初中物理人教版（2024）九年级全册第3节 能量的转化和守恒精品同步训练题

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1、能量及其存在的不同形式
（1）能量是物质运动的量化转换，简称“能”，在物理学中，能量是一个间接观察到的物理
量，它往往被视为某一个物体对其他的物体做功的能力，由于功被定义为力作用一段距离，
因此能量总是等同于沿着一定的长度阻挡大自然基本力量的能力；
（2）能量也有不同的形式，如机械运动的动能和势能，热运动的内能，电磁运动的电磁能，
化学运动的化学能等，他们分别以各种运动形式特定的状态参量来表示；
（3）当运动形式发生变化或运动量发生转移时，能量也从一种形式转化为另一种形式，从
一个系统传递给另一个系统；在转化和传递中总能量始终不变；
（4）自然界的能包括：天然气，核能，风能，海洋温差能，水能，汽油，太阳能，电能，
煤炭，氢能，煤气，蒸汽，柴油，石油，地热能，潮汐能，生物质能等。
2、能量守恒定律及其应用
（1）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另一个物体，在转化或转移的过程中，能量的总量不变。这就是能量守恒定律，如今被人们普遍认同。
（2）能量守恒的普遍性：能量守恒定律是自然界中最普遍、最重要的基本定律之一。大到天体，小到原子核，无论是物理学的问题还是化学、生物学、地理学、天文学的问题，所有能量转化的过程，都遵循能量守恒定律。能量守恒定律是人类认识自然、利用自然、保护自然的有力武器。能量守恒定律告诉我们，有一种形式的能量减少或消失，一定有另一种形式的能量增加或产生，能量的总量是不变的。
（3）应用：能量守恒定律对于科学研究、工程技术工作有着重要的指导意义。
3、能量的转化和转移
（1）能的转化：
a．在一定条件下，一种形式的能量可以转化成另一种形式的能量，这种现象即为能量的转化。如内燃机工作时，燃料在汽缸内燃烧，燃料内部储存的化学能通过燃烧转化成高温燃气的内能，高温燃气膨胀推动活塞运动做功，燃气的内能又转化为机械能，驱动机器转动。如果使用内燃机带动发电机发电，机械能又可以转化成电能，电能输送到各种用电器（电灯、电动机•电热器等），电能又转化为其他形的能量（光能机械能内能等）；
b．能量的转化有方向性：我们利用的各种形式的能最终会自然地转化成内能，散失到周围空气中，但内能不会自然地转化成其他形式的能量。如电灯在工作时，将电能转化为内能和光能，被周围的空气吸收，最终都变成了空气的内能，这是自然发生的，而空气的内能不能自动变成其他形式的能量。
（2）能的转移：
a．指同一种形式的能从一个物体转移到另一个物体，能的形式并没有发生变化。能量的形式没有发生变化，但存在的位置发生了变化，这就是能的转移。内能够发生转移，其他形式的能也能够发生转移，如风吹帆船运动，流动空气的部分动能；
b．能量的转移也有方向性：在热传递过程中，热量总是自然地由高温物体传向低温物体，故内能也总是自然地从高温物体转移到低温物体，而不会自然地从低温物体转移到高温物体。所以能量的转移是有方向的。
※注意能量的转化、能量的转移、都是有方向性的，要逆向转化或转移能量，就会消耗其他的能量。例如冰箱里的热不会自动转移到温度较高的外部，而必须要消耗其他的能量（电能）才能把冰箱里的热量转移到冰箱外部。
自然界中的一切实际变化过程都具有方向性，朝某个方向的变化是可以自发发生的，相反方向的变化却是受到限制的，这时如果要使变化了的事物重新恢复到原来的状态，一定会对外界产生无法消除的影响，这就是自然界的不可逆性；由此也说明了我们需要节约能源！
【考点1 能量及其存在的不同形式】
【典例1-1】（2022秋•资中县校级期中）我们生活在能量的世界里，现实生活时时刻刻都离不开能量。我们生活中的大部分能量来源于（ ）
A．太阳B．电C．天然气D．石油
【答案】A
【分析】我们生活中所需要的能量主要来源于太阳。
【解答】解：世界万物的生长离不开太阳，人类也离不开太阳，所以生活中的绝大部分能量都来源于太阳。故A正确、BCD错误。
故选：A。
【典例1-2】（2022秋•达川区校级月考）说明下列各物体具有什么形式的能量。
（1）通电后的电炉具有 电能 。
（2）原子弹、氢弹具有 核能 。
（3）高速运动的空气形成的龙卷风具有 机械能 。
【答案】（1）电能；（2）核能；（3）机械能
【分析】（1）电流做功的过程是把电能转化为其它形式能的过程。
（2）原子弹、氢弹具有核能。
（3）高速运动的龙卷风具有机械能。
【解答】解：（1）通电后的电炉具有电能。
（2）原子弹、氢弹具有核能。
（3）高速运动的空气形成的龙卷风具有机械能。
故答案为：（1）电能；（2）核能；（3）机械能。
【变式1-1】（2021秋•柳州期末）热机的特点是将燃料燃烧获得内能，然后通过做功驱动机器。它们都是利用了储存在燃料中的（ ）
A．势能B．电能C．化学能D．机械能
【答案】见试题解答内容
【分析】热机工作的过程是将燃料的化学能通过燃烧转化为内能，再通过做功的方式将内能转化成机械能的过程。
【解答】解：所有的燃料都储存了化学能，而热机工作的过程是将燃料的化学能转化为内能，再通过做功的方式将内能转化成机械能的过程，故ABD错误、C正确。
故选：C。
【变式1-2】（2022秋•巴彦县校级月考）能量是与物体运动有关的物理量，不同的运动形态对应着不同的能量形式。下列四种能量形式中与其它三种能量形式不同的一种是（ ）
A．运动场上奔跑的运动员具有的能量
B．剧烈运动的空气形成的龙卷风具有的能量
C．快速行驶的汽车具有的能量
D．核电站为我们的生活和生产提供的能量
【答案】D
【分析】判断出四个选项中分别具有哪种能量，分别加以比较。
【解答】解：A、运动场上奔跑的运动员具有动能；
B、剧烈运动的空气形成的龙卷风具有动能；
C、快速行驶的汽车具有动能；
D、核电站为我们的生活和生产提供电能；
ABC三个选项中具有的能量形式与D选项中具有的能量形式不同，故D符合题意。
故选：D。
【变式1-3】（2022秋•承德县期末）物理学中，我们把物体位置的变化叫 机械运动 ，能量是与物体运动有关的物理量。现代生活需要的电能来自发电厂，在火力发电厂煤炭燃烧，释放出的能量一部分 内能 转化成电能，而煤炭是上亿年前的植物储存的 化学 能。
【答案】机械运动；内能；化学。
【分析】物体位置变化的运动叫机械运动；
火力发电厂燃烧的煤炭是上亿年的植物形成的，植物通过光合作用将太阳能转化为化学能储存在植物体内。
【解答】解：物理学中，我们把物体位置的变化叫机械运动，能量是与物体运动有关的物理量。
现代生活需要的电能来自发电厂，在火力发电厂煤炭燃烧，释放出的能量一部分内能转化成电能，而煤炭是上亿年前的植物储存的化学能。
故答案为：机械运动；内能；化学。
【考点2 能量守恒定律及其应用】
【典例2-1】（2023•绥宁县模拟）下列关于能量的转化和守恒的说法错误的是（ ）
A．钻木取火是将机械能转化为内能
B．酒精燃烧时将化学能转化为内能
C．汽油机的做功冲程将内能转化为机械能
D．人们对太阳能的开发和利用说明能量可以凭空产生
【答案】D
【分析】①判断能量的转化，我们主要看它要消耗什么能量，得到什么能量，总是消耗的能量转化为得到的能。
②能量既不能凭空产生也不能凭空消失，总是由一种能量转化为另一种能量，或从一个物体转移到另一个物体，在转化和转移的过程中能的总量保持不变。
【解答】解：A、钻木取火是通过做功的方式改变内能的，是将机械能转化成内能，故A正确；
B、酒精燃烧是把化学能转化为内能，故B正确；
C、汽油机的做功冲程中，燃气膨胀对活塞做功，将内能转化为机械能，故C正确；
D、人们对太阳能的开发和利用，是太阳能转化为其他形式的能，能量是不能凭空产生的，故D错误。
故选：D。
【典例2-2】（2022秋•克东县期末）“天宫课堂”已成为中国青少年关注度最高的科普课程。2022年3月23日，王亚平在第二次太空授课液桥实验中（如图甲），将两块透明板上的水球接触后合成一个，从分子角度而言，这是因为分子间存在 引力 。2022年10月12日进行的太空授课中，陈冬将工具T字扳手在空中旋转后，扳手时而头朝下，时而头朝上翻转不停（如图乙），这个现象中“会翻身的扳手” 遵循 （选填“遵循”或“不遵循”）能量守恒定律。
【答案】引力；遵循
【分析】分子之间存在着相互作用的引力和斥力。
所有能量的转化和转移都遵循能量守恒定律。
【解答】解：将两块透明板上的水球接触后合成一个，这是因为分子之间存在着相互作用的引力；
“会翻身的扳手”在运动的过程中，遵循能量守恒定律。
故答案为：引力；遵循。
【变式2-1】（2023•永善县三模）下列关于能量的说法中，正确的是（ ）
A．洗衣机工作时是将机械能转化为电能
B．炙热的铁水具有内能，冰冷的冰块没有内能
C．用热水泡脚，身体会感觉暖和，这是内能通过热传递的方式转移
D．能量无论是转化还是转移，能量总和会逐渐减少
【答案】C
【分析】（1）电动机工作时将电能转化为机械能；
（2）一切物体都有内能；
（3）做功和热传递都可以改变物体的内能，做功是能量的转化，热传递是能量的转移；
（4）根据能量守恒定律做出判断。
【解答】解：A、洗衣机工作时是将电能转化为机械能，故A错误；
B、一切物体都有内能，炙热的铁水具有内能，冰冷的冰块也有内能，故B错误；
C、用热水泡脚，身体会感觉暖和，这是内能通过热传递的方式转移，故C正确；
D、根据能量守恒定律，能量无论是转化还是转移，能量总和保持不变，故D错误。
故选：C。
【变式2-2】（2023•济南二模）有人设想的“永动机”如图所示。下列对该装置及能量的分析正确的是（ ）
A．能的总量是不变的，我们不需要节约能源
B．如果没有能量补充，装置最终会停下来
C．根据能量守恒定律，装置可以一直转动下去
D．装置中小球的动能和重力势能不会相互转化
【答案】B
【分析】能量既不会消灭也不会产生，它只会从一种形式转化成另一种形式或者从一个物体转移到另一个物体，在能的转化或转移的过程中，能的总量保持不变；永动机在工作的过程中，会克服摩擦做功，其机械能不守恒。
【解答】解：A、能的总量是不变的，但由于能的转化和转移具有方向性，可以利用的能源越来越少，因而我们需要节约能源；故A错误；
B、该装置转动时由于存在摩擦因素，机械能会逐渐变小，如果没有能量补充，装置最终会停下来，故B正确；
C、根据能量守恒定律，会有一部分能量转化为内能，因此，装置不能一直转动下去，故C错误；
D、装置在运动的过程中，小球的高度会发生变化，重力势能发生改变，速度发生变化，动能发生改变，有重力势能和动能的转化，故D错误。
故选：B。
【变式2-3】（2023•盐都区一模）如图是十三世纪法国亨内考设计的“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，杆端分别套上相同重球。他认为由于右侧重球距离轴较远，即重力的 力臂 较大，转轮会沿 顺时针 （“顺时针”或“逆时针”）方向越转越快，根据 能量守恒定律 ，无需精确测量就能判定他的这一设想是不可能实现的。
【答案】力臂；顺时针；能量守恒定律。
【分析】转轮相当于轮轴，重球离轴越远，其轮半径越大，即力臂越大；任何能量的转化和转移都遵循能量守恒定律。
【解答】解：图示中，右侧重球离轴较远，即对应的力臂较大。而左侧的重球离轴较近，对应的力臂较小，而球的重力相等，即左侧球的重力与力臂的乘积比右侧球的重力比力臂的乘积小，那么转轮会沿顺时针转动。
魔轮在转动时，会存在能量损失，部分机械能转化为内能，根据能量的守恒定律，魔轮在无外力作用时，不会越转越快。
故答案为：力臂；顺时针；能量守恒定律。
【考点3 能量的转化和转移】
【典例3-1】（2023•济阳区二模）自然界中的能量种类有很多，它们之间可以相互转化。下列有关能量的转化正确的是（ ）
A．电热水壶工作时将电能转化为机械能
B．太阳能热水器将太阳能转化为内能
C．蓄电池充电时将化学能转化为电能
D．电动机工作时将机械能转化为电能
【答案】B
【分析】自然界中的能量都以各种形式的能储存起来，在一定条件下可以相互转化。
【解答】解：A、电热水壶工作时，电热丝主要将电能转化为内能，故A错误；
B、太阳能热水器将太阳能转化为内能，故B正确；
C、蓄电池充电时将电能转化为化学能，故C错误；
D、电动机将电能转化为机械能，故D错误。
故选：B。
【典例3-2】（2023•武汉模拟）在阳光明媚的周末，某同学全家乘坐新购置的一款纯电动新能源汽车外出游玩。
（1）该车在行驶过程中，电池对外供电时将 化学 能转化为 电 能。
（2）到达终点时，行车显示屏上显示该次行驶里程为12km，用时20min，全程的平均速度为 36 km/h。
【答案】（1）化学；电；（2）36。
【分析】（1）电池对外供电时，将化学能转化为电能，给电池充电时，将电能转化为化学能；
（2）利用速度公式可直接计算平均速度。
【解答】解：（1）该车在行驶过程中，电池对外供电时将化学能转化为电能；
（2）全程的平均速度为：v＝＝＝36km/h。
故答案为：（1）化学；电；（2）36。
【变式3-1】（2023春•安平县校级月考）风力发电是一种可再生、可持续发展的清洁能源，一直是国家大力提倡和发展的能源项目，具有重要的经济价值，下列风力发电的过程中涉步及到的能量转化的说法正确的是（ ）
A．风车把太阳能转化为电能
B．风车把电能转化为风能
C．风车把风能转化为电能
D．风车把水能转化为电能
【答案】C
【分析】判断某过程中的能量转化过程，其关键是看清该过程中的初始能量和最终形成的能量，进而即可判断出能量的转化过程。
【解答】解：风力发电的过程中，消耗了风能，产生了电能，因此该过程将风能转化为了电能。
故选：C。
【变式3-2】（2023•历城区二模）（多选）自然界的能量可以从一个物体转移到另一个物体，也可以从一种形式转化为其他形式。关于下列图中四个事例的能量转化，说法正确的是（ ）

A．甲图中卫星从远地点到近地点，动能转化为势能
B．乙图中白鹤滩水电站发电时，将水能转化为电能
C．丙图中飞机起飞时，燃料的化学能转化为机械能
D．丁图中小朋友的臀部发烫，将机械能转化为内能
【答案】BCD
【分析】根据消耗的能的形式和得到的能的形式，分析能量的转化。
【解答】解：A、甲图中卫星从远地点到近地点，高度减小，重力势能减小，速度变大，动能变大，重力势能转化为动能，故A错误；
B、乙图水电站发电时，将水能转化水轮机的机械能，再通过发电机转化为电能，故B正确；
C、丙图中飞机起飞时，通过热机把燃料的化学能转化为机械能，故C正确；
D、丁图中小朋友与滑梯摩擦臀部发烫，将机械能转化为内能，故D正确。
故选：BCD。
【变式3-3】（2023•东营二模）新能源汽车前景广阔，有的汽车厂商采用了混合动力系统，当汽车刹车时，电池能够将回收的能量储存起来；当需要增加动力时，电池给电动机供电，给汽车提供额外动力，此过程中 电能 转化为 机械能 。
【答案】电能；机械能
【分析】电池对外供电的过程中，电能转化为其它形式的能。
【解答】解：电池给电动机供电，给汽车提供额外动力，消耗了电能，获得了机械能，是电能转化为机械能。
故答案为：电能；机械能。
一、选择题。
1．（2022•惠城区模拟）关于能的概念，下列说法中正确的是（ ）
A．一个物体能够做功，就说这个物体具有能
B．一个物体已做过的功越多，说明这个物体具有的能越多
C．一个物体做了功，说明这个物体具有能
D．用线悬挂着的小球，没有做功，所以没有能
【答案】A
【分析】一个物体能够做功，我们就说这个物体具有能量，但是具有能量的物体不一定做功。
【解答】解：A、由能量的概念可知，一个物体能够做功，就说这个物体具有能量，简称能，故A正确；
B、物体能量多可以做更多的功，但一个物体已做的功越多，不能说明这个物体具有的能越多，故B错误；
C、一个物体做了功，说明原来具有能量，但做功后不一定还具有能，故C错误；
D、一用线悬挂着的小球，没有做功，但它有一定的高度，所以具有重力势能，故D错误。
故选：A。
2．（2022秋•裕华区校级期末）下列有关能量转化和守恒，说法正确的是（ ）
A．给电池充电是化学能转化为电能的过程
B．太阳能电池可将内能转化为电能
C．电动机是将电能转化为机械能的装置
D．能量可以凭空产生也可以凭空消失
【答案】C
【分析】（1）判断能量的转化，我们主要看它要消耗什么能量，得到什么能量，因为总是消耗的能量转化为得到的能量。
（2）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另一种形式，或者从一个物体转移到另一个物体，在转化或转移的过程中，能量的总量不变，这就是能量守恒定律。
【解答】解：A．给电池充电是电能转化为化学能的过程，故A错误；
B．太阳能电池可将化学能转化为电能，故B错误；
C．电动机是将电能转化为机械能的装置，故C正确；
D．根据能量守恒定律可知，能量不可以凭空产生、凭空消失，故D错误。
故选：C。
3．（2023•东营二模）学校STEM活动小组在“生态瓶稳定性”探究的活动中，需要设计制作一个生态瓶。关于生态瓶的讨论有以下几个观点，其中不正确的是（ ）
A．我们看到植物是绿色的，是因为它反射绿色的光
B．瓶内绿色植物的光合作用可以把光能转化为化学能
C．从各个方向都能看到瓶内物体，这是光的漫反射
D．生态瓶放置一段时间后，瓶内上部有少量小水珠，这是汽化现象
【答案】D
【分析】（1）不透明物体的颜色由它反射的色光决定，不透明物体只反射与它颜色相同的色光，吸收不同颜色的色光；
（2）绿色植物的光合作用将光能转化为化学能；
（3）当物质表面粗糙时，光照射到上边会向各个方向发生反射，这就是漫反射现象；
（4）物质由气态变为液态的过程称为液化。
【解答】解：
A、绿色植物是不透明的，我们看到植物是绿色的，是因为植物把绿色的光反射到我们的眼睛里，故A正确；
B、瓶内的绿色植物的光合作用可以把光能转化为化学能，故B正确；
C、可以从各个方向都能看到瓶内物体，这是光的漫反射，故C正确；
D、生态瓶放置一段时间后，瓶内上部有少量小水珠，小水珠是由水蒸气液化形成的，故D错误。
故选：D。
4．（2023•溧阳市一模）江苏沙河抽水蓄能电站位于江苏溧阳市天目湖镇境内，电站枢纽由上水库、输水系统变电站、下水库等工程组成（如图所示）。当水从上水库倾泻而下，可驱动发动机转动发电。在此过程中，能量转化的顺序为输电（ ）
A．动能→重力势能→电能B．重力势能→电能→动能
C．电能→重力势能→动能D．重力势能→动能→电能
【答案】D
【分析】根据水电站中能量的转化进行分析。
【解答】解：水电站中的水从上水库到达下水库时，水的高度下降，重力势能减少，水的速度增大，动能增加，水的重力势能转化为水的动能；流动的水推动涡轮转动，水的部分动能转移到涡轮上，涡轮带动发电机发电，涡轮的动能转化为发电机的电能，故ABC错误，D正确。
故选：D。
5．（2023•崂山区二模）如图所示，电风扇通电后电机带动扇叶转动，使空气流动速度加快，主要用于夏日清凉解暑之用。下列选项符合电风扇能量流向的可能是（ ）
A．
B．
C．
D．
【答案】A
【分析】电风扇工作时，主要将电能转化为机械能，同时产生少部分内能。
【解答】解：电风扇的主要部件是电动机，电动机工作时，主要将电能转化为机械能，同时产生少部分内能，故A符合实际。
故选：A。
6．（2022•玄武区二模）关于温度、热量和内能，下列说法正确的是（ ）
A．物体温度升高，一定吸收了热量
B．同一物体温度越高含有的热量越多
C．热量可以从内能少的物体传递到内能多的物体
D．电能使电动机转动，同时产生内能，这些内能又可以自动地转化为电能
优网【答案】C
【分析】一切物体都具有内能，内能包括分子动能和分子势能，所以，内能的大小与物体的温度、质量和状态有关。改变物体的内能有两种方式：做功和热传递。热量从高温物体传递到低温物体，或从物体的高温部分传递到低温部分的现象，叫做热传递。热量是过程量，就是说热量只存在于热传递或热交换过程中，只能说吸收或放出热量，热量传递等；热量不是状态量，不能说含有或者具有热量。
【解答】解：A．物体温度升高，说明内能增大，可能吸收了热量，也可能是别的物体对它做了功，故A错误；
B．热量不是状态量，不能说含有或者具有热量，故B错误；
C．热量从温度高的物体传给温度低的物体，内能少的物体可能比内能多的物体温度高，所以热量可以从内能少的物体传递到内能多的物体，故C正确；
D．电能使电动机转动，由于电流热效应同时产生内能，由于能量的转化具有方向性，这些内能不可以自动地转化为电能，故D错误。
故选：C。
7．（2022秋•肃州区校级期末）关于能的概念，下列说法中正确的是（ ）
A．高山上静止的石头不具有能
B．物体已做的功越多，说明物体具有的能量越多
C．只要物体能够做功，说明物体具有能
D．只有正在做功的物体才具有能
【答案】C
【分析】一个物体能够做功，我们就说这个物体具有能量，一个物体能够做的功越多，表示这个物体的能量越大。
【解答】解：A、高山上静止的石头具有一定的高度，具有做功的本领，具有能量，故A不符合题意；
B、物体已做的功越多，并不能说明物体能够做功的本领大，故B不符合题意；
C、一个物体能够做功，我们就说这个物体具有能量，故C符合题意；
D、一个物体能够做功，我们就说这个物体具有能量，并不一定正在做功，故D不符合题意；
故选：C。
8．（2022秋•香河县期末）关于能量守恒定律，下列说法中不正确的是（ ）
A．能量可以凭空消失
B．能量可以凭空产生
C．热机在工作的过程不遵循能量守恒定律
D．能量在转化和转移过程中，能量的总量保持不变
【答案】D
【分析】能量既不会消灭，也不会创生，只能从一种形式转化为另一种形式，或从一个物体转移到另一个物体上，在能量转化和转移过程中，能量的总量保持不变。
【解答】解：
AB、能量既不能凭空产生，也不会凭空消失，故AB错误；
C、能量守恒定律适用于自然界中任何形式能的相互转化，热机的工作过程也遵循能量守恒定律，故C错误；
D、一个物体能量增加，必然伴随着别的物体能量减少，在能量转移和转化的过程中能量的总量是保持不变的，故D正确。
故选：D。
9．（2022秋•青羊区期末）探究某物质熔化和沸腾的实验如图甲所示，把100g某种固体碾碎放入试管中，插入温度计，再将试管放在装有水的烧杯中加热（物质在相同时间内吸收的热量相等）。根据实验数据画出的图像如图乙所示，从开始加热到实验结束的10min内消耗4g酒精，酒精的热值3.0×107J/kg，这种物质的液态比热容c＝1.5×103J/（kg•℃），下列选项错误的（ ）
A．该物质在第5min末的内能大于第4min末的内能
B．在AB段和BC段，该物质吸收的热量相同
C．该物质固态时的比热容为3.0×103 J/（kg•℃）
D．该装置能量的转化效率为50%
【答案】D
【分析】（1）物体吸收热量，内能变大；
（2）利用公式Q＝cmΔt计算吸收的热量；
（3）用相同的热源加热，在相同的时间内吸收的热量是相同的，据此求出固态时吸收的热量；根据Q＝cmΔt计算固态时的比热容；
（4）由乙图可知加热时间，则可求出从开始加热到实验结束的10min共吸收的热量；再利用燃料的热值公式Q＝mq求出燃料完全燃烧放出的热量；利用效率η＝求出这种装置能量的转化效率。
【解答】解：A．由图可知，3至6min，物质吸热但温度保持50℃不变，故该物质是晶体，在熔化的过程中，吸收热量，但温度不变，内能变大，即该物质在第5min末的内能大于第4min末的内能，故A正确，不符合题意；
B．由于用同一个热源加热，在相同时间内，物质吸收的热量是相同的，从开始加热（A点）到开始熔化（B点）用时3分钟，晶体熔化的时间（BC段）用时也是3 min，所以，在AB段和BC段该物质吸收的热量相同，故B正确，不符合题意；
C．AB段为固态，CD段为液态，固态加热的时间为3min，液态加热的时间2min。用相同的热源加热，在相同的时间内吸收的热量是相同的，即AB段为吸热是CD段的1.5倍，
Q固＝1.5Q液①
AB段升高的温度为50℃﹣20℃＝30℃，
CD段升高的温度为90℃﹣50℃＝40℃，
根据Q＝cmΔt，结合①，则有
c固m×30℃＝1.5×cm×40℃，
该物质固态时的比热容为：
＝＝3.0×103J/（kg•℃），
故C正确，不符合题意；
D．CD段（加热2 min）吸收的热量为：
Q液＝cm（t﹣t0）＝1.5×103J/（kg•℃）×0.1kg×40℃＝6×103J，
由图可知从开始加热到实验结束共用10min，故从开始加热到实验结束该物质吸收的热量为：
，
4g酒精完全燃烧放出的热量为：
Q放＝m酒精q＝0.004kg×3.0×107J/kg＝1.2×105J，
这种装置能量的转化效率为：
η＝＝×100%＝25%，
故D错误，符合题意。
故选：D。
二、填空题。
10．（2021春•栖霞市期中）某同学建立了关于能量的知识结构图，请你帮他补全（1）、（2）、（3）空格处的内容。
（1） 电 ；（2） 内 ；（3） 裂 。
【答案】（1）电；（2）内；（3）裂。
【分析】①目前，人类利用太阳能有两种方式：加热物体和发电；
②人类获得核能的两种方式：裂变和聚变。
【解答】解：太阳能电池通过光电转换装置，将太阳能转化为电能；
太阳能热水器通过光热转换设备，将太阳能转化为内能；
核电站的主要设备是核反应堆，在核反应堆中利用可控的链式反应发生核裂变，人类获得核能。
故答案为：（1）电；（2）内；（3）裂。
11．（2023•肥西县模拟）中国古代玩具饮水鸟（如图所示）被誉为“爱因斯坦也吃惊的玩具”，它的神奇之处在于：在鸟的面前放上一杯水，鸟就会俯下身去，把嘴浸到水里，“喝”了一口后，又直立起来；可是直立一会儿它又会俯下身去，等到鸟嘴浸到了水，“喝”了一口，又会直立起来，饮水鸟这种“自动喝水”的现象 遵循 （选填“遵循”或“不遵循”）能量守恒定律。
【答案】遵循。
【分析】所有能量的转化和转移都遵循能量守恒定律。
【解答】解：饮水鸟“自动喝水”的现象中发生了能量的转移和转化，遵循能量守恒定律。
故答案为：遵循。
12．（2023•楚雄州一模）麻省理工学院的研究团队将直径为9nm的特殊颗粒植人豆瓣菜叶子中，其中，9nm＝ 9×10﹣9 m；他们还发现在黑暗环境下，叶子发出微弱的光，实现化学能向 光 能的转化，如图所示。
【答案】9×10﹣9；光。
【分析】运用不同单位间的具体关系，利用数学上的运算就可解答；叶子发出微弱的光，是把化学能转化为光能。
【解答】解：1m＝106μm＝109nm；故9nm＝9×10﹣9m；由题意可知，叶子发出微弱的光，即具有光能，所以这实现化学能向光能的转化。
故答案为：9×10﹣9；光。
13．（2023•吴江区二模）如图所示，为一款创意节能灯。将海水存放到中间的容器，然后利用太阳光照射升温，使海水的内能 增大 ，海水蒸发后由侧壁回流到淡水收集装置中。蒸发后残留的盐水会与内置的铜、锌电极板发生化学反应，使LED灯发光，该装置发电过程将 化学 能转化为 电 能，再由LED灯转化为光能。
【答案】增大；化学；电
【分析】内能的大小与质量、温度、状态等因素有关；灯泡发光时，电能转化为光能。
【解答】解：将海水存放到中间的容器，然后利用太阳光照射升温，海水吸收热量，温度升高，内能增大；
蒸发后残留的盐水会与内置的铜、锌电极板发生化学反应，使得化学能转化为电能，电能再转化为光能，使得LED灯发光。
故答案为：增大；化学；电。
14．（2023•常州模拟）如图为某⼤学教授课堂演示情景，教授将一个摆球从下巴处放⼿，结果摆球摆回时并没有砸到他的下巴，这一过程摆球的机械能 减小 （选填“减⼩”或“不变”），这一过程 符合 （选填“符合”或“不符合”）能量守恒定律。
【答案】减小；符合。
【分析】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另一个物体，在转化或转移的过程中，能量的总量不变。
【解答】解：教授将一个摆球从下巴处放⼿，结果摆球摆回时并没有砸到他的下巴，这一过程摆球有部分机械能转变成内能，故机械能减小，但这一过程符合能量守恒定律。
故答案为：减小；符合。
15．（2023•莱芜区二模）汽车制动时，由于摩擦，机械能转化成了轮胎、地面和空气的 内 能，这些消耗的能量不能再自动地用来驱动汽车，这是因为能量的转化和转移都是有 方向 性的。
【答案】内；方向。
【分析】汽车刹车时，机械能转化为内能，这些能量无法再转化利用，说明能量转化和转移有方向性。
【解答】解：汽车制动时，由于摩擦，动能转化成了轮胎、地面和空气的内能，这些消耗的能量不能再自动用来驱动汽车，说明能量的转化和转移过程是有方向性的。
故答案为：内；方向。
16．（2023•全椒县模拟）将初温为20℃、质量为0.5kg的水放在烧杯中，点燃酒精灯给烧杯加热，当水温升高到70℃时，酒精灯内的10g酒精全部燃烧完。则此次烧水的热效率为 35% 。[水的比热容为4.2×103J/（kg•℃），酒精的热值为3.0×107J/kg]
【答案】35%。
【分析】知道水的质量、水的比热容、水的初温和末温，利用吸热公式Q吸＝cmΔt求水吸收的热量；
利用Q放＝qm求出10g酒精完全燃烧放出的热量，这是总能量，被水吸收的为有用能量，再利用效率公式求酒精灯的效率。
【解答】解：水吸收的热量：
Q吸＝cmΔt＝4.2×103J/（kg•℃）×0.5kg×（70℃﹣20℃）＝1.05×105J；
酒精完全燃烧放出的热量：
Q放＝q酒精m酒精＝3.0×107J/kg×10×10﹣3kg＝3.0×105J，
酒精灯的效率：
η＝×100%＝×100%＝35%。
故答案为：35%。
三、计算题。
17．（2023•天宁区校级模拟）为了保护环境，我国大力发展电动汽车替代传统燃油汽车。表中是某种电动汽车的部分参数，假设车上只有司机一人，质量为60kg，汽车匀速行驶时所受阻力为总重力的0.04倍，电动汽车充满电后以节电模式匀速行驶20km，电池剩余容量为38kW•h。（g＝10N/kg）求：
（1）电动汽车匀速行驶20km，牵引力所做的功；
（2）电动汽车电能转化为机械能的转化效率。
【答案】（1）电动汽车匀速行驶20km，牵引力所做的功为1.152×107J；
（2）电动汽车电能转化为机械能的转化效率为80%。
【分析】（1）根据G＝mg求得汽车和人的总重力，汽车匀速行驶，牵引力与阻力相等，根据W＝Fs便可计算出牵引力做的功；
（2）汽车消耗的电能等于电池容量与剩余容量之差，牵引力做的功与消耗电能之比便为电动汽车电能的转化效率。
【解答】解：（1）汽车和人的总重力：G＝（m1+m2）g＝（1380kg+60kg）×10N/kg＝1.44×104N；
电动汽车匀速行驶，所以牵引力与阻力平衡，
则电动汽车受到的牵引力为：
F＝f＝0.04G＝0.04×1.44×104N＝576N；
则电动车行驶20km，牵引力做的功为：
W＝Fs＝576N×20×103 m＝1.152×107J；
（2）由表格数据可知电池容量为42kW•h，行驶20km时电池剩余容量为38kW•h
则此过程中电动汽车消耗的电能为：
W总＝42kW•h﹣38kW•h＝4kW•h＝1.44×107J，
则电动汽车电能转化为机械能的转化效率：
η＝×100%＝×100%＝80%。
答：（1）电动汽车匀速行驶20km，牵引力所做的功为1.152×107J；
（2）电动汽车电能转化为机械能的转化效率为80%。
18．（2023•庐阳区校级一模）居住在百色市易地扶贫搬迁安置点的小强同学家里有一个容积为5L的水壶，水壶里装有3.5kg、初温为50℃的水，他用家里的液化气炉具把水加热到70℃使用。（已知液化气的热值q＝4.9×107J/m3）问：
（1）烧水过程水吸收了多少热量？
（2）若实际使用了0.02m3的液化气，则该液化气炉具的效率是多少？
【答案】（1）烧水过程水吸收的热量为2.94×105J；
（2）液化气炉具的效率是30%。
【分析】（1）已知水的质量、比热容、初温和末温，利用吸热公式Q吸＝cmΔt求出水吸收的热量；
（2）已知实际使用液化气的体积及其热值，根据公式Q放＝Vq可以求出液化气完全燃烧放出的热量；知道水吸收的热量和液化气完全燃烧释放的热量，两者之比就是该液化气炉具的效率。
【解答】解：（1）水吸收的热量：Q吸＝c水m水（t2﹣t1）＝4.2×103J/（kg•℃）×3.5 kg×（70℃﹣50℃）＝2.94×105J；
（2）0.02m3液化气完全燃烧产生的热量：Q放＝qV＝4.9×107J/m3×0.02m3＝9.8×105J，
液化气炉具的效率：η＝×100%＝×100%＝30%。
答：（1）烧水过程水吸收的热量为2.94×105J；
（2）液化气炉具的效率是30%。
19．（2022秋•柘城县期末）某物理兴趣小组的同学，用天然气灶给10kg的水加热，同时他们绘制了如图所示的加热过程中水温随时间变化的图线。若在6min内完全燃烧了0.2kg的天然气[水的比热容为4.2×103J/（kg•℃），天然气的热值为7×107J/kg]，求：
（1）天然气完全燃烧产生的热量；
（2）经过6min时间加热，水所吸收的热量；
（3）天然气灶烧水时的热效率。
【答案】（1）天然气完全燃烧产生的热量为1.4×107J；
（2）经过6min时间加热，水所吸收的热量为2.52×106J；
（3）天然气烧水时的热效率为18%。
【分析】（1）已知天然气的体积、热值，利用Q＝mq可求天然气完全燃烧产生的热量；
（2）由图知，经过6min时间加热，水升高的温度值，利用吸热公式求水吸收的热量；
（3）烧水时的热效率等于水吸收的热量与燃料完全燃烧放出的热量之比。
【解答】解：
（1）天然气完全燃烧产生的热量：
Q放＝mq＝0.2kg×7×107J/kg＝1.4×107J；
（2）水的质量m＝10kg，加热前水的温度t0＝20℃，加热6min后的温度t＝80℃，
水吸收的热量：
Q吸＝cm（t﹣t0）＝4.2×103J/（kg•℃）×10kg×（80℃﹣20℃）＝2.52×106J；
（3）天然气烧水时的热效率：
η＝×100%＝×100%＝18%。
答：（1）天然气完全燃烧产生的热量为1.4×107J；
（2）经过6min时间加热，水所吸收的热量为2.52×106J；
（3）天然气烧水时的热效率为18%。
20．（2023•临潼区模拟）某建筑师设计出了一种能漂浮在水中的城市（如图甲所示），漂浮城市装有动力装置，可以移动。该漂浮城市三角形建筑的主体结构是中空的，强风能从中通过，可以确保当飓风来临时，把飓风对建筑的破坏降至最低。该漂浮城市高达360m，占地270万平方米，可容纳多达4万居民。酒店、商店这里都一应俱全。漂浮城市的表面安装有太阳能电池板，接收太阳能的功率为8×108W，请回答下列问题。
（1）当漂浮城市漂浮在水面上时，其受到的浮力 等于 自身重力。
（2）假如某班有50位平均质量为50kg的中学生从岸上进入漂浮城市参观，则漂浮城市此时排开水的重力增加多少？
（3）若电池板吸收的太阳能只用来提供推动漂浮城市前进所需的能量，漂浮城市在平静的水面上沿直线运动，运动过程中受到的阻力不变。从某一时刻开始，漂浮城市受到水平方向的牵引力F随运动时间t的变化关系如图乙所示，漂浮城市的运动速度v与时间t的关系如图丙所示，则：
①从第50s到100s内牵引力做的功为多少？
②漂浮城市在匀速运动过程中，太阳能转化为机械能的效率为多少？
【答案】（1）等于；
（2）漂浮城市受到的浮力增加了2.5×104N；
（3）①漂浮城市运动时，从第50s钟到100s钟内牵引力做的功是2×1010J；
②漂浮城市在匀速运动过程中，太阳能转化为机械能的效率为50%。
【分析】（1）（2）漂浮城市漂浮在水面上，此时它所受到的浮力等于它的重力，当有50位中学生从岸上进入漂浮城市，则漂浮城市增加的浮力就是50位中学生的重力。
（3）①从速度v与时间t图象乙上看出，在0～50s内物体做加速运动，此时的拉力为24×108N；从v﹣t图象上看出，50s到100s时物体做匀速直线运动，判断此时物体的运动速度，知道拉力F的大小，从而可利用公式W＝Fs＝Fvt计算拉力F做的功。
②设时间为t，知道漂浮城市在匀速运动过程中的速度和牵引力F，从而可以利用公式W＝Fs＝Fvt计算牵引力做的功，知道接收太阳能的功率，可利用公式Q＝Pt计算吸收的太阳能，再利用公式η＝计算太阳能转化为机械能的效率。
【解答】解：（1）因为漂浮城市漂浮在水面上，浮力等于重力；
（2）漂浮城市增加的浮力就是50位中学生的重力，
而G＝mg＝50kg×10N/kg＝500N，
所以漂浮城市增加的浮力为：
F浮＝50G＝50×500N＝2.5×104N。
（3）①从速度v与时间t图象乙上看出，50s到100s时物体做匀速直线运动，物体处于平衡状态，
即物体所受到的阻力大小与拉力F大小相等，
从F的大小与时间t的关系图象甲，50s到100s时，拉力F＝8×108N，
由速度与时间图象甲可知，50s到100s时物体做匀速直线运动，v＝0.5m/s，
而t＝100s﹣50s＝50s，
牵引力F做的功为：
W＝Fs＝Fvt＝8×108N×0.5m/s×50s＝2×1010J。
②η＝×100%＝×100%＝×100%＝×100%＝×100%＝50%。
答：（1）等于；
（2）漂浮城市受到的浮力增加了2.5×104N；
（3）①漂浮城市运动时，从第50s钟到100s钟内牵引力做的功是2×1010J；
②漂浮城市在匀速运动过程中，太阳能转化为机械能的效率为50%。空车质量
1380kg
电池容量
42kW•h
最高时速
120km/h
最大功率
100kW