第十一章 2.能量转化的方向性和效率-【学海风暴】2023-2024学年九年级下册物理同步备课（教科版）

2. 能量转化的方向性和效率 课前预习导航 经典例题剖析 一、能量转化的方向性 【例1】各种形式的能量都不是孤立的，它们 1.能量的转移存在一定的方向性。例如，热 可以在一定条件下发生转化，且能量的转化是有 量总是自发地从高温物体传到低温物体，或者从 方向性的。下面几幅图按能量转化的顺序，排列 同一物体的高温部分传到低温部分，而不可能自 正确的是 发地从低温物体传到高温物体。 2.能量的转化存在一定的方向性。例如，内 燃机工作时要散失一部分热量，而这些热量不可 ①树林 ②太阳 能自发地聚集起来供内燃机工作。 名师点睛 虽然能量在转化和转移过程中是守恒 ③燃煤电厂 ④空调 的，但该过程具有方向性，因此我们一定要 节约能源。 A.①②③④ B.②③④@ C.②①③④ D.①③④② 二、能量转化中的效率 【解题点拨】太阳是能量的来源，树林通过树 1.能量转化过程中能量的去向：在实际生活 木的光合作用将太阳能转化为生物质能：树林经 和生产中，人们把一种能量转化为另一种能量总 过漫长的地质年代形成煤，燃煤电厂将煤燃烧产 是为了某种使用目的。例如，用电炉烧水，目的 生电能；空调利用电能工作。 是把水烧热或烧开，消耗的电能是转化前的能 【例2】如图所示的是某氢燃料电池轿车，其 量，称为输入然量，水吸收的能量是被利用的能 续航里程可达700公里，可实现3分钟超快补 量，称为输出有数然量，散发到大气中和容器吸 能。该车的氢燃料电池每消耗1kg氢可发电 收的能量是不能被利用的能量，称为输出无数 7.2×10J,然后利用电动机驱动车前进。该车 能量。 氢燃料电池发电的效率为 (结果 2.在能量转化过程中，按能量守恒定律有如 保留一位小数)%。若电动机工作的效率是 下关系： 83%,则电动机可以将消耗的 能的 输入能量一稀出有数能量十输出无数能量 83%转化为 能。(qg=1.4×10°J/ 3.能量转化效率：把输出有效能量与输入能 kg) 量之比叫做能量转化效率，用符号？表示。 E有放×100% 门一E输入 由于输入能量总是大于输出有效能量，因此 【解题点拨】已知该车的氢燃料电池每消耗 在任何情况下，能量转化效率？都小于1。 1kg氢可发电7.2×102J,1kg氢全部反应产生 第十一章学海风最 53 的能量可根据Q版=mgg求出，然后根据习一Q 考点② 能量转化中的效率 5.在用电磁炉烧水的过程中，消耗的电能为 ×100%求出氢燃料电池发电的效率。电动机工 ,水吸收的热量为 作的效率表示有效利用的机械能在所消耗的电 ,锅体吸收的热量为 能中所占的比例 (均选填“输入能量”“输出有效能量” 课内基础闯关 或“输出无效能量”) 考点① 能量转化的方向性 6.普通白炽灯正常工作时消耗的电能约有10% 1.白炽灯有电流通过，发光的同时产生的 转化为光能，其余90%因发热转化为 散失在空气中，这些能量无法自动再转 能。发光二极管(LED)的发光原理是电 化为电能；汽车制动过程中 转 能直接转化为光能，几乎不发热，从而减小了 化为地面、轮胎和空气的内能，这些内能同样 电能损失，提高了电能转化为 能的 无法自动再用来开动汽车。 效率，成为科技创新的重要领域之一。 2.如图所示的是豆子生长过程的几个图片，不过 7.某辆行驶的小轿车正常工作时的能量转化情 顺序已经打乱了，正确的顺序是 况如图所示。若输入的化学能为4000J,输出 (填字母)。这说明能量的转化、转移是有 的动能为600J,则输出的内能和声能共计为 性的。 J:输出的有用能量是动能，则 小轿车正常工作时的效率为 化学能 动能 D 内能和声能 3.发生热传递时热量只能由高温物体传递给低 8.一台电动机正常工作时，其两端的电压为 温物体；电烙铁工作时放出的热量很难再转化 220V,通过线圈的电流为10A。若此线圈的 为电能。以上两个事实说明能量的转化和转 电阻为22，则这台电动机的效率是 移具有 (结果精确到0.1%)。 A.任意性 B.方向性 9.下列关于能量转化效率的说法，正确的是 C.单一性 D.不确定性 4.下列事例中，能表示能量转化或转移具有方向 A.榆入的总能量越多，转化效率越高 性的是 ) B.输出的有效能量越多，转化效率越高 A.电能可以转化为机械能，机械能也可以转 C.在输出的有效能量一定时，无效能量越少， 化为电能 转化效率越高 B.机械能可以转化为内能，内能也可以转化为 D.在输出的有效能量一定时，无效能量越少， 机械能 转化效率越低 C.动能可以和重力势能相互转化 10.为了节能环保，很多家庭将白炽灯换成了 D.热量自发地从高温物体向低温物体传递，却 LED灯，LED灯的亮度是同功率的白炽灯亮 不能自发地从低温物体向高温物体传递 度的6倍左右。通过观察发现LED灯工作 学海风暴九年级物理K版下册 时几乎不发热，而白炽灯工作时，热到烫手。 念课外拓展提高 从能量转化的角度来看，下列关于白炽灯被 一、填空题 洶汰的原因的说法，正确的是 1.（2023金昌)汽车在刹车过程中，机械能转化 A.消耗电能多 B.电功率高 为地面和轮胎的内能。这些内能将无法自动 C.使用寿命短 D.发光效率低 地转化为汽车的机械能，这种现象说明自发的 11.小华用额定功率为1000W的电烤箱正常工 能量的转移和转化具有 性，但在 作10min,烤好了几个鸡翅。如果鸡翅吸收 能量的转移和转化过程中，能的总量 的热量是5.4×105J,这台电烤箱的效率是 (选填“不断诚少”“不断增加”或“保 ( A.80%B.90%C.75%D.60% 持不变”)。 12.“超级电容”电动公交车利用超级电容替代电 2.迟航同学深究煤炉的热效率时，用煤炉给8kg 池储存电能，仅需在起始站和终点站充电数 的水加热，此过程中水温随时间变化的情祝如 分钟就能完成一次运营。某“超级电容”公交 图所示。烧水过程中，相同时间内燃烧煤的质 车充满电，在水平路面上从A处开始以 量相等且煤的燃烧程度相同，则 54km/h的速度匀速直线行驶100s后到达 (选填“0一2min”“24min”或“4 B处（如图所示），消耗电能2kW·h。公交 6min”)时间段内的热效率最低。 车匀速行驶时所受阻力为3600N。求： +温度/C 80… 7044 50 20 (1)A、B间的路程。 246时间mim (2)该公交车受到的牵引力所做的功。 3.某电动机的额定电压是U,正常工作时的电流为 (3)该公交车将电能转化为机械能的效率。 I,电动机线圈的电阻为R。忽略摩擦，正常工作 时该电动机的机械功率为 ,电 动机的效率为 4.小明家的足浴盆额定功率为750W,某次正常 工作20min,将10L、20℃的水加热至40℃ 此过程中足浴盆消耗电能 J, 水吸收热量 J,加热效率约 为 〔第三空结果精确到 0.1%,c米=4.2×103J/(kg·℃) 二、选择题 5.如图所示的是某火力发电站的结构示意图。 火力发电，“吃”进的是煤，“吐”出的是电。在 这个过程中能量转化的顺序是 第十一章学海风最 汽轮机发电机 蒸汽 热甲物质所用燃料的质量是加热乙物质的2 1 (设此燃料完全燃烧)。则两个加热器利用内 电的 能的效率之比是 的 冷却 A.3:4B.1:1 C.3:2D.2:1 A.机械能→内能→化学能→电能 9.(多选)根据能的转化和转移的方向性，下列判 B.化学能→内能→机械能→电能 断正确的是 () C.化学能→重力势能>动能→电能 A.在纯电阻电路中，电能不可能全部变为 D.内能→化学能→机械能→电能 内能 6.如图甲所示，房间里的空气自动聚拢到某个角 B.在火力发电站中，燃气的内能不可能全部变 落；如图乙所示，一杯水的内能突然集中在这 为电能 杯水的上层，使上面的水剧烈沸腾，而下面的 C.在蒸汽机中，燃气的内能不可能全部变为机 水却结了冰。关于这两种情况，下列说法正确 的是 械能 D.在热传递中，热量不可能自发地从低温物体 传递给高温物体 三、计算题 10.小明家利用天然气灶烧水，把质量为1kg的 A.甲可能发生，乙不可能发生 20℃的水烧开。[在1个标准大气压下，水的 B.甲不可能发生，乙可能发生 比热容c*=4.2×103J/(kg·℃)] C.两种情况都可能发生，因为都符合能量守恒 (1)小明通过观察天然气表得知消耗了 定律 0.01m3的天然气。如果天然气的密度为 D.两种情况都不可能发生，因为能量的转移是 有方向的 0.7kg/3,那么烧水时消耗天然气的质量是 7.若用电器工作一段时间后消耗的电能为W,产 多少？ (2)在此过程中水需要吸收多少热量？ 生的热量为Q,则其电热转化效率”一 Q (3)用额定功率是800W的电热水壶在220V的 100%。以下用电器正常工作时的电热转化效 额定电压下，烧开同样多的水。若电能转化 率小于20%的是 为内能的效率是84%，则通电时间是多少？ A.白炽灯 B.电风扇 C.电暖手宝 D.电饭锅 8.现有两个使用同一种燃料的加热器，用它们分 别对甲、乙两种不同的物质进行加热。已知甲 物质的比热容是乙物质的2倍，甲物质的质量 是乙物质的}，当甲物质升高的温度是乙物质 的时（甲、乙物质的物态都不发生改变），加 学海风暴九年级物理K版下册 11.如表所示的是某品牌货车的信息。该货车满 载货物后在平直的公路上匀速行驶100m,货 车受到的阻力是车重的0。 那么在此过程 已核心素养提升 中：(g取10N/kg,不考虑司机的质量) 科学探究课外小组的同学们想做“探究影响 电热水壶热效率的因素”实验。实验桌上备有 5mX1.9mX 品牌型号 外形尺寸 温度计、电子秤、电热水壶、停表、功率计量插 2.3m 座（如图所示，它能直接测量电热水壶的实际 变速箱 A85 空车质量 1.5t 功率)。实验前，同学们提出猜想：电热水壶的 满載时载 最高车速 120 km/h 货量 2.5t 热效率可能与电热水壶的保温性、功率、壶中 空载百公 水的质量、环境温度等有关。同学们按照不同 燃油密度 0.8×103sg/m 里油耗 12L 猜想，分小组进行实验探究，在每次实验开始 满载百公 时，保证电热水壶和壶中水的初温与室温相同。 20L 燃油热值 5×10J/kg 里油耗 如表所示的是某小组同学用同一电热水壶进行 (1)该货车牵引力是多少？牵引力所做的功 两次实验时记录的实验数据。〔水的比热容c水 是多少？ =4.2×103J/(kg·℃)] (2)消耗的燃油完全燃烧放出的热量是多少？ 实验次序 1 2 (3)该货车发动机的效率是多少？ 质量m*kg 0.5 1.5 功率计量插座 初温/℃ 17 17 末温/℃ 100 100 功率PW 1555 1555 时间/s 135 350 热效率1 ① ② (1)根据实验数据分析，该电热水壶的热效率 较高的应是 (填序号)。 (2)请根据表格中实验数据，归纳出实验结论： 第十一章学海风最根据W=Fs可得纯电动汽车行驶的最大路程 (3)该公交车消耗的电能 =W_8.064×101=2.88×105m=288kg E=2kW·h=2×3.6×10J=7.2×10J 280N 公交车将电能转化为机饿能的效率 13.解：(1)无人机重力势能的增加量 △Ea=W,=Gh=mgh=2kgX10N/kg×50m= X100%-1×10%=5% E 1000J @课外拓展提高 电动机输出的机械能（升力所做的功 1.方向保持不变 W%=Fh=24N×50m=1200J 2.4~6min 根据能量守恒定律，电动机输出的机械能（升力所做 3.1-rR0=1R×100% 的功)=动能增加量十重力势能增加量十内能增加 U 量（克服阻力做的功），即W:=△E十△E:十△W方 4.9×1058.4×1093.3% 则克服阻力做的功 5.B 6.D 7.B 8.B 9.BCD △W内=W-△E:-△E=1200J-1000J-25J= 10.解：(1)天然气的质量 175j m=pV=0.7kg/m×0.01m=7×10-1kg 受到的空气阻力f=△w-175】-3.5N (2)水吸收的热量 Qa=c米m*(-6)=4.2×10J/(kg·℃)X1kg× (2)在20s内，电动机消耗的电能 (100℃-20℃)=3.36×105J W。=U1t=25V×3A×20s=1500J (3)电热水壶消耗的电的 根据能量守恒定律，电动机消耗的电能=输出的机 械能十线圈产生的热量 w-Q-3.36X10」-=4×10J 84% 则电流通过线圈产生的热量 Q=W电-We=1500j-1200j=300J 适电时间一g-4-50。 线电阻R-品-8201.7n 300J 11,解：(1)满载货物时货车的总质量 m=m生十m#=1.5t十2.5t=4t=4X103kg ®核心索养提升 货车匀速运动时受到的牵引力与阻力是一对平衡 (1)重力势(2)ABD 力，所以F-了-G-0g-品×4X10g× 2.能量转化的方向性和效率 10N/kg=4×103N 经典例题剖析 货车匀速运动时牵引力所做的功 【例1】C【例2】51,4电机械 W=Fs=4×103N×100m=4×10°J 课内基础闯关 (2)由表中数据可知，货车满载时百公里耗油20L, 考点1 则货车行驶100m消牦燃油的体积 1.内能机械能 2.ADBEC方向 v-90t品×20L=0.021=2X10 3.B4.D 消耗燃油的质量m牌=Ps#V=0.8×103kg/m× 考点2 2×105m3=1.6×10-4kg 5.输入能量输出有效能量输出无效能量 燃油完全燃烧放出的热量 6.内光7.340015% Q=ma油9=1.6×10-kg×5×10'J/kg=8×105J 8.90.9% (3)货车发动机的效率 9.C10.D11.B W 10%-10×100%=50% 12.解：(1)该公交车的速度v=54km/h=15m/s 1Q* A、B间的路程s-t=15m/s×1008-1500m ©核心素养提升 (2)该公交车在水平路面上做匀速直线运动，受到的 (1)②(2)当其他因素一定时，壶中水的质量越大， 牵引力和阻力是一对平衡力。 电热水壶的热效率越高 该公交车受到的牵引力F=f=3600N 3.能源 该公交车受到的牵引力所做的功 ®经典例题剖析 W=Fs=3600N×1500m=5.4×10°J 【例1】B【例2】A 参考答案学海风暴 135