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3.8 能量的转化与守恒（带答案）
1．下列过程中，电能转化为化学能的是（ ）
A．电流通过电炉加热化工原料 B．电流通入化工厂的电动机
C．蓄电池充电时 D．燃料电池工作
2．如图所示，下列关于能量的叙述，正确的是（ ）
A．甲图中闭合开关线圈转动时，电能转化成机械能
B．乙图中种子进行呼吸作用，太阳能转化成化学能
C．丙图的植物光合作用过程中，植物体内的能量减少
D．丁图中氢氧化钡与氯化铵反应时，化学能转化成热能
3．能量的转化是自然界普遍的现象。下列关于能量转化的分析正确的是（ ）
A．水果电池 电能→化学能 B．瀑布倾泻 重力势能→动能
C．电磁感应 电能→机械能 D．钻木取火 内能→机械能
4．甲图是某个小球下落时的频闪照片；乙图是用打气筒不断向广口瓶中打气，直至瓶塞跳起；丙图是研究影响蒸发快慢的因素的场景之一；丁图是海豚正在吐气泡，气泡在上升过程中越来越大。则下列说法不正确的是（ ）
A．甲图中小球下落时重力势能全部转化为动能
B．乙图中瓶塞跳起时，瓶内气体一部分内能转化为瓶塞的机械能
C．丙图是研究蒸发快慢与液体表面积大小关系的
D．丁图中气泡上升时（未露出水面前）气泡受到的浮力逐渐增大
5．如图是太阳能电池路灯，白天太阳能电池板将太阳能转化为电能，这种能量通过再次转化储存在大容量蓄电池内。夜晚蓄电池给路灯供电。下列说法正确的是（ ）
A．路灯上的塑料灯罩和铝合金灯柱都属于有机合成材料
B．夜晚蓄电池给路灯供电时将光能转化为电能
C．白天给蓄电池充电时将化学能转化为电能
D．路灯的灯柱用合金材料制成是因为合金比纯金属具有更好的性能
6．如图是一种太阳能户外满天星LED挂灯，白天利用太阳能电板在光照下产生电流，给蓄电池供电，晚上自动亮灯。下列有关该户外灯能量转化的描述错误的是（ ）
A．白天太阳能电板将太阳能转化为化学能 B．白天蓄电池将电能转化为化学能
C．晚上蓄电池将化学能转化为电能 D．晚上LED灯将电能转化为光能
7．校项目小组制作了一款节能夜跑灯，在跑步过程中，小灯泡发光，帮助夜跑者照明。夜跑灯的具体制作过程如下：将线圈缠绕在塑料永磁体小灯泡管外壳并与小灯泡构成闭合电路，磁体在水管中能自由往返运动。在运动过程中，夜跑灯持续发光。灯发光过程中，下列说法正确的是（ ）
A．通过小灯泡的电流方向始终不变 B．若运动速度加快，小灯泡的亮度不变
C．实现的能量转换是电能转化为机械能
D．若要使小灯泡的亮度变大，可换用磁性更强的磁体
8．在下列变化中，所发生的能的转移或转化说法正确的是（ ）
A．实验室中在铁粉与硫粉反应的过程中，化学能转化为热能
B．农家自酿米酒时加入醇母菌，酵母菌主要进行有氧呼吸把热能转化为化学能储存在酒精中
C．人在举起重物的过程中，化学能全转化为机械能
D．手机充电时，家庭电路中的电能转移成为手机电池中的电能
9．“嫦娥5号”探测器从月球上采样并顺利返回地球，如图所示为两种返回技术示意图。下列分析正确的是（ ）
A．采用“跳跃式返回”可使返回器着陆前的机械能转化为内能更多
B．采用“跳跃式返回”可使返回器与大气摩擦通过的距离更短
C．采用“直接进入返回”可使返回器着陆前的速度更小
D．采用“直接进入返回”可使返回器着陆前具有的机械能更小
10．2022年12月4日，神舟十四号载人飞船返回舱在东风着陆场成功着陆。神舟十四在轨驻留6个月，先后进行3次出舱活动。
（1）神舟飞船在轨飞行的速度大概是7.7千米/秒，参照物是___________。
（2）神舟飞船降落时，在“神舟飞船主降落伞”的作用下，飞船的动能和势能越来越小，主要是转化成了___________能。
11．自然界中与物体冷热程度有关的现象称为热现象。18到19世纪，随着人们对热现象的认识不断深入，最终促进了能量守恒定律的提出。
①1770年，英国科学家普利斯特里提出“热质说”，认为热是一种没有重量、没有体积、存在于一切物体中的特殊物质，热质无法产生或消灭，只会从温度高的物体流向温度低的物体。
②1799年，英国科学家戴维进行如下实验：让两块冰在真空中摩擦，保持周围的温度低于实验设备和冰块的温度，结果冰块熔化为水。该实验驳斥了“热质说”。
③1840年，德国医生迈尔从生理学角度对能量进行了研究，萌发了所有形式的能量都可以相互转化并且是守恒的想法。
④1847年，德国科学家亥姆霍兹把能量的概念推广到各个领域，他对能量守恒定律作出了清晰且具有说服力的论述，从而使能量转化和守恒定律被人们广泛接受。
（1）戴维实验中冰块熔化为水是因为 ________________________________________________。
（2）亥姆霍兹提出永动机是不可能制成的，你认为他的理由是_____________________________
__________________________________________________________________________________。
（3）分析上述科学史料，判断下列观点正确的是 ________。（可多选）
A.实验是人们认识自然现象的唯一方法
B.人们对事物的认识受到具体实践水平的限制
C.能量转化和守恒定律是众多科学家集体智慧的结晶
D.人们对事物的认识总是经历一个先错误后正确的历程
E.客观事物的复杂性决定了其本质的展现需要一个过程
12．2022年，工程师开发出一种“可穿戴微电网”，当人体运动时，穿戴设备通过摩擦发电，这些电可以收集并存储起来为小型电子设备供电。“可穿戴微电网”摩擦发电过程中的能量转化是________能转化成电能，该过程中能量 ________（填“守恒”或“不守恒”）。
13．如图所示，弹簧一端与小车相连，另一端固定在左侧的墙壁上，小车放在光滑的水平木板上。小车位于A点时弹簧恰好为自然长度，用力压缩弹簧使小车到达B点；松手后，小车由位置B运动至位置C，在位置C时速度为零。则小车从位置B运动至位置C的过程中，速度达到最大的位置在________（选填“A点”、“A点的左侧”或“A点的右侧”），弹簧的弹性势能的变化情况是________________（选填“减小”、“先减小后增大”、“先增大后减小”或“增大”）；小车从位置A运动到C点的过程中，能量转化的情况为________________________。
14．滑雪是北京冬奥会的项目之一，里面蕴含着很多科学知识。
（1）图甲的运动员保持该姿势不变沿着坡面自由下滑，速度逐渐增大，他的机械能 ________（选填“变大”、“变小”或“不变”）。
（2）若某段坡而的高度为H、长度为L、粗糙程度相同，重为G的运动员保持姿势不变恰好沿该坡面自由匀速滑下，滑行时的模拟图如图乙所示，则受到的摩擦力方向为沿坡面 ________（选填“向下”或“向上”），受到的摩擦力大小为 ________（用题中的字母表示），忽略空气阻力。
15．垃圾污染已成为当今社会四大污染之一，采用垃圾发电的方式处理垃圾，不仅解决了垃圾污染问题，而且还提供了大量能源。垃圾发电是将垃圾填埋后，采用科学的方法使其发酵，并把产生的填埋气收集起来用于发电。垃圾发电是将垃圾内储存的 ________能转化为电能。已知某市每年垃圾发电量大约为2.8×107kW h，这些电能可供用电功率为1000kW的小型工厂正常生产 ________h。
16．如图所示，A点的高度H大于B点的高度h，让小球从A点由静止开始自由落下，沿光滑轨道AOB到达B点后离开（不计空气阻力），则小球由A点运动到O点的过程中，小球的重力势能是 ________的（填“增大”“不变”或“减小”），小球在B点的机械能 ________在A点的机械能（填“大于”“等于”或“小于”），小球离开B点后的运动轨迹应该是图中的 ________曲线。
17．“铝箔秋千”是一个U形铝箔框，其两端通过回形针与干电池两端相连，置于磁铁上方，如图所示。通电时，铝箔框就会朝一个方向摆动。
（1）“铝箔秋千”通电摆动时，电能转化为 ________能和内能。
（2）要改变“铝箔秋千”通电时的摆动方向，请写出一种方法：________________。
过山车游乐园中常见设施，如图是过山车的简易模型。小金把钢球从斜轨A处由静止释放。钢球到达轨道最低点C处后，再沿竖直平面内的圆形轨道内侧经最高处D点，走完圆形轨道，再爬上斜轨到达E处并恰好静止。试帮他分析：
（1）从A处由静止释放钢球，达轨道最低点C处，此过程中钢球的动能 ________。（填“增加”或“减小”）
（2）在A处由静止释放钢球，进入竖直平面内的圆形轨道内侧经最高处D点，轨道对钢球的支持力的方向是竖直 ________（填“向上”或“向下”）。
（3）把钢球放在与D处等高点B处由静止释放，钢球 ________（填“能”或“不能”）达到圆轨内侧最高点D处。
19．阅读下列材料，并按要求回答问题。
材料一：在宇宙空间宇航员处于失重状态，当宇航员用锤子敲击物体时，人和锤子也会向背离物体的方向运动，并且敲击时的作用力越大，人和锤子被弹的越远，根本无法进行再次敲击。
材料二：科学家把宇航员用的锤子设计成空心，并在里面装入一定量的钢砂。敲击时使钢砂相对锤子运动起来，这样就可以有效减缓锤子被反弹。由此攻克了在宇宙空间不能用锤子反复敲打物体的难题。
请结合力学、能量转化等知识解释太空中锤子敲击物体的不同现象。
20．“自热火锅”给我们的生活带来一定的便利。小龙同学就某种自热火锅的“自热”原理产生了兴趣，查阅到的相关资料如下。
①自热火锅食用方法：下层底盒中倒入适量冷水，打开加热包塑料膜，将加热包放入凉水中，放上上层食材盒，倒入一定食用冷水，盖上盖子，15分钟后，即可开盖食用。（图乙为自热火锅结构示意图）、
②加热包内含有铁粉、铝粉、焦炭粉、生石灰等物质，其中的金属粉末与炭粉在热水中发生化学反应，可短时间放出大量的热，后续缓慢放热。
③自热火锅工作时，下层加热盒中空气温度随时间变化的图像如下图丙所示。
（1）自热火锅在加热食物过程中的能量转化：________________。
（2）为解释自热火锅的工作原理，请结合上述材料，对0a、ab、bc各段的温度变化做出解释。
21．目前杭州垃圾发电有三张“大嘴”，杭州锦江环保能源有限公司“胃口”最大，可日吞800吨垃圾，日发电43万千瓦时；杭州生活垃圾焚烧发电厂潜力最大，现在日吞垃圾600吨，日发电量10万千瓦时；杭州余杭锦江环保能源有限公司日吞垃圾200吨，日发电14万千瓦时。这意味着目前杭州每天3000多吨城市生活垃圾有一半被垃圾发电“吞吃”。据悉剩下的垃圾则全部拉到天子岭垃圾填埋场进行填埋，并通过填埋产生的沼气进行发电。填埋是目前全球垃圾处理的主要方式，传统的垃圾处理方式是将垃圾集中填埋，让其自行发酵。在发酵过程中会产生二氧化碳和甲烷等废气，易造成常规污染。请利用所学科学知识回答下列问题：
（1）垃圾焚烧发电时能量转化情况是：化学能→________→________→电能。
（2）制沼气时离不开甲烷细菌，它的代谢类型是异养厌氧型，它与酵母菌在细胞结构上最大的区别是 ________________。
（3）若垃圾焚烧发电时的总效率为η，焚烧m吨垃圾发电w千瓦时，则生活垃圾的平均燃烧值约为________________J/kg。
22．我国在敦煌建造了亚洲第一的熔盐塔式光热发电站，它被形象的称为“超级镜子发电站”（如图1所示）。该发电站是由1.2万块镜子（定日镜）、熔盐、蒸汽发生器、汽轮发电机、冷却塔等装置组成的（如图2所示），通过循环工作，可实现24小时稳定输出电力。
材料一：定日镜可由电脑控制方向，从而随太阳的位置改变方向。
材料二：熔盐的熔点为210℃。热熔盐向下流入温度为565℃的高温熔盐罐，热泵将它打入蒸汽发生器。与其中的冷水进行热交换，产生高温高压的水蒸气。
材料三：该发电站夜晚也能发电，可实现24小时稳定输出电力。
请结合所学知识，解释发电站能实现白天、夜晚24小时稳定输出电力的工作原理。
23．汽车在给人们的出行带来便利的同时，也带来了能源消耗、尾气污染等问题。
材料一：如图是一辆小汽车行驶时的能耗分配图。汽油在汽缸内完全燃烧时放出的能量，大约只有13%用于驱动汽车前进，而其余87%的能量则被损耗掉了。
材料二：排出的尾气除了CO2、H2O外，还有CO、NO、NO2及未燃烧的碳氢化合物等有害气体。
结合材料：
（1）对汽车行驶时能量形式的转化与损耗途径作出分析。
（2）请从节能、减排等方面对燃油汽车提出技术改进建议。
24．2021年5月，我国“天问一号”着陆巡视器成功着陆于火星乌托邦平原（如图甲），实现了我国首次地外行星着陆。图乙是其阶段Ⅲ着陆过程中的高度随时间的变化关系。
（1）图乙中t1～t2时段，着陆巡视器在竖直向上推力作用下，竖直下落的速度减小，该过程中火星车的机械能 ________________（选填“增大”、“不变”、“减小”）。
（2）一只“祝融号”火星车的质量为240kg，火星表面物体受到重力为地球上的1/6，求t2﹣t4时段火星车重力做了多少功？________________
（3）小柯同学认为“祝融号”火星车着陆后，它的重力没做功，他的理由是 ________________。
25．英国物理学家斯特林于1816年发明了“斯特林发动机”。斯特林发动机气缸内工作介质易汽化、易液化，该介质经过吸热膨胀、冷却压缩的循环过程输出动力，因此又被称为热气机。某工程师按照“斯特林发动机”原理设计了如图甲所示的模型机，工作过程中飞轮持续旋转如图乙。请结合所学知识解释飞轮能持续转动的工作原理。
26．如图1所示，是小明做一个“魔罐”，他在一个罐子的盖和底各开两个小洞，将铁块用细绳绑在橡皮筋的中部穿入罐中，橡皮筋两端穿过小洞固定。做好后将“魔罐”从A点静止释放，从不太陡的斜面上滚到水平面，发现“魔罐”滚到C点后往回滚到了B点。请从能量转化的角度对此现象解释。
27．某司机驾驶一辆满载的货车，行至高速公路一处连续下坡路段时，因长时间刹车使汽车刹车片发热，导致刹车失灵。危急之下，他将汽车驶入右侧用碎石铺设的紧急避险车道（上坡），如图，汽车迅速减速，避免了重大事故发生。请用所学物理知识解释：汽车驶入避险车道后能迅速减速的原因。
28．图甲是运动员在进行撑杆跳高的示意图，图乙0～t1表示人手拿撑杆助跑时段，t1～t2表示人助跑结束到撑杆形变最大的时段，t2～t3表示撑杆形变最大时到撑杆离手的时段，t3～t4表示撑杆离手时到人越过横杆下落到地面前的时段。（整个过程中不考虑空气阻力、人和撑杆之间的摩擦产生的能量损耗）。请你在图乙中画出运动员在撑杆跳高的整个过程中运动员的机械能变化的大致图像，并对图像各段的变化情况做出解释。
A .
B .
C .
D .
第6题
第7题
第9题
第10题
第13题
第14题
第16题
第17题
第23题
第24题
第27题
第28题
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3.8 能量的转化与守恒（带答案）
1．下列过程中，电能转化为化学能的是（ ）
A．电流通过电炉加热化工原料 B．电流通入化工厂的电动机
C．蓄电池充电时 D．燃料电池工作
解：A、电流通过电炉加热化工原料，是电能转化为热能，故A错误；
B、电流通入化工厂的电动机，是电能转化为动能，故B错误；
C、蓄电池充电时，是电能转化为化学能，故C正确；
D、燃料电池工作，是化学能转化为电能，故D错误。 故选：C。
2．如图所示，下列关于能量的叙述，正确的是（ ）
A．甲图中闭合开关线圈转动时，电能转化成机械能
B．乙图中种子进行呼吸作用，太阳能转化成化学能
C．丙图的植物光合作用过程中，植物体内的能量减少
D．丁图中氢氧化钡与氯化铵反应时，化学能转化成热能
解：A、闭合开关线圈转动，说明通电导体在磁场中受到力的作用，电能转化成机械能，故A正确。
B、种子萌发时，消耗的是自身的化学能，是化学能转化为其他形式的能，故B错误；
C、绿色植物进行光合作用时，太阳能转化为化学能在生物体内储存，故C错误；
D、氢氧化钡与氯化铵反应时是吸热反应，热能转化为化学能，故D错误； 故选：A。
3．能量的转化是自然界普遍的现象。下列关于能量转化的分析正确的是（ ）
A．水果电池 电能→化学能 B．瀑布倾泻 重力势能→动能
C．电磁感应 电能→机械能 D．钻木取火 内能→机械能
解：A、水果电池通过化学反应得到了电能，故将化学能转化为了电能，故A错误；
B、瀑布倾泻。重力势能转换为动能，故B正确；
C、电磁感应，闭合电路中的部分导体切割磁感线运动，得到了电流，故将机械能转化为电能，故C错误；
D、钻木取火，克服摩擦做功得到了内能，故将机械能转化为内能，故D错误。故选：B。
4．甲图是某个小球下落时的频闪照片；乙图是用打气筒不断向广口瓶中打气，直至瓶塞跳起；丙图是研究影响蒸发快慢的因素的场景之一；丁图是海豚正在吐气泡，气泡在上升过程中越来越大。则下列说法不正确的是（ ）
A．甲图中小球下落时重力势能全部转化为动能
B．乙图中瓶塞跳起时，瓶内气体一部分内能转化为瓶塞的机械能
C．丙图是研究蒸发快慢与液体表面积大小关系的
D．丁图中气泡上升时（未露出水面前）气泡受到的浮力逐渐增大
解：A、甲图中小球下落时需要克服空气阻力做功，会有一部分重力势能转化为内能，所以重力势能不是全部转化为动能，故A错误；
B、瓶塞跳起时，瓶内气体一部分内能转化为瓶塞的机械能，故B正确；
C、图中的液体的温度和液体表面空气流动的快慢相同，但液体的表面积不同，可以通过对比两个衣服干的快慢探究：液体蒸发的快慢与液体表面积大小关系，故C正确；
D、气泡从深水中上浮未露出水面前，所处的深度减小，由p＝ρgh可知所受的压强变小，气泡的体积变大，排开水的体积变大，由F浮＝ρgV排可知，气泡受到的浮力变大，故D正确。 故选：A。
5．如图是太阳能电池路灯，白天太阳能电池板将太阳能转化为电能，这种能量通过再次转化储存在大容量蓄电池内。夜晚蓄电池给路灯供电。下列说法正确的是（ ）
A．路灯上的塑料灯罩和铝合金灯柱都属于有机合成材料
B．夜晚蓄电池给路灯供电时将光能转化为电能
C．白天给蓄电池充电时将化学能转化为电能
D．路灯的灯柱用合金材料制成是因为合金比纯金属具有更好的性能
解：A、塑料灯罩属于有机合成材料，而铝合金灯柱属于金属材料，故A错误；
BC、在白天太阳能电池板给蓄电池充电是将太阳能→电能→化学能；在晚上，蓄电池给路灯供电，只是将化学能转化成电能，再转化为光能和内能，故BC错误；
D、人们大量使用的是合金而不是纯金属，这是因为合金具有更多优良性能，如铝合金比铝的硬度大、不锈钢比铁的抗腐蚀性强，故D正确。 故选：D。
6．如图是一种太阳能户外满天星LED挂灯，白天利用太阳能电板在光照下产生电流，给蓄电池供电，晚上自动亮灯。下列有关该户外灯能量转化的描述错误的是（ ）
A．白天太阳能电板将太阳能转化为化学能 B．白天蓄电池将电能转化为化学能
C．晚上蓄电池将化学能转化为电能 D．晚上LED灯将电能转化为光能
解：A、白天太阳能电板将太阳能转化为电能，故A错误；
B、白天蓄电池将电能转化为化学能，故B正确；
C、晚上蓄电池将化学能转化为电能，故C正确；
D、晚上LED灯将电能转化为光能，故D正确；故选：A。
7．校项目小组制作了一款节能夜跑灯，在跑步过程中，小灯泡发光，帮助夜跑者照明。夜跑灯的具体制作过程如下：将线圈缠绕在塑料永磁体小灯泡管外壳并与小灯泡构成闭合电路，磁体在水管中能自由往返运动。在运动过程中，夜跑灯持续发光。灯发光过程中，下列说法正确的是（ ）
A．通过小灯泡的电流方向始终不变 B．若运动速度加快，小灯泡的亮度不变
C．实现的能量转换是电能转化为机械能
D．若要使小灯泡的亮度变大，可换用磁性更强的磁体
解：A、磁体在水管中能自由往返运动，线圈切割磁感线的方向不断变化，因此通过小灯泡的感应电流的方向不断变化，故A错误；
B、若运动速度加快，线圈切割磁感线的速度加快，产生的感应电流会变大，小灯泡的亮度会增加，故B错误；
C、夜跑灯发光过程中，实现的能量转换是机械能转化为电能转化为光能，故C错误；
D、换用磁性更强的磁体，产生的感应电流会变大，小灯泡的亮度会增加，故D正确。
故选：D。
8．在下列变化中，所发生的能的转移或转化说法正确的是（ ）
A．实验室中在铁粉与硫粉反应的过程中，化学能转化为热能
B．农家自酿米酒时加入醇母菌，酵母菌主要进行有氧呼吸把热能转化为化学能储存在酒精中
C．人在举起重物的过程中，化学能全转化为机械能
D．手机充电时，家庭电路中的电能转移成为手机电池中的电能
解：A、实验室中在铁粉与硫粉反应的过程中要放出热量，所以此过程化学能转化为热能，故A正确；
B、酵母菌的呼吸作用将葡萄糖中的化学能部分转化为热能，部分储存在酒精中，酵母菌产生酒精的过程是无氧呼吸，故B错误；
C、人举起重物的过程中，要克服物体的重力做功，所以此过程中把化学能转化为机械能和热能，故C错误；
D、手机充电时，家庭电路中的电能转化成为手机电池中的化学能储存起来，故D错误。
故选：A。
9．“嫦娥5号”探测器从月球上采样并顺利返回地球，如图所示为两种返回技术示意图。下列分析正确的是（ ）
A．采用“跳跃式返回”可使返回器着陆前的机械能转化为内能更多
B．采用“跳跃式返回”可使返回器与大气摩擦通过的距离更短
C．采用“直接进入返回”可使返回器着陆前的速度更小
D．采用“直接进入返回”可使返回器着陆前具有的机械能更小
解：AB、由图可知，采用“跳跃式返回”可使返回器与大气摩擦通过的距离更长，则采用“跳跃式返回”可使返回器着陆前克服摩擦力做功更多，所以机械能转化为内能更多，故A正确、B错误；CD、由图可知，采用“直接进入返回”可使返回器与大气摩擦通过的距离更短，则采用“直接进入返回”可使返回器着陆前克服摩擦力做功更少，所以采用“直接进入返回”可使返回器着陆前机械能转化为内能更少，具有的机械能更大，则可使返回器着陆前的速度更大，故CD错误。 故选：A。
10．2022年12月4日，神舟十四号载人飞船返回舱在东风着陆场成功着陆。神舟十四在轨驻留6个月，先后进行3次出舱活动。
（1）神舟飞船在轨飞行的速度大概是7.7千米/秒，参照物是 地球 。
（2）神舟飞船降落时，在“神舟飞船主降落伞”的作用下，飞船的动能和势能越来越小，主要是转化成了 内 能。
解：（1）神舟飞船在轨飞行的速度大概是7.7千米/秒，这主要是指与地球间的相对速度，因此，其参照物是地球；
（2）神舟飞船降落时，在“神舟飞船主降落伞”的作用下，飞船的动能和势能越来越小，主要是受空气阻力的作用，将机械能转化成了内能。
故答案为：（1）地球；（2）内。
11．自然界中与物体冷热程度有关的现象称为热现象。18到19世纪，随着人们对热现象的认识不断深入，最终促进了能量守恒定律的提出。
①1770年，英国科学家普利斯特里提出“热质说”，认为热是一种没有重量、没有体积、存在于一切物体中的特殊物质，热质无法产生或消灭，只会从温度高的物体流向温度低的物体。
②1799年，英国科学家戴维进行如下实验：让两块冰在真空中摩擦，保持周围的温度低于实验设备和冰块的温度，结果冰块熔化为水。该实验驳斥了“热质说”。
③1840年，德国医生迈尔从生理学角度对能量进行了研究，萌发了所有形式的能量都可以相互转化并且是守恒的想法。
④1847年，德国科学家亥姆霍兹把能量的概念推广到各个领域，他对能量守恒定律作出了清晰且具有说服力的论述，从而使能量转化和守恒定律被人们广泛接受。
（1）戴维实验中冰块熔化为水是因为 冰块在摩擦过程中产热，冰温度达到熔点后继续吸热，所以冰块能熔化成水 。
（2）亥姆霍兹提出永动机是不可能制成的，你认为他的理由是 内能在转化为机械能的过程中要生热，所以永动机违反了能量转化和守恒定律，所以亥姆霍兹认为永动机是不可能制成的； 。
（3）分析上述科学史料，判断下列观点正确的是 BCE 。（可多选）
A.实验是人们认识自然现象的唯一方法
B.人们对事物的认识受到具体实践水平的限制
C.能量转化和守恒定律是众多科学家集体智慧的结晶
D.人们对事物的认识总是经历一个先错误后正确的历程
E.客观事物的复杂性决定了其本质的展现需要一个过程
解：（1）冰块在摩擦过程中机械能转化为内能，冰温度达到熔点后继续吸热，所以冰块能熔化成水；
（2）内能在转化为机械能的过程中要生热，所以永动机违反了能量转化和守恒定律，所以亥姆霍兹认为永动机是不可能制成的；
（3）A、实验和推理是人们认识自然现象的方法，故A错误；
B、从以上科学家不断探索的过程中证明人们对事物的认识受到具体实践水平的限制，故B正确；
C、从以上科学家不断探索的过程中证明能量转化和守恒定律是众多科学家集体智慧的结晶，故C正确；
D、1799年，英国科学家戴维进行如下实验证明了人们对事物的认识不一定要经过一个先错误后正确的历程，故D错误；
E、客观事物的复杂性决定了其本质的展现需要一个过程，故E正确。
故答案为（1）冰块在摩擦过程中产热，冰温度达到熔点后继续吸热，所以冰块能融化成水；
（2）内能在转化为机械能的过程中要生热，所以永动机违反了能量转化和守恒定律，所以亥姆霍兹认为永动机是不可能制成的；（3）BCE
12．2022年，工程师开发出一种“可穿戴微电网”，当人体运动时，穿戴设备通过摩擦发电，这些电可以收集并存储起来为小型电子设备供电。“可穿戴微电网”摩擦发电过程中的能量转化是 机械 能转化成电能，该过程中能量 守恒 （填“守恒”或“不守恒”）。
解：“可穿戴微电网”摩擦发电过程中，消耗了机械能，产生了电能，是机械能转化为电能；在能量转化的过程中，遵循能量守恒定律，所以能量是守恒的。
故答案为：机械；守恒。
13．如图所示，弹簧一端与小车相连，另一端固定在左侧的墙壁上，小车放在光滑的水平木板上。小车位于A点时弹簧恰好为自然长度，用力压缩弹簧使小车到达B点；松手后，小车由位置B运动至位置C，在位置C时速度为零。则小车从位置B运动至位置C的过程中，速度达到最大的位置在 A点 （选填“A点”、“A点的左侧”或“A点的右侧”），弹簧的弹性势能的变化情况是 先减小后增大 （选填“减小”、“先减小后增大”、“先增大后减小”或“增大”）；小车从位置A运动到C点的过程中，能量转化的情况为 小车的动能转化为弹簧的弹性势能 。
解：由于木板是光滑的，不存在摩擦力，小车在木板上运动的速度最大时，就是弹簧的弹性势能全部转化成动能时，A点时弹簧恰好为自然长度，所以A点的动能是最大的；
从B到弹簧自然长度A时，是弹簧恢复原状的过程，弹簧的弹性势能减小；从A到C的过程，小车由于惯性继续运动，弹簧发生弹性形变，弹簧的弹性势能增大；所以弹簧的弹性势能的变化情况是先减小后增大；
小车从位置A运动到C的过程中，弹簧的长度变长，弹性势能变大，小车的速度变小，动能变小，由于接触面是光滑的，不存在摩擦，则小车的动能转化为弹簧的弹性势能。
故答案为：A点；先减小后增大；小车的动能转化为弹簧的弹性势能。
14．滑雪是北京冬奥会的项目之一，里面蕴含着很多科学知识。
（1）图甲的运动员保持该姿势不变沿着坡面自由下滑，速度逐渐增大，他的机械能 变小 （选填“变大”、“变小”或“不变”）。
（2）若某段坡而的高度为H、长度为L、粗糙程度相同，重为G的运动员保持姿势不变恰好沿该坡面自由匀速滑下，滑行时的模拟图如图乙所示，则受到的摩擦力方向为沿坡面 向上 （选填“向下”或“向上”），受到的摩擦力大小为 （用题中的字母表示），忽略空气阻力。
解：（1）图甲的运动员保持该姿势不变沿着坡面自由下滑，速度逐渐增大，高度逐渐变小，质量不变，则运动员的动能变大，重力势能变小，由于受摩擦力的作用，一部分机械能转化为内能，所以他的机械能变小；
运动员沿坡面自由匀速滑下时，运动员相对于坡面向下运动，所以其受到的摩擦力方向沿坡面向上；运动员沿坡面匀速滑下时，克服摩擦做功，重力势能转化为内能，此时消耗的重力势能等于克服摩擦做的功，即：W＝EP，根据EP＝Gh和W＝fL
可得：fL＝GH， 解得：f＝。故答案为：（1）变小；（2）向上；。
15．垃圾污染已成为当今社会四大污染之一，采用垃圾发电的方式处理垃圾，不仅解决了垃圾污染问题，而且还提供了大量能源。垃圾发电是将垃圾填埋后，采用科学的方法使其发酵，并把产生的填埋气收集起来用于发电。垃圾发电是将垃圾内储存的 化学 能转化为电能。已知某市每年垃圾发电量大约为2.8×107kW h，这些电能可供用电功率为1000kW的小型工厂正常生产 2.8×104 h。
解：将填埋气收集起来用于发电，是将这些垃圾的化学能最终转化为电能。
由P＝可得，正常生产时间t＝＝＝2.8×104h。
故答案为：化学；2.8×104。
16．如图所示，A点的高度H大于B点的高度h，让小球从A点由静止开始自由落下，沿光滑轨道AOB到达B点后离开（不计空气阻力），则小球由A点运动到O点的过程中，小球的重力势能是 减小 的（填“增大”“不变”或“减小”），小球在B点的机械能 等于 在A点的机械能（填“大于”“等于”或“小于”），小球离开B点后的运动轨迹应该是图中的 c 曲线。
解：小球由A点运动到O点的过程中，小球的质量不变，高度减小，所以重力势能是减小；
不计空气阻力，小球的机械能守恒，所以小球在B点的机械能等于在A点的机械能；
根据题意，小球从A点由静止滑下，所以小球的机械能等于A点时的重力势能，整个过程中，机械能守恒，a的最高点超过了A点的高度，这是不可能的；故a错误；
b点的最高点与A点的高度相同，而在最高点时，小球仍具有向右运动的速度，所以b图线的机械能大于A点的机械能，故b错误；
c图线的最高点低于A点，由于在最高点时小球仍运动，其总机械能可能与开始时的机械能相等，故c正确；小球离开轨道时，由于惯性，应具有沿轨道方向向上运动的速度，故d错误。
故答案为：减小；等于；c。
17．“铝箔秋千”是一个U形铝箔框，其两端通过回形针与干电池两端相连，置于磁铁上方，如图所示。通电时，铝箔框就会朝一个方向摆动。
（1）“铝箔秋千”通电摆动时，电能转化为 机械 能和内能。
（2）要改变“铝箔秋千”通电时的摆动方向，请写出一种方法： 改变电流的方向 。
解：（1）铝箔框通电后摆动是因为通电铝箔框在磁场中受力的作用，且电流通过导体时会产生热量，此过程中将电能转化为机械能和内能；
（2）因为通电导体在磁场中受力运动的方向与电流的方向和磁场的方向有关，所以要改变铝箔框通电时的摆动方向，可以改变电流的方向或磁场的方向。
故答案为：（1）机械；（2）改变电流的方向。
过山车游乐园中常见设施，如图是过山车的简易模型。小金把钢球从斜轨A处由静止释放。钢球到达轨道最低点C处后，再沿竖直平面内的圆形轨道内侧经最高处D点，走完圆形轨道，再爬上斜轨到达E处并恰好静止。试帮他分析：
（1）从A处由静止释放钢球，达轨道最低点C处，此过程中钢球的动能 增加 。（填“增加”或“减小”）
（2）在A处由静止释放钢球，进入竖直平面内的圆形轨道内侧经最高处D点，轨道对钢球的支持力的方向是竖直 向下 （填“向上”或“向下”）。
（3）把钢球放在与D处等高点B处由静止释放，钢球 不能 （填“能”或“不能”）达到圆轨内侧最高点D处。
解：（1）从A处由静止释放钢球，到达轨道最低点C处的过程中，钢球的质量不变，速度增大，则钢球的动能增加；
（2）钢球经过D点时候速度比较大，钢球对轨道有向上的压力作用，因物体间力的作用是相互的，则此时钢球受到竖直向下的支持力（按高中物理知识：钢球之所以不掉下来是因为重力和支持力的合力提供了向心力，使钢球的运动方向不断改变，即做圆周运动）；
（3）把钢球放在与D处等高点B处由静止释放，由于小球与轨道之间存在摩擦力，小球运动时需要克服摩擦力做功，小球的机械能减小，所以钢球不能达到圆轨内侧最高点D处。
故答案为：（1）增加；（2）向下；（3）不能。
19．阅读下列材料，并按要求回答问题。
材料一：在宇宙空间宇航员处于失重状态，当宇航员用锤子敲击物体时，人和锤子也会向背离物体的方向运动，并且敲击时的作用力越大，人和锤子被弹的越远，根本无法进行再次敲击。
材料二：科学家把宇航员用的锤子设计成空心，并在里面装入一定量的钢砂。敲击时使钢砂相对锤子运动起来，这样就可以有效减缓锤子被反弹。由此攻克了在宇宙空间不能用锤子反复敲打物体的难题。
请结合力学、能量转化等知识解释太空中锤子敲击物体的不同现象。
答：宇航员用锤子敲击物体，因为物体间力的作用是相互的，所以当敲击钉子时，钉子也会给人和锤子一个相反的力，导致它们向后运动。当锤子设计成空心的时候，当手握锤子敲击物体时，原来处于静止状态的钢砂会由于惯性保持原来的状态，与锤子发生相对运动；钢砂运动产生的摩擦力，使锤子的部分机械能转化为内能，减慢了锤子的运动，所以在宇宙空间就能用这种锤子反复敲打物体。
20．“自热火锅”给我们的生活带来一定的便利。小龙同学就某种自热火锅的“自热”原理产生了兴趣，查阅到的相关资料如下。
①自热火锅食用方法：下层底盒中倒入适量冷水，打开加热包塑料膜，将加热包放入凉水中，放上上层食材盒，倒入一定食用冷水，盖上盖子，15分钟后，即可开盖食用。（图乙为自热火锅结构示意图）、
②加热包内含有铁粉、铝粉、焦炭粉、生石灰等物质，其中的金属粉末与炭粉在热水中发生化学反应，可短时间放出大量的热，后续缓慢放热。
③自热火锅工作时，下层加热盒中空气温度随时间变化的图像如下图丙所示。
（1）自热火锅在加热食物过程中的能量转化： 化学能转化成内能 。
（2）为解释自热火锅的工作原理，请结合上述材料，对0a、ab、bc各段的温度变化做出解释。
解：（1）自热火锅的热量来源于化学反应，自热火锅的原理是利用自热包内的物质（其中主要成分有铁粉、铝粉、氧化钙、焦炭粉、活性炭和生石灰等）与水接触发生化学反应，释放的热量使得食材锅内的食物吸收热量后温度升高。因此自热火锅在加热食物过程中的能量转化为：化学能转化成内能。
（2）对0a段，冷水进入热包，与氧化钙反应放热；在18s内使下层底盒中的水温升高到60℃；ab段，水温升高后，加热包内的铁粉、铝粉与炭粉发生化学反应，放出大量的热，短时间内使水沸腾，蒸气温度高达200℃，高温蒸气对上层食盒持续加热，使上层食盒中的水沸腾，15分钟后即可煮熟食物；bc段，食物煮熟后，化学反应结束，蒸汽从食盒小孔出去，盒内温度逐渐下降。
故答案为：（1）化学能转化成内能；
（2）对0a段，冷水进入热包，与氧化钙反应放热；在18s内使下层底盒中的水温升高到60℃；ab段，水温升高后，加热包内的铁粉、铝粉与炭粉发生化学反应，放出大量的热，短时间内使水沸腾，蒸气温度高达200℃，高温蒸气对上层食盒持续加热，使上层食盒中的水沸腾，15分钟后即可煮熟食物；bc段，食物煮熟后，化学反应结束，蒸汽从食盒小孔出去，盒内温度逐渐下降。
21．目前杭州垃圾发电有三张“大嘴”，杭州锦江环保能源有限公司“胃口”最大，可日吞800吨垃圾，日发电43万千瓦时；杭州生活垃圾焚烧发电厂潜力最大，现在日吞垃圾600吨，日发电量10万千瓦时；杭州余杭锦江环保能源有限公司日吞垃圾200吨，日发电14万千瓦时。这意味着目前杭州每天3000多吨城市生活垃圾有一半被垃圾发电“吞吃”。据悉剩下的垃圾则全部拉到天子岭垃圾填埋场进行填埋，并通过填埋产生的沼气进行发电。填埋是目前全球垃圾处理的主要方式，传统的垃圾处理方式是将垃圾集中填埋，让其自行发酵。在发酵过程中会产生二氧化碳和甲烷等废气，易造成常规污染。请利用所学科学知识回答下列问题：
（1）垃圾焚烧发电时能量转化情况是：化学能→ 内能 → 机械能 →电能。
（2）制沼气时离不开甲烷细菌，它的代谢类型是异养厌氧型，它与酵母菌在细胞结构上最大的区别是 没有细胞核结构 。
（3）若垃圾焚烧发电时的总效率为η，焚烧m吨垃圾发电w千瓦时，则生活垃圾的平均燃烧值约为 J/kg。
解：（1）垃圾具有化学能，燃烧时化学能转化为内能，通过热机转化为机械能，再通过发电机转化为电能；
（2）甲烷细菌属于细菌，在细胞中没有细胞核结构，酵母菌属于真菌，真菌的细胞结构包括细胞壁、原生质膜、细胞质及细胞器、细胞核，真菌有细胞核，因此甲烷细菌与酵母菌在细胞结构上最大的区别是没有细胞核结构；
（3）发电量：W电＝3.6×106×wJ，由η＝可知，焚烧垃圾产生的热量为：Q放＝＝，生活垃圾的平均热值为：q＝＝＝J/kg；
故答案为：（1）内能；机械能；（2）没有细胞核结构；（3）。
22．我国在敦煌建造了亚洲第一的熔盐塔式光热发电站，它被形象的称为“超级镜子发电站”（如图1所示）。该发电站是由1.2万块镜子（定日镜）、熔盐、蒸汽发生器、汽轮发电机、冷却塔等装置组成的（如图2所示），通过循环工作，可实现24小时稳定输出电力。
材料一：定日镜可由电脑控制方向，从而随太阳的位置改变方向。
材料二：熔盐的熔点为210℃。热熔盐向下流入温度为565℃的高温熔盐罐，热泵将它打入蒸汽发生器。与其中的冷水进行热交换，产生高温高压的水蒸气。
材料三：该发电站夜晚也能发电，可实现24小时稳定输出电力。
请结合所学知识，解释发电站能实现白天、夜晚24小时稳定输出电力的工作原理。
答：白天通过镜子把太阳能转化为熔盐的内能，熔盐的内能通过热传递使冷水变成高温高压的水蒸气的内能，水蒸气的内能转化为汽轮机的机械能，汽轮机带动发电机发电，将机械能转化为电能；
白天高温的熔盐罐把能量用于发电，同时液储存了一部分内能，晚上高温熔盐罐利用熔盐储存内能，把储存的高温高压的熔盐释放，进入蒸汽发生器，通过热传递方式使冷水变成高温高压水蒸气，推动汽轮机带动发电机发电，将机械能转化为电能。
23．汽车在给人们的出行带来便利的同时，也带来了能源消耗、尾气污染等问题。
材料一：如图是一辆小汽车行驶时的能耗分配图。汽油在汽缸内完全燃烧时放出的能量，大约只有13%用于驱动汽车前进，而其余87%的能量则被损耗掉了。
材料二：排出的尾气除了CO2、H2O外，还有CO、NO、NO2及未燃烧的碳氢化合物等有害气体。
结合材料：
（1）对汽车行驶时能量形式的转化与损耗途径作出分析。
（2）请从节能、减排等方面对燃油汽车提出技术改进建议。
答：（1）汽车行驶时的能量转化分析：汽油的化学能转化为气体内能，然后再转化为活塞机械能，最后为汽车机械能，转化率很低；
损耗途径分析：绝大部分是以内能形式损失的，部分是未完全燃烧的碳氢化合物损失，还有少量是汽油蒸发损失。
（2）技术改进建议：减少散热器、排气管和发动机的热损失；减少汽油的蒸发；使汽油充分燃烧；研制和使用混合动力或者纯电动的新能源汽车。
24．2021年5月，我国“天问一号”着陆巡视器成功着陆于火星乌托邦平原（如图甲），实现了我国首次地外行星着陆。图乙是其阶段Ⅲ着陆过程中的高度随时间的变化关系。
（1）图乙中t1～t2时段，着陆巡视器在竖直向上推力作用下，竖直下落的速度减小，该过程中火星车的机械能 减小 （选填“增大”、“不变”、“减小”）。
（2）一只“祝融号”火星车的质量为240kg，火星表面物体受到重力为地球上的1/6，求t2﹣t4时段火星车重力做了多少功？ 4×104J
（3）小柯同学认为“祝融号”火星车着陆后，它的重力没做功，他的理由是 火星车受到重力作用，但在重力方向没有通过距离 。
解：（1）图乙中t1～t2时段，着陆巡视器在竖直向上推力作用下，质量不变，高度减小，速度减小，其动能减小，重力势能减小，机械能减小；
（2）火星车的质量为240kg，火星表面物体受到重力为地球上的，故火星车的重力为：
G＝G地＝mg＝×240kg×10N/kg＝400N；
由乙图像可知：在t2～t4时段，下落的高度h＝100m，
重力做的功为：W＝Gh＝400N×100m＝4×104J；
（3）火星车着陆后，相对地面保持静止状态，此时火星车受到重力作用，但在重力方向没有通过距离，故它的重力没做功。
故答案为：（1）减小；（2）4×104J；（3）火星车受到重力作用，但在重力方向没有通过距离。
25．英国物理学家斯特林于1816年发明了“斯特林发动机”。斯特林发动机气缸内工作介质易汽化、易液化，该介质经过吸热膨胀、冷却压缩的循环过程输出动力，因此又被称为热气机。某工程师按照“斯特林发动机”原理设计了如图甲所示的模型机，工作过程中飞轮持续旋转如图乙。请结合所学知识解释飞轮能持续转动的工作原理。
答：根据图示可知，酒精灯加热将化学能转化为内能，热气缸中的工作物质吸热汽化膨胀，推动活塞A向右运动做功，将内能转化为机械能：由于飞轮具有惯性，带动活塞A向左运动，活塞A将气缸中的工作物质推入冷气缸并液化，活塞B又将物质推回热气缸。如此反复。
26．如图1所示，是小明做一个“魔罐”，他在一个罐子的盖和底各开两个小洞，将铁块用细绳绑在橡皮筋的中部穿入罐中，橡皮筋两端穿过小洞固定。做好后将“魔罐”从A点静止释放，从不太陡的斜面上滚到水平面，发现“魔罐”滚到C点后往回滚到了B点。请从能量转化的角度对此现象解释。
答：罐子从A点静止释放，罐子的高度减小，重力势能减小，速度变大，动能变大，同时橡皮筋发生弹性形变，弹性势能变大，滚到C点时，罐子静止，此时弹性势能最大。罐子在返回过程中，弹性势能转化为动能和重力势能，由于存在摩擦，最终所能到达的高度B低于最初释放时的高度A。
27．某司机驾驶一辆满载的货车，行至高速公路一处连续下坡路段时，因长时间刹车使汽车刹车片发热，导致刹车失灵。危急之下，他将汽车驶入右侧用碎石铺设的紧急避险车道（上坡），如图，汽车迅速减速，避免了重大事故发生。请用所学物理知识解释：汽车驶入避险车道后能迅速减速的原因。
答：汽车进入上坡的避险车道，动能转化为重力势能，同时车轮与碎石车道摩擦，动能转化为内能，使动能减小，迅速减速。
28．图甲是运动员在进行撑杆跳高的示意图，图乙0～t1表示人手拿撑杆助跑时段，t1～t2表示人助跑结束到撑杆形变最大的时段，t2～t3表示撑杆形变最大时到撑杆离手的时段，t3～t4表示撑杆离手时到人越过横杆下落到地面前的时段。（整个过程中不考虑空气阻力、人和撑杆之间的摩擦产生的能量损耗）。请你在图乙中画出运动员在撑杆跳高的整个过程中运动员的机械能变化的大致图像，并对图像各段的变化情况做出解释。
解：0～t1表示人手拿撑杆助跑时段，人体内的化学能转化为人的机械能，故人的机械能增大；
t1～t2表示人助跑结束到撑杆形变最大的时段，此阶段人的机械能会逐渐转为撑杆的弹性势能，人具有的机械能逐渐减小；t2～t3表示撑杆形变最大时到撑杆离手的时段，此阶段撑杆的弹性势能逐渐转化为人的机械能，人的机械能增大；t3～t4表示撑杆离手时到人越过横杆下落到地面前的时段，不考虑空气阻力，此阶段机械能守恒，保持不变，所以图像为：
A .
B .
C .
D .
第6题
第7题
第9题
第10题
第13题
第14题
第16题
第17题
第23题
第24题
第27题
第28题
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