三、能量转化的基本规律（高效培优讲义）物理苏科版九年级下册

三、能量转化的基本规律 【题型导航】 【重难题型讲解】 1 题型1 能量守恒定律 1 题型2 能量转移和转化的方向性 6 题型3 能源利用率与节约能源 9 【能力培优练】 13 【链接中考】 18 【重难题型讲解】 题型1 能量守恒定律 1. 能量守恒定律的内容 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其他形式，或者从一个物体转移到另一个物体，而在转化和转移的过程中，能量的总量保持不变。这就是能量守恒定律。 【注意】 ①能量守恒定律是自然界最普遍、最重要的基本定律之一。 ②能量的“转化”是指能量形式的改变（如电能转化为机械能）。 ③能量的“转移”是指能量形式不变，但能量从一物体传到另一物体（如热传递）。 ④能量守恒定律适用于任何变化过程，无论是机械的、热的、电磁的、化学的还是生物的。 2. “转化”与“转移”的区别： 转化：能量形式改变。例如：电灯发光，电能转化为光能和内能。 转移：能量形式不变，只是物体改变。例如：热传递，内能从高温物体转移到低温物体。 常见的能量转化实例：水力发电（水的机械能 → 发电机的机械能 → 电能）；燃料燃烧（化学能 → 内能）；电动机工作（电能 → 机械能）；核电站发电（核能 → 内能 → 机械能 → 电能）。 常见的能量转移实例：用热水袋取暖（水的内能 → 人体的内能）。 3. 能量守恒定律的意义 不消耗能量而能不断对外做功的机器 → 违背能量守恒定律，永动机永远不可能制成。 为人类合理利用能源提供了理论依据。 揭示了自然界的统一性和普遍联系。 【注意】能量守恒不是“能量循环”：能量虽然总量守恒，但能量转化具有方向性，且并不是任何形式的能量我们都能够利用，同样需要注意节约能源。 【典例1-1】智能手机带给我们海量信息，这些信息是否科学就需要我们用所学知识去辨别。例如图是某视频的截图，它展示了“在水平路面匀速行驶的电动汽车车顶上安装有4组风力发电机，车边跑边发电，能够大幅提升续航能力”的做法，下列网友的评论你认为最科学的是（　　） A． B． C． D． 【跟踪训练1】物理社团的同学们制作了一个水火箭，如图是其简易原理图，使用打气筒向水火箭内不断打气，当内部气压到一定程度，会使水从火箭中向下喷出，从而使火箭升空。结合题中信息，以下说法不正确的是（　　） A．火箭升空，是由于物体间力的作用是相互的 B．上升过程中，水火箭内气体内能减小 C．水火箭加速上升过程中能量守恒 D．向火箭中打气的过程相当于热机的做功冲程 【跟踪训练2】神奇的“饮水鸟”能不停地点头“喝”水。它的下球中装有乙醚，乙醚吸收空气中的热量汽化后，下球气压增大，将乙醚压入上球，饮水鸟的重心上移，“低头喝水”，如图乙，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。则（   ） A．“饮水鸟”低头过程中将机械能转化为电能 B．如果没有能量补充，“饮水鸟”会停止运动 C．“饮水鸟”在运动的过程中不涉及能量的转化 D．“饮水鸟”不遵循能量守恒定律 【典例1-2】能量转化和守恒定律是许多科学家经长期探索建立起来的，是科学史上的重大发现。 材料一：十七至十八世纪，多位科学家对能量的量度提出了不同的观点。1644年，笛卡尔用物体的质量和其速度的乘积来量度；1686年，莱布尼兹用物体的质量和其速度平方的乘积来量度；1743年，达朗贝尔用“活力”（即物体受力作用而通过一定距离）来量度。 材料二：温度计的不断改进给热与功研究的精确化准备了必要条件。焦耳通过400多次的实验，于1849年精确地测定了热功当量关系的数值，这一数值与现代公认值非常接近，为能量守恒定律的确立奠定了定量的实验基础。 材料三：焦耳通过400多次的实验，于1849年精确地测定了热功当量关系的数值（相当于单位热量的功的数量即1卡（热化学卡）=4.1840焦耳），这一数值与现代公认值非常接近，为能量守恒定律的确立奠定了定量的实验基础。如图所示是焦耳研究热功当量关系的一个实验装置，通过重物的上下运动，带动叶片转动，通过做功使水的内能增大。实验中焦耳测得的数据如下：小配重重力G小=100牛，大配重重力G大=520牛，每升降一次配重各自移动的距离h=1米，热量计中水的质量m=500克（c水=4.2×103焦耳/千克）。升降次数与水温变化的关系如表： 升降次数 1 2 3 4 5 6 温度变化/℃ 0.2 0.39 0.59 0.78 0.98 1.18 (1)材料一中，哪位科学家的观点与“功”概念相符合_______； A．笛卡尔 B．莱布尼兹 C．达朗贝尔 (2)分析材料三中数据可以得到能量转化过程中能量是 （选填“守恒”或“不守恒”）的； (3)如图所示是焦耳研究热功当量关系的实验装置，通过重物的上下运动，带动叶片转动，通过做功使水的内能 （选填“增大”或“减小”）； (4)结合材料分析，以下观点正确的是_______。 A．面对前人的观点要敢质疑 B．时间久远的理论是没有科学价值的 C．测量工具的发展有助于科学理论研究 D．对科学的认识是不断修正完善的过程 【跟踪训练1】阅读短文，回答问题。 太阳能汽车 太阳能汽车是一种靠太阳能来驱动的汽车，它主要由太阳能电池板、蓄电池和电动机组成。在车体的外部贴放太阳能电池板，通过太阳能电池板将太阳能直接转化成电能并储存在蓄电池中，使用时通过蓄电池提供电能，驱动车辆行驶。相比于传统热机驱动的汽车，太阳能汽车是真正的零排放。太阳能汽车由于没有内燃机，在行驶时也不会有燃油汽车内燃机的轰鸣声。太阳能汽车的研究开发长期以来一直受到普遍关注，被诸多国家所提倡，太阳能汽车产业日益蓬勃发展。 请回答下列问题： (1)太阳能是原子核 变释放出来的能量，属于 （选填“可”或“不可”）再生能源； (2)太阳能汽车在阳光下行驶时的能量转化过程是将太阳能先转化为 能，再转化为 能。在夜间没有阳光的时候，太阳能汽车也能行驶，这 （选填“违背”或“不违背”）能量守恒定律； (3)太阳能汽车的速度可通过控制输入电机的 来改变； (4)为了使车身更为轻便，太阳能汽车大量使用了轻合金、复合材料等来制造，主要原因是它具有较小的______。 A．质量 B．密度 C．比热容 【跟踪训练2】阅读短文，回答问题。 筒车筒车亦称“水转筒车”，是一种以水流作动力取水灌田的工具。据史料记载，筒车发明于隋而盛于唐，距今已有1000多年的历史。筒车的种类较多，制作工艺有所不同。如图所示，简易的筒车常用一端开口、一端封闭的竹节制成筒，竹筒被均匀安装在筒车上，用于从河中打水，同时在水流的推动下使筒车转动起来。筒车工作时，竹筒绕车轴做圆周运动，筒底与筒口的运动轨迹是同心圆，且筒底所在的外圆半径大于筒口所在的内圆半径。竹筒浸在水里的时候被灌满了水，当转过一定角度后将离开水面被提升，所以竹筒在低处时盛水，在高处时泄水，泄出的水落入水槽后被引向农田，如此往复，循环提水。在实际使用过程中，人们会根据农田与水面间的高度差调整水槽的位置和宽度，使水槽能够接到更多的水。 （1）关于筒车的说法正确的是 （填字母）； A．筒车能转动是由于竹筒受到了浮力 B．筒车能连续转动是受到惯性的作用 C．筒车工作时对水流有力的作用 D．筒车证明了永动机是可以制造出来的 （2）筒车在匀速转动的过程中，竹筒受 （选填“平衡力”或“非平衡力”），以竹筒为参照物，车轴是 （选填“运动”或“静止”）的；当竹筒运行至高处泄水，水在 力的作用下落入水槽； （3）某筒车上均匀分布了20个相同的竹筒，每个竹筒的容积为2L，筒底的运动半径为2.2m，筒口的运动半径为2.0m，通过调整水槽的位置，竹筒中50%的水能落入水槽，则当筒车以每分钟转动5圈的速度连续工作2h，最多可以为农田浇灌 kg的水，在此过程中，竹筒的筒底比筒口运动的速度快 m/s。（圆周率π取3，ρ水=1.0×103kg/m3） 题型2 能量转移和转化的方向性 1. 能量转化的方向性 许多事实表明，能量的转化和转移具有方向性。有些过程可以自发地进行，但相反的过程却不能自发地进行。 过程 自发方向 说明 热传递 热量从高温物体传向低温物体 低温物体不会自动将热量传给高温物体 机械能转化为内能 摩擦生热：机械能 → 内能 物体不会自动冷却并将内能转化为机械能 扩散现象 分子从高浓度向低浓度扩散 气体不会自动回到原来的集中状态 水流方向 水从高处流向低处 水不会自动从低处流回高处 【注意】“方向性”不等于“不能实现”：有些相反过程虽然不能自发进行，但可以通过外界做功来实现。例如： 电冰箱：通过压缩机做功，将热量从低温物体（冰箱内）转移到高温物体（冰箱外） 抽水机：通过电动机做功，将水从低处抽到高处。 2.能量的“耗散” 能量在转化和转移的过程中，最终都会转化为内能并分散到周围环境中，这部分能量很难再被收集利用，这种现象称为能量的耗散。 能量耗散≠能量消失：能量耗散是能量变得分散、无序，难以再利用，但能量总量并没有减少。例如，一杯热水变凉，水的内能散失到空气中，虽然总能量没变，但我们无法再把这些分散的内能收集起来重新加热这杯水。 方向性的意义：能量转化和转移的方向性，决定了我们只能利用能量一次。虽然能量总量守恒，但可用的能量却在不断减少。这正是能源问题的核心——不是能源“用完”了，而是可用的能源减少了。 【典例2-1】抽水蓄能电站被称为“超级充电宝”，用电低谷时段利用电网多余电能抽水至上水库，用电高峰时段再放水至下水库发电，如图。关于抽水蓄能电站，下列说法正确的是（   ） A．用电低谷时，以电能的形式储能 B．用电高峰时，机械能转化为电能 C．选址时，上下水库的高度差要小 D．存储的能量可以全部转化为电能 【跟踪训练1】下列事例中，可以表示能量转化或转移具有方向性的是（　　） A．电能可以转化为机械能，机械能也可以转化为电能 B．内能可以自发地从高温物体传递给低温物体，但不能自发地从低温物体传递给高温物体 C．动能可以和重力势能相互转化 D．电能可以转化为内能，内能的一部分也可以转化为电能 【跟踪训练2】汽车已进入寻常百姓家中，汽车主要以汽油为燃料，汽油属于 （可再生/不可再生）能源。若某汽油机飞轮转速为20r/s的汽车，在水平路面上行驶，则在1min内汽油机完成 个工作循环，对外做功 次；若汽车行驶过程中消耗汽油2kg，则这些汽油完全燃烧能放出 J的热量。在紧急刹车时，刹车片会发烫，这是通过 的方式增加物体内能的，但转化得到的内能不可能再转化为机械能，这是因为能量的转化具有 性。（汽油的热值为4.6×107J/kg） 【典例2-2】阅读材料《热电效应》，回答问题： 1821年，德国物理学家塞贝克发现在两种不同的金属所组成的闭合回路中，当两接触处的温度不同时，回路中会产生电流，称为“塞贝克效应”。可用图甲热电偶电路描述：把接点D放在冰水中，给接点G加热时，电流表指针偏转。 1834年，法国科学家珀尔帖发现相反情况：给同样的回路通上直流电流时，接头温度一个升高一个降低，产生温差，称为“珀尔帖效应”。可借助其原理图（图乙）来理解：将型与型半导体用铜板连接，两面贴上陶瓷片，接上直流电源后，在电流方向是的地方吸热、在的地方放热，半导体材料两端会产生温度差。为了效果更好，会把多对、N型半导体连接起来同时工作，故其可制冷也可制热。制热时电能一部分用来转移热量，另一部分产生焦耳热，所以热端产生的热量，一部分来自于电能，另一部分来自冷端被吸走的热量，所以它的制热效率大于100%。 (1)图甲中的热电偶实际上是一个电源，它将 能转化成电能； (2)图乙中二对PN型半导体对是 （串联/并联）连接的； (3)若用图乙半导体制冷片和塑料盒制作冷藏盒，应将 （A/B）陶瓷片对着盒内粘贴； (4)若想将（3）中冷藏盒改为“保暖盒”最简单的方法是 ，且放热端提供的热量将 （大于/等于/小于）消耗的电能。 【跟踪训练1】阅读短文，回答文后的问题。 为保护地球家园，我国将努力争取2060年前实现碳中和。为了降低化石能源占比，我国目前正大力开发利用太阳能、风能、核能等新能源，风光互补发电项目正大规模推进。风光互补发电系统由太阳能发电板、风力发电机组、系统控制器、蓄电池组和逆变器等几部分组成。 下表为某型号风光互补路灯系统的部分技术参数，其中风力发电的最大输出功率是指风速达到最大限制风速时风力发电机的输出功率；光照功率P1是指太阳光照射到电池板表面处每平方米的辐射功率，，光电转化效率是指太阳能电池板将光能转化为电能的效率。 风力发电参数 太阳能发电参数 最大输出电功率 400W 光照功率 最大限制风速 12m/s 光电转化效率 20% （1）在人类使用能源的过程中，必然有部分能量由于种种原因浪费掉且不能再重新加以利用，因此说明能量的转移或转化具有 ； （2）若风力发电时功率与风速的平方成正比，则当输出功率为25W时，则此时的风速为 m/s； （3）若太阳能板的面积为2m2，，则利用太阳能板发电5h相当于 kg热值为的柴油的完全燃烧放出的能量； （4）太阳能电池还可以给电动车提供电能。某电动车的动力由电动机提供，电动机的转换效率是指所输出的机械能与电源提供的电能之比。在转换效率η一定时，其耗电功率与转速n的立方成正比，系数为k1，而行驶速度与电机转速n成正比，系数为k2，当电动车匀速直线行驶时，所受阻力f与电动机转速n的关系是f= （用以上字母表示）。 【跟踪训练2】阅读短文，回答问题。 为保护地球家园，我国将努力争取2060 年前实现碳中和。为了降低化石能源占比， 我国目前正大力开发利用太阳能、风能、核能等新能源，风光互补发电项目正大规模推进。风光互补发电系统由太阳能发电板、风力发电机组、系统控制器、蓄电池组和逆变器等几部分组成。发电系统各部分容量的合理配置对保证风光互补电系统的可靠性非常重 要，实际的风光互补发电系统预设装机参数、所处环境实际情况不同时，实际 发电效率会有很大差异。所以为了给用户提供可靠的电力，必须根据用户的用 电负荷特征以及用户所处区域的太阳 能和风能资源状况针对不同用户配置适合用户的一整套系统。某型号风光互补发电系统的部分参数如表格所示。 风力发电参数 太阳能发电参数 最大输出电功率 400W 1000W/（m2） 最大风功率 3200 W 转化率20% 最大风速 12m/s （1）太阳能是人类的“能源之母”，地球上以下能源中与太阳能无关的是 （填写序号）。 ①水能     ②煤、石油、天然气    ③风能    ④地热能 （2）太阳能属于 （可再生/不可再生）能源，地球上绿色植物可以通过光合作用将太阳能转化为 能。在人类使用能源的过程中，必然有部分能量由于种种原因浪费掉且不能再重新加以利用，因此说明能量的转移或转化具有 。 （3）发电机是根据 原理工作的。若太阳能板的面积为2m2，则利用太阳能板发电5h可供额定功率为40W的电灯正常工作 h。 （4）若风力发电时功率与风速的立方成正比，则当输出功率为50W时，风速为 m/s。 题型3 能源利用率与节约能源 1. 能源利用率 能源利用率是指有效利用的能量与消耗的能源所含总能量之比。通常用百分数表示： 能源利用率=(有效利用的能量/输入的总能量)×100%。 2. 能量损失的主要途径 散热损失：通过热传递散失到环境中。 摩擦损失：机械运动中的摩擦生热。 排气损失：热机排出的废气带走大量内能。 不完全燃烧：燃料未能完全燃烧。 电阻损失：电流通过导体发热。 3.节约能源的意义和途径 节约能源的意义： ①缓解能源危机，不可再生能源储量有限，节约可以延长使用时间。 ②保护环境，减少能源消耗，减少污染物和温室气体排放。 ③降低生产成本，提高能源利用率，减少能源开支。 ④可持续发展，为子孙后代留下更多能源资源。 节约能源的途径和具体措施： ①提高能源利用率，如：研发高效设备（如LED灯、高效电机）；改进生产工艺。 ②减少能量损失，如：加强保温隔热；减少摩擦；余热回收利用。 ③合理利用能源，根据实际需要选择合适的能源；避免大马拉小车。 ④开发可再生能源，用太阳能、风能等替代化石能源。 ⑤培养节能意识，随手关灯；合理设置空调温度；减少待机能耗。 ★特别提醒 能源利用率不可能达到100%：由于能量转化和转移的方向性，以及各种不可避免的损失，任何实际过程的能源利用率都小于100%。 能源危机≠能量危机：地球上的总能量（包括内能）几乎是无限的，但可供人类利用的高品质能源（如石油、天然气）是有限的。能源问题的实质是高品质能源的短缺。 提高利用率与能量守恒不矛盾：提高能源利用率，不是违反能量守恒，而是让更多的输入能量转化为我们需要的有效形式，减少无用损失。总能量仍然守恒。 【典例3-1】如图甲是某型号可充电台灯风扇，图乙是台灯风扇经历充电和工作时的主要能量流向图。下列说法正确的是（　　） A．电池在充电时相当于电源 B．图乙中a、b均为电能，且大小 C．图乙中d为机械能 D．风扇单独工作的过程中，风扇的工作效率 【跟踪训练1】小聪在老师指导下，用如图所示的同一个实验装置分别加热100g的甲、乙两种液体（其中一种是水），用测得的数据绘制了温度随时间变化图像如图乙，乙从20℃加热至沸腾刚好消耗了4g酒精（q酒精=3×107J/kg）。若单位时间内甲吸收的热量与乙吸收的热量相等，（c水=4.2×103J/kg•℃），则下列说法中正确的是（　　） A．酒精燃烧的过程是内能转化为化学能 B．c乙=2.4×103J/kg•℃ C．0~8min乙吸收的热量为2.36×104J D．该酒精灯的加热效率为35% 【跟踪训练2】小李家使用的热水器，30min内均匀消耗了900g的天然气，将30kg的水从25℃加热到50℃。已知水的比热容为，天然气的热值为，天然气的密度为3kg/m3，则关于该过程的说法正确的是（　　） A．水吸收的热量是 B．热水器的能量转化效率为25% C．天然气的化学能全部转化为水的内能 D．如果将此热水器效率再提高5%，则加热时间将节约1.5min 【典例3-2】汽车是现代社会一个重要工具，也是科技的化身。 (1)发动机是汽车的心脏，其一个工作循环有四个冲程，右图所示的冲程为汽油机的 冲程，若该汽油机飞轮的转速是60r/s，则汽油机每秒钟对外做功 次；不少人曾经设想制造一种不需要动力就能源源不断地对外做功的机器，人们把这种机器叫做永动机，其违背了 定律； (2)为了不让汽油机在工作时温度升得太高，在设计制造时，汽缸外有一个水套，若汽油机的汽缸在温度升高的过程中，水套中的水不断 （选填“吸收”或“放出”）热量，选择水降温是利用了水的 （选填“密度”、“比热容”或“热值”）比较大这一性质； (3)某品牌国产汽车在平直的公路上以23m/s的速度匀速行驶了1小时，消耗汽油12kg。已知该汽车发动机的牵引力为2000N，汽油的热值为。假设汽油在发动机气缸内完全燃烧，求该汽车在匀速行驶的过程中汽车发动机牵引力所做的功为 J，这段时间发动机的功率为 W，该汽车发动机的效率为 。若发动机效率提高前后的有用功是相同的，把发动机的效率提高10%，则此次行驶过程可以节约 kg的汽油。 【跟踪训练1】目前河南投入使用了由宇通客车自主研发制造的氢燃料电池公交车，如图所示是郑州首批使用的氢能源公交车。车身12米，搭载了60千瓦时燃料电池系统，配备35公斤氢气瓶和108千瓦时动力电池，氢燃料可行驶400多公里，用完后可切换到纯电模式继续运行。 （1）氢燃料电池是将氢气的 转化为发电装置的 ；氢能源公交车相对于传统燃油公交车的优点是 （写出一点即可）； （2）若该公交车整车重量约为12吨，每个轮子与地面的接触面积约为500cm2，该公交车对地面的压强约为多少 ？ （3）该公交车在某次测试时，使用氢燃料以恒定功率160kW行驶了80km，此过程中的平均速度为64km/h，消耗了7kg氢燃料，那么该公交车在此过程中运行的时间为 h？该公交车效率是多少 ？（氢气的热值取，）    【跟踪训练2】如图所示是某同学制作了一个简易汽轮机装置。向易拉罐内部注入大约半罐水，将去掉笔芯和尾塞的中性笔的尾端插入易拉罐内，用胶将罐的开口处密封。将易拉罐放置在支架上，笔的尖端对准小风扇的扇叶。点燃易拉罐下面的酒精灯，当有蒸汽喷出时，扇叶就转动起来。这个过程中，蒸汽的 （选填“极少部分”或“绝大部分”）内能转化为风车的 能，增加易拉罐的保温性能可以 （选填“提高”或“降低”）简易汽轮机效率。 【能力培优练】 1．关于内能、温度和热量，下列说法正确的是（    ） A．不同燃料燃烧时，放出热量越多的热值越大 B．一个物体内能增加，温度一定升高 C．内能总是从内能多的物体向内能少的物体转移 D．火箭升空过程中，外壳与大气摩擦温度升高，其机械能转化为内能 2．关于图所示的四个情景，下列说法中不正确的是（　　） A．甲图中的现象表明热的物体一定比冷的物体内能大 B．乙图，抽去玻璃板后，两瓶中的气体混合，这种扩散现象表明气体分子是运动的 C．丙图，活塞向下运动，这是内燃机的做功冲程，该过程中是将内能转化为机械能 D．丁图，用酒精灯加热试管中的水至沸腾后，水蒸气将软木塞推出，该过程中的能量转化顺序为化学能——内能——机械能 3．图是小汽车的某款发动机工作原理示意图，点燃发动机的酒精炉后，活塞来回运动就会使车运动起来，甲、乙两款这种发动机的能量参数如图所示，下列分析正确的是（　　） ①酒精燃尽后，酒精所产生的能量消失了 ②发动机热气缸内部的气体推动活塞A向外运动，把内能转化为机械能 ③应选择性能更优的甲款发动机 ④应选择性能更优的乙款发动机 ⑤要想提高发动机热机效率，可以让发动机工作更长时间 A．①②④ B．③⑤ C．②③ D．②⑤ 4．如下表是某型号手机快充充电器的部分参数。利用“充电电流电压显示计”来测量该快速充电器将某一手机电池从零电量到充满电的过程中输出的电流和电压，并绘制如图甲、乙所示图像。下列有关说法错误的是（   ） 额定输入电压 输出    A．该快充充电器的最大输出功率为 B．充电器为手机充电时，手机电池相当于用电器 C．充电器为手机充电时，电流通过手机电池，把电能转化为化学能 D．若不计电能损耗，前充电消耗的电能为 5．如图展示的是2025年9月3日，东风-61陆基洲际导弹在纪念中国人民抗日战争暨世界反法西斯战争胜利80周年阅兵式上震撼亮相的场景。该导弹采用新型固体燃料推进发射，所用新型燃料具有能量水平高、力学性能良好等优点。下列关于该导弹燃料及能量转化的说法中，正确的是（　　） A．燃料燃烧时化学能转化为内能 B．燃料箱燃料减少，燃料热值减小 C．导弹飞行时，弹身温度越高，含有的热量越多 D．导弹飞行时，燃料的化学能全部转化为导弹的机械能 6．如图所示为小昕自制的热机模型，她在矿泉水瓶的侧壁上开了一个孔，把电火花发生器紧紧插入孔中。实验时从上方瓶口喷入液态酒精并轻轻盖上一次性塑料杯，按动电火花发生器的按钮，点燃瓶内酒精后，塑料杯立即飞出，此过程酒精燃烧产生的 能转化为塑料杯的 能，塑料杯飞出后瓶内气体温度将 （选填“升高”或“降低”）。 7．美丽的湖畔，景色宜人。在湖岸的两侧架设了许多特殊的路灯（风光互补路灯），它头顶的风力发电机能将风能转化为 。甲、乙两实心金属块，它们的体积之比为5∶1，将它们分别放在调好的天平的左右盘中，天平恰好平衡，甲和乙的密度之比为 。 8．电动机是将电能转化成机械能的机器，但由于线圈内部有电阻，所以同时还有一部分电能转化成内能。若一台玩具电动机接在的电源两端，使其正常转动时，通过电动机中的电流为；短暂地卡住电动机转轴，使其不能转动，通过电动机中的电流为。则这台电动机线圈的电阻为 ，正常工作产生的机械能是 。 9．据报道，某年过年期间有儿童往下水道扔鞭炮，酿成严重的人员伤亡事故（危险请勿模仿！）。下水道内往往会聚积大量沼气（主要成分是甲烷，易燃），被鞭炮点燃后炸飞井盖，将 能转化为 能，十分危险。假设下水道内沼气体积为2dm3，沼气热值为2.7×107J/m3，爆炸时10%的能量用来对井盖做功，最多能把质量90kg的井盖炸到 m的高度，砸下来后果不堪设想。（g取10N/ kg） 10．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。 （1）小球从a点到c点的过程中，小球动能变化情况是 （变大/变小/先变大再变小/不变/先变小再变大）； （2）当橡皮筋弹性势能最大时，小球处于 状态（平衡/非平衡）； （3）实验中所用小球的重力为 N。由a点到b点，动能变化量 （大于/小于/等于）重力势能变化量。 11．阅读材料，回答问题： 风力发电 风能是一种清洁的可再生能源，利用风力发电将助力我国实现碳中和目标，风力发电机组主要由叶片、齿轮箱、发电机等组成，其简化结构如图甲所示。叶片横截面的设计原理如图乙所示，一面较平，另一面较弯曲。叶片在风的作用下旋转，经过齿轮箱增速后，发电机转子高速旋转发电。某风力发电机组利用齿轮箱可实现叶片转1圈，发电机转子转20圈。风力发电机组输出功率P与风速v的关系如图丙所示。在5m/s≤v≤10m/s的范围内，P与v的三次方成正比。风力发电机组所在风场某段时间内的风速v与时间t的关系如图丁所示。（为方便计算，图丙和图丁数据已作简化处理。） (1)完成下列风力发电的主要能量转化流程图：① ，② ； (2)当风正面垂直吹向静止叶片时，如图乙所示，由于叶片两面形状不同导致叶片两面空气流速不同，从而产生 差，可以使风机叶片转动；从正面看，叶片A会 （选填“顺时针”或“逆时针”）转动； (3)当风速为12m/s时，风力发电机组工作1h输出的电能相当于 kg的煤完全燃烧放出的热量。 (4)当风速为13m/s时，发电机转子1min转400圈，若发电机输出电能1kW·h，叶片需要转动 圈。 12．阅读下列短文，回答问题。 直流充电桩 直流充电桩是一种为电动汽车补给能量的装置，如图甲所示，它能够将电网中的交流电转化为直流电，再将电能充入汽车动力电池（以下简称“电池”）。通常，直流充电桩比交流充电桩的充电电压更高、电流更大，因而可实现快速充电。 设电池当前储能占充满状态储能的百分比为D。充电时，充电桩的充电功率P会随着D的变化而变化，同时用户还可以通过充电桩显示屏了解充电过程中的其他相关信息。 现在测试一个直流充电桩对某辆电动汽车的充电性能。假定测试中充电桩输出的电能全部转化为电池的储能。充电前，D为30%，充电桩显示屏中充电时长、充电度数、充电费用示数均为0。开始充电后，P与D的关系如图乙所示（为方便计算，图像已作近似处理），充满后，立即停止充电。当D达到70%时充电桩显示屏的部分即时信息如下表所示。 充电电压/V 充电电流/A 充电时长 充电度数 充电费用/元 400 45 24.0 28.80 (1)给汽车电池充电的过程中，实际上是将电能转化为 能； (2)通常直流充电桩比交流充电桩的充电电压更高、电流更大，故充电功率更 ； (3)在D从30%至70%过程中，充电功率大致的变化规律是 。当D为70%，充电电流为 A； (4)若充电过程中充电电费单价不变，则测试全过程的充电费用为 元； (5)设D从70%增至80%需时间为，从80%增至90%所需时间为，且，则测试全过程的充电总时长为 (6)若某电动汽车百公里耗电量为，某燃油车与该电动汽车用来做有用功的能量相同，则每行驶100km燃油车需要燃烧 kg的燃油。（已知电动汽车的效率为90%，燃油车的效率为36%，） 【链接中考】 1．（2025·江苏盐城·中考真题）我国于2024年7月成功研制出世界上最轻、最小的太阳能动力微型无人机，该无人机可在纯自然光下实现持续飞行。这款无人机主要由静电驱动推进系统和超轻千伏动力系统组成。静电电机利用电荷间相互作用驱动，能量转化效率是传统电机的10倍以上。超轻高压变换器将电压为4.5V的太阳能电池升压至9000V，实现高效电能传输。由上述信息可以推断，这款无人机（　　） A．可在无光环境下飞行 B．飞行时会产生较多热量 C．太阳能电池板面积很大 D．静电电机比传统电机能耗小得多 2．（2025·江苏扬州·中考真题）2025年5月29日，“天问二号”探测器发射成功，开启小行星探测与采样返回之旅。下列说法正确的是（   ） A．“天问二号”发射时加速上升，其动能不变 B．“天问二号”利用电磁波与地球传输信息 C．太阳能电池将光能全部转化为内能 D．到达地球后，样品质量变大 3.（2025·江苏无锡·中考真题）玉兔二号巡视器所在的月球背面着陆区，月夜的最低温度达到-190℃，我国科研人员为它设计了如图所示的保温装置。该装置以氨为工作物质，液态氨通过蒸发器时，吸收核热源释放的热量变为高温蒸气，蒸气经汇流器聚集，沿蒸气管路到达巡视器本体结构的铝蜂窝结构板，为结构板加热并变为液态氨，再沿着液体管路经储液器、分流器进入蒸发器，循环往复。保温装置中的核热源将核能转化为氨的 能。氨在蒸发器中发生 （填物态变化名称）吸收热量，在铝蜂窝结构板发生液化， 热量。 4．（2025·江苏无锡·中考真题）抽水蓄能是利用电网用电低谷期过剩的电能，通过电动抽水泵将低处下水库的水抽到高处上水库储存起来，然后待用电高峰期再释放上水库中的水，冲击水电站中的水轮发电机组发电，输送回电网，工作原理示意图如图所示。我国的河北丰宁电站是目前世界上装机容量最大的抽水蓄能电站，上水库容量为4.5×107m3，上水库一次储满的水若全部通过隧洞下落400m高度，冲击水轮发电机组发电，可获得1.44×1014J的电能。（，g取10N/kg） (1)抽水蓄能的能量转化过程是将过剩的电能转化为水的 能，在需要的时候再通过发电机组转化为 能，输送回电网； (2)水轮发电机组的发电效率为多少？ 5．（2025·江苏盐城·中考真题）阅读短文，回答问题。 液态空气储能 据报道，青海格尔木“60MW/600MW·h”液态空气储能示范项目正在加速建设，即将投入运行。液态空气储能是通过压缩、液化空气储存能量，并在需要时通过加热、膨胀空气释放能量。 充电阶段：在电力富余时段，电能驱动压缩机将空气压缩至高压状态，并通过净化装置去除水分、二氧化碳等杂质，避免液化过程中结冰堵塞管道。压缩后的空气经制冷系统冷却至-194℃，达到液化状态后存储于低温常压储罐中，体积仅为室温气态时的。 发电阶段：用电高峰时，液态空气从储罐释放，吸收热量迅速汽化，体积膨胀形成常温高压气体。高压气体推动膨胀机（或涡轮机）运转，驱动发电机产生电能回馈电网。 液态空气可以发电。液态空气储能技术的成功运用为我国储能产业发展开辟了新的道路。 (1)由于二氧化碳的凝固点比氧气 ，所以在液化过程中容易结冰堵塞管道。 (2)在充电阶段，压缩后的空气经制冷系统冷却时，内能 ；在发电阶段，高压气体推动膨胀机（或涡轮机）运转，将内能转化成了 。 (3)根据材料内容，概括液态空气储能的好处： 。（至少说出两条） 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $ 三、能量转化的基本规律 【题型导航】 【重难题型讲解】 1 题型1 能量守恒定律 1 题型2 能量转移和转化的方向性 8 题型3 能源利用率与节约能源 15 【能力培优练】 22 【链接中考】 33 【重难题型讲解】 题型1 能量守恒定律 1. 能量守恒定律的内容 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其他形式，或者从一个物体转移到另一个物体，而在转化和转移的过程中，能量的总量保持不变。这就是能量守恒定律。 【注意】 ①能量守恒定律是自然界最普遍、最重要的基本定律之一。 ②能量的“转化”是指能量形式的改变（如电能转化为机械能）。 ③能量的“转移”是指能量形式不变，但能量从一物体传到另一物体（如热传递）。 ④能量守恒定律适用于任何变化过程，无论是机械的、热的、电磁的、化学的还是生物的。 2. “转化”与“转移”的区别： 转化：能量形式改变。例如：电灯发光，电能转化为光能和内能。 转移：能量形式不变，只是物体改变。例如：热传递，内能从高温物体转移到低温物体。 常见的能量转化实例：水力发电（水的机械能 → 发电机的机械能 → 电能）；燃料燃烧（化学能 → 内能）；电动机工作（电能 → 机械能）；核电站发电（核能 → 内能 → 机械能 → 电能）。 常见的能量转移实例：用热水袋取暖（水的内能 → 人体的内能）。 3. 能量守恒定律的意义 不消耗能量而能不断对外做功的机器 → 违背能量守恒定律，永动机永远不可能制成。 为人类合理利用能源提供了理论依据。 揭示了自然界的统一性和普遍联系。 【注意】能量守恒不是“能量循环”：能量虽然总量守恒，但能量转化具有方向性，且并不是任何形式的能量我们都能够利用，同样需要注意节约能源。 【典例1-1】智能手机带给我们海量信息，这些信息是否科学就需要我们用所学知识去辨别。例如图是某视频的截图，它展示了“在水平路面匀速行驶的电动汽车车顶上安装有4组风力发电机，车边跑边发电，能够大幅提升续航能力”的做法，下列网友的评论你认为最科学的是（　　） A． B． C． D． 【答案】C 【详解】A．电动汽车电池容量有限，行驶中需持续消耗电能，无法“用不完”。故A不符合题意； B．汽车靠电机驱动，风力发电机仅发电，无法直接提供推力。 故B不符合题意； C．行驶中空气阻力随速度增加，发电机发电功率远低于增加的阻力做功，实际会缩短续航。 故C符合题意； D．电池可同时放电和充电（如制动能量回收），但需满足能量净输入，否则会因损耗导致续航下降。故D不符合题意。 故选C。 【跟踪训练1】物理社团的同学们制作了一个水火箭，如图是其简易原理图，使用打气筒向水火箭内不断打气，当内部气压到一定程度，会使水从火箭中向下喷出，从而使火箭升空。结合题中信息，以下说法不正确的是（　　） A．火箭升空，是由于物体间力的作用是相互的 B．上升过程中，水火箭内气体内能减小 C．水火箭加速上升过程中能量守恒 D．向火箭中打气的过程相当于热机的做功冲程 【答案】D 【详解】A．水火箭向下喷水，给水一个向下的力，因为物体间力的作用是相互的，水给水火箭一个向上的力，从而使火箭升空，故A正确，不符合题意； B．上升过程中，气体的内能转化为机械能，所以内能减少，故B正确，不符合题意； C．水火箭加速上升过程中，气体对水和火箭做功，整个过程中能量守恒，故C正确，不符合题意； D．向火箭中打气的过程，是对气体做功，机械能转化为内能，而热机的做功冲程是内能转化为机械能，二者不同，故D错误，符合题意。 故选D。 【跟踪训练2】神奇的“饮水鸟”能不停地点头“喝”水。它的下球中装有乙醚，乙醚吸收空气中的热量汽化后，下球气压增大，将乙醚压入上球，饮水鸟的重心上移，“低头喝水”，如图乙，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。则（   ） A．“饮水鸟”低头过程中将机械能转化为电能 B．如果没有能量补充，“饮水鸟”会停止运动 C．“饮水鸟”在运动的过程中不涉及能量的转化 D．“饮水鸟”不遵循能量守恒定律 【答案】B 【详解】A．“饮水鸟”的工作过程是乙醚吸收空气中的热量汽化，内能转化为乙醚蒸气的内能，推动乙醚液体上升，使“饮水鸟”的重心升高，机械能增加，这个过程主要是将内能转化为机械能，不涉及电能的转化，故A错误； B．“饮水鸟”的运动需要不断地从周围空气中吸收热量（能量）来维持，如果没有能量补充，乙醚无法持续汽化，内外压强差不能维持，它就会停止运动，故B正确； C．“饮水鸟”在运动的过程中，存在内能和机械能之间的相互转化，并非不涉及能量转化，故C错误； D．“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D错误。 故选B。 【典例1-2】能量转化和守恒定律是许多科学家经长期探索建立起来的，是科学史上的重大发现。 材料一：十七至十八世纪，多位科学家对能量的量度提出了不同的观点。1644年，笛卡尔用物体的质量和其速度的乘积来量度；1686年，莱布尼兹用物体的质量和其速度平方的乘积来量度；1743年，达朗贝尔用“活力”（即物体受力作用而通过一定距离）来量度。 材料二：温度计的不断改进给热与功研究的精确化准备了必要条件。焦耳通过400多次的实验，于1849年精确地测定了热功当量关系的数值，这一数值与现代公认值非常接近，为能量守恒定律的确立奠定了定量的实验基础。 材料三：焦耳通过400多次的实验，于1849年精确地测定了热功当量关系的数值（相当于单位热量的功的数量即1卡（热化学卡）=4.1840焦耳），这一数值与现代公认值非常接近，为能量守恒定律的确立奠定了定量的实验基础。如图所示是焦耳研究热功当量关系的一个实验装置，通过重物的上下运动，带动叶片转动，通过做功使水的内能增大。实验中焦耳测得的数据如下：小配重重力G小=100牛，大配重重力G大=520牛，每升降一次配重各自移动的距离h=1米，热量计中水的质量m=500克（c水=4.2×103焦耳/千克）。升降次数与水温变化的关系如表： 升降次数 1 2 3 4 5 6 温度变化/℃ 0.2 0.39 0.59 0.78 0.98 1.18 (1)材料一中，哪位科学家的观点与“功”概念相符合_______； A．笛卡尔 B．莱布尼兹 C．达朗贝尔 (2)分析材料三中数据可以得到能量转化过程中能量是 （选填“守恒”或“不守恒”）的； (3)如图所示是焦耳研究热功当量关系的实验装置，通过重物的上下运动，带动叶片转动，通过做功使水的内能 （选填“增大”或“减小”）； (4)结合材料分析，以下观点正确的是_______。 A．面对前人的观点要敢质疑 B．时间久远的理论是没有科学价值的 C．测量工具的发展有助于科学理论研究 D．对科学的认识是不断修正完善的过程 【答案】(1)C (2)守恒 (3)增大 (4)ACD 【详解】（1）“功”的物理定义是“力与物体在力的方向上移动距离的乘积”。材料一中，达朗贝尔用“活力”（物体受力作用通过一定距离）来量度能量，与“功”的概念相符；笛卡尔用物体的质量和其速度的乘积来量度，质量和速度的乘积与力和距离的乘积概念不同；莱布尼兹的“质量×速度平方”对应动能。 故AB不符合题意，C符合题意。 故选C。 （2）根据能量守恒定律，能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，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其它物体，而能量的总量保持不变。焦耳的实验是为了验证能量守恒，从材料三数据以及能量守恒定律可知，能量转化过程中能量是守恒的。 （3）通过重物上下运动带动叶片转动，对水做功，机械能转化为水的内能，因此水的内能增大。 （4）A．面对前人观点应理性分析，敢于质疑，故A正确； B．时间久远的理论（如能量守恒）仍有科学价值，故B错误； C．温度计的改进为热功研究提供了条件，说明测量工具的发展有助于科学理论研究，故C正确； D．从笛卡尔、莱布尼兹到焦耳，对能量的认识不断修正完善，故D正确。 故选ACD。 【跟踪训练1】阅读短文，回答问题。 太阳能汽车 太阳能汽车是一种靠太阳能来驱动的汽车，它主要由太阳能电池板、蓄电池和电动机组成。在车体的外部贴放太阳能电池板，通过太阳能电池板将太阳能直接转化成电能并储存在蓄电池中，使用时通过蓄电池提供电能，驱动车辆行驶。相比于传统热机驱动的汽车，太阳能汽车是真正的零排放。太阳能汽车由于没有内燃机，在行驶时也不会有燃油汽车内燃机的轰鸣声。太阳能汽车的研究开发长期以来一直受到普遍关注，被诸多国家所提倡，太阳能汽车产业日益蓬勃发展。 请回答下列问题： (1)太阳能是原子核 变释放出来的能量，属于 （选填“可”或“不可”）再生能源； (2)太阳能汽车在阳光下行驶时的能量转化过程是将太阳能先转化为 能，再转化为 能。在夜间没有阳光的时候，太阳能汽车也能行驶，这 （选填“违背”或“不违背”）能量守恒定律； (3)太阳能汽车的速度可通过控制输入电机的 来改变； (4)为了使车身更为轻便，太阳能汽车大量使用了轻合金、复合材料等来制造，主要原因是它具有较小的______。 A．质量 B．密度 C．比热容 【答案】(1) 聚 可 (2) 电 机械 不违背 (3)电流 (4)B 【详解】（1）[1][2]太阳能是原子核聚变释放出来的能量，核聚变释放出的大量太阳能辐射到地球，太阳能可以源源不断地从太阳获取，属于可再生能源。 （2）[1][2][3]太阳能汽车在阳光下行驶时，太阳能电池板将太阳能先转化为电能，汽车消耗电能，再转化为机械能。在夜间没有阳光的时候，太阳能汽车也能行驶，这是利用了蓄电池储存的电能，将电能转化为汽车的机械能，这不违背能量守恒定律。 （3）太阳能汽车的速度可通过控制输入电机的电流来改变，电流越大，电机转的越快，速度越大。 （4）为了使车身更为轻便，太阳能汽车大量使用了轻合金、复合材料等来制造，主要原因是它具有较小的密度，由可知，车身体积一定时，材料密度越小，车身质量越小；比热容表示物质的吸热能力，与车身的质量无关，故选B。 【跟踪训练2】阅读短文，回答问题。 筒车筒车亦称“水转筒车”，是一种以水流作动力取水灌田的工具。据史料记载，筒车发明于隋而盛于唐，距今已有1000多年的历史。筒车的种类较多，制作工艺有所不同。如图所示，简易的筒车常用一端开口、一端封闭的竹节制成筒，竹筒被均匀安装在筒车上，用于从河中打水，同时在水流的推动下使筒车转动起来。筒车工作时，竹筒绕车轴做圆周运动，筒底与筒口的运动轨迹是同心圆，且筒底所在的外圆半径大于筒口所在的内圆半径。竹筒浸在水里的时候被灌满了水，当转过一定角度后将离开水面被提升，所以竹筒在低处时盛水，在高处时泄水，泄出的水落入水槽后被引向农田，如此往复，循环提水。在实际使用过程中，人们会根据农田与水面间的高度差调整水槽的位置和宽度，使水槽能够接到更多的水。 （1）关于筒车的说法正确的是 （填字母）； A．筒车能转动是由于竹筒受到了浮力 B．筒车能连续转动是受到惯性的作用 C．筒车工作时对水流有力的作用 D．筒车证明了永动机是可以制造出来的 （2）筒车在匀速转动的过程中，竹筒受 （选填“平衡力”或“非平衡力”），以竹筒为参照物，车轴是 （选填“运动”或“静止”）的；当竹筒运行至高处泄水，水在 力的作用下落入水槽； （3）某筒车上均匀分布了20个相同的竹筒，每个竹筒的容积为2L，筒底的运动半径为2.2m，筒口的运动半径为2.0m，通过调整水槽的位置，竹筒中50%的水能落入水槽，则当筒车以每分钟转动5圈的速度连续工作2h，最多可以为农田浇灌 kg的水，在此过程中，竹筒的筒底比筒口运动的速度快 m/s。（圆周率π取3，ρ水=1.0×103kg/m3） 【答案】 C 非平衡力 运动 重 12000 0.1 【详解】（1）[1]A．筒车能转动是由于水流的推动，故A错误； B．筒车能连续转动是因为其具有惯性，惯性不是力，不能说受到惯性的作用，故B错误； C．筒车工作时改变的水的运动状态，对水流有力的作用，故C正确； D．永动机是不可以制造出来的，违反能量转化和守恒定律，故D错误。 故选C。 （2）[2]筒车在匀速转动的过程中，运动方向改变，竹筒受非平衡力。 [3]以竹筒为参照物，车轴和竹筒之间相对运动，所以是运动的。 [4]当竹筒运行至高处泄水，水受到重力的作用，所以在重力的作用下落入水槽； （3）[5]某筒车上均匀分布了20个相同的竹筒，每个竹筒的容积为2L，竹筒中50%的水能落入水槽，则当筒车以每分钟转动5圈的速度连续工作2h，最多可以为农田浇灌的水的质量 m=ρ水V=1.0×103kg/m3×2×60×5×20×2×10-3m3×50%=12000kg [6]筒底的运动半径为2.2m，筒口的运动半径为2.0m，在此过程中，竹筒的筒底比筒口运动的速度快 题型2 能量转移和转化的方向性 1. 能量转化的方向性 许多事实表明，能量的转化和转移具有方向性。有些过程可以自发地进行，但相反的过程却不能自发地进行。 过程 自发方向 说明 热传递 热量从高温物体传向低温物体 低温物体不会自动将热量传给高温物体 机械能转化为内能 摩擦生热：机械能 → 内能 物体不会自动冷却并将内能转化为机械能 扩散现象 分子从高浓度向低浓度扩散 气体不会自动回到原来的集中状态 水流方向 水从高处流向低处 水不会自动从低处流回高处 【注意】“方向性”不等于“不能实现”：有些相反过程虽然不能自发进行，但可以通过外界做功来实现。例如： 电冰箱：通过压缩机做功，将热量从低温物体（冰箱内）转移到高温物体（冰箱外） 抽水机：通过电动机做功，将水从低处抽到高处。 2.能量的“耗散” 能量在转化和转移的过程中，最终都会转化为内能并分散到周围环境中，这部分能量很难再被收集利用，这种现象称为能量的耗散。 能量耗散≠能量消失：能量耗散是能量变得分散、无序，难以再利用，但能量总量并没有减少。例如，一杯热水变凉，水的内能散失到空气中，虽然总能量没变，但我们无法再把这些分散的内能收集起来重新加热这杯水。 方向性的意义：能量转化和转移的方向性，决定了我们只能利用能量一次。虽然能量总量守恒，但可用的能量却在不断减少。这正是能源问题的核心——不是能源“用完”了，而是可用的能源减少了。 【典例2-1】抽水蓄能电站被称为“超级充电宝”，用电低谷时段利用电网多余电能抽水至上水库，用电高峰时段再放水至下水库发电，如图。关于抽水蓄能电站，下列说法正确的是（   ） A．用电低谷时，以电能的形式储能 B．用电高峰时，机械能转化为电能 C．选址时，上下水库的高度差要小 D．存储的能量可以全部转化为电能 【答案】B 【详解】A．用电低谷时，电站利用多余电能抽水，将电能转化为水的重力势能储存，不是以电能形式储能，故A错误； B．用电高峰时，放水发电，水的重力势能转化为水轮机的机械能，再转化为电能，故B正确； C．选址时，为储存更多能量，上下水库应有较大的高度差，以增大水的重力势能，故C错误； D．由于存在能量损耗（如摩擦、发热等），储存的能量不能全部转化为电能，故D错误。 故选B。 【跟踪训练1】下列事例中，可以表示能量转化或转移具有方向性的是（　　） A．电能可以转化为机械能，机械能也可以转化为电能 B．内能可以自发地从高温物体传递给低温物体，但不能自发地从低温物体传递给高温物体 C．动能可以和重力势能相互转化 D．电能可以转化为内能，内能的一部分也可以转化为电能 【答案】B 【详解】A．电能可以转化为机械能，机械能也可以转化为电能，只能说明能量之间的相互转化，不能说能量转化具有方向性，故A不符合题意； B．内能可以自发地从高温物体传递给低温物体，但却不能自发地从低温物体传递到高温物体，说明能量转移具有方向性，故B符合题意； C．动能可以和重力势能相互转化，说明能量之间的相互转化，不能说能量转化具有方向性，故C不符合题意； D．电能可以转化为内能，内能也可以部分地转化为电能，能说明能量之间的相互转化，不能说能量转化具有方向性，故D不符合题意。 故选B。 【跟踪训练2】汽车已进入寻常百姓家中，汽车主要以汽油为燃料，汽油属于 （可再生/不可再生）能源。若某汽油机飞轮转速为20r/s的汽车，在水平路面上行驶，则在1min内汽油机完成 个工作循环，对外做功 次；若汽车行驶过程中消耗汽油2kg，则这些汽油完全燃烧能放出 J的热量。在紧急刹车时，刹车片会发烫，这是通过 的方式增加物体内能的，但转化得到的内能不可能再转化为机械能，这是因为能量的转化具有 性。（汽油的热值为4.6×107J/kg） 【答案】 不可再生 600 600 9.2×107 做功 方向 【详解】[1]汽油是一种化石能源，故在短期内无法再生，是不可再生能源。 [2]汽油机飞轮的转速为20r/s，则在1min内转动的圈数是 20×60=1200转 因为四冲程内燃机曲轴转一圈，完成2个冲程，所以此时共完成冲程 1200×2=2400个 由于1个工作循环中包括4个冲程，所以完成工作循环 个 [3]由于1个工作循环中对外做功1次，所以600个工作循环对外做功600次。 [4] 2kg汽油完全燃烧产生的热量为 Q放=mq=2kg×4.6×107J/kg=9.2×107J [5]刹车片发热，是刹车片克服摩擦做功，使刹车片的内能增加、温度升高，是通过做功途径改变物体内能。 [6]电灯发光、汽车制动过程中产生的内能散失在空气中，无法自动转化为电能或机械能，这些现象均说明能量的转化是具有方向性的。 【典例2-2】阅读材料《热电效应》，回答问题： 1821年，德国物理学家塞贝克发现在两种不同的金属所组成的闭合回路中，当两接触处的温度不同时，回路中会产生电流，称为“塞贝克效应”。可用图甲热电偶电路描述：把接点D放在冰水中，给接点G加热时，电流表指针偏转。 1834年，法国科学家珀尔帖发现相反情况：给同样的回路通上直流电流时，接头温度一个升高一个降低，产生温差，称为“珀尔帖效应”。可借助其原理图（图乙）来理解：将型与型半导体用铜板连接，两面贴上陶瓷片，接上直流电源后，在电流方向是的地方吸热、在的地方放热，半导体材料两端会产生温度差。为了效果更好，会把多对、N型半导体连接起来同时工作，故其可制冷也可制热。制热时电能一部分用来转移热量，另一部分产生焦耳热，所以热端产生的热量，一部分来自于电能，另一部分来自冷端被吸走的热量，所以它的制热效率大于100%。 (1)图甲中的热电偶实际上是一个电源，它将 能转化成电能； (2)图乙中二对PN型半导体对是 （串联/并联）连接的； (3)若用图乙半导体制冷片和塑料盒制作冷藏盒，应将 （A/B）陶瓷片对着盒内粘贴； (4)若想将（3）中冷藏盒改为“保暖盒”最简单的方法是 ，且放热端提供的热量将 （大于/等于/小于）消耗的电能。 【答案】(1)内 (2)串联 (3)A (4) 调换电源方向 大于 【详解】（1）要产生热电流，必须存在温度差，热电偶将内能转化为电能。 （2）由图乙可知，电路中的二对PN型半导体对是依次连接的，因此它们是串联连接。 （3）由上述材料可知，在电流方向是的地方吸热、在的地方放热，若用图乙半导体制冷片和塑料盒制作冷藏盒，应将A陶瓷片对着盒内粘贴。 （4）[1]由于“在电流方向是的地方吸热、在的地方放热”，若想将（3）中冷藏盒改为“保暖盒”最简单的方法是调换电源方向，改变电流方向。 [2]放热端提供的热量，一部分来自于电能，另一部分来自冷端被吸走的热量，所以放热端提供的热量将大于消耗的电能。 【跟踪训练1】阅读短文，回答文后的问题。 为保护地球家园，我国将努力争取2060年前实现碳中和。为了降低化石能源占比，我国目前正大力开发利用太阳能、风能、核能等新能源，风光互补发电项目正大规模推进。风光互补发电系统由太阳能发电板、风力发电机组、系统控制器、蓄电池组和逆变器等几部分组成。 下表为某型号风光互补路灯系统的部分技术参数，其中风力发电的最大输出功率是指风速达到最大限制风速时风力发电机的输出功率；光照功率P1是指太阳光照射到电池板表面处每平方米的辐射功率，，光电转化效率是指太阳能电池板将光能转化为电能的效率。 风力发电参数 太阳能发电参数 最大输出电功率 400W 光照功率 最大限制风速 12m/s 光电转化效率 20% （1）在人类使用能源的过程中，必然有部分能量由于种种原因浪费掉且不能再重新加以利用，因此说明能量的转移或转化具有 ； （2）若风力发电时功率与风速的平方成正比，则当输出功率为25W时，则此时的风速为 m/s； （3）若太阳能板的面积为2m2，，则利用太阳能板发电5h相当于 kg热值为的柴油的完全燃烧放出的能量； （4）太阳能电池还可以给电动车提供电能。某电动车的动力由电动机提供，电动机的转换效率是指所输出的机械能与电源提供的电能之比。在转换效率η一定时，其耗电功率与转速n的立方成正比，系数为k1，而行驶速度与电机转速n成正比，系数为k2，当电动车匀速直线行驶时，所受阻力f与电动机转速n的关系是f= （用以上字母表示）。 【答案】 方向性 3 0.18 【详解】（1）[1]汽车或机械在工作过程中由于摩擦会将部分机械能转化为内能，而一部分内能很难被再次利用，故利用能源的过程必然有部分能量由于种种原因浪费掉且不能再重新加以利用，因此说明能量的转移或转化具有方向性。 （2）[2]若风力发电时功率与风速的平方成正比，当输出功率为25W时，则 解方程可得。此时的风速为3m/s。 （3）[3]若太阳能板的面积为2m2，则利用太阳能板发电5h产生的能量为 柴油完全燃烧放出能量需要的燃料的质量为 （4）[4]该电动车的耗电功率为 转换效率不变，则获得的机械能功率为 电动车行驶的速度为 电动车匀速行驶时，牵引力与阻力相等，获得的机械能的功率为 则 【跟踪训练2】阅读短文，回答问题。 为保护地球家园，我国将努力争取2060 年前实现碳中和。为了降低化石能源占比， 我国目前正大力开发利用太阳能、风能、核能等新能源，风光互补发电项目正大规模推进。风光互补发电系统由太阳能发电板、风力发电机组、系统控制器、蓄电池组和逆变器等几部分组成。发电系统各部分容量的合理配置对保证风光互补电系统的可靠性非常重 要，实际的风光互补发电系统预设装机参数、所处环境实际情况不同时，实际 发电效率会有很大差异。所以为了给用户提供可靠的电力，必须根据用户的用 电负荷特征以及用户所处区域的太阳 能和风能资源状况针对不同用户配置适合用户的一整套系统。某型号风光互补发电系统的部分参数如表格所示。 风力发电参数 太阳能发电参数 最大输出电功率 400W 1000W/（m2） 最大风功率 3200 W 转化率20% 最大风速 12m/s （1）太阳能是人类的“能源之母”，地球上以下能源中与太阳能无关的是 （填写序号）。 ①水能     ②煤、石油、天然气    ③风能    ④地热能 （2）太阳能属于 （可再生/不可再生）能源，地球上绿色植物可以通过光合作用将太阳能转化为 能。在人类使用能源的过程中，必然有部分能量由于种种原因浪费掉且不能再重新加以利用，因此说明能量的转移或转化具有 。 （3）发电机是根据 原理工作的。若太阳能板的面积为2m2，则利用太阳能板发电5h可供额定功率为40W的电灯正常工作 h。 （4）若风力发电时功率与风速的立方成正比，则当输出功率为50W时，风速为 m/s。 【答案】 ④ 可再生 化学 方向性 电磁感应 50 6 【详解】（1）[1]石油、天然气、煤是化石能源，是利用太阳能而形成的。而地热能是来自地球内部的熔岩。 （2）[2]太阳能可以在自然界里源源不断的得到补充，所以它属于可再生能源。 [3]地球上绿色植物可以通过光合作用将太阳能转化为化学能。 [4]在人类使用能源的过程中，必然有部分能量由于种种原因浪费掉且不能再重新加以利用，因此说明能量的转移或转化具有方向性。 （3）[5][6]发电机的工作原理电磁感应现象；该太阳能板发电5h获得的电能为 W电=1000W/m2×2m2×5×3600s×20%=7.2×106J 这些电能可供额定功率为40W的电灯正常工作的时间为 （4）[7]由题知，风力发电机的输出功率P与风速v的三次方成正比，即P=kv3，因为发电机的最大输出功率为400W、最大风速为12m/s，则 400W=k×(12m/s)3 风力发电机的输出功率为50W时的风速为 题型3 能源利用率与节约能源 1. 能源利用率 能源利用率是指有效利用的能量与消耗的能源所含总能量之比。通常用百分数表示： 能源利用率=(有效利用的能量/输入的总能量)×100%。 2. 能量损失的主要途径 散热损失：通过热传递散失到环境中。 摩擦损失：机械运动中的摩擦生热。 排气损失：热机排出的废气带走大量内能。 不完全燃烧：燃料未能完全燃烧。 电阻损失：电流通过导体发热。 3.节约能源的意义和途径 节约能源的意义： ①缓解能源危机，不可再生能源储量有限，节约可以延长使用时间。 ②保护环境，减少能源消耗，减少污染物和温室气体排放。 ③降低生产成本，提高能源利用率，减少能源开支。 ④可持续发展，为子孙后代留下更多能源资源。 节约能源的途径和具体措施： ①提高能源利用率，如：研发高效设备（如LED灯、高效电机）；改进生产工艺。 ②减少能量损失，如：加强保温隔热；减少摩擦；余热回收利用。 ③合理利用能源，根据实际需要选择合适的能源；避免大马拉小车。 ④开发可再生能源，用太阳能、风能等替代化石能源。 ⑤培养节能意识，随手关灯；合理设置空调温度；减少待机能耗。 ★特别提醒 能源利用率不可能达到100%：由于能量转化和转移的方向性，以及各种不可避免的损失，任何实际过程的能源利用率都小于100%。 能源危机≠能量危机：地球上的总能量（包括内能）几乎是无限的，但可供人类利用的高品质能源（如石油、天然气）是有限的。能源问题的实质是高品质能源的短缺。 提高利用率与能量守恒不矛盾：提高能源利用率，不是违反能量守恒，而是让更多的输入能量转化为我们需要的有效形式，减少无用损失。总能量仍然守恒。 【典例3-1】如图甲是某型号可充电台灯风扇，图乙是台灯风扇经历充电和工作时的主要能量流向图。下列说法正确的是（　　） A．电池在充电时相当于电源 B．图乙中a、b均为电能，且大小 C．图乙中d为机械能 D．风扇单独工作的过程中，风扇的工作效率 【答案】D 【详解】A．电池充电时，是消耗电能，把电能转化为化学能储存起来，此时电池是用电器；只有放电（供电）时，电池才是提供电能的电源，故A错误； B．图乙中，电池在充电时电能转化为化学能，所以a为电能；电池供电时化学能转化为电能，故b为电能；a是充电时输入的电能，b是电池供电输出的电能；充电过程中会有部分电能转化为内能损耗，放电过程也会有能量损耗，所以输入的电能a一定大于输出的电能b，故B错误； C．图乙中b～d为照明灯工作过程，照明灯工作时，将电能转化为光能和内能，故C错误； D．从图乙可知，电池供电输出的电能是b，b分为供给电动机的电能和供给照明灯的电能，风扇单独工作时照明灯不工作，供给照明灯的电能为0，即d=0，此时输入电动机的电能就是b，因此效率，故D正确。 故选D 。 【跟踪训练1】小聪在老师指导下，用如图所示的同一个实验装置分别加热100g的甲、乙两种液体（其中一种是水），用测得的数据绘制了温度随时间变化图像如图乙，乙从20℃加热至沸腾刚好消耗了4g酒精（q酒精=3×107J/kg）。若单位时间内甲吸收的热量与乙吸收的热量相等，（c水=4.2×103J/kg•℃），则下列说法中正确的是（　　） A．酒精燃烧的过程是内能转化为化学能 B．c乙=2.4×103J/kg•℃ C．0~8min乙吸收的热量为2.36×104J D．该酒精灯的加热效率为35% 【答案】D 【详解】A．酒精燃烧是化学能转化为内能，不是内能转化为化学能，故A错误； B．由图得，质量相同的甲、乙，升高相同温度，甲被加热的时间为乙的两倍，则甲吸收的热量为乙的2倍，说明甲的比热容较大，故甲是水。由得 甲的比热容为，则乙的比热容为 故B错误； C．0~8min乙吸收的热量为 故C错误； D．乙从20℃加热至沸腾刚好消耗了4g酒精，此过程中乙吸收的热量为 酒精燃烧释放的热量 该酒精灯的加热效率为 故D正确。 故选D。 【跟踪训练2】小李家使用的热水器，30min内均匀消耗了900g的天然气，将30kg的水从25℃加热到50℃。已知水的比热容为，天然气的热值为，天然气的密度为3kg/m3，则关于该过程的说法正确的是（　　） A．水吸收的热量是 B．热水器的能量转化效率为25% C．天然气的化学能全部转化为水的内能 D．如果将此热水器效率再提高5%，则加热时间将节约1.5min 【答案】B 【详解】A．将30kg的水从25℃加热到50℃，水吸收的热量 故A错误； B．消耗天然气的体积是 天然气完全燃烧放出热量 热水器的能量转化效率 故B正确； C．天然气燃烧不能完全燃烧、天然气燃烧放出的热量不能全被水吸收，所以天然气的化学不能全部转化为水的内能，故C错误； D．如果将此热水器效率再提高5% 需要完全燃烧天然气放出的热量 由得需要天然气的体积 需要天然气的质量 节约天然气的质量 因为30min内均匀消耗了900g的天然气，所以节约时间 故D错误。 故选B。 【典例3-2】汽车是现代社会一个重要工具，也是科技的化身。 (1)发动机是汽车的心脏，其一个工作循环有四个冲程，右图所示的冲程为汽油机的 冲程，若该汽油机飞轮的转速是60r/s，则汽油机每秒钟对外做功 次；不少人曾经设想制造一种不需要动力就能源源不断地对外做功的机器，人们把这种机器叫做永动机，其违背了 定律； (2)为了不让汽油机在工作时温度升得太高，在设计制造时，汽缸外有一个水套，若汽油机的汽缸在温度升高的过程中，水套中的水不断 （选填“吸收”或“放出”）热量，选择水降温是利用了水的 （选填“密度”、“比热容”或“热值”）比较大这一性质； (3)某品牌国产汽车在平直的公路上以23m/s的速度匀速行驶了1小时，消耗汽油12kg。已知该汽车发动机的牵引力为2000N，汽油的热值为。假设汽油在发动机气缸内完全燃烧，求该汽车在匀速行驶的过程中汽车发动机牵引力所做的功为 J，这段时间发动机的功率为 W，该汽车发动机的效率为 。若发动机效率提高前后的有用功是相同的，把发动机的效率提高10%，则此次行驶过程可以节约 kg的汽油。 【答案】(1) 做功 30 能量守恒 (2) 吸收 比热容 (3) 30% 3 【详解】（1）[1]图中的两个阀门都关闭，活塞向下运动，火花塞点火，是做功冲程。 [2]四冲程汽油机一个工作循环飞轮转2圈，经历四个冲程，活塞往复2次，所以1s内飞轮转60圈，共完成30个工作循环，做功30次。 [3]不少人曾经设想制造一种不需要动力就能源源不断地对外做功的机器，人们把这种机器叫做永动机，根据能量守恒定律，能量不会凭空的产生和消灭，所以其违背了能量守恒定律。 （2）[1][2]水的比热容大，升高相同的温度吸收的热量更多。汽缸外有一个水套，若汽油机的汽缸在温度升高的过程中，水套中的水不断吸收热量。选择水降温是利用了水的比热容比较大这一性质。 （3）[1]国产汽车在平直的公路上行驶的路程 该汽车在匀速行驶的过程中汽车发动机牵引力所做的功为 [2]这段时间发动机的功率为 [3]燃料完全燃烧放出的热量为 该汽车发动机的效率为 [4]若发动机效率提高前后的有用功是相同的，把发动机的效率提高10%，此时燃料完全燃烧放出的热量为 此时消耗的汽油为 此次行驶过程可以节约汽油为 【跟踪训练1】目前河南投入使用了由宇通客车自主研发制造的氢燃料电池公交车，如图所示是郑州首批使用的氢能源公交车。车身12米，搭载了60千瓦时燃料电池系统，配备35公斤氢气瓶和108千瓦时动力电池，氢燃料可行驶400多公里，用完后可切换到纯电模式继续运行。 （1）氢燃料电池是将氢气的 转化为发电装置的 ；氢能源公交车相对于传统燃油公交车的优点是 （写出一点即可）； （2）若该公交车整车重量约为12吨，每个轮子与地面的接触面积约为500cm2，该公交车对地面的压强约为多少 ？ （3）该公交车在某次测试时，使用氢燃料以恒定功率160kW行驶了80km，此过程中的平均速度为64km/h，消耗了7kg氢燃料，那么该公交车在此过程中运行的时间为 h？该公交车效率是多少 ？（氢气的热值取，）    【答案】 化学能 机械能 节能和环保 1.25h 73.5% 【详解】（1）[1][2][3]氢燃料电池是将氢气的化学能转化为发电装置的机械能；燃烧氢就是氢和空气中的氧气反应，产生的是水，所以氢能源公交车相对于传统燃油公交车的优点是节能和环保。 （2）[4]该公交车对水平地面的压力等于其自身的重力为 该公交车对地面的压强约为 （3）[5]该公交车在此过程中运行的时间为 [6]该公交车在此过程中做的有用功为 消耗7kg氢燃料放出的热量为 则该公交车效率是 【跟踪训练2】如图所示是某同学制作了一个简易汽轮机装置。向易拉罐内部注入大约半罐水，将去掉笔芯和尾塞的中性笔的尾端插入易拉罐内，用胶将罐的开口处密封。将易拉罐放置在支架上，笔的尖端对准小风扇的扇叶。点燃易拉罐下面的酒精灯，当有蒸汽喷出时，扇叶就转动起来。这个过程中，蒸汽的 （选填“极少部分”或“绝大部分”）内能转化为风车的 能，增加易拉罐的保温性能可以 （选填“提高”或“降低”）简易汽轮机效率。 【答案】 极少部分 机械 提高 【详解】[1][2]点燃易拉罐下面的酒精灯，当有蒸汽喷出时，扇叶就转动起来。这个过程中，存在各种能量损失，如蒸汽在喷出过程中会向周围环境散热，有一部分能量并没有推动扇叶转动，所以蒸汽的极少部分内能转化为风车的机械能。 [3]增加易拉罐的保温性能可以减少热损失，提高简易汽轮机效率。 【能力培优练】 1．关于内能、温度和热量，下列说法正确的是（    ） A．不同燃料燃烧时，放出热量越多的热值越大 B．一个物体内能增加，温度一定升高 C．内能总是从内能多的物体向内能少的物体转移 D．火箭升空过程中，外壳与大气摩擦温度升高，其机械能转化为内能 【答案】D 【详解】A．燃料的热值是指单位质量的燃料完全燃烧时放出的热量，不同燃料燃烧时，放出热量的多少不仅与热值有关，还与燃料的质量有关，不能仅根据放出热量越多就判定热值越大，故A错误； B．一个物体内能增加，温度不一定升高，例如晶体在熔化过程中，吸收热量，内能增加，但温度保持不变，故B错误； C．内能总是从温度高的物体向温度低的物体转移，而不是从内能多的物体向内能少的物体转移，故C错误； D．火箭升空过程中，外壳与大气摩擦，克服摩擦做功，温度升高，其机械能转化为内能，故D正确。 故选D。 2．关于图所示的四个情景，下列说法中不正确的是（　　） A．甲图中的现象表明热的物体一定比冷的物体内能大 B．乙图，抽去玻璃板后，两瓶中的气体混合，这种扩散现象表明气体分子是运动的 C．丙图，活塞向下运动，这是内燃机的做功冲程，该过程中是将内能转化为机械能 D．丁图，用酒精灯加热试管中的水至沸腾后，水蒸气将软木塞推出，该过程中的能量转化顺序为化学能——内能——机械能 【答案】A 【详解】A．内能的大小与物体的质量、温度、状态等因素有关。甲图中热水的温度高，但如果冷水的质量远大于热水，冷水的内能可能更大。因此“热的物体一定比冷的物体内能大”的说法错误，故A不正确，符合题意； B．乙图中二氧化氮（密度大，在下方）和空气混合，属于扩散现象，表明气体分子在不停地做无规则运动，故B正确，不符合题意； C．丙图中，火花塞点火，活塞向下运动，进气门和排气门均关闭，这是内燃机的做功冲程，该过程将内能转化为机械能，故C正确，不符合题意； D．丁图中，酒精燃烧（化学能→内能），水吸热汽化，水蒸气膨胀做功将软木塞推出（内能→机械能）。能量转化顺序为：化学能→内能→机械能，故D正确，不符合题意。 故选A。 3．图是小汽车的某款发动机工作原理示意图，点燃发动机的酒精炉后，活塞来回运动就会使车运动起来，甲、乙两款这种发动机的能量参数如图所示，下列分析正确的是（　　） ①酒精燃尽后，酒精所产生的能量消失了 ②发动机热气缸内部的气体推动活塞A向外运动，把内能转化为机械能 ③应选择性能更优的甲款发动机 ④应选择性能更优的乙款发动机 ⑤要想提高发动机热机效率，可以让发动机工作更长时间 A．①②④ B．③⑤ C．②③ D．②⑤ 【答案】C 【详解】① 根据能量守恒定律，能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，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其它物体，而能量的总量保持不变。酒精燃烧时，其化学能转化为内能等其他形式的能量，能量并没有消失，故①错误； ② 发动机工作时，热气缸内的气体被加热，温度升高，内能增大，气体膨胀推动活塞A对外做功，这个过程将气体的内能转化为活塞的机械能，故②正确； ③④ 热机的性能用热机效率来衡量，效率越高，性能越优。热机效率 ，根据能量守恒定律，燃料放出的总能量 。 因此对于甲款发动机，其消耗的总能量 其效率 对于乙款发动机，其消耗的总能量 其效率 因为，所以甲款发动机的效率更高，性能更优，故③正确，④错误； ⑤ 热机的效率是由热机本身的结构和工作条件决定的，与工作时间的长短无关。延长工作时间，有用功和消耗的总能量会同时增多，但它们的比值不变。要提高热机效率，需要改进技术，如使燃料燃烧更充分、减小摩擦和热量散失等，故⑤错误。 故C符合题意，ABD不符合题意。 故选C。 4．如下表是某型号手机快充充电器的部分参数。利用“充电电流电压显示计”来测量该快速充电器将某一手机电池从零电量到充满电的过程中输出的电流和电压，并绘制如图甲、乙所示图像。下列有关说法错误的是（   ） 额定输入电压 输出    A．该快充充电器的最大输出功率为 B．充电器为手机充电时，手机电池相当于用电器 C．充电器为手机充电时，电流通过手机电池，把电能转化为化学能 D．若不计电能损耗，前充电消耗的电能为 【答案】D 【详解】A．由图可知，充电时的最大电压为10V，最大充电电流为5A，则最大输出功率为，故A正确，不符合题意； B．用充电器给手机充电时，手机电池消耗电能，手机电池相当于用电器，故B正确，不符合题意； C．用充电器给手机充电时，手机电池将电能转化为化学能存储起来，故C正确，不符合题意； D．若不计能量损耗，0~5min时，电压为，电流为，通电时间为，消耗的电能为 5~10min时，电压，电流为，通电时间，消耗的电能为 则0~10min消耗的电能为，故D错误，符合题意。 故选D。 5．如图展示的是2025年9月3日，东风-61陆基洲际导弹在纪念中国人民抗日战争暨世界反法西斯战争胜利80周年阅兵式上震撼亮相的场景。该导弹采用新型固体燃料推进发射，所用新型燃料具有能量水平高、力学性能良好等优点。下列关于该导弹燃料及能量转化的说法中，正确的是（　　） A．燃料燃烧时化学能转化为内能 B．燃料箱燃料减少，燃料热值减小 C．导弹飞行时，弹身温度越高，含有的热量越多 D．导弹飞行时，燃料的化学能全部转化为导弹的机械能 【答案】A 【详解】A．燃料燃烧是化学变化，此过程中化学能转化为内能，故A正确； B．热值是燃料的一种特性，它只与燃料的种类有关，与燃料的质量、燃烧程度等均无关，所以燃料箱燃料减少时，燃料热值不变，故B错误； C．热量是一个过程量，不能说物体含有多少热量，故C错误； D．导弹飞行时，燃料的化学能并非全部转化为导弹的机械能，还有一部分能量会以热量等形式散失掉，故D错误。 故选A。 6．如图所示为小昕自制的热机模型，她在矿泉水瓶的侧壁上开了一个孔，把电火花发生器紧紧插入孔中。实验时从上方瓶口喷入液态酒精并轻轻盖上一次性塑料杯，按动电火花发生器的按钮，点燃瓶内酒精后，塑料杯立即飞出，此过程酒精燃烧产生的 能转化为塑料杯的 能，塑料杯飞出后瓶内气体温度将 （选填“升高”或“降低”）。 【答案】 内 机械 降低 【详解】[1][2][3]酒精燃烧时将化学能转化为内能，使瓶内气体的内能增加，温度升高，瓶内气体膨胀对塑料杯做功，将气体的内能转化为塑料杯的机械能，使塑料杯飞出；气体对外做功后，自身的内能减少，因此瓶内气体温度降低。 7．美丽的湖畔，景色宜人。在湖岸的两侧架设了许多特殊的路灯（风光互补路灯），它头顶的风力发电机能将风能转化为 。甲、乙两实心金属块，它们的体积之比为5∶1，将它们分别放在调好的天平的左右盘中，天平恰好平衡，甲和乙的密度之比为 。 【答案】 电能 1∶5 【详解】[1]风力发电机通过叶片旋转驱动发电机，将风能转化为电能。 [2]甲、乙体积之比。天平平衡时，甲、乙质量相等，即​。由密度公式 可得，质量一定时，密度与体积成反比。则甲和乙的密度之比为1∶5。 8．电动机是将电能转化成机械能的机器，但由于线圈内部有电阻，所以同时还有一部分电能转化成内能。若一台玩具电动机接在的电源两端，使其正常转动时，通过电动机中的电流为；短暂地卡住电动机转轴，使其不能转动，通过电动机中的电流为。则这台电动机线圈的电阻为 ，正常工作产生的机械能是 。 【答案】 2 43.2 【详解】[1] 电动机转轴卡住时，电能全部转化为内能，电动机相当于纯电阻。由欧姆定律得线圈电阻 [2] 电动机正常工作1min时消耗的总电能 产生的热量（内能） 机械能为总电能与热量之差，为 9．据报道，某年过年期间有儿童往下水道扔鞭炮，酿成严重的人员伤亡事故（危险请勿模仿！）。下水道内往往会聚积大量沼气（主要成分是甲烷，易燃），被鞭炮点燃后炸飞井盖，将 能转化为 能，十分危险。假设下水道内沼气体积为2dm3，沼气热值为2.7×107J/m3，爆炸时10%的能量用来对井盖做功，最多能把质量90kg的井盖炸到 m的高度，砸下来后果不堪设想。（g取10N/ kg） 【答案】 内 机械 6 【详解】[1][2]下水道内聚积大量沼气，被鞭炮点燃后，产生燃气膨胀会对井盖做功，将燃气的内能转化为井盖的机械能。 [3]下水道内沼气体积为2dm3，燃烧放出的热量为 根据可知，做的有用功为 由可得井盖炸的高度 10．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。 （1）小球从a点到c点的过程中，小球动能变化情况是 （变大/变小/先变大再变小/不变/先变小再变大）； （2）当橡皮筋弹性势能最大时，小球处于 状态（平衡/非平衡）； （3）实验中所用小球的重力为 N。由a点到b点，动能变化量 （大于/小于/等于）重力势能变化量。 【答案】 先变大再变小 非平衡 1 小于 【详解】（1）[1]小球在下落的过程中，橡皮筋逐渐发生弹簧形变，橡皮筋所受弹力由小变大，当重力大于弹力时，小球受到合力向下，小球加速下落；当弹力等于重力时，小球受到合力为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，因此小球动能变化情况是先变大再变小。 （2）[2]当橡皮筋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）[3]由图可知，在b点处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为 Δh=hb-ha=0.5m-0.4m=0.1m 橡皮筋每受到0.1N的拉力就伸长1cm，则弹力为 因此小球的重力为1N。 [4]根据能量守恒可知，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。 11．阅读材料，回答问题： 风力发电 风能是一种清洁的可再生能源，利用风力发电将助力我国实现碳中和目标，风力发电机组主要由叶片、齿轮箱、发电机等组成，其简化结构如图甲所示。叶片横截面的设计原理如图乙所示，一面较平，另一面较弯曲。叶片在风的作用下旋转，经过齿轮箱增速后，发电机转子高速旋转发电。某风力发电机组利用齿轮箱可实现叶片转1圈，发电机转子转20圈。风力发电机组输出功率P与风速v的关系如图丙所示。在5m/s≤v≤10m/s的范围内，P与v的三次方成正比。风力发电机组所在风场某段时间内的风速v与时间t的关系如图丁所示。（为方便计算，图丙和图丁数据已作简化处理。） (1)完成下列风力发电的主要能量转化流程图：① ，② ； (2)当风正面垂直吹向静止叶片时，如图乙所示，由于叶片两面形状不同导致叶片两面空气流速不同，从而产生 差，可以使风机叶片转动；从正面看，叶片A会 （选填“顺时针”或“逆时针”）转动； (3)当风速为12m/s时，风力发电机组工作1h输出的电能相当于 kg的煤完全燃烧放出的热量。 (4)当风速为13m/s时，发电机转子1min转400圈，若发电机输出电能1kW·h，叶片需要转动 圈。 【答案】(1) 动能/机械能 电能 (2) 压力/压强 顺时针 (3)36 (4)4 【详解】（1）[1][2]风吹动叶片转动，将风的风能转化为叶片的机械能或动能，经过齿轮箱增速后，发电机转子高速旋转，带动发电机工作，将机械能转化为电能。 （2）[1]叶片两面空气流速不同，根据流体压强与流速的关系，流速快的一侧压强小，流速慢的一侧压强大，从而产生压强差或者压力差，推动叶片转动。 [2]叶片上平下凸，当风流过叶片时，下表面的风速大，压强小，上表面的风速小，压强大，叶片上下表面压强差的作用下顺时针转动。 （3）根据图丙可知，当风速为12m/s时，功率为300kW，根据可得，风力发电机组工作1h输出的电能为 由可得，这些电能相当于完全燃烧煤的质量为 （4）若发电机输出电能1kW·h，当风速为13m/s时，功率为300kW，需要的时间为 由于发电机转子1min转400圈，当发电机输出电能1kW·h，发电机需要转的圈数为80圈，又风力发电机组利用齿轮箱可实现叶片转1圈，发电机转子转20圈，则叶片转4圈。 12．阅读下列短文，回答问题。 直流充电桩 直流充电桩是一种为电动汽车补给能量的装置，如图甲所示，它能够将电网中的交流电转化为直流电，再将电能充入汽车动力电池（以下简称“电池”）。通常，直流充电桩比交流充电桩的充电电压更高、电流更大，因而可实现快速充电。 设电池当前储能占充满状态储能的百分比为D。充电时，充电桩的充电功率P会随着D的变化而变化，同时用户还可以通过充电桩显示屏了解充电过程中的其他相关信息。 现在测试一个直流充电桩对某辆电动汽车的充电性能。假定测试中充电桩输出的电能全部转化为电池的储能。充电前，D为30%，充电桩显示屏中充电时长、充电度数、充电费用示数均为0。开始充电后，P与D的关系如图乙所示（为方便计算，图像已作近似处理），充满后，立即停止充电。当D达到70%时充电桩显示屏的部分即时信息如下表所示。 充电电压/V 充电电流/A 充电时长 充电度数 充电费用/元 400 45 24.0 28.80 (1)给汽车电池充电的过程中，实际上是将电能转化为 能； (2)通常直流充电桩比交流充电桩的充电电压更高、电流更大，故充电功率更 ； (3)在D从30%至70%过程中，充电功率大致的变化规律是 。当D为70%，充电电流为 A； (4)若充电过程中充电电费单价不变，则测试全过程的充电费用为 元； (5)设D从70%增至80%需时间为，从80%增至90%所需时间为，且，则测试全过程的充电总时长为 (6)若某电动汽车百公里耗电量为，某燃油车与该电动汽车用来做有用功的能量相同，则每行驶100km燃油车需要燃烧 kg的燃油。（已知电动汽车的效率为90%，燃油车的效率为36%，） 【答案】(1)化学 (2)大 (3) 先变大，后不变 100 (4)50.4 (5)109 (6)2.16 【详解】（1）给汽车电池充电时，电能输入电池后，会转化为电池内部化学物质的化学能储存起来，所以充电过程是电能转化为化学能。 （2）根据功率公式，电压U更高、电流I更大时，充电功率P更大。 （3）[1]由图乙知，D从30%增至70%的过程中，充电功率大致的变化规律是先变大，后不变。 [2]当D达到70%时，充电功率为，由表中数据知，D达到70%时，充电电压为400V，由可知，此时的充电电流为 （4）由表中数据知，D达到70%时，即充入充满状态储能的40%时，充电度数为24.0kW·h，充电费用28.80元，电费单价为 则充满电还需充入30%，需消耗的电能为 测试全过程的充电费用为 （5）由题意可知，充满电时储存的电能为 由图乙知，从80%至90%时，即增加10%，消耗电能为 此过程中充电功率保持不变，由可得，此时充电的时间为 从90%至100%的过程中，充电功率不变，充电时间也为24min，由题知 所以从70%增至80%所需时间为 由表中数据知，从30%增至70%的过程中充电时长，所以测试全过程的充电总时长为 （6）根据效率公式，电动汽车行驶消耗的电能为 电动汽车行驶的有用功 燃油车需燃烧燃油的热量 根据热值公式，得燃油质量 【链接中考】 1．（2025·江苏盐城·中考真题）我国于2024年7月成功研制出世界上最轻、最小的太阳能动力微型无人机，该无人机可在纯自然光下实现持续飞行。这款无人机主要由静电驱动推进系统和超轻千伏动力系统组成。静电电机利用电荷间相互作用驱动，能量转化效率是传统电机的10倍以上。超轻高压变换器将电压为4.5V的太阳能电池升压至9000V，实现高效电能传输。由上述信息可以推断，这款无人机（　　） A．可在无光环境下飞行 B．飞行时会产生较多热量 C．太阳能电池板面积很大 D．静电电机比传统电机能耗小得多 【答案】D 【详解】ABD．由题可知，微型无人机能实现纯自然光供能下的持续飞行，说明微型静电电机在没有光的环境下不能飞行；静电电机利用电荷间相互作用驱动，能量转化效率是传统电机的10倍以上，说明微型静电电机具有发热小，效率高的特点，则静电电机比传统电机能耗小得多，故AB不符合题意，D符合题意； C．由题可知，该机器为微型无人机，则说明了太阳能电池板的面积小，故C不符合题意； 故选D。 2．（2025·江苏扬州·中考真题）2025年5月29日，“天问二号”探测器发射成功，开启小行星探测与采样返回之旅。下列说法正确的是（   ） A．“天问二号”发射时加速上升，其动能不变 B．“天问二号”利用电磁波与地球传输信息 C．太阳能电池将光能全部转化为内能 D．到达地球后，样品质量变大 【答案】B 【详解】A．动能的大小与物体的质量和速度有关，质量越大、速度越大，动能就越大。“天问二号”发射时加速上升，其质量不变，但速度不断增大，所以动能增大，而不是不变，故A错误； B．电磁波可以在真空中传播，且传播速度快，“天问二号”在太空中与地球之间是真空环境，它利用电磁波与地球传输信息，故B正确； C．太阳能电池工作时，是将光能转化为电能，而不是将光能全部转化为内能，故C错误； D．质量是物体所含物质的多少，质量是物体本身的一种属性，不随物体的位置、形状、状态的改变而改变。所以样品从太空中到达地球后，其质量不变，故D错误。 故选B。 3.（2025·江苏无锡·中考真题）玉兔二号巡视器所在的月球背面着陆区，月夜的最低温度达到-190℃，我国科研人员为它设计了如图所示的保温装置。该装置以氨为工作物质，液态氨通过蒸发器时，吸收核热源释放的热量变为高温蒸气，蒸气经汇流器聚集，沿蒸气管路到达巡视器本体结构的铝蜂窝结构板，为结构板加热并变为液态氨，再沿着液体管路经储液器、分流器进入蒸发器，循环往复。保温装置中的核热源将核能转化为氨的 能。氨在蒸发器中发生 （填物态变化名称）吸收热量，在铝蜂窝结构板发生液化， 热量。 【答案】 内 汽化 放出 【详解】[1][2]液态氨通过蒸发器时，吸收核热源释放的热量变为高温蒸气，氨在此过程中吸收热量，内能增大，由液态变为气态，是发生了汽化现象，同时核热源将核能转化为氨的内能。 [3]蒸气经汇流器聚集，沿蒸气管路到达巡视器本体结构的铝蜂窝结构板，为结构板加热并变为液态氨，氨由气态变为液态，是发生了液化现象，液化需要放出热量。 4．（2025·江苏无锡·中考真题）抽水蓄能是利用电网用电低谷期过剩的电能，通过电动抽水泵将低处下水库的水抽到高处上水库储存起来，然后待用电高峰期再释放上水库中的水，冲击水电站中的水轮发电机组发电，输送回电网，工作原理示意图如图所示。我国的河北丰宁电站是目前世界上装机容量最大的抽水蓄能电站，上水库容量为4.5×107m3，上水库一次储满的水若全部通过隧洞下落400m高度，冲击水轮发电机组发电，可获得1.44×1014J的电能。（，g取10N/kg） (1)抽水蓄能的能量转化过程是将过剩的电能转化为水的 能，在需要的时候再通过发电机组转化为 能，输送回电网； (2)水轮发电机组的发电效率为多少？ 【答案】(1) 重力势 电 (2)80% 【详解】（1）[1]抽水过程中，电动抽水机消耗电能，将水抽到高处，水的高度增加，重力势能增大，所以是将过剩的电能转化为水的重力势能。 [2]发电时，上水库的水冲击水轮发电机组，水的机械能转化为电能，所以通过发电机组转化为电能输送回电网。 （2）上水库容量为，水的密度为，水的质量m=ρV=1.0×103 kg/m3×4.5×107m3=4.5×1010kg 水的重力为G=mg=4.5×1010kg×10N/kg=4.5×1011N 水从高度400m处下落，重力做功W=Gh=4.5×1011N×400m=1.8×1014J 水轮发电机组输出的电能为1.44×1014J，故发电效率 5．（2025·江苏盐城·中考真题）阅读短文，回答问题。 液态空气储能 据报道，青海格尔木“60MW/600MW·h”液态空气储能示范项目正在加速建设，即将投入运行。液态空气储能是通过压缩、液化空气储存能量，并在需要时通过加热、膨胀空气释放能量。 充电阶段：在电力富余时段，电能驱动压缩机将空气压缩至高压状态，并通过净化装置去除水分、二氧化碳等杂质，避免液化过程中结冰堵塞管道。压缩后的空气经制冷系统冷却至-194℃，达到液化状态后存储于低温常压储罐中，体积仅为室温气态时的。 发电阶段：用电高峰时，液态空气从储罐释放，吸收热量迅速汽化，体积膨胀形成常温高压气体。高压气体推动膨胀机（或涡轮机）运转，驱动发电机产生电能回馈电网。 液态空气可以发电。液态空气储能技术的成功运用为我国储能产业发展开辟了新的道路。 (1)由于二氧化碳的凝固点比氧气 ，所以在液化过程中容易结冰堵塞管道。 (2)在充电阶段，压缩后的空气经制冷系统冷却时，内能 ；在发电阶段，高压气体推动膨胀机（或涡轮机）运转，将内能转化成了 。 (3)根据材料内容，概括液态空气储能的好处： 。（至少说出两条） 【答案】(1)高 (2) 减小 机械能 (3)安全，无污染；能量储存时间长 【详解】（1）当进行气体液化操作时，环境温度降低过程中，凝固点相对较高的二氧化碳更容易达到其凝固点从而凝固成固态冰状物质，进而堵塞管道 。由于二氧化碳的凝固点比氧气高，因此二氧化碳更容易在低温下结冰。 （2）[1]压缩后的空气经制冷系统冷却时，温度降低，其内能减小。 [2]高压气体推动膨胀机运转，消耗内能，获得机械能，该过程将内能转化为机械能。 （3）阅读材料可知，液态空气储能属于清洁能源，不污染环境；液态空气可在低温常压储罐中长期储存，适合电网调峰需求。 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $