箭采用液态氢作为火箭的燃料，原因是液态氢具有较高的热值，完全燃烧相同质量的氢
时，可以释放出更多的热量，故A错误；
B.火箭升空的过程中，燃料燃烧释放出的内能转化为机械能，故B错误；
C.北斗导航卫星加速升空的过程中，速度增大，高度增大，因此动能和重力势能都增大，机械能的总量也
增大，故C正确；
D.北斗导航卫星加速升空过程中，其质量不变，惯性不变，故D错误。
3．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。
4.下列关于能量转化的说法，正确的是（ ）
A B C D
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。
5.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。
6.在下列现象中，能量转化的说法错误的是（ ）
A.用锯锯木头，过一会锯条变热了，是机械能转化为内能
B.木材燃烧，发光发热，是内能转化化学和光能
C.植物进行光合作用，是光能转化为化学能
D.电动机通电后转动起来，是电能能转化机械能
【答案】B
【解析】能量的转化是非常普遍的，各种形式的能量在一定条件下都可以相互转化。正确区分转化前、后
能量的存在形式，理解转化过程，即可判断能量是怎样转化的。7.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。
二、填空题
8．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，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。
9．基础问答、作图和计算
（1）射箭运动员用力拉满号，从能量转化的角度分析，这是为了让弓具有更大的 ，可以更多地转化
为箭的 ，将箭射得更远。
（2）如图，物体A、B在力F作用下，以相同的速度在水平面上向右做匀速直线运动。请画出物体 B在水
平方向上的受力示意图。
（3）我国“蛟龙号”载人潜水器下潜至7km深的海水中，若海水的密度取1.0×103kgm3，潜水器受到水的
压强大小约是 。
【答案】（1）弹性势能；动能；（2）见图；（3）7×107Pa。
【解析】（1）物体弹性形变越大，弹性势能越大，所以射箭运动员用力拉满号，是为了让弓具有更大的弹性势能，可以更多地转化为箭的动能，将箭射得更远；
（2）物体A、B在力F作用下，以相同的速度在水平面上向右做匀速直线运动，所以小车 B在水平方向上
受到物体A对它向右的摩擦力和地面对它向左的摩擦力，因为小车做匀速直线运动，所以这两个摩擦力大
小相等，如图所示：
（3）海水对潜水器产生的压强为：p＝ρgh＝1.0×103kg/m3×10N/kg×7000m＝7×107Pa。
10．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。
11.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。
12.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．
三、简答题
13.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；因乒乓球运动到最高点时，只受重力作用，合外力不为
零．
【解析】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．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．
14．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。
15．台式电脑的机箱外壳上开有许多小孔，并且机箱内装有微型风扇．请解释这样做的道理．
【答案】台式电脑使用时，会产生大量的电热，如果不能及时散热，会产生安全隐患，机箱壳上开有许多
小孔及微型风扇都是为了帮助散热．
【解析】电热的危害以及防止，电视机的后盖上有小孔、电动机外壳上有散热片、电脑机箱内有微型风扇都是为了散热，确保用电器正常工作．
16.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。
