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14.3 能量的转化和守恒

初中物理知识总结

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1.了解能量在自然界中存在的多种形式。

2.知道能量的转移和转化,能解释一些常见现象中的能量转化过程。

3.理解能量守恒定律能用能量守恒定律来描述一些生产和生活实例中反映的能量转化的情况。

相关知识链接

1.动能和势能之间可以相互转化。

2.做功改变物体内能的实质是能量的转化。热传递改变物体内能的实质是能量的转移。

3.如果只有动能和势能相互转化,尽管动能、势能的大小会变化,但机械能的总和不变,或者说,机械能是守恒的。

知识点一 能量的转化和转移

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。这些能量不仅可以发生转移,而且在一定条件下还可以相互转化。

1.能量的转化

规律总结

(1)自然界中的各种形式的能量,在一定的条件下可以相互转化。

(2)能量的转化过程是一种形式的能量转化为其他形式的能量的过程。

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,这些都属于能量的转移。

3.正确理解能量的“转化”和“转移”

(1)能量的转化:能量的转化是伴随着物体做功而表现出来的,能的形式发生了改变。如:弯折铁丝时,铁丝温度升高,内能增加,是通过做功(弯折铁丝)的方式使机械能转化成了内能。注意,在能的转化过程中,一种形式的能增加了,肯定有其他形式的能减少了。

(2)能量的转移:能量的形式并没有变化。如:用锅烧水时内能从高温的火转移到低温的水和锅上。再如:流水推动水轮机转动,水的机械能转移到了水轮机上。

方法技巧

能量转移还是转化的判断方法

明确某一过程前后能量的存在形式是否发生变化,若能量的存在形式发生变化,则为能量的转化,若能量的存在形式没有发生变化,则为能量的转移。

知识点二 能量守恒定律

1.能量守恒定律内容

能量既不会凭空消失,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.能量守恒的普遍性

能量守恒定律是自然界最普遍、最重要的基本定律之一。自然界的一切变化过程,小到原子核,大到宇宙天体,只要有能量的变化,都无一例外地严格遵循能量守恒定律。

3.能量在发生转化和转移的过程中,能量总是守恒的,即在转化或转移的前后,能的总量保持不变。

4.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。因为机械能守恒是指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,机械能的总量发生改变,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)能量守恒定律的成立不需要条件。这是因为能量转化形式是多样的,可以在机械能、内能、化学能、电能、光能、原子能间相互转化,不限于动能与势能之间。在转化过程中,一种形式的能量减少,另一种形式的能量必然增加,能量的总量保持不变。

5.“永动机”研制为何失败——违背了能量守恒定律

不需要动力就能源源不断地对外做功的机器,就是所谓的“永动机”。而事实证明,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,运动最终会停止,所以,根本不可能造出永动机。

考点一 能量的转化和转移。

【例】下列有关能量变化的说法,正确的是( )

A.物体从斜面上匀速滑下,其机械能增大

B.用热水袋取暖,热水袋内能增大

C.汽油机压缩冲程将内能转化为机械能

D.汽油机做功冲程将内能转化为机械能

【解析】物体从斜面上匀速滑下,动能不变,但是因为高度减小,所以重力势能会减小,因此机械能减小,故A选项错误;用热水袋取暖,热水袋放热,内能减少,故B选项错误;汽油机压缩冲程将机械能转化为内能,做功冲程将内能转化为机械能,故C选项错误,D选项正确。

【答案】D

提示

“匀速” 物体的速度没有发生变化。

考点二 能量的转化与守恒

【例1】(多选)下列对能量转化与守恒的分析错误的是( )

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,永动机是不会制造成功的

C.降落伞匀速下落过程中,机械能的总量保持不变

D.由能量守恒定律可知,滑轮组的机械效率可以达到100%

【解析】降落伞在匀速下落的过程中,跳伞者和降落伞的总质量不变,高度减小但速度不变,所以重力势能减小,动能不变,跳伞者和降落伞的机械能总量减小,故C选项错误;机械效率是有用功跟总功的比值,因为在使用任何机械时都不可避免地要做额外功,有用功总是小于总功,所以机械效率总是小于100%,故D选项错误。

【答案】CD

【例2】关于能量转化的说法错误的是( )

A.过山车向下运动时将重力势能转化为动能

B.水电站将水的机械能转化为电能

C.人奋力蹬车时,人体内的一部分化学能转化为动能

D.汽车在刹车过程中,刹车片会发热,将内能转化为动能

【解析】汽车在刹车过程中,刹车片会发热,将机械能(或动能)转化为内能,故D选项错误。

【答案】D

【例3】科技馆里有一种“水车”,叶片是由高分子聚合材料制成的,其特点是在常温下,叶片是平直的;在高温下,叶片可向一侧弯曲。当把水车的下半部分放进热水中时,水车就可以转动起来,有人说这种“水车”是永动机,因为它没有外部动力也能转动,事实是这样吗?试加以说明。

【解析】只要有能量的转化或转移,就一定遵守能量守恒定律。永动机是一种不消耗能量,又能不断对外做功的机器,是不可能制造出来的。错误地认为题图中“水车”是永动机,是因为不了解能量守恒定律,不知道“水车”转动过程中能量的转化情况。

【答案】如题图所示,当“水车”的叶片浸在热水中时,由于温度升高叶片会向一侧迅速弯曲,给热水一个力。因为物体间力的作用是相互的,所以热水会对叶片也施加一个作用力,使水车旋转起来,当叶片转出水面时温度降低,叶片又恢复成平直的状态,这个过程不断地进行就会使水车不停地转动。该“水车”不是永动机,从能量的转化角度看,它是将内能转化为机械能的装置。热水在推动叶片运动做功时,要消耗水的内能,水的温度会逐渐降低,如果不及时添加热水,当水温降至室温时,水车就会停止转动。

易误点 对能量转化和转移的理解。

【易误点辨析】能量转化和转移是整个自然界中能量的转化和转移,不是局部的。在分析有关现象时,要整体考虑,防止得出片面的结论。如在密闭的房间里吹电风扇,人会感到凉爽,但室温并没有降低。人感到凉爽的原因是电风扇吹出来的风加快了人体表面汗液的蒸发,而蒸发吸热,所以人感到凉爽;而从总体上来看,电风扇转动的过程是电流做功的过程,电流做功的过程中有一部分电能转化为内能,所以室内温度不仅不下降反而会上升。

【例】在密闭的房间里有一个开着门的电冰箱,给电冰箱通电,过一段时间后,房间内的温度将( )

A.升高

B.不变

C.降低

D.无法确定

【解析】本题易错选C,错认为冰箱能制冷故打开冰箱门可使房间温度降低。电冰箱工作的过程是电流做功的过程,电能主要转化为机械能,但也有一部分要转化为内能,要产生热量,在密闭房间里总的内能会增加,温度会升高。故选A。

【答案】A

中考考点解读

解读:运用能量守恒定律分析、判断生活现象中能量转化和转移的实例是中考的热点,难度较易。考查的形式主要是填空题和选择题。

中考典题剖析

能量的转化

【例】生活中能量转化的实例很多,下列描述中正确的是( )

A.摩擦生热是把内能转化为机械能

B.燃料燃烧放热是把内能转化为化学能

C.电动机带动水泵把水送到高处是把电能转化为机械能

D.摩擦起电是把电能转化为机械能

【解析】摩擦生热是克服摩擦做功,摩擦过程中,消耗了机械能,内能增大,把机械能转化为内能,故A选项错误;燃料燃烧放热是把化学能转化为内能,故B选项错误;电动机带动水泵把水送到高处是把电能转化为机械能,故C选项正确;摩擦起电是消耗了机械能,获得了电能,故是把机械能转化为电能,故D选项错误。

【答案】C

考题点睛

中考真题来源于教材句段,主要考查对能量转化的分析。解答此类题目的关键是明确发生能量转化前后的形式,即消耗什么能量,得到什么能量,总是消耗的能量转化为得到的能量。

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