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7. (立德树人 传统文化 中国古代玩具“饮水鸟”被誉为“爱因斯坦也吃惊的玩具”，如图所示。它的神奇之处在于能不停地“点头喝水”。它的下球中装有乙醚(乙醚极易汽化)，乙醚吸收空气中的热量汽化后，球内气压增大，将剩余部分乙醚压入上球，“饮水鸟”的重心上移“低头喝水”，如图乙所示，此时上下球连通气压相同，乙醚流回下球，恢复图甲状态，如此反复。下列说法正确的是 (
A.下球中乙醚汽化的过程，是通过做功的方式改变了内能大小
B.“饮水鸟”能量转化的过程不遵循能量守恒定律
C.乙醚汽化，球内气压增大，将剩余部分乙醚压入上球的过程中，空气的内能转化为“饮水鸟”的机械能
D.即使空气温度很低，“饮水鸟”也不会停下来
C
)A.下球中乙醚汽化的过程，是通过做功的方式改变了内能大小
B.“饮水鸟”能量转化的过程不遵循能量守恒定律
C.乙醚汽化，球内气压增大，将剩余部分乙醚压入上球的过程中，空气的内能转化为“饮水鸟”的机械能
D.即使空气温度很低，“饮水鸟”也不会停下来
答案
7.C 【点拨】乙醚汽化的过程是需要吸收热量的，通过热传递的方式改变了内能大小，故A错误；在整个过程中，“饮水鸟”器械间以及与空气间有摩擦，这些会导致能量损失，但能量总量不变，遵循能量守恒定律，故B错误；乙醚汽化，下球内气压增大，将剩余部分乙醚压入上球，此过程中空气的内能转化为“饮水鸟”的机械能，故C正确；若空气温度很低，“饮水鸟”内的乙醚汽化太慢，气压很难将乙醚压入上球，“饮水鸟”的重心不能上移，“饮水鸟”会慢慢地停下来，故D错误。
解析
【分析】本题围绕“饮水鸟”的工作原理，考查内能改变方式、能量守恒定律、能量转化等知识点，需结合各物理规律逐一分析选项：明确乙醚汽化的吸放热特点，区分内能改变的两种方式，掌握能量守恒的普遍性，以及温度对汽化速度的影响，以此判断各选项的正误。
【解析】A选项：乙醚汽化过程需要吸收热量，是通过热传递的方式改变自身内能，并非做功，因此A错误；B选项：能量守恒定律是自然界普遍遵循的规律，任何能量转化过程都遵循该定律，“饮水鸟”工作时虽有能量损耗（如摩擦生热），但总能量保持不变，故B错误；C选项：乙醚汽化使下球内气压增大，将剩余乙醚压入上球的过程中，消耗了空气的内能，转化为“饮水鸟”的机械能，符合能量转化规律，故C正确；D选项：若空气温度很低，乙醚汽化速度会变得很慢，下球气压难以增大到推动乙醚上移，“饮水鸟”无法完成重心上移的动作，会逐渐停下来，故D错误。
【答案】C
【知识点】内能的改变、能量守恒定律、能量转化
【点评】本题以传统玩具“饮水鸟”为载体，将物理知识与传统文化结合，考查学生对基础热学、能量知识的理解与应用，需要学生准确把握汽化的吸放热特点、能量守恒的普遍性等核心知识点，分析过程需结合实际现象的物理原理，难度适中。
【难度系数】0.5
【解析】A选项：乙醚汽化过程需要吸收热量，是通过热传递的方式改变自身内能，并非做功，因此A错误；B选项：能量守恒定律是自然界普遍遵循的规律，任何能量转化过程都遵循该定律，“饮水鸟”工作时虽有能量损耗（如摩擦生热），但总能量保持不变，故B错误；C选项：乙醚汽化使下球内气压增大，将剩余乙醚压入上球的过程中，消耗了空气的内能，转化为“饮水鸟”的机械能，符合能量转化规律，故C正确；D选项：若空气温度很低，乙醚汽化速度会变得很慢，下球气压难以增大到推动乙醚上移，“饮水鸟”无法完成重心上移的动作，会逐渐停下来，故D错误。
【答案】C
【知识点】内能的改变、能量守恒定律、能量转化
【点评】本题以传统玩具“饮水鸟”为载体，将物理知识与传统文化结合，考查学生对基础热学、能量知识的理解与应用，需要学生准确把握汽化的吸放热特点、能量守恒的普遍性等核心知识点，分析过程需结合实际现象的物理原理，难度适中。
【难度系数】0.5
8. ★★（科学思维 质疑创新）小荣在错题记录本中记录了以下错题，请你帮她找出错误之处，分析错因并写出正确的解答过程。
错题记录
历史上最著名的永动机是“魔轮”永动机，如图所示。“魔轮”通过安放在转轮上一系列可动的悬臂实现永动，向下行方向的悬臂在重力作用下会向下落，进而驱动“魔轮”的转动。请你分析“魔轮”的钢珠在转动过程中的能量转化并说明理由。
答：“魔轮”的钢珠从高处落下的过程中，重力势能转化为动能；上升过程中，动能又转化为重力势能，继而往复转动。在往复转动过程中，不需要消耗其他形式的能量，所以“魔轮”会一直不停地转动。
错题改正
错误之处：
错因分析：
；
正确答案：
。
错题记录
历史上最著名的永动机是“魔轮”永动机，如图所示。“魔轮”通过安放在转轮上一系列可动的悬臂实现永动，向下行方向的悬臂在重力作用下会向下落，进而驱动“魔轮”的转动。请你分析“魔轮”的钢珠在转动过程中的能量转化并说明理由。
答：“魔轮”的钢珠从高处落下的过程中，重力势能转化为动能；上升过程中，动能又转化为重力势能，继而往复转动。在往复转动过程中，不需要消耗其他形式的能量，所以“魔轮”会一直不停地转动。
错题改正
错误之处：
在往复转动过程中，不需要消耗其他形式的能量
；所以“魔轮”会一直不停地转动
；错因分析：
没有考虑到能量在转化过程中的损失
；；
正确答案：
在“魔轮”的转动过程中，“魔轮”的钢珠从高处落下的过程中，重力势能转化为动能
上升的过程中，动能又转化为重力势能，虽然钢珠的重力势能和动能之间可以相互转化
但由于空气阻力、摩擦阻力等因素的存在，一部分机械能会转化为内能
因此，“魔轮”并不能一直不停地转动下去
而是会逐渐停止
。
答案
8.错误之处:在往复转动过程中,不需要消耗其他形式的能量,所以“魔轮”会一直不停地转动
错因分析:没有考虑到能量在转化过程中的损失。
正确答案:在“魔轮”的转动过程中,“魔轮”的钢珠从高处落下的过程中,重力势能转化为动能;上升的过程中,动能又转化为重力势能,虽然钢珠的重力势能和动能之间可以相互转化,但由于空气阻力、摩擦阻力等因素的存在,一部分机械能会转化为内能。因此,“魔轮”并不能一直不停地转动下去,而是会逐渐停止
错因分析:没有考虑到能量在转化过程中的损失。
正确答案:在“魔轮”的转动过程中,“魔轮”的钢珠从高处落下的过程中,重力势能转化为动能;上升的过程中,动能又转化为重力势能,虽然钢珠的重力势能和动能之间可以相互转化,但由于空气阻力、摩擦阻力等因素的存在,一部分机械能会转化为内能。因此,“魔轮”并不能一直不停地转动下去,而是会逐渐停止
解析
【分析】
要解决这道题，需结合能量守恒定律分析：能量转化过程中总能量不变，但实际中机械能会因摩擦、空气阻力等转化为内能，并非只有动能和重力势能的转化。解题时先找出原解答的错误表述，分析错因，再结合实际能量损耗得出正确结论。
【解析】
1. 错误之处：原解答中“在往复转动过程中，不需要消耗其他形式的能量，所以‘魔轮’会一直不停地转动”是错误的，忽略了能量转化中的实际损耗。
2. 错因分析：未考虑机械能转化为内能的过程，实际转动中摩擦、空气阻力会消耗机械能，导致机械能减少。
3. 正确解答：钢珠下落时重力势能转化为动能，上升时动能转化为重力势能，但因存在摩擦和空气阻力，部分机械能转化为内能，机械能不断减少，所以魔轮会逐渐停止，无法永动。
【答案】
错误之处：在往复转动过程中，不需要消耗其他形式的能量，所以“魔轮”会一直不停地转动；错因分析：没有考虑到能量在转化过程中的损失；正确答案：在“魔轮”的转动过程中，“魔轮”的钢珠从高处落下的过程中，重力势能转化为动能；上升的过程中，动能又转化为重力势能，虽然钢珠的重力势能和动能之间可以相互转化，但由于空气阻力、摩擦阻力等因素的存在，一部分机械能会转化为内能。因此，“魔轮”并不能一直不停地转动下去，而是会逐渐停止。
【知识点】
能量守恒定律、机械能转化、能量损耗
【点评】
本题通过“魔轮”永动机的错题分析，考查对能量守恒定律的实际应用，区分理想与实际的能量转化，培养科学质疑精神，避免错误认为永动机存在，是物理规律实际应用的典型题型。
【难度系数】
0.3
要解决这道题，需结合能量守恒定律分析：能量转化过程中总能量不变，但实际中机械能会因摩擦、空气阻力等转化为内能，并非只有动能和重力势能的转化。解题时先找出原解答的错误表述，分析错因，再结合实际能量损耗得出正确结论。
【解析】
1. 错误之处：原解答中“在往复转动过程中，不需要消耗其他形式的能量，所以‘魔轮’会一直不停地转动”是错误的，忽略了能量转化中的实际损耗。
2. 错因分析：未考虑机械能转化为内能的过程，实际转动中摩擦、空气阻力会消耗机械能，导致机械能减少。
3. 正确解答：钢珠下落时重力势能转化为动能，上升时动能转化为重力势能，但因存在摩擦和空气阻力，部分机械能转化为内能，机械能不断减少，所以魔轮会逐渐停止，无法永动。
【答案】
错误之处：在往复转动过程中，不需要消耗其他形式的能量，所以“魔轮”会一直不停地转动；错因分析：没有考虑到能量在转化过程中的损失；正确答案：在“魔轮”的转动过程中，“魔轮”的钢珠从高处落下的过程中，重力势能转化为动能；上升的过程中，动能又转化为重力势能，虽然钢珠的重力势能和动能之间可以相互转化，但由于空气阻力、摩擦阻力等因素的存在，一部分机械能会转化为内能。因此，“魔轮”并不能一直不停地转动下去，而是会逐渐停止。
【知识点】
能量守恒定律、机械能转化、能量损耗
【点评】
本题通过“魔轮”永动机的错题分析，考查对能量守恒定律的实际应用，区分理想与实际的能量转化，培养科学质疑精神，避免错误认为永动机存在，是物理规律实际应用的典型题型。
【难度系数】
0.3
9. 如图所示的是物理学家焦耳设计并制作的实验装置。装置中的两个配重重力不等，释放后大配重下降，小配重上升；通过反复对调左右两个配重，会使动叶轮不停地转动，从而导致热量计中水的温度上升，实现能量转化。实验中科学家某次测得数据如下：[$c_{水}=4.2×10^{3}\ \mathrm{J}/(\mathrm{kg}·°\mathrm{C})$]
小配重重力$G_{小}=100\ \mathrm{N}$，大配重重力$G_{大}=520\ \mathrm{N}$，每升降一次，配重各自移动的距离$h=1\ \mathrm{m}$，热量计中水的质量$m=500\ \mathrm{g}$，升降次数与水温变化的关系：
(1)配重升降一次对动叶轮做功
(2)水温度升高$0.19°\mathrm{C}$吸收了
(3)在该实验中
(4)(误差分析)本实验中的误差来源于
小配重重力$G_{小}=100\ \mathrm{N}$，大配重重力$G_{大}=520\ \mathrm{N}$，每升降一次，配重各自移动的距离$h=1\ \mathrm{m}$，热量计中水的质量$m=500\ \mathrm{g}$，升降次数与水温变化的关系：
(1)配重升降一次对动叶轮做功
420
J。(2)水温度升高$0.19°\mathrm{C}$吸收了
399
J的热量。(3)在该实验中
机械
能转化为内
能，根据第一组数据知配重减小的机械能大于
(填“大于”“小于”或“等于”)水增加的内能。(4)(误差分析)本实验中的误差来源于
克服摩擦做功(合理即可)
(写出一条即可)。答案
9.(1)420 (2)399 (3)机械;内;大于 (4)克服摩擦做功(合理即可) 【点拨】(1)小配重重力$G_{小}=100\ \mathrm{N}$，大配重重力$G_{大}=520\ \mathrm{N}$，每升降一次配重各自移动的距离$h=1\ \mathrm{m}$，所以配重升降一次对动叶轮做的功$W=(G_{大}-G_{小})h=(520\ \mathrm{N}-100\ \mathrm{N})×1\ \mathrm{m}=420\ \mathrm{J}$。(2)水温升高$0.19\ ℃$吸收的热量$Q=c_{水}mΔt=4.2×10^{3}\ \mathrm{J}/(\mathrm{kg}·℃)×500×10^{-3}\ \mathrm{kg}×0.19\ ℃=399\ \mathrm{J}$。(3)在该实验过程中，机械能转化为内能，包括水的内能和摩擦产生的内能；根据第一组数据可以看出，配重减小的机械能大于水增加的内能。
解析
【分析】
本题围绕焦耳实验展开，需结合功的计算、热量公式、能量转化及误差分析的知识解题：
1. 第(1)问：配重升降时，大配重下降、小配重上升，对动叶轮做的功等于大配重减少的重力势能与小配重增加的重力势能之差，利用W=(G大-G小)h计算；
2. 第(2)问：水吸收的热量用吸热公式Q吸=c水mΔt计算，注意将质量单位换算为kg；
3. 第(3)问：实验中配重的机械能转化为水的内能，结合前两问结果比较能量大小，判断能量转化关系；
4. 第(4)问：误差来源于能量损耗，如摩擦或热量散失等。
【解析】
(1) 配重升降一次对动叶轮做的功：
W = (G大 - G小)h = (520 N - 100 N) × 1 m = 420 J；
(2) 水的质量换算：m = 500 g = 0.5 kg，
水吸收的热量：
Q吸 = c水mΔt = 4.2×10³ J/(kg·℃) × 0.5 kg × 0.19 ℃ = 399 J；
(3) 实验中，配重的机械能转化为水的内能；由(1)(2)数据可知，配重减小的机械能（420 J）大于水增加的内能（399 J）；
(4) 实验中部分能量会因克服摩擦做功、热量散失到空气中等原因损耗，故误差来源可为克服摩擦做功（合理即可）。
【答案】
(1)420；(2)399；(3)机械；内；大于；(4)克服摩擦做功（合理即可）
【知识点】
功的计算、热量的计算、能量的转化
【点评】
本题以焦耳实验为背景，考查功、热量的基本计算，以及能量转化和误差分析，属于基础应用类题目，需掌握相关公式和能量转化的判断方法。
【难度系数】
0.6
本题围绕焦耳实验展开，需结合功的计算、热量公式、能量转化及误差分析的知识解题：
1. 第(1)问：配重升降时，大配重下降、小配重上升，对动叶轮做的功等于大配重减少的重力势能与小配重增加的重力势能之差，利用W=(G大-G小)h计算；
2. 第(2)问：水吸收的热量用吸热公式Q吸=c水mΔt计算，注意将质量单位换算为kg；
3. 第(3)问：实验中配重的机械能转化为水的内能，结合前两问结果比较能量大小，判断能量转化关系；
4. 第(4)问：误差来源于能量损耗，如摩擦或热量散失等。
【解析】
(1) 配重升降一次对动叶轮做的功：
W = (G大 - G小)h = (520 N - 100 N) × 1 m = 420 J；
(2) 水的质量换算：m = 500 g = 0.5 kg，
水吸收的热量：
Q吸 = c水mΔt = 4.2×10³ J/(kg·℃) × 0.5 kg × 0.19 ℃ = 399 J；
(3) 实验中，配重的机械能转化为水的内能；由(1)(2)数据可知，配重减小的机械能（420 J）大于水增加的内能（399 J）；
(4) 实验中部分能量会因克服摩擦做功、热量散失到空气中等原因损耗，故误差来源可为克服摩擦做功（合理即可）。
【答案】
(1)420；(2)399；(3)机械；内；大于；(4)克服摩擦做功（合理即可）
【知识点】
功的计算、热量的计算、能量的转化
【点评】
本题以焦耳实验为背景，考查功、热量的基本计算，以及能量转化和误差分析，属于基础应用类题目，需掌握相关公式和能量转化的判断方法。
【难度系数】
0.6
