4、能源与可持续发展-【拔尖特训】2025-2026学年九年级下册物理(苏科版·新教材)

拔尖特训·物理（苏科版）九年级下 四、能源与 自基础进阶 1.如图所示为某内燃机工作时的能量流向图， 该内燃机的热机效率是 ,热机带来 了人类文明的进步，也造成了生态环境污染， 请写出一种热机造成的污染： 机械自身消耗 废气带走的能量40% 的能量25% 分 燃料燃烧的 内能100% 有用的机械能 (第1题) 2.(2024·扬州)家用燃油汽车的发动机主要是 汽油机，下列说法中，正确的是 A.汽油机的效率能达到100% B.汽油机燃烧汽油会造成环境污染 C.汽油机的一个工作循环中，对外做功4次 D.汽油机在吸气冲程中只吸入汽油 3.为节约能源，需提高热机的效率，下列措施 中，不能提高效率的是 A.尽量使燃料充分燃烧 B.尽量减少热机部件间的摩擦 C.尽量减少废气带走的热量 D.尽量增加热机的工作时间 4.同学们都是未来理想能源的探索者和使用 者。关于未来理想能源，下列说法中不合理 的是 A.必须能全部转化为电能，可以保证大规模使用 B.必须足够丰富，可以保证长期使用 C.必须足够便宜，可以保证多数人用得起 D.必须足够安全、清洁，可以保证不会严重 影响环境 幻素能攀升 5.某辆行驶的小轿车，其正常工作时的能量转 化情况如图所示，若输入的化学能为 68 可持续发展 ●“答案与解析”见P35 2000J,输出的动能为300J,则输出的内能 和声能共计 J;输出的有用能量是动 能，则小轿车正常工作时的效率为 〉动能 化学能 内能和声能 (第5题) 6.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% 7.(2025·宿迁)能源是人类社会发展的物质基 础，下列能源的开发与利用有利于实现我国 提出的“碳达峰“碳中和”目标的是（) A.煤炭B.石油C.太阳能D.天然气 8.(2025·镇江)某太阳能飞机，白天通过太阳 能电池板发电供给发动机使用，发出电能的 80%转化为飞机推力做功，驱动飞机以 108km/h的速度水平匀速直线飞行1h。已 知飞行过程中阻力为1000N,高空中飞机太 阳能电池板每平方米面积获得太阳能的功率 为800W,太阳能电池板的面积为250m,求： (1)飞机1h飞行的距离。 (2)飞机匀速飞行过程中推力做功的功率。 (3)太阳能电池板将光能转化为电能的效率。 9.汽车在给人们的出行带来便利的同时，也带 来了能源消耗、尾气污染等问题。 材料一：如图所示为一辆小汽车行驶时的能 耗分配图。汽油在汽缸内完全燃烧时放出的 能量，大约只有13%用于驱动汽车前进，而 其余87%的能量则被损耗掉了。 材料二：排出的尾气除了CO2、H2O外，还有 CO、NO、NO2及未燃烧的碳氢化合物等有 害气体。 结合材料： (1)对汽车行驶时能量形式的转化与损耗途 径作出分析。 (2)请从节能、减排等方面对燃油汽车提出 技术改进建议。 汽油蒸发 损失2% 发动机 损失 11% 散热器 损失 、输出 37% 排气管 有用功 热量 13% 37% (第9题) 思维拓展 10.(2025·新疆)为提高内燃机的效率，科学家 在传统四冲程发动机的基础上发明了六冲 程发动机。 (1)六冲程发动机在完成传统四冲程后，把 水注入汽缸，使水瞬间 (汽化/升 华)成高温高压的水蒸气，水蒸气推动活塞 做功，该过程为第五冲程；然后将水蒸气排 放到冷凝器内，再次变成水，该过程为第六 冲程，至此完成了一个完整的工作循环。第 五冲程中注入的水的内能急剧增加是通过 (做功/热传递)的方式实现的。六 冲程汽油发动机使用的燃料是从石油中提 第十八章能源与可持续发展 炼出来的，石油属于 (可再生/不可 再生)能源。 (2)六冲程发动机在一个完整的工作循环 中，有 (1/2)个做功冲程，第四个冲 程是 冲程。六冲程发动机的效率 是传统四冲程发动机的1.4~1.45倍，则在 做功相同的情况下，六冲程发动机比传统四 冲程发动机节省燃料约 (30/42)%。 1.(2025·广元)如图所示为 我国自行研制的大型客机 C919,若它在高空水平定 (第11题) 速巡航飞行10km消耗的 汽油为100kg,受到的阻力为1.15×105N, 则飞机发动机的热机效率为 ;为节 能减排，现设法回收未利用的能量，若回收 的能量占汽油完全燃烧放出能量的21%， 可使 kg水的温度升高50℃。[汽 油的热值为4.6×10？J/kg,水的比热容为 4.2×103J/(kg·℃)] 2.如图所示为两个光滑的圆弧槽和 一段粗糙的水平面相连接而成的 装置。将质量为m的物体从左侧 圆弧槽的A点由静止释放，最高到达右侧 圆弧槽的B点处；然后物体再次滑下，最高 到达左侧圆弧槽的C点处。其中A、B两 点距离水平面的高度分别为H、h。(忽略 空气阻力，g为已知常量) 4 H C Th (第12题) (1)物体从A点滑到水平面时，重力所做的 功为 (2)物体从A点滑到B点的过程中，损失 的机械能转化为物体内能的效率为？，则物 体到达B点时温度升高了 。(物 体的比热容用c表示) (3)C点距离水平面的高度为 69类对能量的全部需要，而8×100兆 10 瓦×1000=8X10兆瓦，即人类对 能量的全部需求不超过8×10兆瓦。 三、 能量转化的基本规律 1.力臂能量守恒 2.内不变 易错警示 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一 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.不可能能量的转移具有方向性 4.A 5.太阳内电解析：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，在此过程中太阳 能先转化为内能，内能通过发电设备 再转化为电能。 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.机械不变方向性解析：平衡 车刹车时，克服摩擦力做功，将机械能 转化为内能，内能最终散失到空气中， 此过程中所有能量的总和不变。散失 到空气中的内能无法再直接利用了， 这是因为能量的转化和转移具有方 向性。 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。 ~方法归纳 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， 克服摩棕做功，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解析：光电池板将光能转化为 电能，A错误；照明灯将电能转化为光 能，B错误；小风扇利用电磁感应，将 机械能转化为电能，C正确：蓄电池放 电时，将化学能转化为电能，D错误。 11.D解析：该车行驶过程中，汽油 发动机（属于内燃机）把内能转化为机 械能：电池充电时把发电机提供的电 能转化为化学能储存起来，放电时把 储存的化学能转化为电能提供给电动 机：发电机把机械能转化为电能：电动 机把电能转化为机械能。 12.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 轨道的摩擦力做功而消耗的机械能 △E=100J一80J=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s变小，故消耗的机械能△E'< AE=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一20J<E 80J,即60J<E<80J 13.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αb 从倾斜导轨进人水平导轨时，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 且进人水平导轨后做切割磁感线运 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。 14.B解析：用电低谷时，抽水蓄能 电站利用电网多余电能抽水至上水 库，把电能转化为水的机械能，A错 35 误：用电高峰时，水从上水库放出到下 水库，使水轮机带动发电机发电，机械 能转化为电能，B正确：重力势能的大 小与质量和高度有关，质量越大，高度 越高，重力势能越大，故水库的上、下 高度差应大一些，C错误；由于能量在 转化或转移时会有不可避免的损耗， 故存储的能量不可能全部转化为电 能，D错误。 15.B解析：电动机2s内将8N的 重物匀速提升0.5m,对重物做的功 W机械=Gh=8N×0.5m=4J,则有 4J的电能转化为机械能，故C正确： 设电路中的电流为I,则电动机消耗 的电能W=UIt,线圈产生的热量 Q=IR1,不计摩擦，电动机消耗的电 能转化为机械能和内能，则有U1= IRt十W机被，代人数据可得3V×I× 2s=I2X12X2s+4J,解得I=2A 或1A,其中2A大于1.5A,舍去，则 I=1A,所以电动机的功率P=UI= 3V×1A=3W,电动机消耗的电能 W=Pt=3WX2s=6J,故A、D正 确：线圈产生的热量Q=IRt= (1A)2×12×2s=2J,则有2J的电 能转化为内能，故B错误。 四、能源与可持续发展 1.35%大气污染（合理即可） 2.B3.D4.A 5.170015%解析：据题意，E总= 2000J,E有用=300J,则据能量守恒定 律，输出的内能和声能E=E总 E有用=2000J-300J=1700J;小轿 E有用X 车正常工作时的效率？=E8 10%-0×10%=15% 6.D解析：节能灯正常工作时消耗 的电能W=Pt=10WXt,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 W 率大约是”一丽 100%=10wX× 60W×t1 100%≈17%。 7.C解析：煤炭、石油、天然气在使 用时会排放大量的二氧化碳、氮氧化 物、粉尘等有害物质，不利于“碳达峰” “碳中和”目标，故A、B、D不符合题 意：太阳能是可再生能源、清洁能源， 在使用时不会产生二氧化碳等温室气 体，有利于“碳达峰”“碳中和”目标，故 C符合题意 8.(1)飞行的距离s=t=108km/hX 1h=108km(2)飞机匀速飞行，推 力F=f=1000N,推力所做的功 W=Fs=1000N×1.08×105m= 1.08×108J,推力的功率P=W= 1.08×10】=3×10W(3)光能的 3600s 功率P光=800×250W=2×105W, .P3×104W 电能的功率P电一80% 80% 3.75×10W,光能转化为电能的效率 ⑦=P×10o%=6X10W 2×105W 100%=18.75% 9.(1)能量转化分析：汽油的化学能 转化为气体内能，然后再转化为活塞 机械能，最后为汽车机械能，转化率很 低：损耗途径分析：绝大部分是以内能 形式损失的，部分是未完全燃烧的碳 氢化合物损失，还有少量是汽油蒸发 损失(2)技术改进建议：减少散热 器、排气管和发动机的热损失；减少汽 油的蒸发：使汽油充分燃烧：研制和使 用混合动力或者纯电动的新能源汽车 10.(1)汽化热传递不可再生 (2)2排气30解析：(1)把水注 入汽缸，由于汽缸内的温度非常高，水 瞬间汽化成高温高压的水蒸气，水蒸 气推动活塞做功，内能转化为机械能， 也属于做功冲程：第五冲程中注人的 水的内能急剧增加是通过热传递的方 式实现的：石油在短期内不能从自然 界中得到补充，属于不可再生能源。 (2)六冲程发动机在一个工作循环 中，除了有传统四冲程中的1个做功 冲程外，还有第五冲程也是做功冲程， 故一个工作循环共有2个做功冲程： 传统四冲程中第四个冲程是排气冲 程：设传统四冲程发动机的效率为 1,六冲程发动机的效率为2，在做 W 功相同的情况下，由7=。×100%， Q-W Q。”可得，节省燃料的百 1 72 分比为2.2=1-头者 72 1.40,（1-2）×100%=（1 72 4）×100%≈2857%，若 1.451,(1-2)×100%=（1 72 1 1.45/ ×100%≈31.03%，节省燃料 的百分比约为30%。 11.25%4600解析：它在高空水 平定速巡航飞行10km,牵引力与阻 力是一对平衡力，大小相等，即F= f=1.15×105N,则牵引力做的功 W=Fs=1.15×105N×10×103m= 1.15×10J;汽油完全燃烧放出的热量 Q做=gm=4.6×10'J/kg×100kg= 4.6×10J,飞机发动机的热机效率7= 1w%-6号×1w% W Q做 25%:若回收的能量占汽油完全燃烧 放出能量的21%，则水吸收的热量 Q吸=W'=Q放X21%=4.6×10JX 21%=9.66×108J,水的质量m'= Q吸 9.66×108J c*△4.2×103J/(kg·℃)×50℃ 4600kg. 12.(1)mgH(2)gH-h)m (3)2h一H解析：(1)质量为m的 物体受到的重力G=g,物体从A点 滑到水平面时，重力所做的功W= GH=mgH。(2)A、B两点距离水 平面的高度分别为H、h,物体从A点 滑到B点的过程中，损失的机械能 (重力势能的减少量)△E=G△h= mg(H一h),损失的机械能转化为物 体内能的效率为？，则物体增加的内 能（吸收的热量）Q最=△E)= mg(H-h)7,物体到达B点时温度 升高值Ar=Q=mg(H-h)1 cm cm 36 g(H一h)卫。(3)再次滑下的过程， 水平面的粗糙程度不变，长度也不变 即物体克服摩擦力做的功不变，即损 失的机械能不变，所以达到C点时物 体的机械能（此时只有重力势能） Ec=EB-AE=mgh-mg (H-h)= mg(2h一H),C点距离水平面的高度 &=mg(2h-H=2h-H。 hc-G mg 专题特训九能量转化的 效率问题 1.50%解析：P=UI=220V× 0.2A=44W,P受=P1额=22W,7= 22W 卫度×100%44W×100%=50%。 P送 2.D解析：把2L的自来水烧开，质 量m=oV=1.0×103kg/m3×2× 103m3=2kg,若冬天自来水的温度 比夏天的低15℃，则该电热水壶把 2L的自来水烧开，壶内水温高于 80℃时，吸收的热量相等，效率相同， 消耗的电能相等，而低于80℃时，多 吸收的热量Q吸=c水m△1=4,2X 103J/(kg·℃)×2kg×15℃= 1.26×10J:根据7号×100%可 知，多消耗的电能w=Q题 1.26×10J=1.4×10J=140k。 90% 3.(1)路灯正常工作时每晚消耗的 电能W=P1.t=60W×10X3600s= 2.16×10J(2)太阳能电池板接收 到的总功率P总=800W/m× 1.25m=1000W,太阳能电池板的 平均输出功率P出=100W,所以太阳 益 能电池板的光电转换效率刀一P 100W 100%=10W×100%=10% (3)蓄电池储存的电能W=P额t P=0.26 kW X8h-0.06 kWX 8h=1.6kW·h(4)根据题意有 会-号当风定=4m6时，风力 发电机的输出功率P=P ，所以最 U额