3.8能量的转化与守恒 同步练习(含答案)

能量的转化与守恒
一、单选题
1.某智能百叶窗的叶片上贴有太阳能板，在光照时发电，给电动机供电以调节百叶窗的开合。

该过程中发生的能量转换是( )
A. 光能→电能→机械能
B. 光能→机械能→电能
C. 电能→机械能→光能
D. 机械能→电能→光能
2.立定跳远是我是体育中考项目之一，其动作分解如图所示。

下列对运动员在立定跳远过程中的相关分析正确的是（）
A. 起跳时，没有受到地面对它的作用
B. 起跳后，能继续往前是，由于他具有惯性
C. 腾空到达最高点时，速度大小刚好减为零
D. 落地后站稳，机械能全部转化为化学能
3.如图所示是蹦极运动的简化示意图，弹性绳一端固定在o点，另一端系住运动员，运动员从o点自由下落，a点处弹性绳自然伸直，c点是运动员到达的最低点，最后静止时运动员停在b点，运动过程中忽略空气阻力，则下列说法正确的是（）
A. 从a至c运动员一直在克服重力做功
B. 在下落过程中，运动员经过b点时受到的是平衡力
C. 从o至a运动员机械能不守恒。

从a至c运动员机械能守恒
D. 从o至a运动员速度增大，从a至c运动员速度减小
4.如图甲是某运动员正在做蹦极运动。

如图乙所示，运动员从高处O点开始下落，OA段的长度是弹性绳的自由长度，在B点时他所受弹性绳弹力恰好等于其重力，C点是第一次下落到达的最低点。

运动员所受弹性绳弹力F的大小随时间t变化的情况如图丙所示（蹦极过程视为竖直方向的运动）。

下列判断正确的是（）
A. t0时刻运动员正好在B点位置
B. 运动员重力大小等于F0
C. 从O点到B点过程中运动员动能增大
D. 蹦极的整个过程，运动员的机械能保持不变
5.用两块铜片、热电偶、电动机（带风扇）组成一个电路，铜片1插在90℃热水中，铜片2放在空气中，如图所示，半分钟左右风扇发生转动，这就是温差发电现象。

有关该实验过程的说法，正确的是（）
A. 温差发电的实质是内能转化为电能
B. 温差发电不遵守能量守恒定律
C. 热水的内能全部转化成风扇的机械能
D. 两块铜片有温度差，风扇就会转
6.下列事例中，说法正确的是（）
A. “长征七号”上升过程中是动能转化为重力势能
B. 微波炉通电工作时，将电能直接转化为内能
C. 核电站中的核反应堆是进行裂变、且不加控制而获得核能的一种装置
D. “长征七号”上升过程中是燃料通过燃烧释放内能，内能转化为机械能
7.如图所示的常见红酒开瓶器，可以将塞得很紧的软木塞拔出，极大地方便了我们的生活。

在开瓶过程中，下列说法不正确的是（）
A. 开瓶器两侧的扳手，属于省力杠杆
B. 旋转扳手，下端金属螺旋钉扎入软木塞时，利用了斜面的原理
C. 下端金属螺旋做成很尖，是为了扎入软木塞时增大压强
D. 软木塞缓缓拔出的过程中，内能转化为机械能
8.如图所示，一个由绳子系住的小摆球，绳子的另一段固定在天花板上的D点。

拉直绳后摆球从A点静止释放，以下有关摆球的说法中正确的是（）
A. 摆球会到达另一端与A等高的C点
B. 若摆球在B点突然绳子断裂，则将立即竖直下落
C. 摆球从A到B过程中动能转化为重力势能
D. 摆球到达A点所有外力全部消失，则摆球保持静止
9.一物块以150J的初动能由地面沿一个很长的斜面往上滑行，当它到达最高点时，重力势能等于120J，而后物块开始沿斜面往下滑行，设物块与斜面的动摩擦因数处处相同，则当物块下滑到离地高度等于最高度的三分之一时（取斜面最低点为重力势能为零），物块的（）
A. 机械能等于110J
B. 机械能等于100J
C. 动能等于60J
D. 动能等于30J
10.下列关于“热与能”的表述中，正确的是( )
A. 物体在吸热过程中，其温度可能会升高
B. 在搓手取暖过程中，内能转化为机械能
C. 液氢常作为燃料，是因为液氢的比热容大
D. 铁块煅烧过程中，其内能从零开始增加
11.跳绳是大家喜爱的体育运动之一，小金的质量为50千克，每次跳起高度约为6厘米（人整体上升，如图所示），一分钟跳100次，下列说法正确的是（）
A. 向上起跳过程中小金的动能持续增大
B. 在整个跳绳过程中小金的机械能守恒
C. 小金跳一次克服重力做功约3焦
D. 小金跳绳的功率约为50瓦
12.如图所示，对于图片中所描述的物理过程，下列分析中正确的是（）
①图甲，厚玻璃筒内的空气被压缩时，空气的内能增加
②图乙，瓶子内的空气推动塞子跳起时，空气的内能增大
③图丙，试管内的水蒸气推动塞子冲出时，水蒸气的内能减少
④图丁，汽缸内的气体推动活塞向下运动时，气体的内能增大
A. ①②
B. ③④
C. ①③
D. ②④
二、填空题
13.今天，人们的生活已离不开电能了。

水电站的发电机是将能转化为电能，风力发电机是将能转化为电能，火力发电厂是将燃料的能转化为电能。

以上三种发电形式中，发电可能产生较大的环境污染。

14.2021年5月15日，我国首个自主的火星任务天问一号携带的着陆巡视组合体(包括着陆平台和火星车祝融号)成功穿越火星大气层，着陆于火星。

请回答：
（1）降落时，着陆平台相对于火星车是________(填“运动”或“静止”)的；
（2）对使用太阳能板供电的祝融号来说，后续工作主要能量________能转化的电能。

三、解答题
15.一容器中装有40kg温度是10℃的冷水，若用某一天然气灶把它加热到温度为60℃时，共用了0.6m3的天然气，已知天然气的热值为2.8×107J/m3，水的比热容4.2×103J/（kg•℃）。

（1）这次加热过程中，水吸收的热量是多少？
（2）0.6m3的天然气完全燃烧释放的热量是多少？
（3）该热水器的实际效率是多少？
四、实验探究题
16.风能是一种潜在的新能源，风力发电机可以将获得的风能转化为化学能储存在蓄电池中，风力发电机都有一定的能量转化效率。

为了研究“风力发电机的能量转化效率是否与风轮叶片数量有关？”小明利用电风扇、秒表、风力发电机模型、电量表(可准确测量蓄电池充电百分比)按照图甲方式进行如下实验。

①将图乙中单叶式风轮安装在风力发电机模型上；
②闭合电风扇开关，调节电风扇档位使其风速最大，计时20分钟，测量并记录蓄电池电量变化；重复3次实验并计算蓄电池电量变化平均值；
③分别换用图乙中双叶式、三叶式风轮，重复步骤②；
④处理相关数据得到“蓄电池含量与时间的关系”如图丙。

（1）本实验通过观察并记录________来比较风力发电机的能量转化效率。

（2）分析图丙，解释我国大型风力发电厂均采用三叶式风轮发电，其依据是________。

（3）“叶尖速比”为风轮叶片尖端运动速度与风速之比，叶尖速比会影响风力发电机的能量转化效率。

当单叶式风轮的叶尖速比为λ时，其能量转化效率达到最大值，已知该风轮半径为r(如图丁)，风轮每秒钟转动2圈，应将风速控制在________时能使该单叶式风力发电机能量转化效率达到最大值(用字母λ、r表示)。

答案解析部分
一、单选题
1.【答案】A
【解析】【分析】根据能量转化的知识分析判断。

【解答】太阳能电池板将光能转化为电能，电动机将电能转化为机械能，因此该过程的能量转化为：光能→电能→机械能，故A正确，而B、C、D错误。

故选A。

2.【答案】B
【解析】【分析】（1）根据力与运动的关系判断；
（2）物体保持运动状态不变的性质叫惯性；
（3）从竖直和水平两个方向分析速度是否为零；
（4）根据能量转化的过程分析。

【解答】A.起跳时，由静止变为运动，运动员的运动状态发生改变，那么肯定受到地面对它力的作用，故A错误；
B.起跳后，能继续往前是由于他具有惯性，故B正确；
C.腾空到达最高点时，它竖直方向上的速度为零，而水平方向上的速度保持不变，故C错误；
D.落地后站稳，机械能全部转化为内能，故D错误。

故选B。

3.【答案】B
【解析】【分析】（1）根据W=Gh分析判断；
（2）当物体处于匀速直线运动状态或静止状态时，处于平衡状态，受到平衡力；
（3）根据能量转化的过程分析；
（4）根据力与运动的关系判断。

【解答】运动员最终静止在b点，此时处于平衡状态，即重力和弹力平衡，则弹力等于重力，故B正确；从a到b时，弹力小于重力，合力向下，此时重力做功；从b到c时，此时弹力等于重力，合力向上，克服重力做功，故A错误；
从o到a时，运动员只受重力，没有能量损失，这段时间机械能守恒；从a到c时，运动员受到重力和弹力，它的机械能会转化为弹性势能，这段时间机械能不守恒，故C错误；
从o到a时，运动员只受重力，合力方向与运动方向一致，做加速运动。

从a到b，弹力小于重力，合力向下，这段时间仍然做加速运动；从b到c时，弹力等于重力，合力向上，这段时间做减速运动，故D错误。

故选B。

4.【答案】C
【解析】【分析】（1）分析B点时绳子的弹力是否为零即可；
（2）根据二力平衡的知识比较重力和F0的关系；
（3）根据力与运动的关系判断速度的变化，进而确定动能的变化；
（4）根据图丙分析弹性势能的变化，进而确定运动员机械能的变化。

【解答】A.根据图乙可知，B点时弹性绳的弹力恰好等于运动员的重力，那么此时弹力肯定不为零；根据图丙可知，t0时，弹性绳的弹力为零，故A错误；
B.根据图丙可知，最终静止下来时，弹性绳的弹力小于F0；此时运动员的重力和弹性绳的弹力相互平衡，因此运动员的重力肯定小于F0，故B错误；
C.从O到A，运动员不受弹力，只受重力，合力向下；从A到B，运动员受到向下的重力始终大于弹力，合力还是向下，因此这段过程中，合力的方向与运动方向相同，运动员做加速运动，它的动能不断增大，故C正确；
D.根据图丙可知，运动员每次到达最低点时所受的弹力越来越小，即弹性势能越来越小。

而它的弹性势能由运动员的机械能转化而来，因此运动员的机械能越来越小，故D错误。

故选C。

5.【答案】A
【解析】【分析】根据能量转化的知识分析。

【解答】A.温度不同，就会发生热传递，即内能的转移，因此温差发电的本质就是内能转化为电能，故A 正确；
B.自然界的所有现象都会遵循能量守恒定律，故B错误；
C.热水的内能部分会散失在空气中，故C错误；
D.只有两块铜片的温度差达到一定程度时，才会有足够的电能驱动风扇转动，故D错误。

故选A。

6.【答案】D
【解析】【分析】根据能量转化的知识分析即可。

【解答】A.“长征七号”上升过程中逐渐加速，那么动能增大，重力势能也增大，应该是燃料燃烧释放的内能转化为机械能，故A错误；
B. 微波炉通电工作时，将电能转化为光能，然后将光能直接转化为内能，故B错误；
C. 核电站中的核反应堆是可控核裂变而获得核能的一种装置，故C错误；
D. “长征七号”上升过程中是燃料通过燃烧释放内能，内能转化为机械能，故D正确。

故选D。

7.【答案】D
【解析】【分析】（1）分析动力臂和阻力臂的大小，从而确定杠杆的分类；
（2）根据W=Fs可知，当功一定时，通过增大距离可以减小力，而螺丝、鞋面都是通过这个原理省力的；
（3）增大压强的方法：①增大压力；②减小受力面积；
（3）根据能量转化的知识判断。

【解答】A.使用开瓶器时，支点为手柄上的转轴，阻力作用在中间的螺旋钉上，动力作用在手柄上，此时动力臂大于阻力臂，为省力杠杆，故A正确不合题意；
B.旋转扳手，下端金属螺旋钉扎入软木塞时，利用了斜面的原理，故B正确不合题意；
C.端金属螺旋做成很尖，是通过减小受力面积的方式增大压强，故C正确不合题意；
D.软木塞缓缓拔出的过程中，克服阻力做功，将机械能转化为内能，故D错误符合题意。

故选D。

8.【答案】D
【解析】【分析】（1）根据能量转化和守恒定律分析；
（2）（4）根据牛顿第一运动定律分析；
（3）分析动能和重力势能的大小变化即可。

【解答】A.小球在运动的过程中，会克服阻力做功，因此机械能会有损耗，那么到达C点时的重力势能肯定小于A点，即C点的高度小于A点，故A错误；
B.当到达B点时，小球在竖直方向上速度为零，此时运动方向水平向右。

若摆球在B点突然绳子断裂，那么小球将向右做平抛运动，肯定不是竖直下落，故B错误；
C.摆球从A到B的过程中，高度减小，重力势能减小；速度增大，那么动能增大，即重力势能转化为动能，故C错误；
D.摆球到达A点时速度为零，如果外力全部消失，那么它将保持原来的静止状态，故D正确。

故选D。

9.【答案】B
【解析】【分析】首先根据机械能的差计算出从斜面底部到斜面顶端克服摩擦损耗的机械能，然后再根据“克服摩擦损耗的机械能与运动距离成正比”计算出物块下滑时损耗的机械能，最后用顶端时的机械能减去损耗的机械能即可。

【解答】开始时重力势能为零，那么机械能等于动能为150J。

到达斜面顶端时动能为零，重力势能等于机械能等于120J，那么整个斜面上损耗的机械能等于：150J-120J=30J。

当物体下滑到离地高度等于最高度的三分之一时，下滑的距离等于斜面距离的三分之二，
=20J。

那么下滑损耗的机械能为：30J×2
3
此时物块的机械能为：120J-20J=100J。

故选B。

10.【答案】 A
【解析】【分析】（1）根据吸热和温度的关系判断；
（2）根据能量转化的知识判断；
（3）热值是表示燃料燃烧放热本领大小的物理量；
（4）一切物体都有内能。

【解答】A.物体在吸热过程中，其温度可能会升高，也可能保持不变，例如冰块熔化时，故A正确；
B.在搓手取暖过程中，机械能转化为内能，故B错误；
C.液氢常作为燃料，是因为液氢的热值大，故C错误；
D.铁块煅烧过程中，无论开始时温度多低，它的内能都不是零，故D错误。

故选A。

11.【答案】D
【解析】【分析】（1）动能与质量和速度有关；
（2）注意克服摩擦做功，将机械能转化为内能；
（3）根据W=Gh计算；
（4）根据公式P=W
t
计算跳绳的功率。

【解答】A.向上起跳过程中小金的动能转化为重力势能和内能，速度减小，即动能减小，故A错误；
B. 在整个跳绳过程中小金的机械能会部分转化为内能，即机械能减小，故B错误；
C. 小金跳一次克服重力做功约：W=Gh=50kg×10N/kg×0.06m=30J，故C错误；
D.小金跳绳的功率约为：P=W
t =30J×100
60s
=50W，故D正确。

故选D。

12.【答案】C
【解析】【分析】分析各个选项中包含的物理原理和能量转化即可。

【解答】①图甲中厚玻璃筒内的空气被压缩时，活塞对空气做功，瓶内空气温度升高，空气的内能增加，
①正确；
②图乙中瓶子内的空气推动塞子跳起时，空气对活塞做功，空气的内能减小，②错误;
③图丙中试管内的水蒸气推动了塞子冲出时，水蒸气对塞子做功，水蒸气的内能转化为塞子的机械能，水蒸气的内能减少，③正确;
④图丁中汽缸内的气体推动活塞向下运动时，内能转化为机械能，气体的内能减少，④错误.
故答案为：C
二、填空题
13.【答案】水；风；化学；火力
【解析】【分析】根据能量转化的知识分析解答。

【解答】今天，人们的生活已离不开电能了。

水电站的发电机是将水能转化为电能，风力发电机是将风能转化为电能，火力发电厂是将燃料的化学能转化为电能。

以上三种发电形式中，火力发电可能产生较大的环境污染。

14.【答案】（1）静止
（2）太阳能
【解析】【分析】（1）物体相对参照物的位置发生改变，则物体是运动的；否则，物体是静止的；（2）根据太阳能电池板的能量转化过程解答。

【解答】（1）降落时，着陆平台相对于火星车的位置保持不变，因此是静止的；
（2）对使用太阳能板供电的祝融号来说，后续工作主要能量太阳能转化的电能。

三、解答题
15.【答案】（1）解：水吸收的热量：Q吸＝cm（t﹣t0）＝4.2×103J/（kg•℃）×40kg×（60℃﹣10℃）＝8.4×106J；答：这次加热过程中，水吸收的热量是8.4×106J；
（2）解：天然气完全燃烧放出的热量：Q放＝Vq＝0.6m3×2.8×107J/m3＝1.68×107J；
答：0.6m3的天然气完全燃烧释放的热量是1.68×107J；
（3）解：该热水器的实际效率：η＝ Q 吸Q 放 ×100%＝ 8.4×106
J 1.68×107J ×100%＝50%。

【解析】【分析】（1）根据公式 Q 吸＝cm （t ﹣t 0） 计算出水吸收的热量；
（2）根据公式 Q 放＝Vq 计算出天然气完全燃烧释放的热量；
（3）根据公式 η＝
Q
吸Q 放×100% 计算出该热水器的实际效率。

四、实验探究题
16.【答案】 （1）相同时间内蓄电池电量变化量
（2）当风速相同时，使用三叶式风轮能量转化效率较高
（3）4πr/λ
【解析】【分析】（1）电风扇的转速相同，即相同的时间内产生的风能相同；蓄电池电量增加越多，说明风能转化为电能的比例越大，即能量转化效率越高。

（2）根据丙图确定风轮叶片数和能量转化效率的关系即可；
（3）根据题干定义可知，叶尖速比=v 尖
v 风；首先计算出风轮叶片尖端的速度，再根据这个公式计算风速即可。

【解答】（1）本实验通过观察并记录相同时间内蓄电池电量变化量来比较风力发电机的能量转化效率。

（2）根据图丙可知，在20min 内，三个叶片的转化效率为20%，此时最高，那么得到结论：当风速相同时，使用三叶式风轮能量转化效率较高，因此我国石油三叶式风轮发电；
（3）风轮转动一周经过的距离为2πr ，那么风轮尖端的速度为：v 尖=
4πr 1s =4πr (m s ⁄)； 根据公式叶尖速比=v 尖
v 风得到, λ=4πr
v 风；
解得：v 风=4πr λ。