五、能量的转化和守恒
5分钟训练 (预习类训练，可用于课前)
1.从能量的角度分析如图16-5-1所示的滚摆和单摆上下的运动情况，它们共同表明_____________________。
图16-5-1
解析：滚摆和单摆向下运动时，重力势能转化为动能，向上运动时，动能转化为重力势能，它们可以反复上下运动，共同表明：动能和重力势能之间可以相互转化。认识到这一点，可以让学生从能量的角度分析自然界中各种现象之间的相互联系。
答案：动能和重力势能之间可以相互转化
2.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16-5-2所示。从能量的角度分析,这个现象表明_________________________。
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图16-5-2
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。
答案：内能和机械能之间可以相互转化（和转移）
3.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___________到另一个物体，而在___________和___________的过程中，能量的总量保持___________。这就是能量守恒定律。
解析：能量守恒定律是本节课的重点内容，通过预习，让学生找到能量守恒定律中的关键词语，为学习新课作好准备。
答案：消灭 产生 转化 转移 转化 转移 不变
4.你知道自然界中哪些能量之间可以相互转化吗？举例说明：
如：发光的电灯，电能转化为光能。
解析：让学生自己列举能量转化的例子，丰富学生的生活经验，为在学习中通过归纳法分析问题积累材料。学生列举的例子可多可少，教师只要应用归纳法略加指点，即可水到渠成地得出能量守恒定律。
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答案：摩擦生热，机械能转化为内能。
植物光合作用，光能转化为化学能。
煤燃烧，化学能转化为内能。
电动机车运动，电能转化为机械能，等等。
10分钟训练 (强化类训练，可用于课中)
1.下列能量的转化中，属于机械能转化为内能的是（ ）
A.点燃爆竹，爆竹腾空而起 B.汽车紧急刹车，轮胎发热
C.给生石灰加水，温度升高 D.给电炉通电，电炉发热
解析：本题的关键是弄清在各种能量的转化过程中前后能量的形式。点燃爆竹，爆竹腾空而起，是火药的化学能转化为内能，内能又转化为机械能；汽车紧急刹车，是轮胎与地面摩擦生热，机械能转化为内能；给生石灰加水，发生化学变化，属于化学能转化为内能；给电炉通电，电炉发热，是电能转化为内能。
答案：B
2.写出能量守恒定律的内容：______________________________________________。
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
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量之间的深刻联系，应重点掌握。
答案：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。这就是能量守恒定律
3.水轮机带动发电机发电，是___________能转化为___________能；电动机带动水泵，把水抽到高处，是___________能转化为___________能。
解析：通过实例，认识能量之间的相互转化情况。水轮机带动发电机发电，消耗的是水能，产生的是电能；而电动机带动水泵，消耗的是电能，产生的是水能。这里突出体现了能量之间的相互转化。
答案：机械 电 电 机械
4.用热传递的方法来改变物体的内能，实质上是能量的___________过程；用做功的方法来改变物体的内能，实质上是能量的过程。
图16-5-3
解析：在能量守恒定律中，能量的“转化”是指：一种形式的能量转化成为另一种形
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式的能量，即前后两种状态，能量的形式发生了变化，如“钻木取火”是机械能转化为内能，“电车运动”是电能转化为机械能；而能量的“转移”是指：一个物体所具有的一种形式的能量，转移到另一个物体上后，还是同一种形式的能量，即前后两种状态，能量的形式并没有发生变化，只是能量发生了转移，如“热传递”就是一个物体具有的内能转移到另一个物体上，前后都是内能。
答案：转移 转化
5.(2010广东莆田模拟，11)参照图16-5-3及示例填写不同形式的能量之间的转化及其实例。示例：电能→光能：电灯
（1）____________________________________________________
(2)_______________________________________________________
解析：本题属于能量守恒定律的应用。通过分析题图，使学生对能量守恒定律有一个具体的、形象的、深刻的理解。答案开放，只要符合要求即可。
答案：（1）电能→机械能：电动机 (2)内能→机械能：汽车
6.(2010湖北宜昌模拟，34)某校师生在学习了能量的转化与守恒以后，组织兴趣小组调查学校几种炉灶的能量利用效率。他们发现学校的一个老式锅炉烧水时，经常冒出大量的黑烟，且烧水时锅炉周围的温度很高，锅炉的效率很低。
（1）请你根据调查中发现的现象分析此锅炉效率低的原因，并提出相应的改进措施。
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（2）要减少烟气带走的热量，可以采用什么办法？
解析：在当今的低耗、高效的形式下，锅炉效率低是社会关注的焦点问题。在本题中，师生通过共同调查研究，发现了锅炉效率低的主要原因表现症状：经常冒出大量的黑烟；锅炉周围的温度很高。针对这两种表现，通过分析，揭示其效率低的原因：燃烧问题和散热问题。发现问题，分析问题，如何解决问题呢？烟气带走热量，是普遍存在的问题，让同学们提出解决方案，渗透、融合了情感态度价值观的教育，可谓是一箭双雕。
答案：（1）锅炉效率低的原因：
①锅炉冒出大量的黑烟，说明煤燃烧不完全；
②锅炉周围的温度很高，说明锅炉向周围散失的热量太多。
（2）改进措施：尽量使燃料燃烧充分；利用烟气携带的热量对其他的水进行预加热，综合利用内能。
30分钟训练 (巩固类训练，可用于课后)
1.木块从粗糙的斜面顶端匀速下滑到底端的过程中（ ）
A.木块的重力势能全部转化为动能
B.木块的动能增加，重力势能减小
C.木块有一部分机械能转化为内能
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D.木块的机械能全部转化为内能
解析：解答本题注意“匀速”“下滑”这两个条件，既然是匀速，则动能保持不变，而下滑又说明势能在减小，减小的势能没有转化为动能，由能量守恒定律可知，减小的能量一定转化为其他形式的能了，转化为什么能了呢？由于斜面是粗糙的，木块与斜面摩擦生热，重力势能转化为内能。所以是一部分机械能转化为内能，而不是全部。
答案：C
2.某物体对外做功，消耗了100 J的机械能，这些机械能转化为其他形式的能量是（ ）
A.50 J B.100 J C.0 J D.无法确定
解析：有能量转化守恒定律可得：（能量）在转化和转移的过程中，能量的总量保持不变。消耗了100 J的机械能，转化为其他形式的能量也是100 J，不可能是其他的数值。
答案：B
3.用打桩机打桩，打桩锤从5 m高处自由落下时，锤与桩因冲击力作用表面温度升高，这说明（ ）
A.机械能守恒 B.动能守恒
C.势能守恒 D.能量守恒
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解析：打桩锤自由下落过程中，重力势能转化为动能，锤与桩冲击时，动能转化为锤与桩的内能，所以在整个过程中，机械能发生了变化，但总能量是守恒的。所以选D。
答案：D
4.下面关于能量的说法中，正确的是（ ）
A.用砂轮磨刀是由内能转化为动能
B.陨石进入大气层成为流星时，是内能转化为机械能
C.壶中的水沸腾时壶盖不停地跳动，是水的势能转化为壶盖的动能
D.用打气筒给轮胎打气，打气筒发热，是机械能转化为内能
解析：本题实际上考查了做功改变物体内能的实质，即内能和其他形式的能的相互转化。砂轮磨刀时，克服摩擦力做功，是机械能转化为内能，选项A错误。陨石进入大气层，克服摩擦力做功，消耗机械能，内能增大，温度升高，发光发热，选项B错误。壶中的水沸腾时产生大量的水蒸气，水蒸气膨胀推动壶盖做功，水蒸气的内能转化为壶盖的机械能，选项C错误。用打气筒给轮胎打气，压缩气体做功，机械能转化为内能，选项D正确。
答案：D
5.在一个密封的小房间里，放着一台开着门的电冰箱，给电冰箱通电，过一段时间后，房间的温度将…（ ）
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A.升高 B.降低 C.不变 D.无法确定
解析：电冰箱的作用就是将热量从电冰箱里面搬运到外面，使冰箱里面内能减小，温度降低，但同时，外面的温度将升高。由能量守恒定律可得：冰箱里面内能减少的量，与外面内能增加的量是相等的，这样，在电冰箱门口，将不断地发生热传递，而房间内总的内能不变，所以，温度将保持不变。
答案：C
6.火箭在大气层里加速上升的过程中（ ）
A.机械能减少，内能增加 B.机械能增加，内能减少
C.机械能与内能都增加 D.机械能不变，内能增加
解析：火箭由于加速上升，速度增大，火箭的动能增大，上升过程中高度增加，重力势能也增大，因此机械能也增大；火箭在大气层中上升，要克服摩擦力做功，内能要增加，所以选项C正确。选项A、B、D错误。本题容易错选A，错误的原因是认为火箭在大气层中上升，要克服摩擦力做功，一部分机械能转化为内能，而没有考虑到火箭加速上升，动能和重力势能都要增加，解答本题的关键是明确机械能的大小跟哪些因素有关。
答案：C
7.(2010湖北宜昌模拟，21)通讯卫星板状的两翼是太阳电池板，它的作用是把能转化为能，供卫星使用。
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解析：通讯卫星的太阳能电池板是通过能量转化，为通讯卫星提供能量的装置。所以它的作用是把太阳能转化为电能。
答案：太阳 电
8.在下列现象中，能量是怎样转化的？
（1）用锯锯木头，过一会锯条变热了；______________________
（2）木材燃烧，发光发热；_________________________________
（3）植物进行光合作用；_________________________________
（4）电动机通电后转动起来；_________________________________
（5）核电站发电；_________________________________
（6）蓄电池放电；_________________________________
（7）对蓄电池充电。_________________________________
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。
答案：（1）机械能转化为内能；
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（2）化学能转化为内能和光能；
（3）光能转化为化学能；
（4）电能转化为机械能；
（5）核能转化为电能；
（6）化学能转化为电能；
（7）电能转化为化学能。
9.(2010江苏连云港模拟，24)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: ______________________。
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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。
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
10.从210 m处自由下落的雨滴，如果下落过程中重力对它做功的40％用来增加雨滴的内能，它落到地面时，温度升高了多少？（取g＝10 N/kg）
解析：解答本题的关键是,雨滴从高处下落时重力做的功W，其中40％转化为雨滴的内能Q，列出等式Q＝40％W。根据雨滴下落过程中重力对它做的功为W＝mgh,转化为雨滴的内能为Q＝cmΔt，其中c为水的比热容，m为雨滴的质量，h为雨滴的下落的高度，Δt为雨滴升高的温度，由Q＝40％W，即得cmΔt＝40％mgh,找到了等量关系即可求解。
答案：重力做的功为W= mgh
转化为雨滴的内能为Q＝cmΔt
由题意得Q=40％W
所以cmΔt=40％mgh
即Δt=40％mgh/cm=（40％×10 N/kg×210 m）/［4.2×103Ｊ/（kg·℃）］=0.2 ℃。
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快乐时光
一次，林肯替一位用锄头砍死富豪恶犬的农夫辩护。
富豪：被告为什么要用锄头砍死我的爱犬？
林肯：因为你的恶犬首先伸头咬他。
富豪：被告为什么没有倒过头来用锄柄将它赶走？
林肯：因为你的恶犬没有倒过头来用屁股咬他。
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