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14.1 能量的转化与守恒 （导学案） 【学习目标】 1.认识自然界多种形式的能量，掌握能量转化、转移规律，理解能量守恒定律完整内涵，建立能量整体认 知。（物理观念） 2.通过生活、实验现象分析能量转化过程，区分能量转化与转移，运用守恒逻辑推理能量变化，构建能量 转化模型。（科学思维） 3.观察摩擦起电、手摇发电机、加热水等实验，识别能量形式变化，归纳能量转化特点，自主总结守恒规 律。（科学探究） 4.能用能量守恒解释生活、生产设备工作原理，认识永动机不可能实现，树立节约能源、合理利用能量的 环保意识。（科学态度与责任） 【学习重点】 识别常见能量形式；判断生活实例中的能量转化；能量守恒定律内容与理解。 【学习难点】 区分能量转化与能量转移；运用能量守恒定律解释现象；理解永动机无法制造的根本原因。 【自主预习】阅读教材，完成以下问题： 1. 能量的转化是指______从一种形式转化为______的过程，转化过程中能量的形式______发生改变。 2. 能量的转移是指能量从______转移到______，转移过程中能量的形式______发生改变。 3. 能量守恒定律的内容：能量既不会凭空______，也不会凭空______，它只会从一种形式______为其他形 式，或者从一个物体______到其他物体，而在转化和转移的过程中，能量的总量______。 4. 根据能量守恒定律，永动机______被制造成功（选填“能”“不能”），因为永动机违反了______。 答案：1.能量；另一种形式；一定会； 2.一个物体；另一个物体；不会 3.产生；消灭；转化；转移；保持不变； 4.不能；能量守恒定律 【课堂探究】 探究一、能量的转化 1. 各种形式的能 2. 能量的转化与转移 （1）能量的转化 在一定条件下，能量可以从一种形式的能量转化为另一种形式的能量，这种现象叫能量的转化。自然界 中各种形式的能，在一定条件下都可以相互转化。如图为能量转化示意图。 （2）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。例如，在热传递过程 中，内能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，这属于能量的转移。 （3）转化与转移的区别 ①能量的转化是伴随着做功体现出来的，能量的形式发生了变化，一种形式的能量增加，一定有其他 形式的能量减少。 ②能量的转移过程中能量的形式没有发生变化。 ③能量的转化和转移具有方向性。 【典例1】抽水蓄能是一种安全可靠的储能方式。抽水蓄能电站在用电低谷时，利用电网中多余的电能把 水抽到高处储存起来，在用电高峰时把高处的水放下来发电供给用户使用。下列说法正确的是（ ） A．放水发电时，把电能转化成机械能 B．水从高处流下时，重力对水不做功 C．抽水蓄能时，水的重力势能增大 D．抽水蓄能时，水的机械能转化成电能 【答案】C 【详解】A．放水发电时，高处水的重力势能转化为电能，并非电能转化为机械能，故A 错误； B．水从高处流下时，水受到竖直向下的重力，且沿重力方向移动了距离，重力对水做功，故B 错误； C．重力势能大小与质量、高度有关，抽水蓄能时，水被抽到高处，质量不变，高度增加，因此水的重力 势能增大，故C 正确； D．抽水蓄能时，消耗电网多余的电能，将电能转化为水的机械能（重力势能）储存，并非水的机械能转 化为电能，故D 错误。 故选C。 探究二、能量守恒定律 1. 能量守恒定律 （1）能量守恒定律内容：能量既不会消灭，也不会产生，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，而在转化和转移过程中，能量的总量保持不变。 （2）对能量守恒定律的理解 ①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，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。 ②能量守恒定律包括“能量转化”和“能量转移”两个方面。 （3）机械能守恒和能量守恒的区别与联系⚠️ 能量守恒是无条件的，机械能守恒有条件。机械能守恒的条件是在只有重力（或弹力）做功的情形 下，物体的重力势能（或弹性势能）和动能发生相互转化，没有其他形式的能转化为机械能，也没有机械 能转化为其他形式的能。 2. 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，人们把这种机器叫做永动机。 （2）永动机不可能实现。事实证明，能量在转化过程中只要有运动，摩擦就是不可避免的，从而产生热， 这样运动的能量就会减少，如果不补充能量，运动就会停止。永动机违背了能量守恒定律，是不可能研制成 功的。 【典例2】（25-26 九年级上·陕西延安·阶段检测）《天工开物》中记载有一种自动引水灌溉工具——“高 转筒车”（如图）。使用时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。下列说法正确的是（ ） A．该装置在运转过程中不需要消耗能量 B．水被输送到高处后重力势能增加 C．流水驱动轮子转动时不存在能量的转化 D．该机械不符合能量转化和守恒定律 【答案】B 【详解】A．装置运转依赖水流的动能驱动转轮，水流的能量被转化为机械能，因此需要消耗能量，故A 错误； B．水从低处被提升到高处，质量不变，高度增加，则重力势能增加，故B 正确； C．流水驱动轮子转动时要克服摩擦力做功，机械能转化为内能，故C 错误； D．所有机械都遵循能量守恒定律，故D 错误。 故选B。 【归纳整理】 第1 节 能量的转化与守恒 【课堂练习】 1．（25-26 九年级上·广东广州·期末）十五届全运会“深海之火”采集时，利用光伏发电装置获得电能，经 特种电缆传至海底，由电火花发生器远程引燃可燃冰获得绿色“源火”，问关于上述过程能量转化情况说法 正确的是（ ） A．光伏发电过程中，电能直接转化为化学能 B．电能点燃可燃冰的过程，是机械能转化为内能 C．可燃冰燃烧时，其储存的化学能主要转化为内能和光能 D．在这个过程中能量的总量增加 【答案】C 【详解】A. 光伏发电过程中，是太阳能直接转化为电能，不是电能转化为化学能，故A 错误。 B. 电能点燃可燃冰的过程，是电能转化为内能，不是机械能转化为内能，故B 错误。 C. 可燃冰燃烧时，其储存的化学能主要转化为内能和光能，这是燃烧现象的典型能量转化，故C 正确。 D. 根据能量守恒定律，在这个过程中能量的总量保持不变，不会增加，故D 错误。 故选C。 2．（25-26 九年级上·四川南充·期末）随着可持续发展理念的深入人心，绿色能源和智慧城市建设成为人 们关注的焦点，如图是“风光互补”的景观照明灯。它的最上端是一台风力发电机，灯柱上配有太阳能电池 板，底部蓄电池可以储存电能，下列对景观照明灯储能和照明时的能量转化说法正确的是（ ） A．风力发电机将电能转化成机械能 B．太阳能电池板能把太阳能全部转化成电能 C．蓄电池放电时，将电能转化成化学能 D．在能的转化和转移过程中，能量的总量保持不变 【答案】D 【详解】A．有风时，风力发电机叶片转动，产生电能，所以是将机械能转化成电能，故A 错误； B．太阳能电池板是将太阳能转化为电能的装置，但在转化过程中，总会有一部分能量以热能等形式耗散 掉，所以转化效率不可能达到100%，即不可能把太阳能“全部”转化成电能，故B 错误； C．蓄电池放电时，其内部发生化学变化，将储存的化学能转化为电能，为灯泡等用电器提供能量，故C 错误； D．在能的转化和转移过程中，由能量守恒定律可知，能量的总量不变，故D 正确。 故选 D。 3．（25-26 九年级上·河北邢台·期末）对下列实例的能量转化描述错误 ．．的是（ ） A．路灯——电能转化为光能 B．煤炭燃烧——化学能转化为内能 C．太阳能电池板——太阳能转化为电能 D．蓄电池放电——电能转化为化学能 【答案】D 【详解】A．路灯通电后消耗电能发光，将电能转化为光能，故A 正确，不符合题意； B．煤炭燃烧是化学变化，释放出大量的热量，将蕴含的化学能通过燃烧的方式转化为内能，故B 正确， 不符合题意； C．太阳能电池板吸收太阳能，将其转化为电能储存起来，故C 正确，不符合题意； D．蓄电池放电时，是化学能转化为电能，而蓄电池充电时，将电能转化为化学能存储起来，故D 错误， 符合题意。 故选D。 4．如图所示是不同形式的能量的相互转化图，下列说法不正确的是（ ） A．序号①的实例可以是“炙手可热” B．序号④的实例可以是电动机带动水泵把水送到高处 C．序号③的实例可以是植物吸收太阳光进行光合作用 D．序号②的实例可以是将塑料尺在头发上摩擦后带电 【答案】A 【详解】A．“炙手可热”属于热传递改变内能，是能量的转移，序号①是机械能转化为内能，是能量的转 化，所以序号①的实例不能是“炙手可热”，故A 错误，符合题意； B． 序号④描述的是电能转化为机械能，是电动机工作时的能量转化情况，可以是电动机带动水泵把水送 到高处，故B 正确，不符合题意； C． 植物的光合作用是：吸收太阳光将光能转化为化学能，所以序号③的实例可以是植物吸收太阳光进行 光合作用，故C 正确，不符合题意； D． 序号②说的是机械能转化为电能，这是发电机工作时的能量转化情况，也是摩擦起电过程的能量转 化，所以该实例可以是将塑料尺在头发上摩擦后带电，故D 正确，不符合题意。 故选A。 5．（23-24 九年级上·湖北黄石·期末）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。如图所示的事例中，能量的形式发生了转移的是 （ ） ①图甲：高温的电炉丝使周围的空气温度上升 ②图乙：流星从夜空快速滑过发出耀眼的光亮 ③图丙：试管中高温水蒸气弹出管口的橡胶塞 ④图丁：涨潮时海水涌入水坝冲击水轮机转动 A．①② B．②③ C．①④ D．②④ 【答案】C 【详解】①高温电炉丝使周围空气温度上升，将热量传递给空气，能量发生转移，故①符合题意； ②流星从夜空快速滑过，与大气摩擦做功，将机械能转化为内能，使物体温度升高，发出耀眼的光亮，此 过程中能量发生了转化，故②不符合题意； ③试管中高温水蒸气将管口的橡胶塞弹出，将水蒸气的内能转化为橡胶塞的机械能，此过程中能量发生了 转化，故③不符合题意； ④涨潮时海水涌入水坝冲击水轮机，将海水的机械能转移到水轮机上，使水轮机转动，故④符合题意。 故ABD 不符合题意，C 符合题意。 故选C。 6．有人设想的“永动机”如图所示。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．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 【答案】B 【详解】ABC．由于装置运转过程中需要克服摩擦做功，装置所具有的机械能会不断减小，如果没有能量 补充，装置最终会停下来，故AC 错误，B 正确； D．装置中小球的动能和重力势能不断地发生相互转化，故D 错误。 故选B。 7．（2025·江苏苏州·一模）如图所示，敦煌盐塔式光热电站将太阳光会聚到熔盐吸热塔，阳光的能量被熔 盐吸收，熔盐带着这些能量到达厂房，将水加热成水蒸气推动汽轮机发电，下列说法正确的是（ ） A．盐塔式光热电站实现了光电转化，将光能直接转化为电能 B．太阳能是不可再生能源 C．熔盐通过热传递的方式改变内能 D．能量在转移和转化过程中总量不断减少 【答案】C 【详解】A．光热电站并不是直接将光能转化为电能，而是先将太阳能通过熔盐吸热转化为内能，再通过 加热水产生蒸汽推动汽轮机转化为机械能，最后转化为电能，故A 错误； B．太阳能是可再生能源，因为太阳的能量在人类时间尺度上是取之不尽、用之不竭的，故B 错误； C．熔盐吸收阳光的能量是通过热传递实现的，其内能因此增加，故C 正确； D．根据能量守恒定律，能量在转移和转化过程中总量保持不变，故D 错误。 故选C 。 8．（25-26 九年级上·江苏南京·期末）在南京的长江江面上，无人机化身“外卖小哥”，载着美食划破长 空，能稳稳降落到匀速航行中的货船船头。当无人机载着美食起飞时，蓄电池的______能转化为电能；美 食随着无人机在空中斜向下匀速直线运动时，美食的动能______，重力势能______。 【答案】 化学 不变 减少 【详解】[1]当无人机载着美食起飞时，蓄电池将化学能转化为电能供无人机使用。 [2][3]美食随着无人机在空中斜向下匀速直线运动时，美食的质量不变，速度不变，则动能不变，高度降 低，则重力势能减少。 9．（25-26 九年级上·河南·期末）6 月5 日，国产大飞机C919 加注了我国自主研发的生物航煤，成功完成 试飞任务。生物航煤燃烧时将化学能转化为内能，但内能不能自发地转化为化学能，说明能量的转化具有 ________性。在能量转化和转移的过程中，能量的总量________（选填“变大”、“变小”或“不变”）。 【答案】 方向 不变 【详解】[1]能量的转移和转化具有方向性，所以生物航煤燃烧释放内能的过程不可逆，说明能量转化具有 方向性。 [2]根据能量守恒定律，在能量转化和转移的过程中，能量的总量保持不变。 10．（25-26 九年级上·广西南宁·期末）南宁某小区实施移动充电机器人试点项目。如图所示，新能源汽车 充电时，主要将______能转化为化学能，充电过程中______（选填“遵循”或“不遵循”）能量守恒定律。 【答案】 电 遵循 【详解】[1]电动汽车充电时，电池通过外部电源输入电能，将电能转化为化学能储存。 [2]能量守恒定律是自然界的物理现象普遍遵循的物理规律，所以，充电过程中也遵循能量守恒定律。 11．如图所示是一种设想中的永动机，它通过高处的水流冲击叶片，叶片的转动带动抽水器从低处将水抽 到高处，从而循环工作。问： (1)水在实际下落的过程中，机械能会减少吗？ (2)这种永动机能不能一直工作下去？ (3)什么定律可以支持你的观点？ 【答案】(1)机械能会减少 (2)该永动机不能一直工作下去 (3)能量守恒定律可以支持这一观点 【详解】（1）机械能包括动能和势能（重力势能、弹性势能），在只有动能和势能相互转化的理想情况 下，机械能的总量保持不变。但在实际情况中，水下落时会受到空气阻力的作用，同时水流冲击叶片的过 程中，部分机械能会转化为叶片和水的内能（比如摩擦生热），还有少量机械能会以声音的形式散失（比 如水流冲击的声音）。这些转化出去的能量无法再全部恢复为水的机械能，所以水在实际下落过程中，机 械能会减少。 （2）这种永动机的设计思路是让水流冲击叶片带动抽水器，将低处的水抽回高处，从而实现循环工作。 但结合小问 1 的分析，水在下落过程中机械能会不断减少，导致水流冲击叶片的能量越来越小。叶片获 得的能量减少后，带动抽水器抽水时，能抽到高处的水的量会逐渐减少，或者抽水的高度会逐渐降低，无 法维持最初将水抽到足够高度的状态。随着时间推移，机械能的损失会不断累积，最终整个装置会因为能 量不足而停止运转，所以这种永动机不能一直工作下去。 （3）能量守恒定律指出：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，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。这种永动机的 设想试图让系统在没有外部能量补充的情况下，持续循环工作并对外输出能量（或维持自身运转），但实 际上在运转过程中，机械能不断转化为内能、声能等其他形式的能量，这些能量无法再全部转化为推动装 置循环的机械能，导致系统内可利用的机械能逐渐减少，违背了能量守恒定律。因此，能量守恒定律可以 支持“这种永动机不能一直工作下去”的观点。 【课后反思】 通过本节课的学习，我们认识到能量守恒定律是自然界最普遍、最根本的定律之一，能帮助我们理解各 种能量转化过程的规律，从能量视角分析自然现象的内在逻辑。 反思：是否混淆了能量“转化”和“转移”的概念？是否误将能量消耗过程中总能量的减少当成了能量凭空 消失？是否能正确辨别永动机违背物理规律的根本原因？是否会利用能量转化与守恒的知识分析实际生产 生活中的能量变化过程？
