第十四 第3节 能量的转化和守恒-【重难点手册】2024-2025学年九年级全一册物理（人教版）

更难专手细九年级物理) 第3节 能量的转化和守恒 重点和难点 课标要求 1.了解能量及其存在的多种形式. 本节的重点是能量守恒定 2.知道能量的转移和转化，能解释一些常见现象中的能量 律，难点是树立用能量观点分 转化过程， 析自然现象的观念 3.理解能量守恒定律，培养用能量守恒定律的观，点分析物 理现象的意识 -01业备知识梳理。一 重难点1能量的转化 不发生变化，只是能量从一个物体转移到其他 1.自然界中存在各种形式的能量 物体上 自然界中的能量形式主要有：与物体机械 例①(2024·天津河西区二模)2023年5 运动相联系的能量—机械能：与物体内部分 月30日，中国载人航天飞船神舟十六号发射成 子相联系的能量一内能；与化学变化相联系 功.如图所示，飞船在空中加速上升时的能量 的能量一化学能：与电现象相联系的能 转化情况是( . 量一电能：与光现象相联系的能量一光能： A.飞船的动能转化为重力 与原子核的变化相联系的能量一核能等 势能，动能减小 2.各种形式的能量是可以相互转化的 B.燃料燃烧产生的内能转 自然界中有各种形式的运动，如机械运 化为飞船的机械能 动、分子热运动、电磁运动等，每种运动都对应 C.没有发生能量的转化，飞船的机械能 着一定形式的能量，如机械能、内能、电能等， 不变 此外还有化学能、光能、核能等.自然界中的各 D.飞船的重力势能转化为动能，重力势能 种能量在一定条件下都是可以相互转化的.植 减小 物的光合作用把光能转化成化学能：燃料燃烧 解析]飞船在空中加速上升时，飞船的质 把化学能转化成内能：热机利用内能做功，把 量不变，速度变大，动能变大，高度增大，重力 内能转化为机械能；发电机发电把机械能转化 势能增大，所以该过程不是重力势能和动能的 为电能… 3.能量的转移 转化；机械能为动能和势能的和，所以机械能 能量在不同物体之间或同一物体的不同 增大；火箭升空时，通过燃料的燃烧产生的内 部分之间可以发生转移.如在热传递过程中， 能转化为机械能， 高温物体的内能转移给低温物体，能量的形式 答案B 44 第十四章 内能的利用么 重难点2能量守恒定律 河里源源不断输送到上方农田中.下列说法正 1.能量守恒定律 确的是( ). 能量既不会凭空消灭，也不会凭空产生， A.这是一台“永动机” 它只会从一种形式转化为其他形式，或者从一 B.水在输送过程中重力势 个物体转移到其他物体，而在转化和转移的过 能不变 程中，能量的总量保持不变 C.转轮转速越快，输水做功 2.永动机不可能造出 功率越大 不少人曾经设想制造一种不需要动力就 D.上、下两个转轮可分别看作定滑轮和动 能源源不断地对外做功的机器，人们把这种机 滑轮 器叫作永动机， 解析]这一装置在工作时，存在摩擦和空 能量守恒定律的发现使人们认识到：任何 气阻力，不是一台“永动机”，故A错误：水在输 部机器，只能使能量从一种形式转化为另一 送过程中高度改变，所以重力势能改变，故B 种形式，而不能无中生有地制造能量.因此不 错误；转轮转速越快，相同时间内输水做功越 可能造出永动机. 多，则功率越大，故C正确；上、下两个转轮在 例2(2023·苏州中考)《天工开物》中记 转动时，它们的轴始终是固定不动的，不符合 载有一种自动引水灌溉工具一“高转筒车” 动滑轮的特点，里面不存在动滑轮，故D错误. (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 答案C 02关健能力提升一。 关键点】能量转化和守恒定律的应用 到了60℃.水的比热容c水=4.2×103J/(kg· 1.判定能量转化或转移的方法 ℃)，天然气的热值q天然气=4.0×10J/m3.问： (1)根据各种不同形式的能量大小的决定 (1)在这4h内水吸收了多少热量？ 因素进行判断。 (2)若这些热量由效率为60%的天然气热 (2)根据能量守恒定律进行判断.能量转 水器来提供，则需要燃烧多少立方米天然气？ 化或转移过程中，一种形式的能量减少（增 (3)小湘家决定不用热水器加热，而是用 加)，另一种形式的能量增加（减少）. 水冷发动机流出的热水，水冷的原理是将冷水 2.利用能量守恒定律进行计算 注入与机器接触的水冷管，冷水吸热升温后被 (1)利用内能增加或减少求热量. 排出，使机器工作温度保持稳定，小湘家有一 (2)利用功求机械能的增加或减少量. 台每秒输出5.04×10J的能量、效率为30% (3)利用电功求电能的增加或减少量. 的发动机，为使其在室温为25℃的环境下正 (4)利用一种形式的能量的增加（或减少） 常工作时不能过热，水冷管入水处每秒通入体 量求另一种形式的能量的减少（或增加）量. 积为560mL、温度为20℃的冷水，其出水口处 例①(2024·武汉武珞路中学月考)小湘 的水温为，假设该发动机的总散热面积为 家新安装了一台太阳能热水器，装了160L水， 0.5m,其中与水冷管接触的面积为0.1m, 经过4h阳光的照射，水温由原来的20℃升高 其余部分与空气接触，且空气接触的部分只能 45 更难点手册九年级物理？) 够带走按面积分配的25%的热量，余下热量全 Q-W=5.04X01-1.68×10J. 部由水冷管带走.求该发动机正常工作时，水 30% 冷管出水口的温度t出，[已知水的比热容为 根据题意可知发动机每秒的散热量为 c*=4.2×103J/(kg·℃)，密度为P咏=1.0× Q=Q数×(1-7)=1.68×10J×(1 103kg/m3] 30%)=1.176×105J, 根据题意可知水吸收的热量为 解折(1)由P=世得太阳能热水器中水的 Q。-Q×1-9×250）=1.176×10J× 质量为 m*=pV*=1.0×103kg/m×160×103m (1-0.5m-0.1m×25%)=9.408×10J, 0.5m =160kg, 在这4h内热水器中水吸收的热量 由P一晋得，注入水冷管中水的质量为 Q线=c米1*(t-t)=4.2×103J/(kg·℃)X m*=pV米=1.0X10kg/m2×560X106m 160kg×(60℃-20℃)=2.688×107J. =0.56kg, (2)由题可知，天然气完全燃烧放出的热量 由Q=cm△1得，水冷管中水升高的温度为 Q4-Q=2.688X10J=4.48×102J, A'= Q线 60% C求n水 由Q:一Vg可得，需要完全燃烧天然气的 9.408×10J 体积 4.2×103J/(kg·℃)X0.56kg V=Q-4.48×10J =40℃， 44×10J/m =1.12m3. 则水冷管出水口的温度为 (3)发动机每秒消耗的总能量为 1出=10+△1'=20℃+40℃=60℃. 03核心泰养聚焦一。 考向1判断能量的转化 态，受到的重力和支持力是一对平衡力，这两 例口(2023·湘潭中考)如图所示，指尖 个力在同一直线上，因此指尖陀螺的重心一定 陀螺中间是轴承，内有滚珠，边上有三个金属 也在这条直线上，故A错误；任何的能量转化 制作的飞叶，拨动后，飞叶可以绕轴在指尖上 和转移都遵循能量守恒定律，因此，飞叶转动 长时间转动.下列分析错误的是( 时遵循能量守恒定律，故B正确：；轴承内的滚 A.指尖陀螺的重心在 珠变滑动为滚动，有利于减小摩擦，故C正确； 飞叶上 陀螺由于受到阻力最后会停下来，在这个过程 B.飞叶转动时遵循能 中机械能转化为内能，故D正确 量守恒定律 答案A C.轴承内的滚珠有利于减小摩擦 核心果养 D.陀螺最后会停下来，在这个过程中机械 本题是对二力平衡条件、摩擦力以及能 能转化为内能 量的形式和各种形式的能量相互转化的认 解析]指尖陀螺在竖直方向上处于平衡状 识的考查，体现了物理观念的素养要求 46 第十四章 内能的利用么 考向2能量守恒定律的理解及应用 并说明理由。 例2(2024·绍兴一模)光滑斜面甲与水 解析(1)从释放点到B点静止，减少的机 平面AB平滑连接，从斜面甲高H处静止释放 械能等于在AB水平面上由于摩擦而损失的机 小球，小球运动到B点静止，如图1，在AB上 械能，因为AB=3AC,所以在AC上损耗的机 的C点平滑拼接另一光滑斜面乙.已知AB= 械能是AB上的三分之一，所以乙斜面上时的 3AC,如图2，回答下列问题： 机械能比甲斜面上时的机械能少三分之一，故 上升的高度h=号H. (2)小球在乙斜面上升高度为2h,即号H, 图 因为AC段上消耗的机械能与第一次相同，即 消耗号高度的机城能，所以原来小球在甲斜面 图2 (1)如果小球从斜面甲高H处静止释放， 上的释犹高度是2十号号H 说明小球在乙斜面到达的最大高度h与H的 核心索养 数量关系及理由， 本题是对能量守恒定律和能量的转化 (2)要使小球在乙斜面上到达的最大高度 与做功多少的关系的考查，体现了物理观念 变为2h,小球应在甲斜面上多高处静止释放， 和科学态度与责任的素养要求。 04-学业质量测评。 A 基础过关练 测试时间：15分钟 C.热机工作时，将内能转化为机械能 1.(2023·成都中考)我们生活在能量的世界， D.人们对太阳能的开发和利用，说明能量可 社会的进步和发展离不开能量.对于能量、 以凭空产生 能源的认识，下列说法正确的是( ). 3.(2024·黄冈实验中学月考)在科幻大片《流 A.做功过程实质是能量的转化或转移过程 浪地球》中有这样一个场景：主人公为帮助 B.能量转化具有方向性，所以能量不守恒 地球脱离木星的吸引，点燃了木星上的可燃 C.核燃料能量转化效率可达100%，需大力 气体，从而将地球推离木星.以下与推离过 发展 程中能量转化方式相同的是( D.煤、石油、天然气提供的能量源自地球 本身 2.(2024·银川兴庆区校级一模)下列关于能 量的转化和守恒的说法中错误的是( 窗魔窗 A.高山上滚下的石块越来越快，说明重力势 能转化为动能 4.(2024·苏州一模)如图是十三世纪法国亨 B.酒精燃烧时，将化学能转化为内能 内考设计的“魔轮”，轮子边缘上通过可以自 47 重难点手册九年级物理) 由转动的铰链等距安装了12个相同的活动 乒乓球上升至水面最后漂浮在水面上.乒乓 短杆，杆端分别套上一个相同重球.他认为 球在上升的过程中，它的机械能不断增加. 由于右侧重球距离转轴较远，即重力的 下列关于乒乓球机械能来源的说法中正确 较大，转轮会沿顺时针方向越转越 的是( 快，其实根据 的原理，无需精确测 A.是由水的内能转化来的 量就能判定他的这一设想是不能实现的. B.是由水的重力势能转化来的 C,是由乒乓球的内能转化来的 康铜丝 D.是由乒乓球的化学能转化来的 3.(2024·佳木斯一模)如图所示，材质均匀的 铜丝 弧形轨道固定在竖直平面，将小球置于轨道 热 的顶端A点，小球具有的机械能为100J.让 第4题图 第5题图 小球从A点由静止开始滚动，到右侧所能达 5.(2023·连云港中考)如图所示，两种不同的 到的最高位置B点时，具有的机械能为80J, 金属丝组成一个闭合回路，触头1置于热水 随即小球向左侧滚动，当滚动到左侧所能达 杯中，触头2置于冷水杯中，此时回路中电 到的最高位置时，此过程中小球克服摩擦做 流表指针就会发生偏转，这是温差电现象. 的功可能是（不计空气阻力）( 此过程中 能转化为 能 B综合提能练 测武时间：25分钟 A.10J B.20J 1.(2024·武汉粮道街中学月考)如图所示，掉 C.60J D.70J 在地上的弹性小球会跳起，但是越跳越低 4.(2024·黄冈英才中学月考)如图1所示，用 下列说法正确的是( 两个玻璃杯做“棉纱滴水实验”，过一段时间 A.弹性小球反复跳起落下的过程中，小球机 后 (填“甲”或“乙”)杯中的棉纱末 械能总量保持不变 端有水滴出.图2为某轿车输出的能量与输 B.小球越跳越低，说明小球的一部分机械能 入能量之间的关系图，图中损失的化学能可 转化为其他形式的能量 以使质量为8kg的水温度升高 ℃ C.小球越跳越低，说明能量不可能是守恒的 [水的比热容为4.2×103J(kg·℃)].轿车 D.小球越跳越低，最终会停止跳动，说明小 刹车时，由于摩擦，轿车损失的机械能不能 球的机械能凭空消失了 自动地集起来再次开动轿车，这说明能量的 转化和转移具有 20000」 3200J动能 化学能 小轿车 16800J 第1题图 第2题图 内能和 声能 2.(2024·黄石有色中学月考)把一乒乓球压 入盛有水的烧杯底部（如图所示），松手后， 图1 图2 48 第十四章 内能的利用收型 5.(2024·武汉第三寄宿中学月考)当下雾霾 热量。 严重污染了空气，影响了人的健康，而燃油 【品名】××牌分体式防风燃气炉 汽车排放的尾气是形成雾霾的重要原因之 【材料】不锈钢铜铸铝 一，所以很多公司都致力于新能源电动汽车 【规格】展开260×116mm 净含量 120g 的研究，有效减少尾气排放.某一款纯电动 折叠127×132mm 汽车从0到时速100公里加速时间为4.4s, 【功率】1500W 官方公布的最大续航里程可达355公里， 图2 图3 60kmh匀速情况下续航里程可达500公里， (1)气体燃料在常温下是通过 的方 该车电池容量为70kW·h.(1kW·h 式液化存储在储气罐内，使用过程中，罐 3.6×105J) 体温度变低是因为燃料发生汽化时要 (1)给汽车电池充电，是 能转化为 (填“吸收”或“放出”)热量， 能， (2)在标准大气压下，用该燃气炉将1L水 (2)若电动汽车行驶时效率为80%，燃油汽 从25℃加热到沸腾用时140s,燃气炉 车行驶时效率为25%，该款电动汽车以 烧水时的效率是多少？已知水的密度为 60kmh的速度匀速行驶100km消耗 1.0×103kg/m,水的比热容为4.2× 多少电能？按此速度行驶100km相当 103J/(kg·℃). 于减少消耗多少千克的汽油？（汽油热 (3)小刚注意到炉头上标有参数15字样，他 值为4.6×10J/kg) 查阅说明书得知，该参数表示的是燃气 炉功率[单位：瓦(W)门与耗气量[单位： 克时(g/h)]之比的数值为15，计算该燃 气炉所使用燃料的热值是多少？ (4)小刚同学打算展示在劳动课上学习的烹 饪技能，为家人做顿可口饭菜，下表是他 出发前做的规划，则小刚至少应携带几 个如图3所示的新储气罐？ 内容 每次耗时/min 次数次 炒菜 8 3 C 培优突破练 测试时间：10分钟 煮汤 10 1 1.(2024·贵阳一中自主 烧水 3 2 招生模拟)“五一”假期， 小刚家购买了一款如 图1所示的户外分体式 图1 燃气炉，准备去户外野炊.该燃气炉的铭牌 如图2所示，其中功率4500W是指气体燃 料完全燃烧时燃气炉每秒放出4500J的 49(3)已知热机对外做功W=Q一Q,Q=一△S,T, B综合提能练 Q=△ST, 1.B[小球运动过程中跳起的高度越来越低，说明小球 W=QQ=1-9=1-△5 热机效率%=O 的机械能减少，故A错误：小球机械能减少的原因是克 Q -△S,T 1+4ST 服阻力做功，将机械能转化为内能，但能量的总量是守 △ST 恒的，故B正确，C错误：能量既不会凭空产生，也不会 第3节能量的转化和守恒 凭空消失，小球越跳越低，最终停止跳动的过程中，小 球的机械能没有凭空消失，只是小球的机械能转化为 A基础过关练 其他形式的能量，故D错误.] 1.A[做功的过程是能量转化或转移的过程，例如：摩 2.B[松手后，乒乓球上升至水面最后漂浮在水面上，乒 擦生热，机械能转化为内能：风吹帆船前行，属于机械 乓球在上升的过程中，水的重心不断降低，重力势能不 能的转移，故A正确：能量的转移与转化具有方向性， 断减小，重力势能转化为乒乓球的机械能，故乒乓球的 所有能量在转化和转移的过程中，能量是守恒的，故B 机械能不断增加.] 错误：由于有不可避免的损耗，核燃料能量转化的效率 3.A[由题意可知，小球在与轨道摩擦的过程中，其机 不可能达到100%，故C错误：远古时期陆地和海洋的 械能转化为内能，逐渐减小.不计空气阻力，小球从A 植物通过光合作用，将太阳能转化为生物质能，它们死 点到达B点时，机械能从100」减小为80J,减少了 后身体埋藏在地下和海底腐烂，多年之后形成化石能 20J.而从B点再到达左侧所能到达的最高位置时，其 源，所以煤、石油、天然气等化石能源其根本来源是太 通过轨道的长度应该比第一次短，所以机械能减少的 阳能，故D错误.] 大小应该小于20J,故此过程中小球克服摩擦做的功 2.D[石块下落时高度降低，速度增大，则重力势能减 可能是10J. 小，动能增大，所以是重力势能转化为动能，故A正确： 4.甲：0.5：方向性 酒精燃烧时温度升高，放出热量，消耗了化学能，得到 [根据虹吸原理可知，发生此现象时，出水口必须要比 了内能，故是化学能转化为内能，故B正确：热机工作 容器的水面低，这样使得出水口液面受到向下的压强 时，将燃油的化学能转化为内能，再利用内能做功转化 (大气压加水的压强)大于向上的大气压，保证水的流 为机械能，故C正确：人们对太阳能的开发和利用，是 出，故甲可以，乙不可以 消耗了太阳能，得到其他形式的能，即将太阳能转化为 由Q:三cm△1可得，损失的化学能可使水升高的温度 其他形式的能，能量是不能凭空产生的，此选项的说法 4y=9 16800J 违背了能量守恒定律，故D错误.] m.2X10J/(kg·℃)×8kg-0.5℃. 3.B[科幻大片《流浪地球》中，点燃木星上的可燃气体 汽车刹车时，由于摩擦，汽车的动能转化为地面、空气 将地球推开，此过程内能转化为机械能，相当于内燃机 的内能，这些能量会散发到周围的环境中，无法再回收 的做功冲程.A中两个气门关闭，活塞上行，为压缩冲 利用：摩擦生热时内能以热量的形式散发掉，所以能量 程；B中两个气门关闭，活塞下行，为做功冲程：C中进 的转化和转移具有方向性，这些内能不能自动地集起 气门打开、排气门关闭，活塞下行，为吸气冲程：D中进 来再次开动汽车，] 气门关闭、排气门打开，活塞上行，为排气冲程.故B 5.(1)给汽车电池充电，是电能转化为化学能 正确.] (2)以60kmh的速度匀速行驶平均每公里消耗电能 4。力臂：能量守恒.[由题图可知，转轮相当于轮轴，重 20kW,h=0.14kw·hkm=504000Jkm, 500km 球离轴越远，其轮半径越大，即相当于重力的力臂越 以60km/h的速度匀速行驶100公里消耗电能 大：根据能量守恒定律可知，能量在相互转化和转移的 504000J/km×100km=5.04×10J. 过程中，能的总量保持不变，而转轮在旋转过程中，一 电动汽车行驶百公里与燃油汽车行驶百公里的有用机 定会克服摩擦和空气阻力做功，一部分机械能转化为 内能，因此不可能出现“转轮会沿顺时针方向越转越 械功相同，故可得W一Q中=gm平· 快”的情况，这违背了能量守恒定律.] 代入数据有5.04×10J×80%=4.6×10Jkg×m× 5.内：电.[温差电压是在同一导体的两端因其温度不 25%,解得m≈3.5kg 同而产生的一种热电压，从能量转化角度，热电偶消耗 C培优突破练 了内能转化成了电能.门 1.(1)液化的方式有两种，分别是压缩体积和降低温度， 气体燃料在常温下是通过压缩体积的方式液化的. 引力作用而绕地球运动，故B错误：现代火箭采用液态 汽化是物质由液态变为气态，需要吸收热量， 氢作为火箭的燃料，原因是液态氢具有较高的热值，完 (2)1L水的质量 全燃烧相同质量的不同燃料时，氢可以释放出更多的 m*=pV=1.0×103kg/m3×1×10-3m=1kg. 热量，故C错误：火箭向下喷火，由于物体间力的作用 1L水从25℃升高到100℃吸收的热量 是相互的，火会给火箭一个向上的力，使其升空，故D Q级=e*(t-o)=4.2×10J'(kg·℃)×1kg× 正确.] (100℃-25℃)=3.15×10J. 3.D[在使用热机过程中，废气会带走一部分热量，燃料 140s内燃气炉放出的热量 不可能完全燃烧，不可避免地要克服机器部件摩擦做 Q=P41=4500W×140s=6.3×10J. 额外功，效率不可能达到100%，故A错误：根据热机 燃气炉烧水时的效率 的概念，能将内能转化为机械能的机械都属于热机， 是X10m%- ×100%=50% 汽机、火箭、柴油机、汽油机等都属于热机，故B错误： 任何热机工作时都会排放废气，故C错误：热机是把内 (3)1h内燃气炉放出的热量 能转化为机械能的装置，所以热机工作时都要利用燃 Q=P1=4500WX3600s=1.62X10J. 料的化学能，故D正确.] 燃气炉功率与耗气量之比的数值为15，则1h内燃气 4.D[火箭发射时要选用热值大的燃料，燃料完全燃烧 炉消耗燃气的质量 时，热值大的提供的内能越大，故A错误：大量“白气” m6-gg=30g=0.3e 涌向四周不是分子运动，而是水蒸气遇冷液化形成的 燃气的热值 小水珠在做机械运动，故B错误：燃料燃烧的过程是化 9g-12g=54X01e 学能转化为内能，故C错误：燃气主要通过热传递使周 围的空气内能增大，故D正确.门 (4)由题意知，物料总加热时间 5.D[五月的街头，杨花飞絮随风舞，好似雪花满天飞， ta=t特+ta十t线=3×8min十10min十2X3min= 描述的是宏观物体的机械运动，不属于分子热运动，故 40min=2400s A错误：新能源汽车实现了“零排放”，但是不能排除机 2400s内燃气炉放出的热量 械问的摩擦，也不能排除热量的散失，所以机械效率不 Qe=P1a=4500W×24008=1.08×10J. 会达到100%，故B错误：运载火箭采用液态氢作为火 2400s内消耗燃气的质量 箭的燃料，原因是液态氢具有较大的热值，和其他燃料 ma=9=1.08X101 相比，完全燃烧相同质量的液态氢可以释放出更多的 q 5.4X10 J:kg =0.2kg=200g 热量，故C错误：内燃机的压缩冲程，活塞压缩汽缸内 由题图可知，一个储气罐的净含量是120g,所以需要 物质做功，机械能转化为内能，是通过做功改变物体的 的储气罐个数 内能，故D正确.] 微景2 6.B「根据比较不同燃料燃烧放出的热量大小和探究 故小刚至少应携带2个新储气雠。 “不同物质吸热升温现象”两实验的要求，容器中被加 热物质的质量都要相同，而探究“不同物质吸热升温现 单元学能测评 象”实验时，不需要控制燃料的质量相同，故A错误，B 1.A[在压力一定时，锅把手上刻有花纹可以增大摩 正确：甲组实验中，可以根据加热时间来比较吸热的多 擦，故A正确：热值是燃烧的特性，与燃料燃烧情况无 少，故C错误：乙组实验中，可以根据温度计示数的变 关，故B错误：妙菜时，菜从锅中吸收热量，是通过热传 化来比较吸热的多少，故D错误.门 递的方式改变食物的内能，故C错误：水分子和油分子 7.A[物体的内能增加，可能是从外界吸收了热量，也 的结构差别很大，很难融合，不能说明分子间没有间 可能是外界对物体做了功，故A正确：晶体熔化时，物 隙，故D错误.] 体不断吸热，其内能增大，但是温度保持熔点不变，故 2.D[火箭升空时，动能和重力势能都变大，机械能变 B错误：燃料燃烧放出热量的多少，与燃料的热值、质 大，所以机械能不守恒，故A错误：空间站受到地球的 量和燃烧程度有关，故C错误：热量是从高温物体向低 9