2.4 -2.5 核能 能的转化与能量守恒（举一反三·讲义）科学新教材浙教版九年级上册

2.4 -2.5 核能 能的转化与能量守恒 【新教材浙教版】 【知识框架+知识精讲（2个知识归纳）+课后作业（12基础6强化题）】 模块二 知识精讲 知识归纳 【知识点1 核能】 1. 放射性 （1）放射性 物质具有发出射线的性质称为放射性。 （2）放射性元素 具有放射性的元素称为放射性元素。铀、钍、镭都是放射性元素。 （3）天然放射现象 自发地发出射线的现象称为天然放射现象。 （4）三种主要的放射线 放射线 组成 穿透本领 α射线 带正电的高速运动的氦原子核流 最弱，在空气中只能前进几厘米 β射线 带负电的高速运动的电子流 较强，很容易穿透黑纸，还能穿透几毫米厚的铝板 γ射线 高能的电磁波 最强，能穿透几厘米厚的铅板和几十厘米厚的混凝土 【点拨】放射性的特点 (1)一种元素具有放射性，无论它是以单质还是以化合物形式存在，都具有放射性。 (2)放射性的强度不受温度、外界压强的影响。 【说明】(1)原子核的裂变和聚变都会产生一些放射性物质，这些物质的原子核内部会向外辐射出肉眼看不见的、能量很高的射线，如α射线、β射线和γ射线。 (2)放射性物质既有天然放射性物质，也有人工放射性物质。 （5）放射性的利与弊 ①利 行业 应用 工业 利用放射线来测量物体厚度；用γ射线对机械设备进行探伤 农业 利用放射线照射种子，使其变异，培育新的优良品种；利用放射线可以杀菌 医疗 利用γ射线治疗癌症 ②弊：过量的高能量的放射线照射对人体和动植物的组织有破坏作用。 2.裂变和聚变 （1）核能 概念：当质量较大的原子核发生分裂或者质量较小的原子核相互结合时释放出的能量，称为核能。 获得途径：原子核的裂变和原子核的聚变。 （2）核裂变 概念：质量较大的原子核在中子轰击下分裂成2个质量中等的原子核，同时释放出巨大的能的现象。如用中子轰击铀-235原子核，铀核就会分裂成为氪核和钡核，并释放出核能，同时产生2~3个新的中子。例如，1kg铀原子核全部裂变为氪-89原子核和钡-144原子核时释放的核能，超过了2000t煤完全燃烧释放出的化学能。 链式反应：每个铀核裂变时会产生几个中子，这些中子又会继续轰击其他铀核，使其他铀核裂变并产生更多的中子，这样就会导致一系列铀核持续裂变，产生链式反应。 应用：原子弹、核电站都是根据核裂变的原理制成的。原子弹属于不加控制的链式反应；核电站属于可控制的链式反应。 【辨析】分清裂变和聚变的概念 (1)裂变是重核的分裂，聚变是轻核的聚合。 (2)到目前为止，裂变的链式反应是可以控制的，而聚变是不可控制的。 （3）核聚变 概念：2个质量很小的原子核结合成新原子核，同时释放出能的现象。由于核聚变需要极高的温度引发，所以核聚变也叫作热核反应。氘核(核内有1个质子和1个中子的氢核)和氚核(核内有1个质子和2个中子的氢核)在超高温下聚合成新的原子核——氦核，并释放出1个中子，同时释放巨大的核能。 释放能量情况：质量相同的核燃料，核聚变反应释放的核能比核裂变反应释放的核能要多得多。 应用：氢弹是根据核聚变的原理制造的，它的威力比原子弹大得多。在太阳的内部，氢原子核在超高温下发生核聚变，释放出巨大的核能。 【拓展】核聚变需要的温度极高，目前只能依靠核裂变给它提供。例如，氢弹就必须要用原子弹的爆炸来引爆。当前，人类还不能控制核聚变使其平稳释放能量。 3.核能的和平利用——核电站 （1）核反应堆 可控制地进行核反应的装置，称为核反应堆。核反应堆是核电站的核心部分。 （2）核电站的工作原理 利用核反应堆提供的能，使水变成水蒸气，再利用高温高压的水蒸气推动汽轮发电机发电。 【提示】(1)核电站利用核能发电，其核心设备是核反应堆。核电站的核反应堆是利用可控的核裂变反应释放核能的设备。 (2)核泄漏是指大量放射性的物质外泄，会对环境造成严重的破坏，因此核电站的安全应得到高度重视。 （3）核电站的工作过程 第一回路中的水被水泵压入反应堆，在那里被加热，然后进入热交换器，把热量传给第二回路的水，然后又被水泵压回到反应堆里；在热交换器内，第二回路的水经加热生成高温高压蒸汽，被送入汽轮机驱动汽轮机做功后温度降低、压强减小，进入冷凝器，最后又由水泵把它压回热交换器。高速旋转的汽轮机带动发电机发电。 （4）核电站的能量转化过程 核能→内能→机械能→电能。 （5）核废料的处理 先在核电站内专用的废物库暂存，然后送到人烟稀少、地质稳定、地下水位低又远离天然水源的处置场永久存放。 【例3】核电站利用核能发电，其核心设备是核反应堆。有关核能的利用，下列说法中正确的是（ ） A.核反应堆所用的核燃料是氢的同位素 B.核电站产生的核废料对环境没有污染 C.目前核电站都是通过核裂变来释放核能 D.核反应堆中发生的链式反应无法控制 【例1】关于放射性，下列说法正确的是（ ） A.放射性物质在外界的影响下发出穿透能力很强的射线 B.α射线是电中性的高速运动的氦原子核流 C.β射线是带负电的高速运动的电子流 D.放射性物质产生的辐射对人体组织都有破坏作用 【例2】新一代人造太阳“中国环流器三号”实现百万安培亿度H模，即装置同时实现等离子体电流一百万安培、离子温度1亿摄氏度、高约束模式运行，综合参数聚变三乘积再创新高，达到10的20次方量级，中国聚变快速挺进燃烧实验。下列说法不正确的是（ ） A.新一代人造太阳的原理与氢弹的原理相同 B.目前核电站是利用核裂变反应释放能量发电的 C.任何原子内部都有原子核，所以利用任何物质都能获得核能 D.超高温是核聚变反应需要满足的条件之一 【知识点2 能的转化与能量守恒】 1.能的相互转化 (1)能的转移：同一形式的能从一个物体转移到另一个物体(或从物体的一部分转移到另一部分)。 (2)能的转化：不同形式的能从一种形式转化为另一种形式。如： ①太阳能的转化 电磁能(光能)： 照射到植物叶片上→植物的化学能 照射到大气层中→空气的动能 照射到太阳能热水器上→水的内能 照射到太阳能电池板上→电能 ②人体需要的能的来源及转化：人体所需的能都来自食物，食物的化学能转化为人体的内能、电能、机械能等。 ③火力发电厂的能的转化：燃料的化学能转化成内能，内能转化成涡轮机的机械能，机械能转化成电能。 ④化学反应中能的转化：化学反应中还伴随着能的转化。铜片、锌片和稀硫酸可形成原电池，将化学能转化为电能；烟花燃放时，化学能转化为光能和内能；蓄电池放电时，化学能转化为电能。 （3）能的转化和转移的普遍性 不同形式的能可以在一定条件下相互转化，也可以在不同的物体间相互转移。平常我们所说的“消耗能”“利用能”或“获得能”，实质上就是能的相互转化或转移的过程。光合作用能的转化过程如下图： 2.能量守恒定律 （1）内容 能量既不会消灭，也不会创生，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。而在转化和转移的过程中，能的总量保持不变。这就是能量守恒定律。 （2）意义 能量守恒定律是自然界最普遍、最重要的基本定律之一。无论是机械运动，还是生命运动，无论是宇宙天体，还是微观粒子，都遵循这个定律。 提示：能的转化可涉及两种或两种以上形式的能；能的转化是能的形式发生了变化，而能的转移只是能的载体发生了变化。 （3）永动机——不可能成功 所谓“永动机”是指不消耗任何能量和燃料，却能源源不断对外做功的机器。“永动机”不可能成功的事实告诉我们，违反能量守恒定律的事件是不可能发生的。能量是不可能凭空创造出来的。 （4）机械能守恒定律与能量守恒定律的区别 机械能守恒是有条件的，只有重力或弹力做功，即只存在动能和势能之间的转化，不存在机械能与其他形式能的转化；而能量守恒是没有条件的。 3.能的转移和转化的方向性 （1）转移的方向性 内能只能自发地从高温物体转移到低温物体。 电冰箱、空调制冷，都是从低温物体的内部吸热，向外面放热，使内能从低温物体转移到高温物体。这种转移不是自发进行的，必须要有附加的条件：消耗电能，电动机(压缩机)做功。 （2）转化的方向性 内能和其他形式的能(如电能、机械能等)的相互转化具有方向性，其他形式的能可以无条件(自发地)地转化为内能，而内能不可以无条件地转化为其他形式的能。 如汽车制动刹车时，由于摩擦，机械能转变成地面、轮胎及空气的内能，但是这些内能不能再次转化为汽车的机械能而使汽车重新启动。 【例3】学习了能的转化和守恒定律后，用学过的知识回答下列问题。 (1)当杂技演员沿竹竿下滑时，演员的重力势能有一部分转化为手和竹竿的内能，使竹竿和手的温度升高。但是，相反的过程不会自发地发生，即手和竹竿不可能自发地降低温度，而使人的位置升高，这个现象表明，能的转移和转化有一定的______。 (2)如图所示，A物体上升，B物体下降，此过程中能发生了______(填“转移”或“转化”)。 【例1】小乐用塑料瓶制作水火箭，先在瓶里装适量水，然后将带有阀门的金属管插入瓶塞，旋紧瓶塞后用打气筒往瓶里打足气，如图甲所示；打开阀门后，水从尾部的金属管向下喷出，水火箭向上飞向空中，如图乙所示。下列分析正确的是（ ） A.上升过程中，喷出的水对水火箭有向下的推力 B.上升过程中，水火箭瓶内气体的内能减少 C.上升过程中，水火箭的重力势能转化为动能 D.下降过程中，水火箭的机械能逐渐增大 【例2】喝水鸟是一款玩具，其结构如图甲。给头部滴一次水，能发现玻璃管内乙醚逐渐上升，“鸟身”逐渐绕支点顺时针转动；当身体接近水平时，玻璃管底部露出液面，头部的液体又回到底部，“鸟身”逐渐绕支点逆时针转动恢复初始状态。若鸟身前放一杯水，使鸟头前倾时能够沾到水，保持鸟头湿润，此过程可反复进行，因此又被称为“永动鸟”。请回答。 (1)给头部滴水的目的是利用水蒸发_________(填“吸收”或“放出”)热量，使头部温度下降。 (2)头部温度降低后，头部玻璃泡内的乙醚蒸气会_________ (填物态变化名称)，使头部气压小于尾部气压。 (3)喝水鸟并非“永动机”，其运动过程消耗了________能，转化为鸟的机械能。 模块三 课后作业 基础巩固 考点1 放射性 1.下列关于放射性现象、原子核和核能的说法中，正确的是（ ） A.通过对放射性现象的研究，物理学家确认，原子核由质子和电子组成 B.放射性现象有着广泛的应用，但是过量的辐射对人体有害 C.目前的核电站是利用核聚变释放的核能来发电的 D.核聚变的原料“铀”在地球上的储量非常有限 2.铱−192发出的物质能穿透三十多毫米厚的钢板，这一性质可用于金属内部探伤。结合图示可推知，铱−192发出的物质，最有可能用于金属内部探伤的是________。 考点2 裂变和聚变 3.（2026浙江绍兴期末)核电站利用了________的核裂变。我国自主设计、建造的“东方超环”核反应装置用于研究如图所示的核反应，这种反应叫核_____（填“裂”或“聚”）变。 4.（2026浙江宁波期中)2025年4月16日，全球首个陆上商用模块式小型堆“玲龙一号”首台主泵成功就位，这进一步彰显了我国在新型核能系统的综合实力。它利用如图所示的核反应释放的能量来发电，该反应属于核____________(填“裂变”或“聚变”)，与太阳内部发生的核反应____________(填“相同”或“不同”)。 考点3 核能的和平利用——核电站 5.（2026浙江杭州期末)“华龙一号”是中国核电走向世界的“国家名片”。关于核电站，下列说法中不正确的是（ ） A.核电站的核心是核反应堆，它可以将核能转化为内能 B.核电站是利用核聚变产生的能量来发电的 C.反应堆中的反应是可控的 D.核能的使用需要防止放射性造成的伤害 考点4 能的相互转化 6.（2025浙江杭州调研)下列说法中正确的是（ ） A.电饭锅工作时，将内能转化为电能 B.电风扇工作时，将机械能转化为电能 C.干电池给灯泡供电时，将电能转化为化学能 D.在阳光照射时，太阳能电池将太阳能转化为电能 7. 2025年9月24日，我国太原卫星发射中心在山东日照附近海域使用捷龙三号运载火箭，成功将吉利星座06组卫星和北大时空星01试验星送入预定轨道，发射任务获得圆满成功。燃料燃烧推进卫星运动，主要发生的能量转化是（ ） A.化学能→内能→机械能 B.电能→光能→化学能 C.核能→内能→动能 D.太阳能→电能→热能 考点5 能量的转化与守恒定律 8.下图是小嘉制作的“能的转化与守恒”概念图(部分)。 请你在概念图中填入合适的内容。①________________；②____________。 9.（2025浙江温州期末)如图所示，A点的高度H大于B点的高度h，让小球从A点由静止开始下滑，沿光滑轨道到达B点后离开(不计空气阻力)，在小球由A点运动到O点的过程中，小球的重力势能是____________(填“增大”“不变”或“减小”)的，小球在B点的机械能____________(填“大于”“等于”或“小于”)在A点的机械能，小球离开B点后的运动轨迹可能是图中的_____ (填“𝑎”“𝑏”“𝑐”或“d”)曲线。 考点6 能量的转移和转化的方向性 10.（2025浙江衢州期末)各种形式的能量都不是孤立的，都可以在一定条件下发生转化，且能量的转化是有方向性的，下面几幅图按能量转化的顺序，排列正确的是（ ） A.①②③④ B.②③④① C.④③①② D.②①③④ 11.（2026浙江杭州模拟)某铁路车站的节能设计方案如图所示，进站和出站的轨道都与站台构成一个缓坡。列车刹车过程中，由于摩擦，一些机械能会转化成内能散失在空气中，散失在空气中的内能却不能自动再转化为________________，这是因为能量的转化或转移具有方向性；缓坡设计能够以______________ (填“动能”“重力势能”或“内能”)的形式储存能量，减少因刹车引起的损耗，起到节能作用。 易错点 易混淆能量的转化和转移 12.下列四种现象中，只发生能的转移而不发生能的转化的是（ ） A.太阳能发电 B.闭合开关后，灯泡发光 C.烧水时，水蒸气顶起壶盖 D.冬天，用手摸户外的金属栏杆时手变冷 【易错警示】能量在两个物体之间转移时，能的形式不变；各种形式的能量在一定条件下可以相互转化，转化后能的形式改变。 强化提升 1.（2025浙江杭州期末)原子弹与核电站的根本区别是（ ） A.原子弹利用核裂变，核电站利用核聚变 B.原子弹利用核聚变，核电站利用核裂变 C.原子弹对裂变的链式反应不加控制，核电站控制裂变的链式反应速率 D.原子弹对聚变的链式反应不加控制，核电站控制聚变的链式反应速率 2.（2025浙江湖州期末)能量的转化是自然界普遍存在的现象。下列关于能量转化的分析不正确的是（ ） A.水果电池：电能→化学能 B.电灯发光：电能→光能 C.光合作用：光能→化学能 D.钻木取火：机械能→内能 【关键点拨】能量转化的过程中，必定有一种能量减少，另一种能量增加；分析能量转化时，就看什么能量减少了，什么能量增加了，总是减少的能量转化为增加的能量。 3.（2026浙江温州期末)(多选)如图是某射击运动员测试子弹究竟能穿过多少个水气球的实验。实验中子弹在穿过第四个水气球时就被挡了下来，而且子弹由于熔化发生形变。针对以上过程，下列说法中正确的是（ ） A.子弹在水气球中运动时，将机械能转化为了内能 B.此过程不遵循能量守恒定律 C.气球内水温变化不大，水的内能不变 D.子弹熔化变形，是通过做功的方式使内能增大的 4.（2026浙江绍兴期末)在“航天日”主题活动中，小明用塑料瓶自制了“水火箭”(如图所示)。发射时，“水火箭”向下喷水从而获得升空的动力。“水火箭”飞出后，瓶内气体内能____________，在整个过程中，能量的总量是__________。(两空均填“增大”“减小”或“不变”) 甲 乙 5.（2025浙江宁波模拟)“绿电”越来越受到全世界的欢迎，风力发电就是绿色电力。一台中型的风力发电机，在风力稳定的情况下，风机叶片的旋转速度比电风扇慢许多，转一圈平均需3s，风机叶片转200圈可以发电250kW⋅h。请回答下列问题： （1）从能量转化的角度分析，风力发电是将______________转化为电能。 （2）在风力稳定的情况下，该发电机发电功率为W。 6.有一种古老玩具叫“饮水鸟”，其内部装有乙醚液体，鸟头(上球)四周包有棉花，平时如图甲所示，鸟身略向前倾，上球和下球空间中充满乙醚的饱和蒸汽。当给鸟嘴滴上水后，水蒸发吸热，使上球中乙醚蒸气的温度下降，气压减小，下球中的部分乙醚被压到上球，于是形成如图乙所示的状态，鸟嘴“喝水”。同时上、下球中的乙醚蒸气混合，气压趋于一致，上球中的乙醚由于重力又回流到下球，“饮水鸟”的姿态又回到图甲的状态，如此循环往复。“饮水鸟”获得的机械能是由气体的__________能转化而来的。 第 3 页 共 13 页 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 2.4 -2.5 核能 能的转化与能量守恒 【新教材浙教版】 【知识框架+知识精讲（2个知识归纳）+课后作业（12基础6强化题）】 模块二 知识精讲 知识归纳 【知识点1 核能】 1. 放射性 （1）放射性 物质具有发出射线的性质称为放射性。 （2）放射性元素 具有放射性的元素称为放射性元素。铀、钍、镭都是放射性元素。 （3）天然放射现象 自发地发出射线的现象称为天然放射现象。 （4）三种主要的放射线 放射线 组成 穿透本领 α射线 带正电的高速运动的氦原子核流 最弱，在空气中只能前进几厘米 β射线 带负电的高速运动的电子流 较强，很容易穿透黑纸，还能穿透几毫米厚的铝板 γ射线 高能的电磁波 最强，能穿透几厘米厚的铅板和几十厘米厚的混凝土 【点拨】放射性的特点 (1)一种元素具有放射性，无论它是以单质还是以化合物形式存在，都具有放射性。 (2)放射性的强度不受温度、外界压强的影响。 【说明】(1)原子核的裂变和聚变都会产生一些放射性物质，这些物质的原子核内部会向外辐射出肉眼看不见的、能量很高的射线，如α射线、β射线和γ射线。 (2)放射性物质既有天然放射性物质，也有人工放射性物质。 （5）放射性的利与弊 ①利 行业 应用 工业 利用放射线来测量物体厚度；用γ射线对机械设备进行探伤 农业 利用放射线照射种子，使其变异，培育新的优良品种；利用放射线可以杀菌 医疗 利用γ射线治疗癌症 ②弊：过量的高能量的放射线照射对人体和动植物的组织有破坏作用。 2.裂变和聚变 （1）核能 概念：当质量较大的原子核发生分裂或者质量较小的原子核相互结合时释放出的能量，称为核能。 获得途径：原子核的裂变和原子核的聚变。 （2）核裂变 概念：质量较大的原子核在中子轰击下分裂成2个质量中等的原子核，同时释放出巨大的能的现象。如用中子轰击铀-235原子核，铀核就会分裂成为氪核和钡核，并释放出核能，同时产生2~3个新的中子。例如，1kg铀原子核全部裂变为氪-89原子核和钡-144原子核时释放的核能，超过了2000t煤完全燃烧释放出的化学能。 链式反应：每个铀核裂变时会产生几个中子，这些中子又会继续轰击其他铀核，使其他铀核裂变并产生更多的中子，这样就会导致一系列铀核持续裂变，产生链式反应。 应用：原子弹、核电站都是根据核裂变的原理制成的。原子弹属于不加控制的链式反应；核电站属于可控制的链式反应。 【辨析】分清裂变和聚变的概念 (1)裂变是重核的分裂，聚变是轻核的聚合。 (2)到目前为止，裂变的链式反应是可以控制的，而聚变是不可控制的。 （3）核聚变 概念：2个质量很小的原子核结合成新原子核，同时释放出能的现象。由于核聚变需要极高的温度引发，所以核聚变也叫作热核反应。氘核(核内有1个质子和1个中子的氢核)和氚核(核内有1个质子和2个中子的氢核)在超高温下聚合成新的原子核——氦核，并释放出1个中子，同时释放巨大的核能。 释放能量情况：质量相同的核燃料，核聚变反应释放的核能比核裂变反应释放的核能要多得多。 应用：氢弹是根据核聚变的原理制造的，它的威力比原子弹大得多。在太阳的内部，氢原子核在超高温下发生核聚变，释放出巨大的核能。 【拓展】核聚变需要的温度极高，目前只能依靠核裂变给它提供。例如，氢弹就必须要用原子弹的爆炸来引爆。当前，人类还不能控制核聚变使其平稳释放能量。 3.核能的和平利用——核电站 （1）核反应堆 可控制地进行核反应的装置，称为核反应堆。核反应堆是核电站的核心部分。 （2）核电站的工作原理 利用核反应堆提供的能，使水变成水蒸气，再利用高温高压的水蒸气推动汽轮发电机发电。 【提示】(1)核电站利用核能发电，其核心设备是核反应堆。核电站的核反应堆是利用可控的核裂变反应释放核能的设备。 (2)核泄漏是指大量放射性的物质外泄，会对环境造成严重的破坏，因此核电站的安全应得到高度重视。 （3）核电站的工作过程 第一回路中的水被水泵压入反应堆，在那里被加热，然后进入热交换器，把热量传给第二回路的水，然后又被水泵压回到反应堆里；在热交换器内，第二回路的水经加热生成高温高压蒸汽，被送入汽轮机驱动汽轮机做功后温度降低、压强减小，进入冷凝器，最后又由水泵把它压回热交换器。高速旋转的汽轮机带动发电机发电。 （4）核电站的能量转化过程 核能→内能→机械能→电能。 （5）核废料的处理 先在核电站内专用的废物库暂存，然后送到人烟稀少、地质稳定、地下水位低又远离天然水源的处置场永久存放。 【例3】核电站利用核能发电，其核心设备是核反应堆。有关核能的利用，下列说法中正确的是（ ） A.核反应堆所用的核燃料是氢的同位素 B.核电站产生的核废料对环境没有污染 C.目前核电站都是通过核裂变来释放核能 D.核反应堆中发生的链式反应无法控制 【答案】C 【解析】核反应堆内发生的是裂变反应，所用的核燃料不是氢的同位素；核电站产生的核废料对环境仍然有放射性污染；核反应堆中发生的链式反应可以控制。 【例1】关于放射性，下列说法正确的是（ ） A.放射性物质在外界的影响下发出穿透能力很强的射线 B.α射线是电中性的高速运动的氦原子核流 C.β射线是带负电的高速运动的电子流 D.放射性物质产生的辐射对人体组织都有破坏作用 【答案】C 【解析】放射性物质会自发地发出穿透能力很强的射线，不需要外界条件，A错误；α射线是带正电的高速运动的氦原子核流，B错误；放射性物质产生的辐射对人体组织的破坏作用与它的强度有关，如果剂量合适，则不会对人体造成伤害，D错误。 【例2】新一代人造太阳“中国环流器三号”实现百万安培亿度H模，即装置同时实现等离子体电流一百万安培、离子温度1亿摄氏度、高约束模式运行，综合参数聚变三乘积再创新高，达到10的20次方量级，中国聚变快速挺进燃烧实验。下列说法不正确的是（ ） A.新一代人造太阳的原理与氢弹的原理相同 B.目前核电站是利用核裂变反应释放能量发电的 C.任何原子内部都有原子核，所以利用任何物质都能获得核能 D.超高温是核聚变反应需要满足的条件之一 【答案】C 【解析】任何原子内部都有原子核，原子核的能量释放出来需要一定的条件，但是在当前的技术条件下，并不是任何核能都能被释放出来利用。 【知识点2 能的转化与能量守恒】 1.能的相互转化 (1)能的转移：同一形式的能从一个物体转移到另一个物体(或从物体的一部分转移到另一部分)。 (2)能的转化：不同形式的能从一种形式转化为另一种形式。如： ①太阳能的转化 电磁能(光能)： 照射到植物叶片上→植物的化学能 照射到大气层中→空气的动能 照射到太阳能热水器上→水的内能 照射到太阳能电池板上→电能 ②人体需要的能的来源及转化：人体所需的能都来自食物，食物的化学能转化为人体的内能、电能、机械能等。 ③火力发电厂的能的转化：燃料的化学能转化成内能，内能转化成涡轮机的机械能，机械能转化成电能。 ④化学反应中能的转化：化学反应中还伴随着能的转化。铜片、锌片和稀硫酸可形成原电池，将化学能转化为电能；烟花燃放时，化学能转化为光能和内能；蓄电池放电时，化学能转化为电能。 （3）能的转化和转移的普遍性 不同形式的能可以在一定条件下相互转化，也可以在不同的物体间相互转移。平常我们所说的“消耗能”“利用能”或“获得能”，实质上就是能的相互转化或转移的过程。光合作用能的转化过程如下图： 2.能量守恒定律 （1）内容 能量既不会消灭，也不会创生，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。而在转化和转移的过程中，能的总量保持不变。这就是能量守恒定律。 （2）意义 能量守恒定律是自然界最普遍、最重要的基本定律之一。无论是机械运动，还是生命运动，无论是宇宙天体，还是微观粒子，都遵循这个定律。 提示：能的转化可涉及两种或两种以上形式的能；能的转化是能的形式发生了变化，而能的转移只是能的载体发生了变化。 （3）永动机——不可能成功 所谓“永动机”是指不消耗任何能量和燃料，却能源源不断对外做功的机器。“永动机”不可能成功的事实告诉我们，违反能量守恒定律的事件是不可能发生的。能量是不可能凭空创造出来的。 （4）机械能守恒定律与能量守恒定律的区别 机械能守恒是有条件的，只有重力或弹力做功，即只存在动能和势能之间的转化，不存在机械能与其他形式能的转化；而能量守恒是没有条件的。 3.能的转移和转化的方向性 （1）转移的方向性 内能只能自发地从高温物体转移到低温物体。 电冰箱、空调制冷，都是从低温物体的内部吸热，向外面放热，使内能从低温物体转移到高温物体。这种转移不是自发进行的，必须要有附加的条件：消耗电能，电动机(压缩机)做功。 （2）转化的方向性 内能和其他形式的能(如电能、机械能等)的相互转化具有方向性，其他形式的能可以无条件(自发地)地转化为内能，而内能不可以无条件地转化为其他形式的能。 如汽车制动刹车时，由于摩擦，机械能转变成地面、轮胎及空气的内能，但是这些内能不能再次转化为汽车的机械能而使汽车重新启动。 【例3】学习了能的转化和守恒定律后，用学过的知识回答下列问题。 (1)当杂技演员沿竹竿下滑时，演员的重力势能有一部分转化为手和竹竿的内能，使竹竿和手的温度升高。但是，相反的过程不会自发地发生，即手和竹竿不可能自发地降低温度，而使人的位置升高，这个现象表明，能的转移和转化有一定的______。 (2)如图所示，A物体上升，B物体下降，此过程中能发生了______(填“转移”或“转化”)。 【答案】(1)方向性 (2)转移 【解析】（1）手和竹竿不可能自发地降低温度，而使人的位置升高，这说明在能量的转化和转移的过程中，一定的方向性； （2）如图所示A物体上升，A的质量不变，高度变大，重力势能变大；B物体下降，B的质量不变，高度变小，重力势能变小；所以是B的重力势能转移到了A上，属于能量的转移。 【例1】小乐用塑料瓶制作水火箭，先在瓶里装适量水，然后将带有阀门的金属管插入瓶塞，旋紧瓶塞后用打气筒往瓶里打足气，如图甲所示；打开阀门后，水从尾部的金属管向下喷出，水火箭向上飞向空中，如图乙所示。下列分析正确的是（ ） A.上升过程中，喷出的水对水火箭有向下的推力 B.上升过程中，水火箭瓶内气体的内能减少 C.上升过程中，水火箭的重力势能转化为动能 D.下降过程中，水火箭的机械能逐渐增大 【答案】B 【解析】AB、发射时，瓶内高压气体对水做功，水向下喷出，水火箭给水一个向下的力，由于物体间力的作用是相互的，喷出的水对水火箭有向上的推力，故A错误；B、发射时，火箭的动能是由瓶内高压气体的内能转化来的，所以水火箭瓶内气体的内能减少，故B正确；C、上升过程中，水火箭的高度变大，速度减小，水火箭的动能转化为重力势能，故C错误；D、下降过程中，水火箭克服空气的阻力做功，一部分机械能转化为内能，所以机械能减小，故D错误。 【例2】喝水鸟是一款玩具，其结构如图甲。给头部滴一次水，能发现玻璃管内乙醚逐渐上升，“鸟身”逐渐绕支点顺时针转动；当身体接近水平时，玻璃管底部露出液面，头部的液体又回到底部，“鸟身”逐渐绕支点逆时针转动恢复初始状态。若鸟身前放一杯水，使鸟头前倾时能够沾到水，保持鸟头湿润，此过程可反复进行，因此又被称为“永动鸟”。请回答。 (1)给头部滴水的目的是利用水蒸发_________(填“吸收”或“放出”)热量，使头部温度下降。 (2)头部温度降低后，头部玻璃泡内的乙醚蒸气会_________ (填物态变化名称)，使头部气压小于尾部气压。 (3)喝水鸟并非“永动机”，其运动过程消耗了________能，转化为鸟的机械能。 【答案】(1)吸收 (2)液化 (3)内 【解析】(1)给头部滴水，水蒸发时会吸收热量，使得其头部温度下降，气压降低。 (2)头部温度降低后，头部玻璃泡内的乙醚蒸气会遇冷液化，使头部气压小于尾部气压。 (3)“饮水鸟”之所以能够循环往复，是因为水分蒸发吸收热量，使上面乙醚的内能减少，从而使它运动起来，因此它获得的机械能是由空气的内能转化而来。 模块三 课后作业 基础巩固 考点1 放射性 1.下列关于放射性现象、原子核和核能的说法中，正确的是（ ） A.通过对放射性现象的研究，物理学家确认，原子核由质子和电子组成 B.放射性现象有着广泛的应用，但是过量的辐射对人体有害 C.目前的核电站是利用核聚变释放的核能来发电的 D.核聚变的原料“铀”在地球上的储量非常有限 【答案】B 【解析】原子核是由质子和中子组成的，A选项错误；放射性现象在工业、农业、医疗等领域都有广泛的应用，但是过量的辐射对人体是有危害的，B选项正确；核电站是利用核裂变释放的核能来发电的，C选项错误；铀是核裂变的原料，不是核聚变的原料，D选项错误。 2.铱−192发出的物质能穿透三十多毫米厚的钢板，这一性质可用于金属内部探伤。结合图示可推知，铱−192发出的物质，最有可能用于金属内部探伤的是________。 【答案】γ射线 【解析】分析题图，确认不同射线的穿透能力。可见光和α射线不能穿透厚纸板，因此它们的穿透能力最弱；β射线可以穿透厚纸板，不能穿透薄钢板；γ射线可以穿透厚纸板、薄钢板和混凝土，可见γ射线穿透能力最强。因此最有可能用于金属内部探伤的是γ射线。 考点2 裂变和聚变 3.（2026浙江绍兴期末)核电站利用了________的核裂变。我国自主设计、建造的“东方超环”核反应装置用于研究如图所示的核反应，这种反应叫核_____（填“裂”或“聚”）变。 【答案】可控 聚 【解析】核电站利用可控的核裂变来发电。如图所示，氘核和氚核发生反应形成氦核，同时释放出中子和巨大的能量，这种反应叫核聚变。 4.（2026浙江宁波期中)2025年4月16日，全球首个陆上商用模块式小型堆“玲龙一号”首台主泵成功就位，这进一步彰显了我国在新型核能系统的综合实力。它利用如图所示的核反应释放的能量来发电，该反应属于核____________(填“裂变”或“聚变”)，与太阳内部发生的核反应____________(填“相同”或“不同”)。 【答案】裂变 不同 【解析】核电站利用核裂变发电，太阳内部发生的是核聚变，所以两者发生的核反应不同。 考点3 核能的和平利用——核电站 5.（2026浙江杭州期末)“华龙一号”是中国核电走向世界的“国家名片”。关于核电站，下列说法中不正确的是（ ） A.核电站的核心是核反应堆，它可以将核能转化为内能 B.核电站是利用核聚变产生的能量来发电的 C.反应堆中的反应是可控的 D.核能的使用需要防止放射性造成的伤害 【答案】B 【解析】核电站工作时，在核反应堆将核能转化为介质(如水)的内能，故A正确；核电站是利用可控的链式反应(核裂变)来发电的，故B错误，C正确；由于核燃料具有放射性，所以核能的使用会产生放射性污染，需要防止放射性造成的伤害，故D正确。 考点4 能的相互转化 6.（2025浙江杭州调研)下列说法中正确的是（ ） A.电饭锅工作时，将内能转化为电能 B.电风扇工作时，将机械能转化为电能 C.干电池给灯泡供电时，将电能转化为化学能 D.在阳光照射时，太阳能电池将太阳能转化为电能 【答案】D 【解析】电饭锅工作时，主要将电能转化为内能，A错误；电风扇工作时，主要将电能转化为机械能，B错误；干电池给灯泡供电时，主要将化学能转化为电能，C错误；在阳光照射时，太阳能电池将太阳能转化为电能，D正确。故选D。 7. 2025年9月24日，我国太原卫星发射中心在山东日照附近海域使用捷龙三号运载火箭，成功将吉利星座06组卫星和北大时空星01试验星送入预定轨道，发射任务获得圆满成功。燃料燃烧推进卫星运动，主要发生的能量转化是（ ） A.化学能→内能→机械能 B.电能→光能→化学能 C.核能→内能→动能 D.太阳能→电能→热能 【答案】A 【解析】燃料燃烧将化学能转化为内能，推进卫星运动，说明卫星获得了机械能，所以主要发生的能量转化是化学能→内能→机械能。故选A。 考点5 能量的转化与守恒定律 8.下图是小嘉制作的“能的转化与守恒”概念图(部分)。 请你在概念图中填入合适的内容。①________________；②____________。 【答案】机械能 做功 【解析】动能和势能统称为机械能，故①为机械能。能量通过做功的方式相互转化，故②为做功。 9.（2025浙江温州期末)如图所示，A点的高度H大于B点的高度h，让小球从A点由静止开始下滑，沿光滑轨道到达B点后离开(不计空气阻力)，在小球由A点运动到O点的过程中，小球的重力势能是____________(填“增大”“不变”或“减小”)的，小球在B点的机械能____________(填“大于”“等于”或“小于”)在A点的机械能，小球离开B点后的运动轨迹可能是图中的_____ (填“𝑎”“𝑏”“𝑐”或“d”)曲线。 【答案】减小 等于 c 【解析】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，重力势能减小；轨道光滑，且不计空气阻力，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。小球从A点由静止滑下，所以小球的机械能等于其在A点时的重力势能，整个过程中，机械能守恒，a曲线的最高点超过了A点的高度，故轨迹不是a曲线；b曲线的最高点与A点的高度相同，而在最高点时，小球仍具有水平向右运动的速度，所以小球若是沿b曲线运动的，则小球在b曲线最高点时的机械能大于其在A点时的机械能，故轨迹不是b曲线；C曲线的最高点低于A点，由于在最高点时小球仍运动，所以小球在C曲线最高点时的机械能可能与其在A点时的机械能相等，故轨迹可能是C曲线；小球离开轨道时，由于惯性，还会继续向上运动一段距离，故轨迹不是d曲线。 考点6 能量的转移和转化的方向性 10.（2025浙江衢州期末)各种形式的能量都不是孤立的，都可以在一定条件下发生转化，且能量的转化是有方向性的，下面几幅图按能量转化的顺序，排列正确的是（ ） A.①②③④ B.②③④① C.④③①② D.②①③④ 【答案】C 【解析】地球上大部分能量都直接或间接来自太阳能，太阳能先转化为树木的化学能，树木在一定的条件下变为煤，煤燃烧将化学能转化为内能，内能再通过设备转化为机械能，发电机把机械能转化为电能使空调工作，所以按能量转化的顺序排列为④③①②，故C正确。故选C。 11.（2026浙江杭州模拟)某铁路车站的节能设计方案如图所示，进站和出站的轨道都与站台构成一个缓坡。列车刹车过程中，由于摩擦，一些机械能会转化成内能散失在空气中，散失在空气中的内能却不能自动再转化为________________，这是因为能量的转化或转移具有方向性；缓坡设计能够以______________ (填“动能”“重力势能”或“内能”)的形式储存能量，减少因刹车引起的损耗，起到节能作用。 【答案】机械能 重力势能 【解析】由题意知，散失在空气中的内能不能自动再转化为机械能，这是因为能量的转化或转移具有方向性；缓坡有一定高度，所以这一设计能够以重力势能的形式储存能量，减少因刹车引起的损耗，起到节能作用。 易错点 易混淆能量的转化和转移 12.下列四种现象中，只发生能的转移而不发生能的转化的是（ ） A.太阳能发电 B.闭合开关后，灯泡发光 C.烧水时，水蒸气顶起壶盖 D.冬天，用手摸户外的金属栏杆时手变冷 【答案】D 【解析】太阳能发电，将太阳能转化为电能，故A不符合题意。闭合开关，灯泡发光，电流做功将电能转化为光能和内能，故B不符合题意。水蒸气把壶盖顶起来，水蒸气对壶盖做功，水蒸气的内能转化为壶盖的机械能，故C不符合题意。冬天，用手摸户外的金属栏杆时，手的温度比金属栏杆的温度高，内能从手转移到金属栏杆上，使手的温度降低，所以手变冷，此过程只发生能量的转移，故D符合题意。 【易错警示】能量在两个物体之间转移时，能的形式不变；各种形式的能量在一定条件下可以相互转化，转化后能的形式改变。 强化提升 1.（2025浙江杭州期末)原子弹与核电站的根本区别是（ ） A.原子弹利用核裂变，核电站利用核聚变 B.原子弹利用核聚变，核电站利用核裂变 C.原子弹对裂变的链式反应不加控制，核电站控制裂变的链式反应速率 D.原子弹对聚变的链式反应不加控制，核电站控制聚变的链式反应速率 【答案】C 【解析】原子弹是利用原子核裂变时释放出大量的能量来工作的，核电站也是利用原子核裂变时释放出大量的能量来工作的，只不过核电站可以人为控制链式反应的速率。故选C。 2.（2025浙江湖州期末)能量的转化是自然界普遍存在的现象。下列关于能量转化的分析不正确的是（ ） A.水果电池：电能→化学能 B.电灯发光：电能→光能 C.光合作用：光能→化学能 D.钻木取火：机械能→内能 【答案】A 【解析】水果电池将化学能转化为电能，A错误；电灯发光主要是将电能转化为光能，B正确；光合作用是植物在光照的条件下，发生了化学反应，因此是将光能转化为了化学能，C正确；钻木取火，克服摩擦做功，是将机械能转化为内能，D正确。故选A。 【关键点拨】能量转化的过程中，必定有一种能量减少，另一种能量增加；分析能量转化时，就看什么能量减少了，什么能量增加了，总是减少的能量转化为增加的能量。 3.（2026浙江温州期末)(多选)如图是某射击运动员测试子弹究竟能穿过多少个水气球的实验。实验中子弹在穿过第四个水气球时就被挡了下来，而且子弹由于熔化发生形变。针对以上过程，下列说法中正确的是（ ） A.子弹在水气球中运动时，将机械能转化为了内能 B.此过程不遵循能量守恒定律 C.气球内水温变化不大，水的内能不变 D.子弹熔化变形，是通过做功的方式使内能增大的 【答案】AD 【解析】子弹在水气球中运动时，克服摩擦做功，将机械能转化为内能，故A正确；能量守恒定律是自然界最基本的规律之一，子弹和水气球间的能量转化遵循能量守恒定律，故B错误；对水做功，水的内能增大，气球内水温变化不大，主要是因为水的比热容大，故C错误；子弹克服摩擦做功，子弹熔化变形，是通过做功的方式使内能增大的，故D正确。故选AD。 4.（2026浙江绍兴期末)在“航天日”主题活动中，小明用塑料瓶自制了“水火箭”(如图所示)。发射时，“水火箭”向下喷水从而获得升空的动力。“水火箭”飞出后，瓶内气体内能____________，在整个过程中，能量的总量是__________。(两空均填“增大”“减小”或“不变”) 甲 乙 【答案】减小 不变 【解析】“水火箭”飞出后，瓶内气体对外做功，气体的内能转化为机械能，因此气体的内能会减小。由于整个自然界都遵循能量守恒定律，因此在整个过程中，能量的总量是不变的。 5.（2025浙江宁波模拟)“绿电”越来越受到全世界的欢迎，风力发电就是绿色电力。一台中型的风力发电机，在风力稳定的情况下，风机叶片的旋转速度比电风扇慢许多，转一圈平均需3s，风机叶片转200圈可以发电250kW⋅h。请回答下列问题： （1）从能量转化的角度分析，风力发电是将______________转化为电能。 （2）在风力稳定的情况下，该发电机发电功率为W。 【答案】（1）机械能 （2）根据可知该发电机发电功率 【解析】（1）风力发电是将机械能转化为电能。 6.有一种古老玩具叫“饮水鸟”，其内部装有乙醚液体，鸟头(上球)四周包有棉花，平时如图甲所示，鸟身略向前倾，上球和下球空间中充满乙醚的饱和蒸汽。当给鸟嘴滴上水后，水蒸发吸热，使上球中乙醚蒸气的温度下降，气压减小，下球中的部分乙醚被压到上球，于是形成如图乙所示的状态，鸟嘴“喝水”。同时上、下球中的乙醚蒸气混合，气压趋于一致，上球中的乙醚由于重力又回流到下球，“饮水鸟”的姿态又回到图甲的状态，如此循环往复。“饮水鸟”获得的机械能是由气体的__________能转化而来的。 【答案】内 【解析】由题意可知，当给鸟嘴滴上水后，水蒸发吸热，使上球中乙醚蒸气的温度下降，气压减小，下球中的部分乙醚液体被压到上球，于是形成如题图乙所示的状态，所以“饮水鸟”工作时可以把气体的内能转化为机械能。 第 10 页 共 16 页 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $