内容正文:
内能、核能、能量转化与守恒
电能
核能
无规则运动
任何物质
越高
越
大
增加
减少
增加
减少
传递
等效
热量
增加
减少
化学变化
内能
B
做功
热传递
不能
做
功与热传递两种方法对改变物体内能是等效的
化学能
机械
能
压缩
做功
排气
D
汽化
(蒸发)吸热
做功
核裂变
核聚变
原子核裂变
内能
电能
B
C
6.C 【解析】在核反应堆中,核能转化为介质的
内能;在汽轮机中蒸汽的内能转化为汽轮机的机械
能;在发电机中,机械能转化为电能,最终输送到
电网上,因此,选项C的描述符合题意。
转化
转移
总量保持不变
能量的转化和守恒定
律
能量的转化和守恒定律
方向性
电
大
内能(或热能)
例1 内能(或热能) 【解析】两个瓶子在下滚过程
中,若不计克服摩擦做额外功,应同时到达终点。
但由于克服摩擦做功,一部分机械能转化为内能,
迟到终点的瓶子转化为额外功较多,获得的动能较
少,速度较小。
太阳(光)
不能
清洁(经济等)
B
例2 B 【解析】A.物体放在取暖器旁,物体从取
暖器中吸收热量,使物体的内能增大,属于通过热
传递改变物体的内能,故A不符合题意;B.反复弯
折铁丝,人对铁丝做功,将机械能转化为内能,使
弯折处温度升高、内能增大,是通过做功的方法改
变铁丝的内能,故B符合题意;C.食品放入电冰
箱,食品放出热量,温度降低、内能减小,属于通
过热传递改变物体的内能,故C不符合题意;D.医
生用冰袋给发热的病人降温,人体放出热量、内能
减小,属于通过热传递改变物体的内能,故D不符
合题意。故选B
内
压缩
0.2
62.5
例3 0.2 62.5 【解析】由图乙可知在2.4~
2.8s这段时间内,重物提升的高度:s=0.75m-0.5
5m=0.2m,W有用=Gh=1N×0.2m=0.2J;通电时间:
t=2.8s-2.4s=0.4s,W总=UIt=4V×0.2A×0.4s=0.32
J,η=×100%=×100%=62.5%。
B
B
例4 B 【解析】松手后,乒乓球上升至水面最后
漂浮在水面上。乒乓球在上升的过程中,水的重心
不断降低,重力势能不断减小,重力势能转化为乒
乓球的机械能,故乒乓球的机械能不断增加。故选
B。
C
A
C
B
D
LED
1∶12
弹性势能
做功
【答案】答题要素:化学能转化为内能;气体对热
气缸活塞做功,内能转化为机械能;工作介质汽化
和液化;利用飞轮惯性;工作介质的循环。 示
例:酒精灯加热将化学能转化为内能,热气缸中的
工作介质吸热汽化膨胀,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将热气缸中的工作介质
推入冷气缸并液化,活塞B又将介质推回热气缸。
如此反复。
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一、能的多种形式
考点1 列举能的多种形式(机械能、内能、电能、化学能、核能等)
能量是以多种形式存在的,常见的能量形式有机械能、内能、 电能 、化学能、 核能 等。
二、内能
1.内能含义:构成物质的大量微粒(如分子、原子、离子等)做 无规则运动 而具有的能,俗称热能。 任何物质 都有内能。
2.物体温度 ,内能
;温度越低,内能越小。
3.克服摩擦做功,能使物体的内能增加。
1.做功:对物体做功,物体的内能 增加 ;物体对外界做功,物体的内能
减少 。实质是能的形式发生了转化。
2.热传递:物体吸热,内能 增加 ;物体放热,内能 减少 。实质是内能从高温物体传递到低温物体,或者内能从同一物体的高温部分 传递 到低温部分的过程。能的形式未发生转化
注意:做功和热传递对改变物体的内能是 等效 的。
考点4 知道在热传递过程中用热量来量度内能的变化
在热传递中,传递的能量多少叫 热量 。低温物体从外界吸收多少热量,内能就 增加 多少;高温物体向外界放出多少热量,内能就 减少 多少。
1.化学能是物质发生化学反应时所释放的能量,它不能直接用来做功,只有在发生 化学变化 的
候才释放出来,变成内能或者其他形式的能量。
2.化学能与内能的转化
常见吸热反应: 内能 转变为化学能
大多数分解反应;大多数需要加热或高温条件下才能进行的反应。
常见放热反应:化学能转变为内能
燃烧;中和反应;金属与酸反应;一般化合反应(如生石灰和水反应)。
1.将冰块放在泡沫箱中可制成简易“冰箱”,把一瓶饮料放入“冰箱”后,冰块和饮料的温度随时间变化的曲线如图所示。在两物体温度达到相同之前,下列说法正确的是( B )
A.甲是冰块 B.乙吸收热量
C.甲内能增加 D.乙内能减少
2.如图,一只瓶子内装有一些铁屑。我们既可以通过振荡,也可以通过加热,使铁屑的温度升高,内能增大。从改变物体内能的方法来看,前者是通过 做功 的方法,后者是通过 热传递 的方法来增大铁屑的内能。如果你没有看到内能改变的过程,仅凭铁屑温度的改变,能否确定采用了什么方法改变了铁屑的内能? 不能 (填“能”或“不能”),这是因为 做功与热传递两种方法对改变物体内能是等效的 。
三、热机
考点6 说出汽油机的工作过程,知道汽油机的能量转化
1.热机是指各种利用内能做功的机械。热机原理是将燃料的 化学能 转化成内能再转化成 机械能 。
2.热机的四个冲程:吸气冲程、 压缩 冲程、 做功 冲程、 排气 冲程
3.如图所示,在试管内装适量的水,用橡皮塞塞紧管口,加热一段时间后橡皮塞冲出,同时管口附近产生“白气”。以下分析不正确的是( D )
A.水温上升时,水的内能增加
B.加热时管内的水不断汽化
C.管内气体对橡皮塞做功,其内能减少
D.试管口的“白气”是水蒸气
4.我们经常会看到一边行驶一边向空中喷雾的汽车,人们形象地将它称为雾炮车(如图)。喷向空中的水雾能使尘埃粒子快速沉降到地面,起到净化空气的作用。
(1)喷向空中的水雾,有许多在掉向地面之前已经在空中散失了,还能起到降温作用。其原理是 汽化(蒸发)吸热 。
(2)该雾炮车的发动机是柴油机。柴油机四个冲程中的 做功 冲程实现了内能转化为机械能,从而驱动雾炮车
前进。
四、核能的利用
考点7 知道裂变和链式反应,知道聚变和热核反应
1.含义:原子核是可以改变的,且在有些改变的过程中还会释放出巨大的能量,这种能量叫做核能。
2.获得核能的途径
重核裂变:质量较大的原子核在中子轰击下分裂成两个新原子核,并释放出能量的过程。
原子弹:根据 核裂变 的原理制成。
轻核聚变:两个质量较小的原子核结合成质量较大的新核,同时释放出能量的过程。
氢弹:根据 核聚变 的原理制成。
1.原子核的裂变和聚变都会产生一些放射性物质,如α射线、γ射线、X射线、β射线等。
2.大量放射线对人畜会造成很大的伤害。如:建造核电站通常要修建很厚的水泥防护层,防止放射线外泄。
3.较小量的射线可以为人类做许多事。如:利用γ射线探伤;育种;放射线治疗肿瘤等疾病。
1.核电站原理: 原子核裂变 。
2.核电站的能量转化:核能→ 内能 →机械能→ 电能 。
5.如图表示用中子轰击铀-235原子核产生氪核和钡核的模型。下列叙述正确的是( B )
A.该模型表示的是核聚变
B.该反应产生的中子可继续轰击其他铀核形成链式反应
C.该反应不会产生放射性物质
D.不能用该反应获得能量的方式来发电
核电站发电流程如图所示,在核电站的发电过程中,下列所述能量转化顺序正确的是( C )
A.核能→化学能→内能→电能
B.核能→化学能→机械能→电能
C.核能→内能→机械能→电能
D.核能→机械能→内能→电能
6.C 【解析】在核反应堆中,核能转化为介质的内能;在汽轮机中蒸汽的内能转化为汽轮机的机械能;在发电机中,机械能转化为电能,最终输送到电网上,因此,选项C的描述符合题意。
五、能量的转化与守恒
1.能量既不会消灭,也不会创生,它只会从一种形式 转化 为其他形式,或者从一个物体 转移 到另一个物体,而在转化和转移的过程中,能的 总量保持不变 ,这就是 能量的转化和守恒定律 。
2.能量的转化和守恒定律是自然科学最基本的规律。“永动机”是不可能成功的,因为它违背了
量的转化和守 恒定律。
考点11 举例说出能量的转化与传递有一定的方向性
能量的转化与传递有一定的 方向性 。例如热能可以从高温物体转移到低温物体,而不能自发地从低温物体转移到高温物体;可燃物可以通过燃烧将化学能转化成内能,但不可能将内能自发地转化成化学能。
1.能量利用效率是指有效利用的能与总能量之比。
2.提高能量利用效率的方法:减少能量浪费和损失;改进机械设备。
7.衢江抽水蓄能电站,其工作原理如图,用电低谷时(如深夜),电站利用电网多余电能把水从下水库抽到上水库中储存起来;用电高峰时,再利用上水库中的水发电。
(1)蓄能时,水被抽到上水库,此过程是将 电 能转化为水的机械能。
(2)抽水蓄能电站选址衢江黄坛口,不仅因当地水资源丰富,同时还考虑到当地地势较陡,这样建成的电站上、下水库的高度差比较 大 ,有利于蓄能与发电。
如图所示,两只相同的塑料瓶,分别装有相等质量的水和沙子,从斜面的相同高度同时由静止滚下,结果装水的瓶子会先到达终点。原因是装水的瓶子在下滚过程中,通过克服摩擦做功把势能转化成的 内能(或热能) 较少,从而获得较大的动能。
例1 内能(或热能) 【解析】两个瓶子在下滚过程中,若不计克服摩擦做额外功,应同时到达终点。但由于克服摩擦做功,一部分机械能转化为内能,迟到终点的瓶子转化为额外功较多,获得的动能较少,速度较小。
1.如图是我国在宁夏建造的一座试验性发电站的示意图,阳光穿过透明的集热棚顶使棚内空气变热,热空气从烟囱中上冲,带动发电机发电。这种发电站利用的能源是 太阳(光) 能。这种发电站 不能 (填“能”或“不能”)将获得的能量完全转化为电能。这种发电方式与火力发电相比的优点是 清洁(经济等) (写出一条即可)。
下列实例中,通过做功改变物体内能的是( B )
A.物体放在取暖器旁温度升高
B.反复弯折铁丝,弯折处温度升高
C.食品放入电冰箱后温度降低
D.医生用冰袋给发热的病人降温
例2 B 【解析】A.物体放在取暖器旁,物体从取暖器中吸收热量,使物体的内能增大,属于通过热传递改变物体的内能,故A不符合题意;B.反复弯折铁丝,人对铁丝做功,将机械能转化为内能,使弯折处温度升高、内能增大,是通过做功的方法改变铁丝的内能,故B符合题意;C.食品放入电冰箱,食品放出热量,温度降低、内能减小,属于通过热传递改变物体的内能,故C不符合题意;D.医生用冰袋给发热的病人降温,人体放出热量、内能减小,属于通过热传递改变物体的内能,故D不符合题意。故选B
2.如图所示,用力将空气压缩引火仪的活塞迅速下压,玻璃筒底部的棉花冒烟燃烧,下压过程将机械能转化为 内 能,此过程与汽油机的 压缩 冲程能量转化形式相同。
物理兴趣小组的同学用图甲所示的装置来提升重物M,图乙是物体上升过程某段时间内的s-t图线。已知物体重为1N,闭合开关后,在2.4~2.8s这段时间内,电流表和电压表的示数分别为0.2A和4V,则2.4~2.8s这段时间内该装置提升重物做的有用功为 0.2 J,它的效率是 62.5 %。
例3 0.2 62.5 【解析】由图乙可知在2.4~2.8s这段时间内,重物提升的高度:s=0.75m-0.55m=0.2m,W有用=Gh=1N×0.2m=0.2J;通电时间:t=2.8s-2.4s=0.4s,W总=UIt=4V×0.2A×0.4s=0.32J,η=×100%=×100%=62.5%。
3.立定跳远是我市体育中考项目之一,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( B )
A.起跳时,没有受到地面对他的作用
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
【提醒】解决此题的关键是知道乒乓球上升的过程中,水的重心不断降低。
把一乒乓球压入盛有水的烧杯底部(如图所示),松手后,乒乓球上升至水面最后漂浮在水面上。乒乓球在上升的过程中,它的机械能不断增加。下列关于乒乓球机械能来源的说法中正确的是( B )
A.是由水的内能转化来的
B.是由水的重力势能转化来的
C.是由乒乓球的内能转化来的
D.是由乒乓球的化学能转化来的
例4 B 【解析】松手后,乒乓球上升至水面最后漂浮在水面上。乒乓球在上升的过程中,水的重心不断降低,重力势能不断减小,重力势能转化为乒乓球的机械能,故乒乓球的机械能不断增加。故选B。
1.在如图所示的“汽油机模型”实验中,将少量的汽油喷入筒内,用软木塞塞住筒口,摇动起电机,观察到放电针放电,汽油燃烧,软木塞被高温高压的气体冲出。该实验可模拟四冲程汽油机工作时的( C )
A.吸气冲程 B.压缩冲程
C.做功冲程 D.排气冲程
2.现在流行一款鞋,穿上它走路时,鞋会发光,站着不动就不会发光。则这款鞋发光的原理,从能量转化的角度分析正确的是( A )
A.机械能转化为电能,再转化为光能
B.电能转化为机械能,再转化为光能
C.机械能转化为光能,再转化为电能
D.光能转化为机械能,再转化为电能
3.在无风的环境中雨滴的降落可简化为两个过程,先加速竖直降落,后匀速竖直降落。雨滴(忽略质量变化)在( C )
A.加速降落过程中只受重力作用
B.加速降落过程中机械能逐渐增大
C.匀速降落过程中减少的重力势能全都转化成内能
D.匀速降落过程中机械能保持不变
4.根据能量守恒定律,下列情形可能发生的是( B )
A.随着科学技术不断发展和提高,永动机是可以制成的
B.两个斜面相对连接,小球从左斜面滚下后冲上右斜面
C.电水壶里的水沸腾后断电,水的沸腾却一直持续下去
D.出枪膛的子弹射穿木板后,以更快的速度继续运动
5.下列说法正确的是( D )
A.热量总是从内能大的物体向内能小的物体传递
B.雪花纷飞,说明分子不停地做无规则运动
C.同一物体,温度降低得越多,放出的热量越多
D.汽油机的压缩冲程,汽缸内的混合物内能增加,温度升高
6.绿色生态理念要求人们注重环保节能。如图是额定功率为5W的LED灯与60W的白炽灯,LED灯直接把电转化为光,白炽灯由灯丝通电加热发光,正常工作时,它们亮度相同。
(1)使用 LED 灯照明更符合绿色生态理念。
(2)两灯都正常工作时,相等时间内通过LED灯和白炽灯的电流所做的功之比为 1∶12 。
7.蹦蹦杆备受青少年喜爱,如图是小明玩蹦蹦杆的情景。小明依靠自身的重力挤压蹦蹦杆下端的弹簧时,原有的重力势能就以 弹性势能 的形式储存在弹簧中。跃起后,蹦蹦杆离开地面,小明和蹦蹦杆一起向上运动,随后又向下运动。往返多次后,弹簧的温度有所升高,这是通过 做功 的方式改变了弹簧的内能。
8.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。
【答案】答题要素:化学能转化为内能;气体对热气缸活塞做功,内能转化为机械能;工作介质汽化和液化;利用飞轮惯性;工作介质的循环。 示例:酒精灯加热将化学能转化为内能,热气缸中的工作介质吸热汽化膨胀,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将热气缸中的工作介质推入冷气缸并液化,活塞B又将介质推回热气缸。如此反复
9.汽车工程师探究单个轮胎滚动阻力与行驶速度、轮胎气压、轮胎品牌的关系。根据收集到的数据,绘制了如图所示的图像。
第9题图
(1)工程师在探究单个轮胎滚动阻力与轮胎气压的关系时,应控制的变量有 行驶速度和轮胎品牌 。
(2)工程师在探究单个轮胎滚动阻力与行驶速度的关系时,轮胎克服最小阻力做功的功率大小为 1050 W。
(3)实践证明,当汽车轮胎气压增大到一定值后,汽车的安全性会随之降低。请综合考虑汽车安全性,结合以上实验数据,提出能有效减小汽车能耗的建议: 选择合适的轮胎在较为合适的气压下以90km/h左右的速度行驶 。
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