第二十一章 第一节 能量的转化与守恒-【拔尖特训】2025-2026学年新教材九年级全一册物理(沪科版2024)

131 第一节　能量的转化与守恒 ▶ “答案与解析”见P60 1. 科学家设想把一种多酚乙烯聚合物涂料刷到 屋顶上,在阳光照射下涂料正面温度高、背面 温度低,利用温度差就可以发电。这种发电 方式是将 能转化为 能,再 转化为 能。 2. 易错题 如图所示,滚摆在运动过程中,上升 的最大高度会逐渐降低,它的机械能逐渐转 化为 能,散失到空气中,但能量的总 量 (选填“增加”“减少”或“不变”)。 (第2题) (第3题) 3. 如图所示为法国亨内考设计的“魔轮”。轮子 边缘上通过可以自由转动的铰链等距安装了 12个相同的活动短杆,杆端分别套上一个相 同的重球。他认为由于右侧重球距离转轴较 远,也即重力的 较大,转轮会沿顺时 针方向越转越快,其实根据 的原 理,无须精确测量就能判定他的这一设想是 不能实现的。 4. (2024·江西)某同学用餐时发现从热汤中取 出的金属勺很烫手,这是通过 的方 式改变物体的内能,在这种内能改变的过程 中,内能总是自动地从高温物体向低温物体 转 移,说 明 能 量 在 转 移 过 程 中 具 有 性。 5. 跨学科实践·社会发展 我国的乌东德、白鹤 滩、溪洛渡、向家坝、三峡、葛洲坝水电站实现 联合调度,标志着世界最大的“清洁能源走 廊”已形成。水力发电是将水的 能 转化为电能,水能是 (选填“可再生” 或“不可再生”)能源。水电站年均发电量可 达1.08×1018J,若这些电量改用煤进行火力 发 电,效 率 为 40%,煤 的 热 值 为 3.0× 107J/kg,则需要用煤 kg。 6. (2024·甘肃)国产新型电动汽车具有各种 “超能力”,其中“能量回收装置”是在踩下制 动踏板时,通过对电路的控制,使驱动电动机 变为发电机,以发电机发电产生的阻力来制 动,此时,将 能转化为电能,再将电 能转化为 能储存在蓄电池里。 (第7题) 7. 再生制动器是指在刹车 的同时还可以让发电机 发电的制动器。先让汽 车正常行驶,然后关闭 发动机,分别测出开启 和关闭再生制动器两种情况下,汽 车通过的路程s与对应的速度大小 v,计算出动能Ek、作出Ek-s图像, 从图中可以看出,开启再生制动器进行测试 的图线是①②中的 ,该次测试中储 能效率为 。 8. ★ 根据能量守恒定律,下列四幅图中仅发生 能量转移的一组是 ( ) (第8题) A. ①② B. ②③ C. ③④ D. ①③ 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 第二十一 第二十一章　能源、材料与社会 132 9. 目前,某市区里的老旧小区正在进行水路改 造,改造中用到了一种打孔工具———冲击钻, 冲击钻工作时,钻头在电动机的带动下,不断 地冲击墙壁打出圆孔。如图所示,冲击钻在 工作过程中,下列关于其能量转化的说法,正 确的是 ( ) A. 内能转化为机械能 B. 内能转化为电能 C. 只有机械能和内能的转化 D. 有电能、机械能和内能的转化 (第9题) (第11题) 10. 下列能源中,与太阳能没有直接或间接关系 的是 ( ) A. 水能和风能 B. 煤和石油 C. 潮汐能 D. 干木柴 11. 如图所示,材质均匀的弧形轨道固定在竖直 平面内,将小球置于轨道的顶端A 点,小球 具有的机械能为100J。让小球从A 点由静 止开始滚动,到右侧所能达到的最高位置B 点时,具有的机械能为80J,随即小球向左 侧滚动,当滚动到左侧所能达到的最高位置 时,它具有的机械能可能是(不计空气阻力) ( ) A. 80J B. 70J C. 60J D. 50J 12. 如图所示为直流电动机提升重物的示意图, 电源电压为110V且保持不变,电路中的电 流是5A,重力为500N的物体在电动机带 动下以0.9m/s的速度匀速上升,若不计各 处摩擦,则电动机线圈的电阻是 ( ) A. 2Ω B. 4Ω C. 10Ω D. 22Ω (第12题) 13. 节能灯工作时几乎不发热,而一盏60W的 白炽灯工作时,却热得烫手。一盏10W的 节能灯的发光亮度与一盏60W的白炽灯的 发光亮度相当,则60W的白炽灯的发光效 率大约是 ( ) A. 90% B. 83% C. 42% D. 17% 14. (2024·湖北)2024年4月30日,全球最大 的压缩空气储能项目在我国并网发电,工作 原理如图。在用电低谷时段利用电网多余 电能驱动压缩机压缩空气,使空气 (选填能量形式)增大;在用电高峰时段高压 空气被释放,膨胀对外 ,使膨胀机 转动,将内能转化为 ,带动发电机 产生电能输送至电网。 (第14题) 15. 由金属杆组成如图所示的导轨,其 中水平面上两平行导轨足够长且 全部置于竖直向上的磁场中,与倾 斜放置的导轨ABCD 平滑且固定连接。将 一金属棒ab从倾斜导轨上一定高度由静止 释放,运动过程中始终与导轨垂直接触且不 受摩擦,请你判断金属棒ab在水平导轨上 的运动情况: ;并从 能量转化的角度简述理由: 。 (第15题) 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 物理(沪科版)九年级 传输速度快数百倍,所以在相同时间 内5G网络传输的信息量更多,C错 误;电磁波在真空中的传播速度都是 3×108m/s,D错误。 11. (1) 发射 接收 (2) 不能 (3) 手机发射的电磁波被飞机上的仪 器接收后,会影响飞机的正常飞行 解析:(1) 手机既是电磁波的发射台, 也是电磁波的接收台,是通过天线来 实现这一功能的。(2) 某部手机配定 使用频率后,其他手机就不能使用该 频率。(3) 飞机是一种通过电磁波保 持通信、确定飞行高度等的高精密工 具,手机的电磁波会影响到飞机上一 些设备的正常使用。 12. (1) 不会 (2) 会 (3) 光疏介 质 解析:(1) 由题意可知,只有当光 由光密介质斜射入光疏介质且入射角 大于或等于临界角时,才会发生全反 射现象,因此,当光从空气斜射到水中 时不会发生全反射现象。(2) 若光由 水进入空气的临界角是48.5°,则入射 光以60°的入射角从水射向空气时,此 时入射角大于临界角,所以会发生全 反射现象。(3) 由题意可知,光在内 芯传播时会发生全反射现象,所以光 导纤维的外套相对于内芯来说是光疏 介质。 第二十一章　能源、 材料与社会 第一节　能量的转化与守恒 1. 光(或太阳) 内 电 2. 内 不变 机械能守恒有条件, 能量守恒无条件 机械能守恒是有条件的——— 只有机械能的转移和转化,没有机 械能的损失和补充;能量守恒是无 条件的,任何能量在转移和转化过 程中都是守恒的。 3. 力臂 能量守恒 4. 热传递 方向 5. 机械 可再生 9×1010 6. 机械 化学 解析:以发电机发电 产生的阻力来制动,此时,将机械能转 化为电能;再给蓄电池充电,将电能转 化为化学能储存起来。 7. ① 40% 解析:正常行驶的汽车 关闭发动机后,开启再生制动器时,汽 车的动能同时转化为电能和克服路 面、空气的阻力产生的内能;关闭再生 制动器时,汽车的动能只转化为克服 路面、空气的阻力产生的内能,故前一 种情况下,汽车的动能减小得快,其 Ek-s图像是图中的图线①。设路面 和空气的阻力为f,则据能量守恒定 律和题意:Ek0=f×(40m-30m)= f×10m,E电=Ek0-f×(36m- 30m)=f×10m-f×6m=f× 4m,储能效 率η= E电 Ek0×100%= f×4m f×10m×100%=40% 。 8. D 解析:题图①中将热水的一部 分内能转移给冷水,使冷水的内能增 加,温度升高;题图②中煤气燃烧时, 煤气的化学能转化为火焰的内能,火 焰的一部分内能被转移给水;题图③ 中下降的球的部分机械能被转移给上 升的球;题图④中蓄电池的化学能转 化为电能,小灯泡亮时将电能转化为 内能和光能。故选D。 能量的转移 内能、机械能和电能都可能发 生转移。 9. D 解析:冲击钻在工作时,有电流 通过电动机,电流做功,消耗的电能转 化为机械能和内能。钻头冲击墙壁, 克服摩擦做功,将机械能转化为内能。 由此可知,在该过程中存在电能、机械 能和内能的转化。故D正确。 10. C 11. B 解析:据题意可知,小球在从 A 点滚动到B 点的过程中,由于克服 轨道的摩擦力f 做功而消耗的机械 能ΔE=100J-80J=20J,这部分机 械能将转化为内能;小球在从B 点向 左侧滚动到所能达到的最高位置的过 程中,因f 不变,s变小,故消耗的机 械能ΔE'<ΔE=20J,据能量守恒定 律可知,小球滚动到左侧所能达到的 最高位置时具有的机械能满足80J- 20J<E<80J,即60J<E<80J,故 选B。 12. B 解析:据能量守恒定律和题 意:P电 = P机 + P热,即 UI = Fv + I2R,R = UI-FvI2 = 110V×5A-500N×0.9m/s (5A)2 =4Ω 。 13. D 解析:节能灯正常工作时消耗 的电能W=Pt=10W×t,白炽灯正 常工作时消耗的电能 W'=P't= 60W×t,则60W的白炽灯的发光效 率 大 约 是 η = W W' × 100% = 10W×t 60W×t×100%≈17% 。故选D。 14. 内能 做功 机械能 解析:在 用电低谷时段利用电网多余电能驱动 压缩机压缩空气,对空气做功,使空气 内能增大。在用电高峰时段高压空气 被释放,膨胀对外做功,使膨胀机转 动,将内能转化为机械能,带动发电机 产生电能输送至电网。 15. 做减速直线运动直至静止 金属 棒的动能不断转化为电能再转化为内 能,直至动能为零 解析:金属棒ab 从倾斜导轨进入水平导轨时,以一定 的速度向右运动(具有动能),由于金 属棒ab属于闭合回路的一部分导体 且进入水平导轨后做切割磁感线运 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 06 动,所以金属棒ab中会产生感应电流 (动能转化为电能);由于导轨和金属 棒有一定电阻,电流流过导轨和金属 棒会产生热量,所以电能又转化为内 能,内能最终散失到空气中,导致金属 棒的动能越来越少,直至为零,金属棒 ab静止。 第二节　跨学科：能源的 开发与利用 1. 化学能 二氧化碳 2. 不可再生 核裂变 核聚变 3. 太阳 电动机 4. 聚变 2.52×105 5. 可再生 机械 6. 可再生 电 7. 减少 可再生 解析:乙醇燃烧一 般只产生二氧化碳和水,没有粉尘和 硫化物(导致酸雨形成的成分),而煤 和石油的使用会带来大量的硫化物等 有害气体。汽油是石油制品,在汽油 中加入乙醇,汽油的使用量减少,排放 的有害气体相应减少。乙醇主要是利 用粮食作物发酵生产的,而粮食作物 是可以再生的,所以乙醇是可再生能 源。但由于受到粮食供求关系的影 响,将乙醇作为主要燃料之一使用,从 全球范围来看,目前还不具备条件,只 能作为辅助燃料。 8. 可再生 液化 解析:空气是取之 不尽的,所以空气能属于可再生能源。 制冷剂在蒸发器中汽化,汽化吸热,即 吸收空气中的内能,在冷凝器中,制冷 剂发生液化,液化放热,水吸收热量, 这样就将空气中的内能“搬运”至 水中。 9. B 解析:地热能、核能不是来自太 阳的能源;煤炭、水能、木柴、天然气、 石油不是新能源;煤炭、天然气、石油、 核能是不可再生能源。故选B。 10. C 解析:原子核由带正电的质子 和不带电的中子构成,A错误;核裂变 会持续产生中子,不需要从外界获得 中子,B错误;如果原子核的链式反应 在可控的核反应堆中进行,就可以和 平利用核能发电,若不加控制,会非常 危险,C正确;氢弹是利用核聚变原理 制造的武器,D错误。 11. 解析:(1) ① 0.5h内行驶的路程 s=vt=54km/h×0.5h=27km= 2.7×104m。② 车受到的重力G= mg=300kg×10N/kg=3000N;车 受到 的 牵 引 力 F=f=0.02G= 0.02×3000N=60N;车行驶所需的 机械功率P=Fv=60N×54km/h= 60N×15m/s=900W。(2) 方法一: 车实 际 获 得 的 机 械 功 率 P机 = 700W/m2×6.5m2×20%×90%= 819W,因为819W<900W,所以方案 不合理;方法二:需要的太阳能电池板 面积S= 900W700W/m2×90%×20% ≈ 7.14m2,因为7.14m2>6.5m2,所以 方案不合理;方法三:1s内需要的太 阳 能 E需 = Pt'90%×20% = 900W×1s 90%×20%=5000J ,1s内可以获得 的太阳能E获=700W/m2×6.5m2× 1s=4550J,因为4550J<5000J,所 以方案不合理。 12. (1) 可再生 (2) 压力 (3) 小 (4) 越大 不能 解析:(1) 风力发电 利用的是风能,风能可以在自然界中 源源不断地得到补充,风能是取之不 尽、用之不竭的能源,所以风能是可再 生能源。(2) 由图乙知,叶片的上面 是突出的弧形,下面是平面,空气流过 时,上面的空气流速大于下面的空气 流速,上面的压强小于下面的压强,由 于叶片两面空气流速不同而产生向上 的压力差,使风叶旋转。(3) 风机叶 片质量轻、强度大、耐磨损、密度小、硬 度大,可以减小阻力影响,延长使用寿 命。(4) 由图丙知,当风速在v1和v2 之间时,风速越大,发电机的输出功率 越大;当风速大于v2时,风速增大,发 电机的输出功率不会增大。 第三节　跨学科：材料的 利用与开发 1. 绝缘体 半导体 超导 2. 串 不能 3. 半导体 磁场 4. 为零 相互排斥 5. 导体 有 相反 解析:支架A 是 导体时,闭合开关才能形成闭合回路; 闭合开关,线圈开始转动,说明磁场对 线圈有力的作用,使线圈的运动状态 发生改变;当仅调换磁体的磁极时,磁 场方向改变,线圈的受力方向发生改 变,所以线圈转动方向与原转动方向 相反。 6. A 不可以 解析:半导体二极管 具有单向导电性,即仅允许电流由一 个方向通过元件,也就是正电压加在 P型半导体元件上,负电压加在N型 半导体元件上。由题图可知,靠近A 陶瓷片的电流方向是N→P,靠近B 陶瓷片的电流方向是P→N,由于在 电流方向是P→N的地方放热,因此 下端B 陶瓷片应是半导体元件放热 的地方。在靠近上方A 陶瓷片处,电 流方向是N→P,吸热,因此靠近电脑 发热体的是A 陶瓷片。交流电源的 电流方向是变化的,这样吸热和放热 的状态就会不断改变,不能使吸热的 部分恒定保持吸热状态,放热的地方 恒定保持放热状态,故不可以使用交 流电源。 7. A 解析:不容易导电的物体叫绝 缘体,绝缘体不容易导电,但能够带 电,A正确;金属能够导电是因为内部 有大量自由电子,但并不是电子都能 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 16