14.3 能量的转化和守恒-【拔尖特训】2024-2025学年九年级全一册物理(人教版)

20 第3节　能量的转化和守恒 ▶“答案与解析”见P9 1. 2023年10月26日,搭载神舟十七号载人飞 船的长征二号F遥十七运载火箭在酒泉卫星 发射中心发射升空。神舟十六号航天员乘组 在与神舟十七号航天员乘组完成在轨轮换任 务后,于10月31日成功返回东风着陆场。 下列说法中,正确的是 ( ) A. 在火箭燃料燃烧的过程中,内能转化为化 学能 B. 在大气层内的降落过程中,返回舱与空气 摩擦是机械能转化成内能 C. 火箭选用液态氢作为燃料,主要是因为液 态氢含有大量的热量 D. 火箭加速上升过程中,载人飞船的机械能 不变 2. 请分析下列实例中能量的转化或转移情况。 (1) 汽车紧急刹车后车停下来: 。 (2) 用电热水壶烧开水: 。 (3) 冬天人们用热水袋暖手: 。 (4) 陨石落向地球时发出亮光: 。 上述实例都遵循一个定律,这个定律是 。 (第3题) 3. 著名科学家达·芬奇曾设计 过这样一种装置,如图所示, 车轮里面安装着一些倾斜的 滑道,用来装十几个金属球, 它们在运行过程中会保持滚 动,并且总是朝着特定的方向使轮子倾斜,这 样就可以使装置不停地转动下去。这样的装 置 (填“可能”或“不可能”)实现,理 由是 。 答案讲解 4. (2024·无锡一模)将皮球从离地某 一高度的O 点处水平抛出,球落地 后又弹起。它的部分运动轨迹如图 所示,皮球经过同一高度的A、B 两点时,在 A 点时的动能 在B点时的动能,皮球 在C 点时的重力势能 在D 点时的 重力势能,皮球在D 点时的机械能 在C 点时的机械能。(填“大于”“小于”或 “等于”) (第4题) 5. 关于能量及能量之间的转化,下列说法中错 误的是 ( ) A. 拦河大坝使水位升高,增大了水的重力 势能 B. 各种形式的能在一定条件下都可以相互转化 C. 热传递改变物体的内能是不同形式的能 的相互转化 D. 能量在转化和转移的过程中总会有损耗, 但能量的总量保持不变 6. (2024·郑州期末)中国古代玩具饮水鸟的结 构如图甲所示。它的神奇之处在于能不停地 点头“喝”水。它的下球中装有乙醚(乙醚极 易汽化),乙醚吸收空气中的热量汽化后气压 增大,将乙醚压入上球,饮水鸟的重心上移而 “低头喝水”,如图乙所示;此时上下球连通, 气压相同,乙醚流回下球,恢复图甲状态,如 此反复。下列说法中,不正确的是(饮水鸟头 部四周包有棉花,图中未画出) ( ) A. 下球中乙醚汽化的过程,是通过做功的方 式改变了内能大小 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 物理(人教版)九年级全一册 知 识 讲 解 21 B. 饮水鸟不是永动机,其能量转化过程符合 能量守恒定律 C. 若空气温度很低,饮水鸟内的乙醚汽化太 慢,饮水鸟会慢慢地停下来 D. 如果没有得到能量补充,那么饮水鸟最终 会停下来 (第6题) (第7题) 7. 如图所示为某地区使用的“风光互补”景观照 明灯。它“头顶”小风扇,“肩扛”光电池板, “腰挎”照明灯(LED灯),“脚踩”蓄电池。下 列解释中,合理的是 ( ) A. 光电池板是将太阳能转化为化学能 B. 照明灯工作时,将内能转化为电能 C. 利用风力发电时,“小风扇”将机械能转化 为电能 D. 蓄电池在夜晚放电时,将化学能转化为 光能 8. 某大学的学生设计并制作了一种发电足球, 球在被踢开的过程中,其内部装置能够发电, 并将产生的电能储存在蓄电池中,用来点亮 LED灯,该过程中的能量转化形式为 ( ) A. 动能→电能→化学能→电能→光能 B. 电能→动能→化学能→电能→光能 C. 动能→电能→光能→化学能→电能 D. 电能→动能→光能→化学能→电能 (第9题) 9. 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 为其他形 式,或者从一个物体 到 其他物体,而在这两个过程中, 能量的总量保持不变。如图所示为一种人们 设想中的永动机,它通过高处的水流冲击叶 片,叶片的转动又带动抽水机从低处将水抽 到高处,从而循环工作,实际上,这种永动机 (填“能够”或“不能够”)永远工作 下去。 10. (2024·苏州一模)让一系于橡皮筋一端的 小球从某悬挂点O 的正下方P 点由静止释 放,如图甲所示,整个下落过程中,橡皮筋所 受弹力F 与小球下落高度h的关系如图乙 所示;小球下落的速度v与下落高度h的关 系如图丙所示(不考虑空气阻力)。已知该 轻质橡皮筋每受到0.1N的拉力就伸长 1cm,经测量,小球从P 点下落到a、b、c三 点的距离分别为ha=0.4m,hb=0.5m, hc=0.7m。 (第10题) (1) 小球从a点到c点的过程中,小球动能 的变化情况是 (填“变大”“变小”“先 变大再变小”“不变”或“先变小再变大”)。 (2) 当橡皮筋的弹性势能最大时,小球处于 (填“平衡”或“非平衡”)状态。 (3) 实验中所用小球的重力为 N。 由a点到b点,小球的动能变化量 (填“大于”“小于”或“等于”)重力势能变 化量。 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 第十四章　内能的利用 20%Q放 =20% ×8.4×1012 J= 1.68×1012J,由Q吸=cmΔt得,这些 热量能使5×106kg、初温为30℃的 水 升 高 的 温 度 Δt = Q吸 c水m水 = 1.68×1012J 4.2×103J/(kg·℃)×5×106kg = 80℃,水的末温t=t0+Δt=30℃+ 80℃=110℃,而标准大气压下水的 沸点为100℃,则水的末温为100℃。 (3) 1.5kg氢燃料完全燃烧释放的热 量 Q放'=m'q=1.5kg×1.4× 108J/kg=2.1×108J,由P= W t 得, 氢能源车的牵引力做的功W=Pt'= 70×103 W×20×60s=8.4×107J, 该发动机的效率η= W Q放'×100%= 8.4×107J 2.1×108J×100%=40% 。 第3节　能量的转化和守恒 1. B [解析] 火箭的燃料燃烧的过 程是化学能转化为内能,故A错误; 在大气层内的降落过程中,返回舱克 服摩擦力做功,是机械能转化成内能, 故B正确;火箭选用液态氢作为燃 料,主要是因为液态氢具有较大的热 值,故C错误;火箭加速上升的过程 中,载人飞船的质量不变,速度变大, 动能变大,高度增加,重力势能变大, 故机械能变大,故D错误。 2. (1) 机械能转化为内能 (2) 电能 转化为内能 (3) 内能从热水袋转移 到人手 (4) 机械能转化为内能 能 量守恒定律 3. 不可能 违背了能量守恒定律 [解析] 能量既不能凭空产生,也不会 凭空消失,它只会从一种形式转化成 另一种形式,或从一个物体转移到其 他物体,能量的总量保持不变,车轮里 面安装着一些倾斜的滑道,用来装十 几个金属球,它们在运行过程中会保 持滚动,并且总是朝着特定的方向使 轮子倾斜,这样就可以使装置不停地 转动下去,即可以不断地产生机械能, 这违背了上述的能量守恒定律,这样 的装置不可能实现。 4. 大于 小于 小于 [解析] 物体 的机械能等于物体动能与势能的总 和。皮球在地面弹起的过程中,因为 与地面碰撞,要损失一部分能量,所 以,机械能总量要减小。A 点的皮球 落到地面后弹起,再升到与A 点高度 相同的B 点时,因为皮球质量不变, 所处高度相等,所以皮球在两点的重 力势能相等。但因为皮球从A 点落 到地面再弹起时,损失了一部分能量, 所以,皮球在A 点的机械能要大于在 B 点的机械能,又因为皮球在两点的 重力势能相等,因此,皮球在A 点的 动能大于在B 点的动能。物体质量 越大,所处的高度越高,其重力势能就 越大。同一个皮球,质量不变,因为 C点高度小于D 点高度,所以在C 点 的重力势能小于在D 点的重力势能。 皮球从C 点落到地面再弹起时,损失 了一部分能量,所以,它在D 点时的 机械能小于在C点时的机械能。 5. C [解析] 影响重力势能大小的 因素是质量和高度,拦河大坝使水位 升高,增大了水的重力势能,故A正 确,不符合题意;各种形式的能在一定 条件下都可以相互转化,故B正确, 不符合题意;热传递改变物体的内能 是能量之间的转移,做功才是不同形 式的能的相互转化,故C错误,符合 题意;由能量守恒定律可知,能量在转 化和转移的过程中总会有损耗,但能 量的总量保持不变,故D正确,不符 合题意。 6. A [解析] 下球中乙醚汽化的过 程,吸收热量,是通过热传递的方式改 变了内能大小,故A错误,A符合题 意;饮水鸟和外界有能量交换,不是凭 空动起来的,因此根据能量守恒定律 可知,饮水鸟不是永动机,其能量转化 过程符合能量守恒定律,故B正确,B 不符合题意;若空气温度很低,饮水鸟 内的乙醚汽化太慢,气压变小,很难将 乙醚压入上球,饮水鸟的重心不能上 移,则饮水鸟会慢慢地停下来,故C 正确,C不符合题意;饮水鸟内装有乙 醚液体,鸟头四周包有棉花,平时如图 甲所示,鸟身略向前倾,上球和下球空 间中充满饱和的乙醚蒸气,当给鸟的 嘴滴上水后,水分蒸发吸热,使上球中 的乙醚蒸气温度下降,气压减小,小于 下球中饱和乙醚蒸气的气压,使下球 的乙醚被压到上球,于是整个鸟的重 心上移,形成如图乙所示的状态,鸟嘴 “喝水”,同时上、下球中的乙醚蒸气连 通混合,气压趋于一致,上球中的乙醚 由于重力又回流到下球,饮水鸟的姿 态又回到图甲的状态,如此循环往复。 据此可知如果没有得到能量补充,饮 水鸟最终会停下来,故D正确,D不 符合题意。 7. C [解析] 光电池板是将太阳能 转化为电能,而不是化学能,故A错 误;照明灯工作时,将电能转化为光 能,故B错误;利用风力发电时,“小风 扇”将机械能转化为电能,故C正确; 蓄电池在夜晚放电时,将化学能转化 为电能,而不是将化学能转化为光能, 故D错误。 8. A [解析] 球在被踢开的过程中, 其内部的装置工作,是将动能转化为 电能;然后将电能转化为化学能储存 在蓄电池中;蓄电池供LED灯发光 时,将化学能转化为电能,电能再转化 为光能。故A正确。 9. 转化 转移 不能够 [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,能量的总量保持不变。题中“永 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 9 动机”工作时存在能量的消耗,所以该 永动机违背了能量守恒定律,不能够 永远工作下去。 10. (1) 先变大再变小 (2) 非平衡 (3) 1 小于 [解析] (1) 小球在下 落的过程中,从P 点到a 点,加速下 落,从a点开始,橡皮筋逐渐发生弹性 形变,橡皮筋所受弹力由小变大,当重 力大于弹力时,小球受到的合力向下, 小球加速下落;当弹力等于重力时,小 球受到的合力为0,速度达到最大;当 弹力大于小球重力时,合力向上,小球 开始做减速运动。由此可知小球下落 速度的变化情况是先变大后变小;由 于小球的质量不变,因此小球动能的 变化情况是先变大再变小。(2) 当橡 皮筋的伸长量最大即弹性势能最大 时,小球速度减小为0,小球受力不平 衡,所以处于非平衡状态。(3) 由图 乙可知,在b点时小球的速度是最大 的,重力等于弹力;此时橡皮筋的伸长 量Δh=hb-ha=0.5m-0.4m= 0.1m,橡皮筋每受到0.1N的拉力就 伸长1cm,则弹力F=0.1m0.01m×0.1N= 1N,因此小球的重力为1N。根据能 量守恒定律可知,由a点到b点,小球 减少的重力势能转化为小球的动能和 橡皮筋的弹性势能,则小球的动能变 化量小于重力势能的变化量。 第十四章复习 ［知识体系构建］ 内能 完全燃烧放出的热量 质量 有用功 ［高频考点突破］ 典例1 20000 6000 40 20 [解析] 燃气对活塞的平均推力F= pS=5×105 Pa×400cm2=5× 105Pa×0.04m2=20000N,一个冲 程 燃 气 对 活 塞 做 功 W =FL = 20000N×0.3m=6000J,2400r1min= 2400r 60s =40r /s,1s时间内飞轮转 40r,飞轮每转2r做1次功,故1s内 汽油机对外做功次数为40 2=20 。 [跟踪训练] 1. 900 A 内 机械 25 [解析] 氦气吸收的热量Q=cm(t- t0)=3000J/(kg·℃)×0.03kg× (30℃-20℃)=900J。氦气膨胀推 动活塞做功,将内能转化为机械能,与 四冲程热机中做功冲程的能量转化形 式相同。内燃机做功的冲程,两个气 门关闭,活塞向下运动。故这个过程 与A冲程的能量转化形式相同。飞 轮1s时间转动的次数为300060 =50 , 飞轮转2圈时汽油机对外做功1次, 故1s内做功的次数为502=25 。 典例2 3×104 40% [解析] 因为 汽车匀速行驶时,处于平衡状态,受到 的牵引力和阻力是一对平衡力,所以 汽车受到的牵引力F=f=1000N, 汽车速度v=108km/h=30m/s,牵 引力做功 W=Fs=1000N×9× 104m=9×107J,这时汽车牵引力做 功的功率P=Wt= Fs t=Fv=1000N× 30m/s=3×104W。汽油完全燃烧放 出的热量Q放 =mq=5kg×4.5× 107J/kg=2.25×108J,汽车发动机 的 效 率 η = W Q放 × 100% = 9×107J 2.25×108J×100%=40% 。 [跟踪训练] 2. [解析] (1) 由图象 得,当汽车速度达到50km/h时,汽车 受到的阻力为4000N,由二力平衡知 识得,牵引力大小F=f=4000N。 (2) 汽车匀速行驶一段路程,燃料完 全燃烧放出的热量 Q放 =mq燃料 = 14kg×4.5×107J/kg=6.3×108J。 (3) 内燃机做的有用功W有=ηQ放= 40%×6.3×108J=2.52×108J,蓄电 池充满电时获得的电能W电=η'E= 20%×7.6×108J=1.52×108J,车获 得的 机 械 能 W机械 =W有 -W电 = 2.52×108J-1.52×108J=1×108J, 内燃 机 给 车 轮 供 能 的 效 率 η″= W机械 Q放 ×100%= 1×108J 6.3×108J×100% ≈ 15.9%。 ［综合素能提升］ 1. B 2. A [解析] 如图甲所示,进气孔和 排气孔都关闭,活塞向上运动,压缩气 体,对气体做功,气体温度升高,这是 汽油机的压缩冲程,故A正确;由图 乙可知该汽油机的效率η=100%- 6%-30%-36%=28%,故B错误; 热值是燃料完全燃烧时放出的热量和 质量的比值,燃料的热值只与燃料的 种类和状态有关,与燃料是否完全燃 烧无关,燃料燃烧得不充分,会降低燃 料的利用率,不会降低燃料的热值;为 了节能,冬天汽车都会利用尾气中的 余热给车内供暖,该举措大大提高了 燃料的利用率,不能提高燃料的热值, 故C、D错误。 3. C 4. D [解析] 由于汽油容易挥发等, 其利用率只有90%,则2kg汽油能利 用的质量m=2kg×90%=1.8kg,这 部分汽油完全燃烧放出的热量Q放= qm=4.6×107 J/kg×1.8kg= 8.28×107J,由题可知汽油机的效率 η=100%-30%-35%-10%= 25%,则获得的机械能 W=Q放η= 8.28×107J×25%=2.07×107J,故 D正确。 5. 1.68×104 测量出剩余酒精的质 量 小 [解析] 根据题意可得,水吸 收的热量Q=c水 m(t-t0)=4.2× 103J/(kg·℃)×200×10-3kg× (43℃-23℃)=1.68×104J。根据 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 01