第一节 能量的转化与守恒

一、单选题

1.太阳能是人类优先开发和利用的新能源之一，关于太阳能的利用，下列说法中正确的是（   ）

A. 图甲中，绿色植物通过光合作用将太阳能转化为植物的化学能
B. 图乙中，太阳能热水器通过做功方式将太阳能转化为水的内能
C. 图丙中，太阳能交通信号灯将太阳能直接转化为信号灯的光能
D. 图丁中，首架环球航行的太阳能飞机将太阳能直接转化为飞机的机械能

2.下列事例中，由弹性势能转化为动能的是(   )

A. 风吹动树叶       B. 秋千从高处向低处摆动      

C. 汽车沿盘山公路匀速前进      D. 拉弯的弓把箭射出

3.实验装置如图所示，加热试管使水沸腾，对观察到的现象分析正确的是（　　）

A. 玻璃管口冒出的“白气”是汽化成的水蒸气       B. 加热使水升温是通过做功的方式改变水的内能
C. 小叶轮的转动说明永动机是可以实现的          D. 小叶轮转动，水的内能转化为叶轮的机械能

4.在下列过程中，由于内能的变化而做功的是（　　）

A. 用电熨斗熨衣服      B. 用打气筒打气，气筒壁发热     

C. 枪膛内燃气膨胀将子弹射出     D. 钻木取火

5.某机器的能量流向如图所示，据此推理该机器可能是（　　）

A. 热机            B. 电动机        C. 发电机            D. 电热水器

6.下列对能量转化的描述不正确的是                                     （     ）

A. 蓄电池充电：电能→化学能                      B. 发电机发电：电能→机械能
C. 人骑自行车：化学能→机械能                    D. 内燃机工作：化学能→内能→机械能

7.下列有关能量的说法中错误的是（   ）

A. 核能转化为电能的正确途径是：核能→机械能→内能→电能
B. 太阳能利用可以光热转换、光化转换或光电转换，能量转化过程中总量保持不变
C. 天然气是化石能源，属于不可再生能源，风能、水能等是可再生能源
D. 拦河坝可以提高上游水位，利用水的势能和动能是通过水轮发电机转化为电能

8.下列说法正确的是（）                          

A. 陨石进入大气层成为流星时内能转化为机械能
B. 给自行车打气的同时气筒也发热是机械能转化为内能
C. 壶中水沸腾时壶盖跳动是水的动能转化为壶的动能
D. 用砂轮磨刀是内能转化为动能

9.下列现象中，属于内能转化为机械能的是（）

A. 用打气筒打气，气筒壁发热　                             B. 锯木头时，锯条发热
C. 用电熨斗烫衣服，电熨斗发热　                         D. 被点燃的冲天炮腾空而起

10.根据能量守恒定律，以下情形可能发生的是（  ）

A. 出膛的子弹射穿木板，以更快的速度继续前进        

B. 两个斜面相对接，小球从左斜面滚下后，继续冲上右斜面
C. 电水壶里的水沸腾了，给该电水壶断电，水的沸腾却永远不会停止        

D. 孤岛上被人们遗忘的一只机械表，默默地走了几十年

11.如图所示，小明分别沿三条路径滑到地面，在不考虑空气阻力和摩擦的情况下，滑到地面时速度最大的路径是…（   ）

A. 1                                         B. 2                                         C. 3                                         D. 都一样

二、选择题

12.下列对能量转化的描述不正确的是（　　）

A. 摩擦生热属于机械能转化为内能                         B. 发电机工作属于电能转化为机械能
C. 光合作用属于光能转化为化学能                         D. 蓄电池充电属于电能转化为化学能

三、填空题

13.如图是我国用长征火箭发射“嫦娥三号”卫星时的壮观情景．火箭发射升空时，燃料通过燃烧将化学能转化为燃气的________ 能，再转化为火箭的________ 能；火箭的燃料使用液态氢，主要是因为它的密度小且________ 大。

14.内燃机是用燃料燃烧的内能来做功的．图甲中问号部分的能量是表示 ________热量．如图所示的设计是上面水箱里的水冲到叶轮上，带动水泵旋转把下面水箱的水又抽到上面水箱中，从而实现了能量的转化和守恒．这样的设计 ________实现（填“能”或“不能”）．

15.如图是举重运动项目，运动员在将杠铃举起过程中是将人体内的________ 能转化为________ 能的过程，现杠铃重156kg，运动员在3秒钟内将其从地面举高2m，则运动员在此短时间内爆发出的功率为________ W．

16.从能量转化的观点看，电灯发光是把电能转化为________能和________能，水果电池是把________能转化为________能．电动机工作是把电能转化为________能．

17.能量可以转化，也可以转移．如图甲所示，是达•芬奇设想的永动机．你认为能实现吗？ ________；请说明理由： ________；如图乙是烧水情景．燃烧　 ________厘米3天然气（天然气热值是3.9×107焦/米3），能使2千克的水从20℃升高到80℃（不考虑能量损失）；烧水时，通过 ________增加水的内能．

四、解答题

18.为什么永动机造不出来？

19.能量守恒定律告诉我们：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另一种形式，或者从一个物体转移到另一个物体，在转移或转化过程中其总量保持不变．生活中也一定有这样的例子，请试举两例．

五、综合题

20.海水的利用
地球表面的70%以上是海洋，开发利用海洋有广阔的前景，潮汐是一种海平面周期性变化现象，海平面每昼夜有两次涨落，人们在靠近海的河口或海湾深处建大坝，在大坝中间装上水轮发电机组，涨潮时，海水通过大坝流进河口，带动水轮发电机发电；退潮时，海水又流回海洋，从相反方向带动水轮发电机发电，目前我国的潮汐电站年发电量达约为7.5×108kW•h．
海水淡化和海水直接利用于工业冷却用水的相关设备、管道防腐等技术已比较成熟，部分沿海国家许多工业冷却水来自于海水．

（1）潮汐发电是将海水的________ 能转化为电能；发电机是应用________ 现象制成的．

（2）潮汐发电是人类利用的一种可再生能源，下列几组能源中都属于可再生能源的是　________ 
A．水能、石油、核能    B、风能、水能、太阳能
C、煤炭、石油、天然气  D、风能、地热能、核能

（3）挡海大坝要做成上窄下宽的形状（如图所示），这是因为________ ，图中甲、乙两幅图代表涨潮发电的是图________ （填“甲”或“乙”）

（4）1吨煤燃烧后可发电2.5×103kW•h，我国潮汐发电每年可节约________ 吨煤

（5）海水作工业冷却用水主要是利用了水的________ 大的特性．

21.家用燃气热水器（如图1所示）是一种方便、快捷且不受天气影响的洗浴设备．下表为某品牌家用燃气热水器的主要技术数据．已知天然气的热值为8×107J/m3。

（1）为了安全使用此热水器，机体上印有一些警告，其中一条是这样说的：“气温低于0℃时，用后请打开放水塞，放尽机内存水，再拧紧…”．请解释为什么要这样做？

（2）试求该型号家用燃气热水器正常工作时的烧水效率．（相关参数见铭牌）

（3）若在额定产热水能力下进行淋浴，一次淋浴总计加热时间为20min，则此次淋浴至少需消耗多少m3天然气？

（4）为防止燃气热水器在无水或水压过低时“干烧”，技术人员设计了很多种“水气联动”装置，实现通常所说的“水到气到”．图2就是其中一种“水气联动”装置的原理图，你能看出它的工作原理吗？请简述它是如何利用“水到”来控制“气到”的：当进水口处有水压时，膜片的________ （左/右）面就会受到水的压力，克服弹簧的弹力推动阀杆，打开进气阀门使燃气接入主火管道；反之，如果此时的水压很小或者无水，则膜片受到的水的压力就会减小甚至消失，燃气阀门就会在弹簧的作用下向________ （左/右）移动而关闭，停止进气．

（5）为了防止热水器工作过程中加热火焰意外熄灭导致燃气泄漏，技术人员设计了“火灭断气”的装置．如图3所示为一种“火灭断气”装置的原理图，请根据这个原理图，简述它是怎样实现“火灭断气”功能的？

答案解析部分

一、单选题

1.【答案】A

【解析】 A、绿色植物通过光合作用将太阳能转化为化学能，故A正确；
B、太阳能热水器是通过热传递方式改变水的内能，故B错误；
C、太阳能信号灯先将太阳能先转化为电能，再转化为光能，故C错误；
D、太阳能飞机是先将太阳能转化为电能再转化为机械能，故D错误．
故选A．
从能的转化方向、转化形式分析解答此题．

2.【答案】D

【解析】 A、风吹动树叶时空气的动能转化为树叶的动能，A不符合题意；
B、秋千从高处向低处摆动是重力势能转化为动能，B不符合题意；
C、汽车沿盘山公路匀速前进的过程中动能不变，重力势能是变化的，C不符合题意；
D、拉弯的弓把箭射出是弓的弹性势能转化为箭的动能，D符合题意。
故答案为：D。
逐项分析各种过程中的能量转化后选择正确答案。

3.【答案】D

【解析】
A、玻璃管口冒出的“白气”，是水蒸气上升遇冷液化形成的小水滴，故A错误；
B、加热使水升温是通过热传递的方式改变水的内能，故B错误；
C、永动机违反了能量守恒定律，是不可能实现的，故C错误；
D、燃料燃烧的过程是化学能转化为内能，这种内能传递给水，水沸腾汽化为水蒸气，高温的水蒸气可以驱动叶轮转动，水蒸气自身的温度会降低，内能会减少，转化成了叶轮的机械能，故D正确．
故选D．
（1）物质由气态变为液态的过程叫液化；
（2）改变物体内能的方式有两种：做功和热传递；
（3）应用能量守恒定律分析答题；
（4）给试管中的水加热，燃料燃烧的化学能转化成水的内能，高温的水蒸气推动叶轮转动，说明内能转化成了叶轮的动能．

4.【答案】C

【解析】 A．用电熨斗工作时是将电能转化为内能，达到熨衣服的目的，故A不符合题意；
B．用打气筒打气，是通过做功的方式增加了气筒的内能，使气筒壁发热，故B不正确；
C．枪膛内燃气膨胀是将火药燃烧产生的内能转化为子弹的机械能，使子弹射出，故C符合题意；
D．钻木取火是通过做功的方式增加木头的内能，达到取火的目的，故D不符合题意．
故选C．
能量转化是生活中常见的现象，在分析能量转化时，要搞清楚选项中涉及到哪些能量，同时分析能量的变化情况，从而得出能量转化的具体情况．

5.【答案】B

【解析】 如图该机器将大部分电能转化成了机械能，还有一部分电能转化成了内能，
A、热机主要是将内能转化为机械能的机器，不合题意；
B、电动机在工作时，主要将电能转化为机械能，还有一少部分电能转化为内能，符合题意；
C、发电机是将机械能转化为电能的机器，不合题意；
D、电热水器主要是将电能转化为内能，不合题意．
故选B．
由能量流向图判断该机器主要将什么能转化成了什么能即可解决此题．

6.【答案】B

【解析】 A、给蓄电池充电时，蓄电池相当于用电器，将电能转化为化学能储存起来，故A正确；
B、发电机工作：机械能转化为电能，故B不正确；
C、人骑自行车：人体内的化学能转化为机械能，故C正确；
D、内燃机工作时，燃料的化学能转化为内能，内能做功转化为机械能，故D正确；
故选B。
【点评】本题通过四个实例考查了能量的转化，在做这类题时，我们要注意分析哪种能量增加了，哪种能量减少了，因为总是减少的这种能量转化为增加的那种能量。能量转化的过程都是有规律可循的，在平常的学习中要注意总结归纳。

7.【答案】A

【解析】 A、核能转化为电能的正确途径是核能先转化为内能，再推动蒸汽轮机转动，转化为机械能，再推动发电机转动，转化为电能，故A说法错误； B、太阳能利用可以光热转换、光化转换或光电转换，能量转化过程中总量保持不变，故B说法正确；
C、天然气是化石能源，不能重复利用，属于不可再生能源，风能、水能等是可再生能源，可以重复利用，故C说法正确；
D、拦河坝可以提高上游水位，利用水的势能和动能是通过水轮发电机转化为电能，故D说法正确．
故选：A．
根据能量转化过程中消耗的能量与获得的能量可对能量的转化做出判断．同时会根据定义区分可再生能源与非可再生能源能．

8.【答案】B

【解析】 做功可以改变物体的内能。
A、“流星”进入大气层后，流星和空气之间有摩擦，克服摩擦做功，机械能转化为内能，机械能减小，内能增大。A错误；
B、利用大气筒打气时，活塞压缩气体做功，机械能转化为气体的内能，使气体的内能增大，温度升高，然后热量会从气体转移给气筒，使其温度升高，内能增大；另外，活塞与气筒之间相互摩擦做功，机械能转化为气筒的内能，使气筒的温度升高，内能增大；B正确；
C、水烧开的时候，壶盖不断“跳动”，是水蒸气对壶盖做功的结果，把水蒸气的内能转化为壶盖的机械能；C错误；
D、用砂轮磨刀是动能转化为内能；D错误。
【点评】此题是考查能量的转化，是中考热点，属于易错题目。

9.【答案】D

【解析】
A.用打气筒打气，气筒壁发热　是机械能转化为内能；不合题意；
B.锯木头时，锯条发热  是机械能转化为内能；不合题意；
C.用电熨斗烫衣服，电熨斗发热　是电能转化为内能；不合题意；
D.被点燃的冲天炮腾空而起 属于内能转化为机械能,符合题意；
故选D。
【点评】物体对外做功，内能减小，被点燃的冲天炮腾空而起，燃料的内能减小，冲天炮的机械能增大。

10.【答案】B

【解析】 A出膛的子弹射穿木板，将机械能转化为内能，机械能减小，故以更慢的速度继续前进，A不符合题意；
B两个斜面相对接，小球从左斜面滚下后，将重力势能转化为动能，继续冲上右斜面将动能转化为重力势能，B符合题意；
C电水壶里的水沸腾了，给该电水壶断电，因水沸腾的条件是继续吸热，故水的沸腾会停止，C不符合题意；
D孤岛上被人们遗忘的一只机械表，机械手表是利用弹簧的弹性势能工作的，故一段时间后就停止了，D不符合题意；
故答案为：B.
根据能量的守恒定律，能量不能创造，也不会消灭，可以相互转移和转化.

11.【答案】D

【解析】 滑梯的高度一定，小明的质量一定，所以小明下滑前的重力势能一定，因为不计摩擦和空气阻力，沿不同路径下滑时小明的重力势能全部转化为动能，所以到达滑梯最底端时小明的动能相同，速度相同．

故选D．

（1)物体下降的过程是重力势能转化为动能的过程．
（2)不计摩擦和空气阻力时，机械能是守恒的．
（3)动能大小的影响因素：质量和速度．质量越大，速度越大，动能越大．
（4)重力势能大小的影响因素：质量和高度．质量越小，高度越小，重力势能越小．（1)不计摩擦和阻力时，机械能守恒．考虑摩擦和阻力时，克服摩擦和阻力做功，机械能转化为内能，机械能减小，内能增加．
（2)掌握动能、重力势能、弹性势能大小的影响因素，重力势能、动能、弹性势能是可以相互转化的．

二、选择题

12.【答案】B

【解析】 A、摩擦生热过程，消耗了机械能，得到内能，机械能转化为内能，故A正确，不符合题意； B、发电机工作过程，消耗了机械能，得到电能，属于机械能转化为电能，故B不正确，符合题意；
C、光合作用是光能转化为化学能的过程，故C正确，不符合题意；
D、给蓄电池充电时，蓄电池相当于用电器，将电能转化为化学能储存起来，故D正确，不符合题意；
故选B．
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，因为总是消耗的能量转化为得到的能量．

三、填空题

13.【答案】内；机械 ；热值

【解析】 燃料燃烧是把燃料的化学能转化为内能，火箭升高，其机械能增大，它的机械能来自于燃料燃烧后产生的高温高压的燃气，它是利用了内能可以做功，把内能转化为机械能。火箭燃料利用液态氢是因为它的热值大，在质量一定时，燃烧后放出的热量多。
能量的转化。

14.【答案】高温废气带走的；不能

【解析】 内燃机燃料燃烧释放的能量分配：有一小部分是克服机械之间的摩擦消耗的能量，一大部分是高温废气带走的能量，剩余的才是转化为有用机械能的能量．
高处水池中水的重力势能，只有部分转化为叶轮的动能；而叶轮的动能部分用来打磨物体及转动部分摩擦做功，不会全部提供给水泵用来提升水．或简答为“用于水泵提升水的能量只是从上面流下的水的动能的一部分”．由于从上面流到下面水池过程中，由于用来打磨物体消耗能量，故流下来的水不能全部被抽送到上面的水池中．即流下来的水要比抽上去的水多，随着时间的推移，上面水池中的水越来越少，一定时间后便不再有水从上面流下来，所以这个装置不能够“永动”．
故答案为：高温废气带走的；不能．
（1）根据内燃机燃料燃烧后能量走向回答第一空．
（2）此题要从能量的角度入手去分析解决：水从高处落下冲击叶轮，有一部分重力势能转化为叶轮的动能，还有一部分重力势能转化为掉入水池中的水的动能．转化为叶轮的动能的那部分能量也没有全部提供给水泵用来提升水，还有一部分用来打磨物体及转动部分摩擦做功．总之，明确在这个过程中存在着能量的流失是解此题的关键．

15.【答案】化学；机械能；1040

【解析】 ①消耗了化学能得到了机械能，故是化学能转化为机械能；
②此时运动员对杠铃所做的功W=Gh=156kg×10N/kg×2m=3120J；
运动员做功的功率为：P===1040W；
故答案为：化学；机械；1040．
①运动员将杠铃举起来时消耗了本身的化学能，得到了机械能；
②根据：W=FS，以及P=进行对应的计算．

16.【答案】光；内；化学；电；机械

【解析】 ①电流经过电灯时，消耗了电能，而电灯发光和发热，所以是电能转化为光能和内能；②水果电池内部发生化学变化，消耗化学能，得到内能，所以化学能转化为内能；③电流通过电动机时，消耗了电能，而电动机输出了机械能，所以是电能转化为了机械能；故答案：光；内；化学；电；机械．

17.【答案】不能；违背了能量守恒定律；1.29×104；热传递

【解析】 （1）达•芬奇设想的永动机是不能实现的，因为机械能在相互转化的过程中一定有一部分消耗，转化为其它形式的能，能的总量保持不变，但机械能会减少，因此，永动机违背的能量守恒定律；
（2）水吸收的热量：Q吸=cm△t=4.2×103J/（kg•℃）×2kg×（80℃﹣20℃）=5.04×105J；
由公式Q=qV得需要天然气的体积：
V=≈1.29×10﹣2m3=1.29×104cm3；
（3）烧水时，是热量发生了转移，因此，是热传递改变了水的内能．
故答案为：不能；违背了能量守恒定律；1.29×104；热传递．
（1）在自然界中能量是守恒的，但仅就机械能而言，其守恒是有条件的，据此判断；
（2）不考虑能量损失，水所吸收的热量，就等于天然气燃烧释放的能量，据此利用热量的公式可进行计算；
（3）烧水是通过热传递来改变水的内能．

四、解答题

18.【答案】 永动机是指违反热力学基本定律的永不停止运动的发动机．由能量守恒定律可知，能量既不会创生，也不会消灭，它只能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，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．因为能量的转化是有方向性的，自然界里无论什么运动都会产生热，热向四周扩散，成为无用的能量．如不补给能量，任何运动着的机器都会停下来，所以永动机违背了能量守恒定律，是不可能制成的

【解析】 根据能量守恒定律的内容解答．明确转化和转移：转化能的形式发生变化，转移能的形式不变．

19.【答案】解：利用热水袋放热使人取暖，属于能量的转移；
太阳能热水器在阳光的照射下转化为热能储存在水中，属于能量的转化．

【解析】 能量守恒定律：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另一种形式，或者从一个物体转移到另一个物体上，在转移和转化过程中，能的总量保持不变．

五、综合题

20.【答案】（1）机械；电磁感应
（2）B
（3）液体压强随深度的增加而增大；乙
（4）3×105
（5）比热容

【解析】 （1）潮汐运动是机械能，潮汐发电是将海水的机械能转化为电能；发电机是利用电磁感应原理制成，是机械能转化为电能；
（2）煤炭、石油、天然气等化石能源、核能等使用完之后不能在短时间内再从自然中获取，属于非可再生资源；水能、风能、潮汐能、地热能等属于可再生资源；
（3）由于液体受到重力作用，且具有流动性，所以液体对容器底和容器侧壁有压强，并且液体的压强随深度增加而增大，即越往下面，液体内部压强越大，故拦河大坝的修建成上窄下宽的梯形，增大对水产生的压强的承受力；乙图海水水位高，是涨潮发电．
（4）目前我国的潮汐电站年发电量达约为7.5×108kW•h，每年可节约煤：
​=3×105吨．
（5）水的比热容大，一定质量的水在升高一定的温度时，吸收的热量较多，所以比其他液体作冷却效果好．
故答案为：
（1）机械；电磁感应．
（2）B．
（3）液体压强随深度的增加而增大；乙．
（4）3×105．
（5）比热容．
（1）潮汐能的特点是运动，运动的物体具有机械能中的动能；发电机是利用电磁感应原理制成，是机械能转化为电能；
（2）可再生能源是指使用完之后短时间可以再从自然界中获取的能源；
（3）液体的压强跟液体的深度和密度有关．在液体的密度一定时，深度越深，液体的压强越大；涨潮发电还是退潮发电关键是看海水水位高还是低，海水水位高是涨潮发电．
（4）郎斯潮汐电站年发电量和1吨煤燃烧后发电量相除即可得出节约煤的吨数．
（5）冷却要求用较小质量的物质吸收较多的热，水符合这一特点，而且来源广泛．

21.【答案】（1）解：气温低于0℃时，使用后的热水器中残存的水会结冰．水结冰后，密度变小，体积膨胀，很容易把热水器胀破．所以，气温低于0℃时，用后需要打开放水塞，放尽机体内存水，再拧紧。
（2）解：由表格可知，额定热负荷16kW，热水器正常工作1min，产生的热量为：
Q=Pt=16×103W×60s=9.6×105J
由表格可知额定产热水能，1min内加热水的质量为：
m=ρV=1.0×103kg/m3×8×10﹣3m3=8kg
这些水吸收的热量为Q吸=cm△t=4.2×103J/（kg•℃）×8kg×25℃=8.4×105J
热水器的烧水效率为η=×100%=×100%=87.5%；
（3）解：一次淋浴需要的热量为：
Q淋=Pt淋=16×103W×1200s=1.92×107J
需要完全燃烧的天然气的体积为V气===0.24m3；
（4）右；右
（5）解：火焰燃烧时，双金属片外侧的金属温度升高时膨胀的更多，双金属片向下弯曲，推动燃气阀门打开；如果因为意外的原因使火焰熄灭，双金属片的温度降低，外侧金属收缩的更多，双金属片向上伸直，拉动燃气阀门关闭，防止燃气外泄。

【解析】 （1）水的凝固点是0℃，水在结冰过程中体积会膨胀；
（2）已知热水器的额定热负荷和1min，可以得到在此时间产生的热量Q；
已知1min加热水的体积，可以得到1min加热水的质量；已知水的质量、比热和升高的温度，可以得到吸收的热量；
已知水吸收的热量和热水器产生的热量，两者之比就是热水器的烧水效率；
（3）已知热水器的额定热负荷和淋浴时间，可以得到在此时间产生的热量Q淋；已知需要的热量和天然气的热值，利用V=得到燃烧的天然气；
（4）水箱中进水时，对膜片有向左的压力，压力足够大时，弹簧被压缩，燃气阀门打开，热水器供热；反之燃气阀门关闭；
（5）物体具有热胀冷缩的性质，但不同物体的热膨胀程度不同，双金属片就是两片热膨胀程度相差很大的金属片铆合而成。