14.1 能量的转化与守恒-【通成学典】2026-2027学年九年级全一册物理拔尖特训(人教版·新教材)

第十四章 内能的利用 第1节能量的转化与守恒 一阶·基础通关 融通新授知识，夯实双基▲ 1.[2025平顶山鲁山期中]如图所示为“风光互补”景观照明灯。它的最上端是一台风力发电机，灯 柱上还配有太阳能电池板，底部的蓄电池可以储存电能。下列关于这种景观照明灯在工作时的 说法，正确的是 A.太阳能电池板是将光能转化为电能的装置 B.蓄电池白天充电时，将化学能转化为电能 C.照明灯工作时，将电能转化为光能和风能 D.风力发电机，工作时将电能转化为机械能 (第1题图) 2.[2025绵阳涪城期中]下列有关能量的转化和守恒的说法中，正确的是 () A.内能和机械能可以相互转化，说明能量的转化不具有方向性 B.能量只有在忽略摩擦力和阻力时才能守恒 C.小球在地面弹跳的高度越来越低，说明能量的总量减少了 D.一个物体具有的能量增加，必然有别的物体具有的能量减少 3.[2025菏泽]2025年1月，中国“人造太阳”一全超导托卡马克核聚变实验装置实现1亿摄氏度 高温下1066s的稳态运行。在核聚变过程中核能转化为内能，但内能却不能自发地转化为核能。 说明能量的转化具有」 性；在能量转化和转移的过程中，能量的总量保持 月二阶·素能攀升 强化运用能力，提升素能 4.[2024湖南]有关能量的转移、转化和利用，下列说法中正确的是 () A.用电烤炉取暖，是将电能转移到人体 B.钻木取火，是将内能转化为机械能 C.中医提倡的热水泡脚，是通过热传递的方式增大脚部的内能 D.用嘴对着手哈气取暖，主要是通过做功的方式增大手的内能 5.某学生设计并制作了一种发电足球，足球在被踢开的过程中，其内部装置能够发电，并将产生的 电能储存在蓄电池中，用来点亮球内部的LED灯，该过程中的能量转化形式为 () A.动能→电能→化学能→电能→光能 B.电能→动能→化学能→电能→光能 C.动能→电能→光能→化学能→电能 D.电能→动能→光能→化学能→电能 6.中国古代玩具饮水鸟的结构如图甲所示。它的神奇之处在于能不 停地点头“喝”水。它的下球中装有乙醚（乙醚极易汽化），乙醚吸 收空气中的热量汽化后气压增大，将乙醚压入上球，饮水鸟的重心 上移而“低头喝水”，如图乙所示；此时上下球连通，气压相同，乙醚 甲 流回下球，恢复图甲状态，如此反复。下列说法中，不正确的是（饮 (第6题图) 水鸟的头部四周包有棉花，图中未画出) () A.下球中乙醚汽化的过程，是通过做功的方式改变了内能大小 第十四章内能的利用 B.饮水鸟不是永动机，其能量转化过程符合能量守恒定律 C.若空气的温度变得很低，饮水鸟内的乙醚汽化太慢，饮水鸟会慢慢地停下来 D.如果没有得到能量补充，那么饮水鸟最终会停下来 7.境现代工程[2025福建]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，下列说法中正 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 上水库 皆 倒水处 a接水槽 山体道 下水库南这 河岸 发电机 取水处 水流方向 第7题图) (第8题图) 8.《天工开物》是我国古代的科学著作，其中这样写道：“凡河滨有制简车者，堰陂障流，绕于车下，激 轮使转，挽水入筒，一一倾于枧内，流入亩中。昼夜不息，百亩无忧。”该段文字描述了筒车这种以 水流作动力，用来取水的机械，如图所示。筒车“昼夜不息”， (填“能”或“不能”)说明它 就是永动机，理由是 门三阶·思维拓展 深度探究创新，拓展思维 9.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h,=0.4m, h6=0.5m,h,=0.7m。 .b 丙 (第9题图) (1)小球从a点到c点的过程中，小球动能的变化情况是 (填“变大”“变小”“不 变”“先变大再变小”或“先变小再变大”)。 (2)当橡皮筋的弹性势能最大时，小球处于 (填“平衡”或“非平衡”)状态。 (3)实验中所用小球的重力为 N。由a点到b点，小球的动能变化量 (填“大于” “小于”或“等于”)重力势能变化量。 ●“答案与解析”见P6 13加热时间越长，水和沙子吸收的热量就越多，所以水和沙 子吸收热量的多少通过加热时间来反映：水的比热容较 大，意味着相同质量的水和沙子，在吸收相同热量时，水升 高的温度比沙子升高的温度小，即水升温较慢；红外线能 使被照射的物体发热，这是由红外线的热效应造成的。 10.小于比热容与质量乘积的倒数符合 〔解析)由图线可知，此时水的沸点为97℃，小于100℃， 所以当时的大气压小于标准大气压。对水加热的时间t越 长，水吸收的热量越多，即加热时间t与吸收的热量是成正 比的；由Q=cm△x可知，水升高的温度T=△r=Q=t. cm 故ko©】，所以k值之比是水的比热容与质量乘积的倒数 cm 之比。由题意知，水的初温相同，升高的温度相同，加热时 间不同（吸收的热量不同），可能是水的质量不同造成的， 质量越大，从开始加热到沸腾所需时间越长，所以图像符 合实际情况。 11.51.68×10 〔解析)由题知，每千克汗水汽化所需要吸收的热量为2.4× 10°J,蒸发0.7kg汗水吸收的热量Q=2.4×10°J/kg× 0.7kg=1.68×10°J,而运动员身体释放出的热量（内能的 降低值)Q粒=Q=1.68X105J,因为Q拉=cm△t,c= 4.2×103J/(kg·℃)，=80kg,所以运动员的体温降低 值r=Q 1.68×10J cm2x10jkg·℃)x0k®5℃。 12.(1)相同(2)热胀冷缩(3)46水(4)弱 〔解析)(3)如图(b),温度计的读数为46℃；根据表中的数 据可知，加热相同的时间，水和食用油吸收的热量相同，食 用油的温度升高得多，说明水的吸热能力强。(4)为了使 电暖器通电后能快速升温，根据△Y=Q知，在质量和吸热 cm 相同的条件下，其内部应充入比热容较小的液体，即内部 第十四章 第1节能量的转化与守恒 1.A太阳能电池板工作时会发电，消耗光能，产生电能 将光能转化为电能，故A正确；蓄电池充电时相当于用电 器，消耗电能，产生化学能，将电能转化为化学能，故B错 误：照明灯属于用电器，将电能转化为光能和内能，故C错 误；风力发电机工作时，将机械能转化为电能，故D错误。 2.D能量的转化和转移具有方向性，A错误；有摩擦和阻 力的情况下，机械能会转化为内能，机械能不守恒，而总能 量守恒，B错误；小球在弹跳过程中受到空气阻力等作用， 机械能转化为内能，即机械能减小，出现高度越来越低的 应充入吸热能力较弱的介质。 13.解：(1)牛奶吸收的热量Q质=c1m1(t一t1)=2.5× 103J/(kg·℃)×0.25kg×(42℃-12℃)=18750J (2)热水由60℃降低到42℃放出的热量Q做=c2m2(t2一 t),由题知，Q数=Q版=18750J,所以至少需要热水的质量 Q放 18750J m,=c,-D4.2x10J/kg,℃)X(60℃-42℃≈ 0.248kg 14.(1)下(2)热传递转移(3)煤油(4)时间 (5)比热容8.19×10°25.2 〔解析)(1)由于供暖设备工作时，其周围的空气受热后膨 胀，加热后的空气密度变小会上升，从而带动整个房间的 空气循环，使得房间内的温度升高且分布更加均匀，所以， 北方的供暖设备应安装在房间靠墙壁的下方效果更好些。 (2)热液流过铁管放出热量，周围的空气吸收热量，内能增 加，温度升高，这是通过热传递的方式进行的：热传递改变 物体内能的实质是能量的转移。(3)由表格数据可知，煤 油的比热容大于色拉油的比热容，由Q=cm△t可知，质 量相等的色拉油和煤油，降低相同的温度时，煤油放出的 热量多，所以煤油能够使房间的温度上升得更高。(4)该 供暖设备中铁管做成弯曲形状，而不是直线，热液流过铁 管的距离变大，时间变长，所以放出热量的时间变长，从而 增强供暖效果。(5)水降低的温度△t*=85℃-35℃= 50℃，这段时间水放出的热量Q=c水m*△t水=4,2× 103J/(kg·℃)×39kg×50℃=8.19×10J,则该时间段 热水为房间提供的热量为8.19×10J:由p=受可知，房 间内空气的质量m空=p空V空=1,3kg/m3×5mX5m× 4m=130kg,由Q服=cm△t可知，房间的温度变化量 Q 8.19×105J △t空 c空m室2.5×103J/(kg·℃)×130kg =25.2℃. 内能的利用 现象，但能量的总量不变，C错误；根据能量守恒定律，一个 物体具有的能量增加，必然有别的物体具有的能量减少，D 正确。 3.方向不变 〔解析)在核聚变过程中核能转化为内能，但内能却不能自 发地转化为核能，说明能量的转化具有方向性 4.C用电烤炉取暖是电能先转化为内能，内能通过热传 递转移到人体，故A错误；钻木取火是通过做功的方式将 机械能转化为内能，故B错误；热水泡脚，是通过热传递的 方式将水的内能转移到脚上，增大脚部的内能，故C正确；对 着手哈气取暖，是通过热传递改变手的内能的，故D错误。 5.A足球在被踢开的过程中，其内部装置的工作，是将动 能转化为电能，然后将电能转化为化学能并储存在蓄电池 中；蓄电池供LED灯发光时，将化学能转化为电能，电能再 转化为光能。故A正确。 6.A下球中乙醚汽化的过程，吸收热量，是通过热传递的 方式改变了内能大小，故A错误，符合题意；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，若没有能量补充，则饮水鸟最终会停下来，故B、D正 确，不符合题意：若空气温度变得很低，饮水鸟内的乙醚汽 化太慢，气压变小，很难将乙醚压人上球，饮水鸟的重心不 能上移，则饮水鸟会慢慢地停下来，故C正确，不符合 题意。 7.B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，消耗电能的同时水的机械能增加，即为电能转 化为水的机械能，故A错误；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， 故B正确：质量相同时，高度越高，重力势能就越大，即上 下水库的高度差要大，故C错误：由于能量的损耗，存储的 能量不可能100%转化为电能，故D错误。 8.不能简车工作时消耗了水的动能，将水流的动能转化 为筒车的机械能 〔解析)能的总量守恒，永动机是不可能实现的，简车工作 时消耗了水的动能，将水流的动能转化为简车的机械能， 所以不能说明它是永动机。 9.(1)先变大再变小(2)非平衡(3)1小于 〔解析)(1)小球在下落的过程中，从P点到a点，加速下 落，从α点开始，橡皮筋逐渐发生弹性形变，橡皮筋所受弹 力由小变大，当重力大于弹力时，小球受到的合力向下，小 球加速下落；当弹力等于重力时，小球受到的合力为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，因此小球动能的变化情 况是先变大再变小。(2)当橡皮筋的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)由图丙可知，在b点时小球的速度是最 大的，重力等于弹力；此时橡皮筋的伸长量△h=h。一h。 0.5m一0.4m=0.1m,橡皮筋每受到0.1N的拉力就伸长 1cm,则弹力F一01mX0.1N=1N,因此小球的重力为 1N。根据能量守恒定律可知，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。 第2节热机 1.A甲为压缩冲程，机械能转化为内能；乙为排气冲程； 丙为做功冲程，内能转化为机械能；丁为吸气冲程。 2.B柴油机和汽油机的主要区别：汽油机在吸气冲程中 吸人了汽油和空气的混合气体，气缸顶端有个火花塞，点 燃汽油：柴油机在吸气冲程中吸人空气，气缸顶端有个喷 油嘴，喷出雾状的柴油，柴油遇到高温的空气而燃烧，压缩 冲程末的温度和压强都比汽油机高。 3.机械能转化为内能压缩 〔解析)摩擦生热过程中能量转化是机械能转化为内能；四 冲程汽油机的压缩冲程能量转化也是机械能转化为内能。 4.内能做功 〔解析)高温高压燃气推动塑料杯迅速飞出去，这个过程中 燃气做功，燃气的内能转化为塑料杯的机械能：四冲程内 燃机的做功冲程中，也将内能转化为机械能。 5.D这是酒精燃烧的高温气体膨胀做功的结果，即罐中 气体的内能减小。 6.(1)热传递转移(2)塞子冲出时试管口出现白雾 机械做功(3)加热做功 〔解析)(1)酒精燃烧是将酒精内部的化学能转化为内能 释放出来，然后将内能通过热传递转移给水和试管，使水 的内能增加，温度升高。水沸腾后由于汽化形成大量的水 蒸气，水的内能转移到水蒸气，此过程的实质是能量的转移。 (2)实验时观察到的现象是塞子冲出时试管口出现白雾， 试管口处出现的白雾是因为水蒸气对外做功，内能减少， 温度降低，使水蒸气遇冷液化形成白雾。塞子冲出试管口 是因为管内的水蒸气对外做功，将它的内能转化为塞子的 机械能，此过程和汽油机的做功冲程相似，汽油机做功冲 程中燃气推动活塞做功，燃气内能转化为机械能。(3)热 量可以从温度高的物体传到温度低的物体，内能从一个物 体转移到另外一个物体，利用内能可以加热。内能可以向 机械能转化，内能可以做功。 F 7解：)由力一5可得，燃气对活塞的平均压力F S=9.0×10Pa×30×101m2=2700N(2)一个做功 冲程中燃气对活塞做的功W=Fs=2700N×50×103m= 135J(3)因飞轮每转2r对外做功1次，所以飞轮1min 转动1800r,做功900次，则燃气对活塞做的总功W急= W×900=135J×900=121500J,汽油机的功率P= W色_121500J=2025w t 60s