12.2 能量的转化（分层作业）物理沪科版必修第三册

12.2 能量的转化（解析版） 一、单选题 1．物理学的发展，从来都是从对自然现象的观察、规律的总结，逐步延伸到生活与生产的实际应用中。那些看似抽象的物理概念，往往藏着推动技术进步的关键逻辑。下列有关物理概念与实际应用的说法正确的是（　　） A．带电体的电荷量可以是任意值 B．安培首先发现了电流的磁效应 C．处于静电平衡状态的导体内部电场强度处处为零 D．电动汽车在行驶过程中，发生的能量转化主要是将机械能转化为电能 【答案】C 【详解】A．带电体的电荷量只能是元电荷的整数倍，不能取任意值，故A错误； B．奥斯特首先发现了电流的磁效应，安培的主要贡献为安培力规律、分子电流假说等，故B错误； C．处于静电平衡状态的导体，外电场和导体感应电荷产生的附加电场在内部叠加，合电场强度处处为零，故C正确； D．电动汽车行驶过程中，主要能量转化是电能转化为机械能，故D错误。 故选C。 2．关于在下列现象或装置中进行的能量转化的分析正确的是（     ） A．原电池工作时，只损耗化学能，在能量转化过程中，能量不守恒 B．内燃机工作时，只增加机械能，在能量转化过程中，能量不守恒 C．在电解、电镀过程中只耗电，故能量不守恒 D．在植物的光合作用中，太阳能转化为化学能，能量守恒 【答案】D 【详解】A．原电池是一种在工作时将化学能转化为电能的装置，遵循能量守恒定律，故A错误； B．内燃机是一种在工作时将燃料的化学能转化为机械能的装置，遵循能量守恒定律，故B错误。 C．电解、电镀的过程中，电能转化为化学能，遵循能量守恒定律，故C错误。 D．在植物的光合作用中，太阳能转化为化学能，遵循能量守恒定律，故D正确。 故选D。 3．太阳是人类的能源宝库，下列关于太阳能的说法错误的是（    ） A．三大常规能源都是太阳能的产物 B．光合作用把太阳能转化为内能 C．光驱动机械手表把太阳能先转化为电能，再转化为机械能 D．自然界的风能、水能都来自于太阳能 【答案】B 【详解】A．煤、石油、天然气在形成过程中积累了来自太阳的能量，故A正确； B．光合作用把太阳能转化为化学能并储存在有机物中，不是把太阳能转化为内能，故B错误； C．太阳能电池先把太阳能转化为电能，驱动装置再把电能转化为机械能，故C正确； D．太阳辐射引起大气运动和水循环，风能、水能均来源于太阳能，故D正确。 本题选择错误的，故选B。 4．下列有关能源和可持续发展的说法中，正确的是（     ） A．化石能源也叫做可再生能源 B．太阳能发电严重破坏环境 C．能量在转化或转移过程中总量保持不变 D．自然界中能量的转化没有方向性 【答案】C 【详解】A．化石能源是远古生物经上亿年地质作用形成的，短期内无法再生，属于不可再生能源，故A错误； B．太阳能属于清洁能源，太阳能发电过程几乎不排放污染物，不会严重破坏环境，故B错误； C．根据能量守恒定律，能量在转化或转移过程中，总能量始终保持不变，故C正确； D．自然界中能量的转化具有方向性，例如内能只能自发从高温物体转移到低温物体，反向转移需要消耗其他能量，故D错误。 故选C。 5．如图，某地有一风力发电机，它的叶片转动时可形成半径为r的圆面，某时间内该地区的风速是v，风向恰好跟叶片转动的圆面垂直，已知空气的密度为，假如这个风力发电机能将此圆内的空气动能转化为电能，则此风力发电机发电的功率为（     ） A． B． C． D． 【答案】A 【详解】设在时间t内，吹过风力发电机叶片圆面的空气体积为V，则 这段时间内吹过圆面的空气质量为 这些空气具有的动能为 由于发电机能将此圆内的空气动能转化为电能，则产生的电能为 根据功率的定义式，此风力发电机发电的功率为 故选A。 6．如图所示，农民通过抽水泵抽取河水灌溉农田。已知抽水泵由电动机、水泵、输水钢管组成。抽水时，河水由上游水流补给，水面与水泵出水口的竖直距离始终为，水流由出水口水平喷出时的速度为，每秒出水量为。已知水泵由功率为的电动机带动，电动机额定电压为，水泵的抽水效率为，水的密度为，则（　　） A．出水口钢管横截面积为 B．水泵的输入功率为 C．每秒内水流机械能增加 D．电动机线圈的电阻为 【答案】B 【详解】A．由于出水口每秒出水量为，根据， 解得，故A错误； BC．水流每秒增加的机械能为 水泵的输入功率为，故B正确，C错误； D．通过电动机的电流为，由 解得，故D错误。 故选B。 7．某地区常年有风，风速基本保持在4m/s，该地区有一风力发电机，其叶片转动可形成半径为10m的圆面，若保持风垂直吹向叶片，空气密度为1.3kg/m3，发电机将圆面内的风的动能转化为电能的效率为20%。现用这台风力发电机给一水泵供电，使水泵从地下0.5m深处抽水，水泵能将水抽到地面并以2m/s的速度射出，出水口的横截面积为0.1m2，水的密度为，水泵及电机组成的抽水系统效率为80%，g=10m/s2。则下列说法正确的是（     ） A．该风力发电机的发电功率约为12.8kW B．每秒钟水流机械能增加400J C．该风力发电机一天的发电量可供该水泵正常工作约35h D．若风速变为8m/s，则该风力发电机的发电功率变为原来的4倍 【答案】C 【详解】A．叶片扫过的面积为 风能的功率为 考虑发电效率，发电功率为，故A错误； B．每秒出水质量为 每千克水机械能增加量为 因此每秒钟水流机械能增加，故B错误； C．水泵每秒获得的机械功率为，所需电功率为，风力发电机一天的发电量为，水泵可正常工作的时间为，故C正确； D．由 可知，在其他条件不变时。风速变为原来的2倍时，发电功率变为原来的倍，故D错误。 故选C。 二、多选题 8．云南红河永宁电场利用风能发电，既保护环境，又可创造很高的经济价值。如图所示，风力发电机的叶片半径为R。某段时间内该区域的风速大小为v，风恰好与叶片转动的圆面垂直，已知空气的密度为，风力发电机的发电效率为，下列说法正确的是（　　） A．单位时间内通过叶片转动圆面的空气质量为 B．此风力发电机发电的功率为 C．若仅风速减小为原来的，发电的功率将减小为原来的 D．若仅叶片半径增大为原来的2倍，发电的功率将增大为原来的4倍 【答案】BD 【详解】A．由于风速为v，可以理解为单位时间内通过叶片转动圆面的空气柱长度，所以单位时间内通过叶片转动圆面的空气质量为，A错误； B．根据能量的转化与守恒可知，风的一部分动能转化为发电机发出的电能，而发电功率为单位时间内参与能量转化的那一部分动能，所以发电机发电功率，B正确； CD．根据的表达式可知，若仅风速减小为原来的，发电的功率将减小为原来的，若仅叶片半径增大为原来的2倍，发电的功率将增大为原来的4倍，C错误，D正确。 故选BD。 三、填空题 9．探索能量守恒的足迹 (1)人类对能量的认识 ①能量具有不同的形式，有描述热运动的______、描述机械运动的______、描述光辐射的______等。不同形式的运动都可以用______来描述。 ②在认识自然的进程中，科学家慢慢知道了要用______的观点去观察自然。例如，各种形式的能之间是可以相互______的。 (2)能量守恒观念的形成 ①俄国化学家盖斯的研究发现，任何一个化学反应，不论是一步完成，还是分几步完成，放出的总热量______。这表明一个系统存在着一个与热量相关的物理量，在一个确定的化学反应中这个量是______的。 ②焦耳的实验精确地测量了做功与传热之间的______关系。 ③德国医生迈尔认识到食物中化学能与内能的______，即生物体内能量的输入和输出是______的。另外，他还猜想热与机械运动的______。 ④德国科学家亥姆霍兹考察了自然界不同的能量之间的相互关系，提出了势能与动能的转化。他还分析了在电磁现象和生物机体中能量的______问题。 【答案】(1) 内能 机械能 光能 能量 联系 转化 (2) 相同 不变 当量 等效性 平衡 等效性 守恒 【详解】（1）[1][2][3][4]能量具有不同的形式，有描述热运动的内能、描述机械运动的机械能、描述光辐射的光能等。不同形式的运动都可以用能量来描述； [5][6]在认识自然的进程中，科学家慢慢知道了要用联系的观点去观察自然。例如，各种形式的能之间是可以相互转化的； （2）[1][2]俄国化学家盖斯的研究发现，任何一个化学反应，不论是一步完成，还是分几步完成，放出的总热量相同；表明一个系统存在着一个与热量相关的物理量，在一个确定的化学反应中这个量是不变的； [3]焦耳的实验精确地测量了做功与传热之间的当量关系。 [4][5][6]德国医生迈尔认识到食物中化学能与内能的等效性，即生物体内能量的输入和输出是平衡的。另外，他还猜想热与机械运动的等效性； [7] 德国科学家亥姆霍兹考察了自然界不同的能量之间的相互关系，提出了势能与动能的转化。他还分析了在电磁现象和生物机体中能量的守恒问题。 四、解答题 10．某海湾共占面积，现利用这个海湾修建一座水坝。若涨潮后关上水坝的闸门，可使水位保持在20m不变。退潮时，坝外水位降至18m。假如利用此水坝建水力发电站，且重力势能转化为电能的效率是10%，每天有两次涨潮，涨潮和退潮时水流都推动水轮机发电，已知海水密度，重力加速度g取，试估算： (1)一次退潮时可以释放的水的质量为多少？ (2)该电站每天能发多少电能？ 【答案】(1) (2) 【详解】（1）设海湾面积为，海水密度为，涨潮与退潮时水位分别为和，一次退潮时释放海水的体积为，因此释放海水的质量为 代入已知数据解得 （2）一次发电过程中水位差由减小到零，平均水头为，这部分海水减少的重力势能为 代入已知数据解得 每天有两次涨潮，涨潮和退潮时均发电，因此每天共发电次，设能量转化效率为，每天产生的电能为 代入已知数据解得 11．据统计，每燃烧1 kg燃油约排放3.3 kg二氧化碳。为实现碳达峰、碳中和的目标，氢能作为一种绿色低碳的清洁能源在我国交通领域的应用场景不断扩大，使用氢燃料电池的交通工具不断丰富，其应用流程如下。 (1)氢燃料电池将化学能直接转化为_________能； (2)当储氢瓶内气体压强为时，求瓶内壁的面积上受到的压力； (3)以氢燃料电池卡车为例，若卡车在水平路面上匀速行驶72 km用时1 h，功率为172 kW。 ①求卡车的行驶速度； ②求卡车所受牵引力； ③与燃油卡车相比，氢燃料电池卡车行驶可减排二氧化碳的质量为多少？（燃油机的效率取36%，燃油的热值取） 【答案】(1)电 (2) (3)①20m/s；②；③132kg 【详解】（1）氢燃料电池发生化学反应，将化学能直接转化为电能，供用电器使用。 （2）当储氢瓶内气体压强为时，由压强定义式 得，瓶内壁的面积上受到的压力 （3）①卡车的行驶速度 ②根据功率定义式 可得，卡车输出能量 由功的定义式 可得卡车匀速行驶所受牵引力 ③由 可得，燃油完全燃烧释放的热量为 由燃油燃烧生成的热量 可得需要的燃油 减排的二氧化碳 五、综合题 能量守恒定律 12．请说明下列现象中能量的转化或转移情况。 （1）电热水器把水烧开。____________。 （2）植物的光合作用。____________。 （3）人在跑步时发热出汗。____________。 （4）风吹动帆船前进。____________。 13．神舟十号飞船返回舱进入地球大气层以后，由于高速下落而与空气发生剧烈摩擦，返回舱的表面温度达到1000℃。 （1）进入大气层很长一段时间，返回舱加速下落，表面温度逐渐升高。该过程动能______，重力势能______，机械能______。（均选填“增加”“减少”或“不变”） （2）返回舱表面温度越高，内能越大。该过程中，______能向______能转化，机械能和内能的总量______。 14．阅读人教版教材第93页，叙述能量守恒定律的内容。 【答案】12． 电能转化为内能 光能转化为化学能 化学能转化为内能 风能转移为帆船的机械能 13． 增加 减少 减少 机械 内 不变 14．能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中，能量的总量保持不变。 【详解】12．[1]电热水器把水烧开时，电流做功，输入的电能转化为水的内能。 [2]植物进行光合作用时，把吸收的光能储存在有机物中，光能转化为化学能。 [3]人跑步时，体内储存的化学能释放，其中一部分转化为内能，使人体发热出汗。 [4]风推动帆船前进并对帆船做功，风的机械能转移为帆船的机械能。 13．[1]返回舱加速下落，速度增大，因而动能增加。 [2]返回舱下落时高度降低，重力势能减少。 [3]返回舱与空气剧烈摩擦，部分机械能转化为内能，所以机械能减少。 [4]上述能量转化中，转化前的主要能量形式是机械能。 [5]摩擦生热使返回舱的内能增加，转化后的能量形式是内能。 [6]把返回舱和周围空气作为系统，机械能转化为内能，但能量总量守恒，所以机械能和内能的总量不变。 14．能量守恒定律包含三层含义：能量不能凭空产生，也不能凭空消失；能量可以从一种形式转化为其他形式，也可以从一个物体转移到另一个物体；在转化或转移过程中，能量总量保持不变。 11 / 11 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 12.2 能量的转化（原卷版） 一、单选题 1．物理学的发展，从来都是从对自然现象的观察、规律的总结，逐步延伸到生活与生产的实际应用中。那些看似抽象的物理概念，往往藏着推动技术进步的关键逻辑。下列有关物理概念与实际应用的说法正确的是（　　） A．带电体的电荷量可以是任意值 B．安培首先发现了电流的磁效应 C．处于静电平衡状态的导体内部电场强度处处为零 D．电动汽车在行驶过程中，发生的能量转化主要是将机械能转化为电能 2．关于在下列现象或装置中进行的能量转化的分析正确的是（     ） A．原电池工作时，只损耗化学能，在能量转化过程中，能量不守恒 B．内燃机工作时，只增加机械能，在能量转化过程中，能量不守恒 C．在电解、电镀过程中只耗电，故能量不守恒 D．在植物的光合作用中，太阳能转化为化学能，能量守恒 3．太阳是人类的能源宝库，下列关于太阳能的说法错误的是（    ） A．三大常规能源都是太阳能的产物 B．光合作用把太阳能转化为内能 C．光驱动机械手表把太阳能先转化为电能，再转化为机械能 D．自然界的风能、水能都来自于太阳能 4．下列有关能源和可持续发展的说法中，正确的是（     ） A．化石能源也叫做可再生能源 B．太阳能发电严重破坏环境 C．能量在转化或转移过程中总量保持不变 D．自然界中能量的转化没有方向性 5．如图，某地有一风力发电机，它的叶片转动时可形成半径为r的圆面，某时间内该地区的风速是v，风向恰好跟叶片转动的圆面垂直，已知空气的密度为，假如这个风力发电机能将此圆内的空气动能转化为电能，则此风力发电机发电的功率为（     ） A． B． C． D． 6．如图所示，农民通过抽水泵抽取河水灌溉农田。已知抽水泵由电动机、水泵、输水钢管组成。抽水时，河水由上游水流补给，水面与水泵出水口的竖直距离始终为，水流由出水口水平喷出时的速度为，每秒出水量为。已知水泵由功率为的电动机带动，电动机额定电压为，水泵的抽水效率为，水的密度为，则（　　） A．出水口钢管横截面积为 B．水泵的输入功率为 C．每秒内水流机械能增加 D．电动机线圈的电阻为 7．某地区常年有风，风速基本保持在4m/s，该地区有一风力发电机，其叶片转动可形成半径为10m的圆面，若保持风垂直吹向叶片，空气密度为1.3kg/m3，发电机将圆面内的风的动能转化为电能的效率为20%。现用这台风力发电机给一水泵供电，使水泵从地下0.5m深处抽水，水泵能将水抽到地面并以2m/s的速度射出，出水口的横截面积为0.1m2，水的密度为，水泵及电机组成的抽水系统效率为80%，g=10m/s2。则下列说法正确的是（     ） A．该风力发电机的发电功率约为12.8kW B．每秒钟水流机械能增加400J C．该风力发电机一天的发电量可供该水泵正常工作约35h D．若风速变为8m/s，则该风力发电机的发电功率变为原来的4倍 二、多选题 8．云南红河永宁电场利用风能发电，既保护环境，又可创造很高的经济价值。如图所示，风力发电机的叶片半径为R。某段时间内该区域的风速大小为v，风恰好与叶片转动的圆面垂直，已知空气的密度为，风力发电机的发电效率为，下列说法正确的是（　　） A．单位时间内通过叶片转动圆面的空气质量为 B．此风力发电机发电的功率为 C．若仅风速减小为原来的，发电的功率将减小为原来的 D．若仅叶片半径增大为原来的2倍，发电的功率将增大为原来的4倍 三、填空题 9．探索能量守恒的足迹 (1)人类对能量的认识 ①能量具有不同的形式，有描述热运动的______、描述机械运动的______、描述光辐射的______等。不同形式的运动都可以用______来描述。 ②在认识自然的进程中，科学家慢慢知道了要用______的观点去观察自然。例如，各种形式的能之间是可以相互______的。 (2)能量守恒观念的形成 ①俄国化学家盖斯的研究发现，任何一个化学反应，不论是一步完成，还是分几步完成，放出的总热量______。这表明一个系统存在着一个与热量相关的物理量，在一个确定的化学反应中这个量是______的。 ②焦耳的实验精确地测量了做功与传热之间的______关系。 ③德国医生迈尔认识到食物中化学能与内能的______，即生物体内能量的输入和输出是______的。另外，他还猜想热与机械运动的______。 ④德国科学家亥姆霍兹考察了自然界不同的能量之间的相互关系，提出了势能与动能的转化。他还分析了在电磁现象和生物机体中能量的______问题。 四、解答题 10．某海湾共占面积，现利用这个海湾修建一座水坝。若涨潮后关上水坝的闸门，可使水位保持在20m不变。退潮时，坝外水位降至18m。假如利用此水坝建水力发电站，且重力势能转化为电能的效率是10%，每天有两次涨潮，涨潮和退潮时水流都推动水轮机发电，已知海水密度，重力加速度g取，试估算： (1)一次退潮时可以释放的水的质量为多少？ (2)该电站每天能发多少电能？ 11．据统计，每燃烧1 kg燃油约排放3.3 kg二氧化碳。为实现碳达峰、碳中和的目标，氢能作为一种绿色低碳的清洁能源在我国交通领域的应用场景不断扩大，使用氢燃料电池的交通工具不断丰富，其应用流程如下。 (1)氢燃料电池将化学能直接转化为_________能； (2)当储氢瓶内气体压强为时，求瓶内壁的面积上受到的压力； (3)以氢燃料电池卡车为例，若卡车在水平路面上匀速行驶72 km用时1 h，功率为172 kW。 ①求卡车的行驶速度； ②求卡车所受牵引力； ③与燃油卡车相比，氢燃料电池卡车行驶可减排二氧化碳的质量为多少？（燃油机的效率取36%，燃油的热值取） 五、综合题 能量守恒定律 12．请说明下列现象中能量的转化或转移情况。 （1）电热水器把水烧开。____________。 （2）植物的光合作用。____________。 （3）人在跑步时发热出汗。____________。 （4）风吹动帆船前进。____________。 13．神舟十号飞船返回舱进入地球大气层以后，由于高速下落而与空气发生剧烈摩擦，返回舱的表面温度达到1000℃。 （1）进入大气层很长一段时间，返回舱加速下落，表面温度逐渐升高。该过程动能______，重力势能______，机械能______。（均选填“增加”“减少”或“不变”） （2）返回舱表面温度越高，内能越大。该过程中，______能向______能转化，机械能和内能的总量______。 14．阅读人教版教材第93页，叙述能量守恒定律的内容。 11 / 11 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $