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$3×10^{5}$
$9×10^{-6}$
B
机械(动)

凭空消失
另一种形式
另一个物体
能量的总量
能量转移
能量转化
能量的转移和转化是有方向性的
【分析】
本题结合“太阳帆”的实际应用,考查光速、压强计算、力与运动的关系以及能量转化的知识,解题思路如下:
1. 第(1)问:“光子流”本质是光,光在真空中的速度是已知常量,进行单位换算即可得到答案;
2. 第(2)问:根据压强的定义式$p=\frac{F}{S}$,将题目给出的压力和受力面积代入公式计算即可;
3. 第(3)问:结合力与运动的关系分析各选项:力可以改变物体的运动状态,太空中接近真空,几乎没有空气阻力,光的压力持续作用会使飞船加速,据此判断选项正误;
4. 第(4)问:太阳帆利用光压为飞船提供动力,是太阳能转化为机械能;太阳能电池将太阳能转化为电能,据此确定能量转化形式。
【解析】
(1) 光子流属于光,光在真空中的速度为$3×10^8 m/s = 3×10^5 km/s$;
(2) 根据压强公式$p=\frac{F}{S}$,已知压力$F=9N$,受力面积$S=1.0×10^6 m²$,则太阳光对平面的压强:
$p=\frac{F}{S}=\frac{9N}{1.0×10^6 m²}=9×10^{-6} Pa$;
(3) 对各选项分析:
A选项:力可以改变物体的运动状态,不管飞船质量大小,只要光的压力持续作用,就能推动飞船,故A错误;
B选项:光的压力对飞船施加了力的作用,根据力的作用效果,可使飞船加速前进,故B正确;
C选项:太空中几乎没有阻力,光的压力持续作用下,飞船会持续加速,并非最多做匀速运动,故C错误;
D选项:太空中是真空环境,没有空气阻力,故D错误;
因此选B;
(4) 太阳帆上加装太阳能电池后,太阳能通过光压转化为飞船的机械(动)能,同时太阳能电池将太阳能转化为电能,所以太阳能转化成机械(动)能和电能。
【答案】
(1) $3×10^5$
(2) $9×10^{-6}$
(3) B
(4) 机械(动);电
【知识点】
光速;压强计算;能量转化
【点评】
本题以“太阳帆”为背景,将物理知识与前沿科技结合,考查多个基础物理知识点,要求学生能将所学知识与实际应用联系起来,理解力的作用效果、压强公式以及能量转化的实质,难度适中。
【难度系数】
0.6
【分析】
这道题是对能量守恒定律原文内容的直接考查,解题思路是回忆能量守恒定律的完整表述,然后将表述内容与题目中的空缺部分一一对应。首先明确能量守恒定律的核心内容:能量的产生与消失的特性、转化和转移的对象,以及过程中的不变量,再依次填入对应空缺处。
【解析】
根据能量守恒定律的完整表述:能量既不会凭空产生,也不会凭空消失,它只会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,能量的总量保持不变。因此依次填入各空的内容为:凭空消失、另一种形式、另一个物体、能量的总量。
【答案】
凭空消失;另一种形式;另一个物体;能量的总量
【知识点】
能量守恒定律
【点评】
本题属于基础记忆类题目,直接考查能量守恒定律的原文内容,是理解能量转化与转移规律的基础,要求学生准确识记定律表述,为后续相关物理知识的学习奠定基础。
【难度系数】
0.9
【分析】
首先回忆能的转化和守恒的核心内容,明确能量转移和转化的区别:能量转移是能量的形式不变,从一个物体(或部分)到另一个物体(或部分);能量转化是能量的形式发生改变。再结合改变内能的两种方式分析:热传递过程中,内能只是在物体间或物体内部转移,能量形式始终是内能;做功过程中,会伴随不同形式能量的转变,比如机械能与内能的相互转化。由此可确定两个空的答案。
【解析】
根据能的转化和守恒观点:
1. 热传递改变物体内能时,高温物体的内能通过热量的形式传递给低温物体,或在同一物体的高温部分传递到低温部分,整个过程中能量的形式没有发生变化,始终是内能,因此实际上是能量转移的过程;
2. 用做功方法改变物体内能时,例如摩擦生热是机械能转化为内能,气体膨胀做功是内能转化为机械能,能量的形式发生了改变,从一种形式的能转化为另一种形式的能,因此实际上是能量转化的过程。
【答案】
能量转移;能量转化
【知识点】
热传递改变内能、做功改变内能、能量守恒定律
【点评】
本题考查改变物体内能两种方式的本质,核心是区分能量转移(形式不变)和能量转化(形式改变)的差异,属于内能相关的基础概念题,需准确理解两种过程的能量变化特点。
【难度系数】
0.8
【分析】
首先分析每个事例的物理本质:水往低处流是重力势能的自发转移过程,只能从高势能处向低势能处进行,无法自发反向;空气不会自行聚拢,反映出空气分子的能量分布不会自发从分散变为集中;烧杯中的水无法上沸腾下结冰,是因为热量只能自发从高温区域传向低温区域,不能逆向自发传递。需要从这些现象中归纳共性,它们都体现了能量的转移或转化过程具有特定的方向,不会自发违背该方向进行。
【解析】
1. 水往低处流:属于重力势能的自发转移,只能从高势能位置向低势能位置进行,无法自发反向完成;
2. 空气不会自行聚拢:空气分子的扩散过程是自发向更分散的方向进行,能量分布不会自发集中,体现了能量转移的方向性;
3. 烧杯中的水无法上沸下冰:热量的转移具有方向性,只能自发从高温区域传向低温区域,不会自发从低温区域转移到高温区域。
综合以上事例的共性,可得出结论:能量的转移和转化是有方向性的。
【答案】
能量的转移和转化是有方向性的
【知识点】
能量转移转化的方向性
【点评】
本题借助生活中常见的自然现象,考查对能量转移和转化方向性的理解。解题核心是透过现象挖掘物理本质,从不同事例中归纳共同规律,要求学生具备一定的分析与归纳能力。
【难度系数】
0.4