你好,我是物理柯老师。
立志帮10000个家长看懂孩子的物理学习,帮孩子把课堂知识真正变成解题能力。
晚上一对一辅导时,桌上的小风扇越转越慢,最后停了。孩子看着风扇问:“风扇停了,刚才的能量去哪儿了?”
我指了指被风扇吹动的纸片:“你看,纸片刚才被吹动了,风扇也发出了声音。扇叶停了,能量可没凭空消失。”
要回答这个问题,还要看能量变成了什么、传到了哪里;把周围物体也算上,才能看清能量守恒。

第一步:看能量变成了什么
电池里储存着化学能。给小风扇供电时,化学能先变成电能。
电能带动扇叶转起来,主要变成机械能。从一种形式的能量变成另一种形式,叫能量转化。
风扇运转时,电机还会发热,也会发出声音。所以,电能不只变成扇叶转动的机械能,还有一部分变成内能和声能。
同一块电池,充电时电能变成化学能;使用时,化学能又变成电能。要看清能量怎样变化,得先看设备正在做什么,不能只看设备叫什么。

第二步:看能量从谁传到了谁
把冷勺放进热水,过一会儿,勺子变热,热水变凉些。能量没有变成另一种形式,而是从热水传到了勺子,这叫能量转移。陪孩子判断时,可以先找出能量从哪个物体传到哪个物体。
转化看能量形式有没有变,转移看能量从谁到了谁。这两种变化可以同时发生,不是只能选一个。
热水把能量传给冷勺,是因为热水温度更高。判断热传递方向,要比较温度高低,不是比较两个物体的内能总量。
再看手推木块:手对木块做功,能量传给木块;木块在桌面上滑动时,摩擦又使一部分机械能变成内能。这个过程中,能量既从手传到木块,也从机械能转化成内能。

第三步:把周围物体也算进来
能量不会凭空产生,也不会凭空消失。把参与过程的物体和周围环境都算上,能量总量保持不变,这叫能量守恒。过程中改变的,是能量的形式或所在的物体。
小球落地后越弹越低,说明它的机械能减少了。碰撞时,能量传给地面和空气,并使它们稍稍变热、发出声音。小球的机械能减少,不等于能量总量减少。
小球停下来,只说明它的动能为零;小球、地面和空气仍有内能。若只盯着小球的机械能,就会漏掉传给周围的能量。

如果一台机器既没有能量输入,也不消耗自身储存的能量,却能一直对外做功,就等于能量凭空增加,违反能量守恒。

回到小风扇:电能让扇叶转动,扇叶带动空气和纸片;电机发热、风扇发声,也说明能量传到了周围或变成了其他形式。风扇停下时,
这里一定要注意:能量没有消失,而是分散在周围物体中。这些能量仍然存在,只是分散后不容易再集中利用。
让孩子做下这几道题(5道)
基础题
1.把冷金属勺放入热水,勺子逐渐变热;接着两手用力互相搓动,手也变热。前一个过程主要是能量的转化还是转移?后一个过程是什么能转化为内能?
2.(2021·湖北恩施土家族苗族自治州)下列有关说法正确的是( )。
A.压缩冲程中柴油机气缸里的气体内能减小;
B.物体吸收热量后,内能增大,温度一定升高;
C.搓手时感到暖和是因为产生了热量;
D.给手机充电时是将电能转化为化学能
中档题
3.(2021·贵州)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
4.(2021·广东)如图为火箭发射的场景,火箭的燃料使用了液态氢,主要是因为它的______大,火箭发射升空时,燃料的化学能转化为______能,再转化为火箭的机械能,这个过程中火箭的机械能______(选填“守恒”或“不守恒”)。

5.一个小球从高处落下并多次弹跳,最后静止在地面。某次碰撞前后,小球的机械能减少了0.4 J。有同学说:“这证明能量没有守恒,而且最后静止的小球不再具有能量。”请分别指出这两句话的问题,并说明减少的机械能可能去了哪里。
答案与解析
第 1 题:答案 转移;机械能。
解析:热水把能量传给冷勺,能量形式还是内能,这是转移。搓手时,手的机械能变成内能,这是转化。两种变化都会让物体变热。
第 2 题:答案 D。
解析:压缩冲程中,活塞压缩气体并对它做功,气体内能增加,A错。晶体熔化时吸热但温度不变,所以B错。搓手是做功使手的内能增加,不是“产生了热量”,C错。手机充电时电能转化为电池的化学能,因此D正确。
第 3 题:答案 B。
解析:轮盘转动时要克服摩擦和空气阻力,机械能会逐渐变成内能;没有能量补充,装置最终会停下,所以B正确。能量守恒不代表机械能不变,小球的动能和重力势能仍会相互转化。
第 4 题:答案 热值;内;不守恒。
解析:相同质量的液态氢完全燃烧,放出的热量更多,所以它的热值大。燃烧后,化学能先变成内能,再推动火箭上升,使火箭的机械能增加。因此火箭的机械能不守恒;把燃料和周围环境也算上,总能量仍守恒。
第 5 题:答案 两句话都不正确;减少的机械能可转化为内能,并有一部分以声音向外传播。
解析:碰撞时,小球减少的机械能会传给地面和空气,也有一部分变成声音和内能。小球停下后动能为零,但仍有内能。把周围也算进去,能量没有消失。
今天分享结束,明天见!
我是你身边的柯老师,如果有任何物理上的难题,欢迎交流!