同步练习：20.3能的转化与能量守恒（解析版）（沪粤版）

学而优教有方.3能的转化与能量守恒一、单选题1．用两只相同的电加热器,分别给相同体积的水和某种油加热,在开始和加热3min时各记录一次温度,如下表所示．已知ρ水=1.0×103kg/m3，ｃ水=4.2×103J/(kg·℃),ρ油=0.8×103kg/m3,加热的效率都为90%,油的末温没有达到它的沸点．下列说法正确的是加热时间（min）0

3水的温度（℃）1828油的温度（℃）1843A．这种油的比热容为1.68×103J/(kg·℃)B．这种油的比热容为2.1×103J/(kg·℃)C．因为这种油的密度比水小，所以它的比热容比水小D．加热效率没有达到100%，是因为电加热器没有把电能全部转化为内能【答案】B【解析】AB．因为用两只相同的电加热器，因此吸收的热量相同为：油的比热容为：C．物质的密度与比热容无直接关系；D．加热器加热过程中，电能全部转化为内能，加热效率没有达到100%，是因为部分能量以热量的形式散失掉了，变成了加热器和空气的内能．2．太阳能是人类优先开发和利用的新能源之一，关于太阳能的利用，下列说法正确的是A．图甲中，绿色植物通过光合作用将太阳能转化为化学能B．图乙中，太阳能热水器通过做功方式将太阳能转化为水的内能C．图丙中，太阳能交通信号灯将太阳能直接转化为信号灯的光能D．图丁中，首架环球航行的太阳能飞机将太阳能直接转化为飞机的机械能【答案】A【解析】A．绿色植物的光合作用是将光能转化为化学能，储存在植物体内，故A正确；B．太阳能热水器内的水从太阳吸收热量，内能增加、温度升高，是通过热传递的方式增加水的内能，故B错误；C．太阳能信号灯先将太阳能先转化为电能，再转化为光能，故C错误；D．太阳能飞机是先将太阳能转化为电能，再转化为机械能，故D错误．3．2018年5月21日凌晨，我国成功利用长征四号丙运载火箭将“鹊桥”号中继卫星发射升空，迈出了人类航天器月背登陆第一步！下列有关说法正确的是A．火箭点火升空过程中，内能转化为机械能B．火箭点火升空过程中，火箭的惯性消失C．火箭加速上升过程中，重力势能转化为动能D．火箭加速上升过程中，只受到重力和空气阻力【答案】A【解析】分析：（1）火箭是热机的一种，工作时，燃料的化学能转化为燃气的内能，高温高压的燃气推动火箭升空，燃气的内能转化成火箭的机械能；（2）惯性是指物体保持原来运动状态不变的性质，任何物体都具有惯性，惯性是物体本身的一种性质；（3）动能与质量和速度有关，重力势能与质量和高度有关，当动能转化成重力势能时，动能减小，重力势能增加；（4）火箭加速运动时，不受平衡力，受到重力，摩擦力还有推力作用．解答：A、火箭点火发射时，产生的燃气内能转化为火箭升空的机械能，故A正确；B、火箭点火升空过程中，仍然具有惯性，因为惯性是物体本身的一种性质，故B错误；C、火箭加速上升的过程，质量不变，速度增加，故动能增加，同时高度增加，重力势能增大，故不是重力势能和动能的转化，故C错误；D、火箭加速上升，受力不平衡，火箭受的向上的推力大于向下的重力，合力向上，火箭加速上升，故D错误．故选A．【点睛】本题通过卫星发射，考查了力与运动的关系、运动和静止的相对性以及热机工作时的能量转化，涉及的知识点较多，需要认真分析，认真解答．4．下列有关热机的说法正确的是（

）A．柴油机顶部是火花塞，吸气冲程吸入的是空气B．热机的工作原理是将内能转化为机械能C．内燃机压缩冲程时体积增大，内能减少，温度升高D．热机效率可以等于1【答案】B【解析】A．柴油机与汽油机结构上存在差异，汽油机的顶端是火花塞，吸气冲程中吸进的是汽油和空气的混合物；故A错误；B．热机是将燃料燃烧释放出的内能转化为活塞机械能的机器．故B正确；C．内燃机是最常见的热机．在内燃机的压缩冲程，活塞压缩燃气做功，使工作物质的内能增加，温度升高，体积减小，压强增大．故C错误；D．热机工作过程中，尾气带走大量的热量，另外燃料不可能完全燃烧，克服机械摩擦及机械散热损失能量等，所以热机获得的有用机械能很少，机械效率远小于1．故D错误．【点睛】此题考查了热机的工作原理、工作过程中的能量转化及热机效率．明白其工作原理，熟悉工作过程是解答此类问题的基础．5．如图所示，用酒精灯加热试管里的水，产生的水蒸气将试管塞冲向空中。在这个过程中，能量转化的顺序为（）A．内能——机械能——化学能 B．化学能——内能——机械能C．机械能——内能——化学能 D．内能——化学能——机械能【答案】B【解析】用酒精灯加热水的过程中，酒精的化学能转化为试管和水的内能；当水沸腾时产生大量的水蒸气，试管内的气体压强增大，大于外界大气压，就会将塞子冲出，此过程中试管内水蒸气对塞子做功，水蒸气的内能减小，转化为塞子的机械能，所以，这个过程中能量转化的顺序是：化学能→内能→机械能，故B正确。故选B。6．如图所示，把热水壶放在煤气灶上烧水的过程中，下列说法正确的是（）A．煤气的燃烧过程是内能转化为化学能B．煤气燃烧越充分，它的热值越大C．水的温度越高，水分子运动越剧烈D．烧水的过程是通过做功的方式改变水的内能【答案】C【解析】煤气燃烧是将化学能转化为内能；某种燃料的热值是固定不变的；烧水是通过热传递改变水的内能；温度升高，分子运动越剧烈，故ABD错误，C正确，选C．7．生活中能量转化的实例很多，下列描述中正确的是（

）A．摩擦生热是把内能转化为机械能B．燃料燃烧放热是把内能转化为化学能C．电动机带动水泵把水送到高处是把电能转化为机械能D．摩擦起电是把电能转化为机械能【答案】C【解析】A、摩擦生热是克服摩擦做功，消耗了机械能，获得了内能，是机械能转化为内能，故A错误；B、燃料燃烧的过程，是将化学能转化为内能，故B错误；C、电动机带动水泵把水送到高处，消耗了电能，水获得了机械能，所以是把电能转化为机械能，故C正确；D、摩擦起电是消耗了机械能，获得了电能，是把机械能转化为电能，故D错误．故选C．8．有人设想的“永动机”如图所示。下列对该装置开始转动后的分析正确的是（）A．装置所具有的机械能始终不变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【解析】ABC．由于装置运转过程中需要克服摩擦做功，装置所具有的机械能会不断减小，如果没有能量补充，装置最终会停下来，故AC错误，B正确；D．装置中小球的动能和重力势能不断地发生相互转化，故D错误。故选B。二、填空题9．能源家族中，有煤、石油、风能、水能、核能、太阳能等，属于不可再生能源的有___________；电能是___________（选填“一次能源”或“二次能源”）．它可以使电动机转动，同时产生内能散失在空气中．但这些内能却无法自动转化为电能，该现象说明能量转化具有___________性．【答案】

煤、石油、核能

二次能源

方向【解析】煤、石油、核能一旦消耗就很难再生，属于不可再生能源；电能是由其他形式的能转化而来的，属于二次能源；由于能量的转化具有方向性，电能可以使电动机转动，同时产生内能散失在空气中，但这些内能却无法自动转化为电能．10．不同能量之间可以相互转化，在转化的过程中，能量的总量保持__________．除此之外，能量的转化还存在一定的_______性．【答案】

不变

方向【解析】[1]能量守恒定律内容为：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别的物体，在转化和转移过程中其总量不变．[2]同时能量在转移和转化过程中还具有方向性．11．历史上大国的崛起都反复证明了一个定律：背海而弱，向海则兴．开发利用海洋，是新时代我国能源发展的总体目标．如图所示，是我国矗立在东海的风力发电厂，风力发电机靠叶片的风力的推动下转动，带动发电机发电，把风能转化为电能。这种发电机的工作原理是______；风能属于________(选填“可再生”或“不可再生”)能源。【答案】

电磁感应

可再生【解析】[1]闭合电路中的部分导体在磁场中做切割磁感线运动时，有感应电流产生，这种现象叫电磁感应，发电机工作原理是电磁感应。[2]风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。12．如图所示，是世界上早期的蒸汽机汽车模型，燃料燃烧使水温升高，水的______能增加，再转化为汽车的___能，使汽车前进．【答案】

内

机械【解析】[1]燃料燃烧化学能转化为内能，使水温升高内能增大；[2]热机的能量转化是内能转化为机械能．13．在八百多年前，我国就发明了如图这种流行于民间的玩具式走马灯，它的工作原理和近代的燃气轮机相同。如果点燃走马灯中的蜡烛时，燃烧产生的高温气体将_____________（选填“向上运动”“向下运动”或“绕蜡烛旋转”），运动的热空气便推动纸风车和固定在转轴上的纸马转动。这种走马灯工作时将____能转化为_______能。下列几种现象中与这种走马灯工作原理相同的是____(填序号)。①煤炭的燃烧②电风扇通电转动③放烟花时，礼花腾空而起④植物进行光合作用【答案】

向上运动

内

机械

③【解析】[1]点燃走马灯中的蜡烛时，燃烧产生的高温气体体积膨胀，密度变小，在冷空气中上浮，将向上运动，运动的热空气便推动纸风车和固定在转轴上的纸马转动。[2][3]这种走马灯工作时，热空气对风车和纸马做功，将内能转化为机械能。[4]煤炭的燃烧时，通过燃烧将化学能转化为内能；电风扇通电转动时，消耗电能，将电能转化为机械能；放烟花时，火药燃烧产生的高温气体对礼花做功，使礼花腾空而起，将内能转化为机械能；植物进行光合作用时，将太阳能转化为化学能；所以与这种走马灯工作原理相同的是③。14．2020年1月18日，第十届江苏。“台湾灯会”在常州恐龙城开幕。如图所示为展会中的“走马灯”，点燃底部蜡烛，热空气上升驱动扇叶转动，观众惊奇地看到纸片小人的影子动了起来。热空气上升驱动扇叶转动的能量转化方式为______，这与四冲程汽油机的______冲程相同。【答案】

内能转化为机械能

做功【分析】(1)根据能量的转化的特点；气体温度升高，气体的密度变小，热空气向上运动。(2)内燃机的四个冲程有吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程，将机械能转化为内能的是压缩冲程，将内能转化为机械能的是做功冲程；压缩冲程和做功冲程都是通过做功的方式改变内能的。【解析】[1][2]点燃蜡烛时，气体温度升高，气体的密度变小，热空气就会向上运动，运动的热空气推动扇叶转动，运动的热空气对外做功，将内能转化为机械能，该冲程和四冲程汽油机的做功冲程的能量转化相同。【点睛】本题考查了能量的转化以及气体受热膨胀的特点，是一道基础题。15．能量的形式有多种，如机械能、内能、电能、光能、核能、化学能等，能量在一定条件下可以________转化为________，也可以从一个物体________到另一个物体。【答案】

从一种形式

另一种形式

转移【解析】[1][2][3]能量在一定条件下可以从一种形式转化为另一种形式，也可以从一个物体转移到另一个物体。三、简答题16．2016年10月，我国成功发射了“神舟十一号”宇宙飞船，它标志着我国航天事业向实现空间站发展又迈出重要一步．当运载火箭点火后离开发射台升空的瞬间，火箭底部涌出庞大的白色气团．我们知道火箭刚点火发射时，高温火焰向下喷射到发射台地面，一般物质遇到如此高温就会熔化．为了保护火箭发射台．必须在发射台底建造一个大水池，从而巧妙地解决了这项技术难题．（如图所示）（1）请你说出火箭升空过程中能量的变化；（2）火箭升空瞬间的庞大白色气团是什么？它是怎样形成的？（3）分析发射台底受到保护的道理【答案】（1）见解析；（2）见解析；（3）见解析【解析】（1）火箭升空过程中能量的变化：首先燃料燃烧，是将燃料的化学能转化为内能的过程；内能再通过火箭发动机，将内能转化为机械能，机械能做功将火箭加速升空．（2）火箭升空瞬间的庞大白色气团是小水珠；小水珠是由燃烧生成的水蒸气和大水池中汽化的水蒸气遇到冷液化而形成的；（3）大水池能够保护发射台的主要原因是：高温火焰将大水池中的水加热，水迅速汽化，而汽化是吸热过程，所以汽化过程中会吸收大量的热量，从而使发射台的温度不会过高，保护了发射台不会熔化。17．我国现阶段社会发展突飞猛进，综合国力增强，社会和家庭的用电量迅猛增加，这就给我国的输电线路提出了更高的要求．大家都知道，输电使用的金属导线有电阻，也会有电能损失，即Q损=I2Rt，或也称为损失功率，即P损=I2R．在输送电功率，即P输=UI不变的情况下，现在输电线路较长，为避免电能的损失，都采取高压输电的方法．输电电压U=110KV，即11万伏特的电压．我国各大发电站发出的都是三相电，即传输时是三条主线，请注意观察如图所示的输电线路场景图片．通过你所学习的知识，回答下列问题：（1）为减少输电线路上的损失功率，应采取的办法是_______、______；（2）请你说出采取高压输电的原理是_______________________________________；（3）从图片中可以看到，输电线路的三条主线中的一组导线中有金属支架相连，就是三相电中的一相电．传输一相电有的是用4根电线，有的是用6根电线，这样做的目的是________________________．【答案】

减小电流

减小电阻

升高电压，减小电流，可以减小电能的损失

增大了导线的横截面积，从而使输电导线电阻变小，输电损失的电能减小【解析】（1）[1][2]在输电电流I输一定的情况下，由公式P输=I输2R知，输电导线电阻R越小，输电功率损失越小；在输电导线电阻R一定的情况下，由P输=I输2R知，输电电流I输越小，功率P输损失越小，故要减少输电线路上的损失功率，应采取的办法是减小导线中的电流、减小大小的电阻。（2）[3]在输送电功率不变的情况下，电压越高，线路中的电流越小，由焦耳定律Q=I2Rt可知，高压输电能减少线路上电能的损失。（3）[4]在导线材料与长度一定的情况下，导线的横截面积越大，导线电阻越小，导线电阻变小，可以减少输电线上电能的损失，把多根导线固定在一起，多根导线并联，增大了导线的横截面积，从而使输电导线电阻变小，输电损失的电能减小。四、综合题18．科学家发现某种合金具有“形状记忆功能”：如果在较低温度时将它弯曲成某一形状，然后加热到较高温度时再弯曲成另一形状；那么当降到原来较低温度时，它会自行恢复到低温时的形状．现用它制成如图所示的装置：在可绕圆心O转动的均匀轻质圆盘上安装了一个用形状记忆合金做成的螺旋圈，它们在温度低时收紧、在温度高时放松．实验表明：当把该圆盘的下半部分浸在盛有一定量热水的水槽中时，只要给圆盘一个起始转动的力，圆盘就能克服摩擦和水的阻力连续转动起来.(1)上述装置能否看做是一个“永动机”？为什么？(2)发挥你的想象力，提出一个巧妙应用形状记忆合金的设想(参照示例，另举1例).示例：用形状记忆合金制作一个“保险丝”，安装在电器内易发热物体附近，当温度过高时，记忆合金就恢复到它高温时的形状，断开电路，防止电器过热.设想：(所提的设想应是制作“保险丝”以外的)【答案】

不能．因为它需用热水，消耗热能，如果热水变成了冷水，它也就不转了

用形状记忆合金制作一个“警示铃”，安装在仓库门口附近，当发生火灾温度升高时，记忆合金恢复到高温时的形状，接通电路，电铃响起【分析】能量即不会凭空产生，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别的物体，在转化或转移的过程中其总量不变，叫能量守恒定律；根据形状记忆可用于设计因温度的高低变化而引起现象的变化．【解析】（1）由于能量的转化或转移具有方向性，如果不给它提供热水，消耗热能（或者如果热水变成了冷水），它也就不转了，因此永动机违背了能量守恒定律；（2）可类比上述应用，用形状记忆合金制作一个“警示铃”，安装在仓库门口附近，当发生火灾温度升高时，记忆合金恢复到高温时的形状，接通电路，电铃响起．19．北京8分钟2018年平昌冬奥会闭幕式上，“北京8分钟”表演惊艳全世界，同时宣告冬奥会进入北京时间。短短8分钟的表演却蕴涵着大量的“中国智慧”和“中国制造”闭幕式上，演员穿着目前国内最大尺寸的熊猫木偶道具进行轮滑表演，给人留下了深刻印象。为达到最佳表演效果，需要严格控制道具的制作团队在原有工艺的基础上不断改良和创新，经过反复对比和测试，最终确定用铝合金管材和碳纤维条作为制作材料。最终版的熊猫木偶道具质量仅为10kg装载着大屏幕的机器人与轮滑舞者进行了互动表演，为体现冰雪主题，大屏幕也使用了新技术，让它们看起来像是用冰雪制成的“冰屏”，每块“冰屏”长3m．为保证“冰屏”具有较强的抗风能力，“冰屏”的整个结构非常精密，卡槽与屏之间的距离达到微米级，经过风洞测试，每块“冰屏”都