中考科学 二轮专题 专题26 内能、核能、能量守恒与转化 学案

专题26内能、核能、能量守恒与转化【思维导图】【知识点回顾】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)能量是以多种形式存在的，常见的能量形式有机械能、内能、________、化学能、________等。二、内能eq\a\vs4\al(考点2知道克服摩擦做功与物体内能改变的关系)1．内能含义：构成物质的大量微粒(如分子、原子、离子等)做________而具有的能，俗称热能。________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。eq\a\vs4\al(考点3知道做功和热传递是改变内能的两种途径)1．做功：对物体做功，物体的内能________；物体对外界做功，物体的内能________。实质是能的形式发生了转化。2．热传递：物体吸热，内能________；物体放热，内能________。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________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________的。eq\a\vs4\al(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________。低温物体从外界吸收多少热量，内能就________多少；高温物体向外界放出多少热量，内能就________多少。eq\a\vs4\al(考点5举例说出化学能与内能的转化)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________的时候才释放出来，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：________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)。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____________转化成内能再转化成____________。2．热机的四个冲程：吸气冲程，____________冲程，____________冲程，____________冲程。四、核能的利用eq\a\vs4\al(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________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________的原理制成。eq\a\vs4\al(考点8知道放射性及其应用)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。eq\a\vs4\al(考点9知道核电站是利用核裂变的原理来工作的)1．核电站原理：________。五、能量的转化与守恒eq\a\vs4\al(考点10举例说出能量的转化与守恒定律)1．能量既不会消灭，也不会创生，它只会从一种形式________为其他形式，或者从一个物体________到另一个物体，而在转化和转移的过程中，能的________，这就是________。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___________________________________________________________________。eq\a\vs4\al(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________：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。eq\a\vs4\al(考点12知道能量利用效率和节能的关系)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。考点1电能核能考点21.无规则运动任何物质2.越高越大考点31.增加减少2.增加减少传递等效考点4热量增加减少考点51.化学变化2.内能考点61.化学能机械能2.压缩做功排气考点72.核裂变核聚变考点91.原子核裂变2.内能电能考点101.转化转移总量保持不变能量转化和守恒定律2.能量的转化和守恒定律考点11方向性【例题精析】例1．（2021•绍兴）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（）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【解答】解：A、水吸收热量，温度上升，水的内能增加，故A正确；B、加热时管内的水，水吸收热量不断汽化，故B正确；C、水蒸气膨胀对橡皮塞做功，水蒸气的内能减小，气体的内能转化为橡皮塞的机械能，故C正确；D、试管口的“白气”是热的水蒸气遇到冷的空气液化成的小水滴，故D错误。故选：D。例2．（2020•宁波）如图为一种自热火锅的构件图。该自热火锅的发热包内有铁粉、铝粉、炭粉、生石灰等物质，将发热包放到水中，会放出大量的热。有关该自热火锅的说法不合理的是（）A．生石灰与水反应，会放出大量的热 B．设计出气孔的目的是避免使用时盒内气压过高 C．遇水能放出热量的物质都能作为发热包的内容物 D．使用过的发热包即使干燥后也不能重复使用【解答】解：A、由化学知识可知，生石灰与水发生化学反应，会释放出大量的热量，故A正确；B、盒盖上有出气孔，这样会避免使用时盒内气压过高，能防止危险的发生；故B正确；C、发热包用于自热食品，要注意发热材料不能有强腐蚀性和毒性，所以不是遇水能放出热量的物质都能作为发热包的内容物，故C错误；D、使用过的发热包发生了化学变化，干燥后不能重复使用，故D正确。本题选错误的；故选：C。例3．（2020•衢州）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（）A．甲是冰块 B．乙吸收热量 C．甲内能增加 D．乙内能减少【解答】解：由图可知，物体甲的温度是降低的，即物体甲放出热量，内能减小；物体乙的温度是升高的，即物体乙吸收热量，内能变大；所以物体甲是饮料，乙是冰块；故B正确，ACD错误。故选：B。例4．（2020•衢州）下列用电器把电能主要转化为机械能的是（）A．电风扇 B．电灯 C．电饭煲 D．电熨斗【解答】解：电灯在工作时将电能转化为光能和内能，电熨斗和电饭锅在工作时将电能转化为内能，故BCD不符合题意；而电风扇可以将电能转化为机械能，故A符合题意。故选：A。例5．（2020•杭州）如图一只瓶子，内装一些铁屑。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，前者是通过做功方法，后者是通过热传递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（能或不能），这是因为二者效果相同。【解答】解：使铁屑内能增加的方法：①用力晃动瓶子，对瓶子和铁屑做功，将机械能转化为内能，使铁屑的内能增加，温度升高；②将装铁的瓶子加热，铁屑的温度升高，这是通过热传递的方式改变铁屑的内能；如果没有看到内能改变的过程，单凭铁屑温度的升高，不能判断出具体的方法，因为做功与热传递两种方法对改变物体的内能是等效的。故答案为：做功；热传递；不能；二者效果相同。例6．（2019•台州）某电子打火机打火原理如图，压电陶瓷受到撞击时表面电荷重新分布，产生高电压，发出电火花点燃气体。撞击时，通过压电陶瓷实现的能量转化是机械能转化为电能；放电时，两块压电陶瓷的连接方式是并联。【解答】解：由压电陶瓷的工作过程可知，压电陶瓷受到撞击时产生高电压，发出电火花，因此撞击时，通过压电陶瓷实现的能量转化是机械能转化为电能；由图可知，两块压电陶瓷的正极、负极分别并列连在一起，因此是并联的。故答案为：机械能转化为电能；并。【习题巩固】一．选择题（共8小题）1．下列不是通过做功方式改变物体内能的是（）A．钻木取火 B．用气筒给轮胎打气，气筒壁发热 C．冬天用热水袋取暖 D．两手摩擦发热【解答】解：A、钻木取火是克服摩擦做功，属于做功改变物体的内能，故A不符合题意；B、用气筒给轮胎打气，气筒壁发热，是压缩气体做功，属做功改变物体的内能，故B不符合题意；C、冬天用热水袋取暖，是通过热传递改变物体的内能，故C符合题意；D、两手摩擦时，克服摩擦做功，属于做功改变物体的内能，故D不符合题意。故选：C。2．如图所示，在大口厚玻璃瓶内装入少量的水。塞紧塞子后，用气筒往瓶内打气。当塞子跳出时，看到瓶口有白雾出现。下列关于该实验的分析错误的是（）A．往瓶内打气时，外界对气体做功 B．往瓶内打气时，瓶内气体内能变小 C．瓶塞跳出时，瓶内气体温度降低 D．瓶塞跳出时，水蒸气液化形成白雾【解答】解：AB、往瓶内打气时，外界对瓶内气体做功，使瓶内气体内能增加、温度升高，故A正确、B错误；CD、当瓶塞跳起时，瓶内气体对瓶塞做功，瓶内气体的内能减少，温度降低，瓶口附近的水蒸气遇冷液化成小水滴，形成白雾，故CD正确。故选：B。3．热量的传递是有方向性的。物体间自发进行热量传递的方向应是（）A．热量多的物体传给热量少的物体 B．热量少的物体传给热量多的物体 C．温度高的物体传给温度低的物体 D．温度低的物体传给温度高的物体【解答】解：物体间自发进行热量传递的条件是：物体之间存在温度差，即热量总是从温度高的物体传递给温度低的物体或从物体的高温部分传递给低温部分，且热量是过程量，不能说物体含有热量多少。故选：C。4．以下事例在改变物体内能的方式上与其他三项不同的是（）A．冬天，通过搓手来取暖 B．划火柴时，火柴燃烧 C．把袋装牛奶放在热水中加热 D．铁丝反复弯折，弯折处变热【解答】解：A、寒冷的冬天，搓手取暖，要克服摩擦做功，将机械能转化为内能，是通过做功的方式改变物体的内能；B、划火柴时，要克服摩擦做功，将机械能转化为内能，是通过做功的方式改变物体的内能；C、用热水加热牛奶，牛奶吸收热量，是通过热传递的方式改变物体的内能；D、反复弯折铁丝，弯折处变热，将机械能转化为内能，是通过做功的方式改变物体的内能；所以，C与ABD改变物体内能的方式不同，C符合题意。故选：C。5．下列事例中，物体间因发生热传递而导致内能改变的是（）A．夏天双手紧紧捂住冰袋感觉凉爽 B．冬天两手相互摩擦感到暖和 C．用力将“摔炮”扔在地上而爆炸 D．用锯条锯木头，锯条会发热【解答】解：A、夏天双手捂住冰袋感觉凉爽，这里没有能量的转化，而是能量的转移，是通过热传递改变物体内能的，故A符合题意；B、两手相互摩擦时，机械能转化为手的内能，手的内能增大、温度升高，是通过做功改变了物体的内能，故B不符合题意；C、用力将“摔炮”扔在地上时，使鞭炮与地面发生碰撞，机械能转化为内能，即通过做功的方式改变物体的内能，故C不符合题意；D、用锯条锯木头，锯条会发热，机械能转化为内能，是通过做功改变了物体的内能，故D不符合题意。故选：A。6．下列说法正确的是（）A．同一物体，温度升高，内能增加 B．物体的内能增加，一定是吸收了热量 C．一个物体举得越高，内能一定增大 D．一个物体内能越大，机械能也越大【解答】解：A、对于同一物体，其温度升高了，其内能一定增加了，故A正确；B、改变物体内能的方式有两种：做功和热传递；物体内能增加可能是吸收了热量，也可能是外界对物体做功，故B错误；C、一个物体举得越高，其具有的重力势能就会越大，但机械能与内能是无必然联系的，故C错误；D、内能与物体内部分子的热运动和分子间的相互作用情况有关，而与整个物体机械能无关，故D错误。故选：A。7．下列关于热量的说法，正确的是（）A．温度高的物体，热量越多 B．内能大的物体，具有的热量也多 C．物体的内能增加，一定是吸收了热量 D．热量是物体在热传递过程中内能的改变量【解答】解：A、温度越高的物体，分子运动越剧烈，内能越多，热量是热传递过程中传递的内能多少，不是含有热量多，故A错误；B、热量是过程量，不能说含有或者具有热量，故B错误；C、改变物体内能的方式有两种：做功和热传递；物体内能增加可能是吸收了热量，也可能是外界对物体做功，故C错误；D、热量总从高温物体传递到低温物体，热量只存在于热传递或热交换过程中，因此热量是热传递过程中物体内能的改变量，故D正确。故选：D。8．5月8日，我国新一代载人飞船试验船返回舱成功降落，标志着此次试验船飞行任务取得圆满成功。关于新一代载人飞船试验船分析正确的是（）A．飞船减速下落过程中机械能保持守恒 B．飞船减速下落过程中，能量转化是动能转化为势能 C．飞船下落过程中与大气剧烈摩擦，内能转化为机械能 D．飞船运行过程中燃料燃烧将化学能转化为热能【解答】解：ABC、飞船减速下落过程中，速度减小，动能减小，高度减小，重力势能减小，不是动能转化为势能；飞船与大气剧烈摩擦、迅速升温、猛烈燃烧，又将机械能转化为了内能，故机械能减小，故ABC错误；D、飞船运行过程中，燃料燃烧会释放出热量，将化学能转化为热能，故D正确。故选：D。二．填空题（共7小题）9．某地居民利用竹炭能做一些美食，比如，用竹炭和黄泥混合，包在用荷叶包裹的鸡的外面，然后放在火堆里加热，烤出来的鸡肉味道特别酥嫩。（1）竹炭能够迅速的“加热”食物，这个过程中食物改变内能的途径是热传递。（2）竹炭内有很多空隙，具有很强的吸附作用，可以吸附烤鸡的腥味，竹炭吸附异味属于物理变化。（填“物理变化”或“化学变化”）【解答】解：（1）竹炭能够迅速的“加热”食物，是因为食物能吸收热量，是通过热传递改变内能的；（2）竹炭内有很多空隙，竹炭吸附异味只是将异味吸附在表面，没有新物质生成，属于物理变化。故答案为：（1）热传递；（2）物理变化。10．小明去修电脑时，发现主板上有一根粗粗的铜条连着风扇（如图）。师傅说，电脑的散热就是靠它来完成的。铜条散热是利用它的导热性（填一条物理性质），其内能的改变方式是热传递。【解答】解：电脑的散热就是靠铜条来完成的，铜条的导热性很好，铜条会传递热量，是通过热传递的方式改变内能的。故答案为：导热性；热传递。11．在如图所示的四幅图中，甲、乙是两个演示实验示意图；丙、丁是四冲程汽油机工作过程中的两个冲程示意图。其中丙图是做功冲程，它与甲图所示的演示实验原理相同。现有一种单缸汽油机在原有四冲程的基础上增加两个冲程，成为六冲程汽油机，也就是在原有四冲程汽油机完成排气冲程后向气缸内喷水，水在气缸内汽化成水蒸气，水蒸气膨胀对外做功，这种汽油机一个工作循环有六个冲程。这种汽油机这样设计的目的是提高了热机的效率。【解答】解：（1）甲图对试管中的水加热，使试管中水的内能增大，水蒸气体积膨胀，对外做功，使塞子飞出去，水蒸气的内能转化为塞子的机械能；乙图是用力将活塞压下，活塞对空气做功，空气的内能增大，温度升高，达到了棉花的着火点，棉花就会燃烧。是通过对物体做功来增大物体内能的，即是将机械能转化为内能的过程。丙图中两气门都关闭，活塞下行，汽缸容积变大，是做功冲程，做功冲程将内能转化为机械能。它与图甲所示的演示实验原理相同。（2）由题知，六冲程汽油机比原有的四冲程汽油机多做一次功，因此一个工作循环中共做功两次，因为利用了排气冲程后的余热，所以大大的提高了热机的效率，节约了能源。故答案为：做功；甲；提高了热机的效率。12．如图是空气压缩引火仪，先往容器中装入少量硝化棉，缓缓提起活塞，后用力快速向下压活塞，看到底部的硝化棉迅速燃烧。（1）该现象说明做功能改变物体的内能；（2）实验结束后小明发现里面还有硝化棉，马上按同样的操作重做，却没有看到硝化棉再次燃烧的现象。第二次硝化棉不能燃烧的主要原因是引火仪内缺少氧气。【解答】解：（1）迅速向下压活塞，活塞压缩筒内空气做功，使空气的内能增加，温度升高，当温度达到硝化棉的燃点时，硝化棉就会燃烧，该现象说明做功能改变物体的内能；（2）由于第一次燃烧耗尽了引火仪内的氧气，则可知第二次硝化棉不能燃烧的主要原因是引火仪内缺少氧气。故答案为：（1）做功；（2）引火仪内缺少氧气。13．夏天，突然打开汽水瓶时，随着“嘭”一声响，往往可以看到瓶口处冒“白气”，这是因为当突然打开瓶盖时，瓶内气体迅速膨胀对外做功，气体的内能减少，温度降低，瓶口附近的水蒸气遇冷液化形成大量的小水珠，就是我们看到的“白气”。【解答】解：突然打开汽水瓶时，瓶内气体膨胀，对外做功，内能转化为机械能，内能减少、温度降低；瓶口附近的水蒸气遇冷会发生液化现象形成大量的小水珠。故答案为：减少；降低；液化。14．在吹气球时，吹大了的气球没握住，它叫啸着飞跑了！你及时捡起气球会发现它的嘴部温度变低，是因为当球内气体喷出来时气体对外做功，内能转化为机械能。【解答】解：当球内气体喷出来时，气体会对外做功，发生的能量转化情况是气体的内能转化为气球的机械能，气体的内能减小、温度降低，故它的嘴部温度会变低。故答案为：变低；气体对外做功。15．2018年4月1日，武汉“光谷量子号”有轨电车开始载客试运营，开通了交路1和交路2两条线路。交路2全长约20km，若电车某次跑完全程需要50min。（1）“光谷量子号”采用了能量回收系统，例如电车下坡时为了保持匀速运动，采用带动发电机发电进行“刹车”，则在此过程中是将机械能转化为电能，并储存起来后供电车重新使用，所以更加节能环保；（2）如果电车下坡时为了保持匀速运动，或进站时采用的是与普通汽车同样的刹车方式，机械能转化为内能，就无法重新供电车使用，说明能量转化具有一定的方向性。【解答】解：（1）当电车下坡时，会带动发电机发电进行“刹车”，发电机工作时，将机械能转化为电能供电车使用，更加节能环保；（2）电车下坡制动刹车时消耗的机械能转化为内能，而这些内能却不能再次转化为汽车的机械能，说明能量的转移和转化具有方向性。故答案为：（1）电；（2）方向性。三．实验探究题（共1小题）16．风能是一种潜在的新能源，风力发电机可以将获得的风能转化为化学能储存在蓄电池中，风力发电机都有一定的能量转化效率。为了研究“风力发电机的能量转化效率是否与风轮叶片数量有关？”小明利用电风扇、秒表、风力发电机模型、电量表（可准确测量蓄电池充电百分比）按照图甲方式进行如下实验。①将图乙中单叶式风轮安装在风力发电机模型上；②闭合电风扇开关，调节电风扇挡位使其风速最大，计时20分钟，测量并记录蓄电池电量变化；重复3次实验并计算蓄电池电量变化平均值；③分别换用图乙中双叶式、三叶式风轮，重复步骤②；④处理相关数据得到“蓄电池含量与时间的关系”如图丙。（1）本实验通过观察并记录相同时间内蓄电池电量变化量来比较风力发电机的能量转化效率。（2）分析图丙，解释我国大型风力发电厂均采用三叶式风轮发电，其依据是当风速相同时，使用三叶式风轮能量转化效率较高。（3）“叶尖速比”为风轮叶片尖端运动速度与风速之比，叶尖速比会影响风力发电机的能量转化效率。当单叶式风轮的叶尖速比为λ时，其能量转化效率达到最大值，已知该风轮半径为r（如图丁），风轮每秒钟转动2圈，应将风速控制在v风=4πrλ【解答】解：（1）根据实验方案可知，本实验通过观察并记录相同时间内蓄电池电量变化量来比较风力发电机的能量转化效率。（2）根据图丙可知，在20min内，三个叶片的转化效率为20%，此时最高，那么得到结论：当风速相同时，使用三叶式风轮能量转化效率较高，因此我国石油三叶式风轮发电；（3）风轮转动一周经过的距离为2πr，那么风轮尖端的速度为：v尖=4πr根据公式叶尖速比=v尖v解得：v风故答案为：（1）相同时间内蓄电池电量变化量；（2）当风速相同时，使用三叶式风轮能量转化效率较高；（3）v风四．计算题（共1小题）17．生活中我们常遇到这些情况：当你从热水瓶里倒出一杯开水，然后再把瓶塞盖上去的时候，热水瓶塞会自己跳出来；当水烧开后灌入热水瓶中（未灌满），盖上瓶塞，经过一段时间，常会发生瓶塞拔不出来的现象，请你就上述情况说明原因。【解答】答：（1）从热水瓶里倒出一杯开水，然后再把瓶塞盖上去的时候，热水瓶内的冷空气与热水之间存在温度差，发生热传递，使冷空气的内能增加、温度升高，空气膨胀对瓶塞做功，把瓶塞顶出瓶口；（2）当水烧开后灌入热水瓶中（水灌满），盖上瓶塞，经过一段时间，热水瓶内温度降低，水蒸气液化，导致瓶内气压减小，当小于外界大气压时，大气压就将瓶塞压住而难以拔出来。五．解答题（共3小题）18．如图甲装置所示，探究“做功改变物体内能”，该装置由圆底烧瓶、温度传感器、橡皮塞、橡皮管、打气筒等组成。向圆底烧瓶内注入适量酒精，使用打气筒向烧瓶内打气，根据传感器采集的数据，电脑处理后得到如图乙所示图像。（1）结合乙图分析，描述打气筒打气5秒后出现的实验现象橡皮塞弹出，瓶口冒白雾，温度传感器显示温度下降；（2）有同学认为，图乙中BC段对应发生情况与热机中做功冲程相似，请说出相似处：均为气体对外做功，内能转变为机械能；（3）在用本装置进行实验时能否去掉瓶内的酒精，请判断并说明理由：能，通过温度传感器的温度变化可反映内能改变情况。【解答】解：（1）用气筒向玻璃瓶内打气，瓶内气体压强增大，瓶内气体对塞子做功，塞子弹起；瓶内气体对塞子做功，瓶内气体内能减少，温度降低，酒精蒸气放出热量，发生液化，出现白气。（2）图乙BC段气体内能减少，温度降低，塞子被试管内酒精蒸气推出，即该过程中消耗蒸气的内能，获得机械能，是将内能转化为机械能的过程，与内燃机的做功冲程相类似；（3）实验的目的是为了探究做功可以改变物体的内能，如果去掉酒精，则温度传感器可以测量瓶内空气的温度的变化，也可以完成实验探究。故答案为：（1）橡皮塞弹出，瓶口冒白雾，温度传感器显示温度下降；（2）均为气体对外做功，内能转变为机械能；（3）能，通过温度传感器的温度变化可反映内能改变情况，19．如图是我国西部某地区风力发电的外景。该地区空气密度为1.3kg/m3，一台风车的轮叶转动时可以形成面积为100m2的圆面。下表给出了在不同风速下一台风车获得的能量。平均风速（m/s）510152025301s内获得的能量（×104J）4812162024（1）对表格进行分析，你发现风车获得的能量与风速有什么关系？（2）若此地平均风速为15m/s，1台这样的风车10分钟获得的风能是多少？这么多能量若有42%被80kg初温为20℃的水吸收，水温可达到多少℃？（一个标准大气压下）（3）若某时间内风速为10m/s，一台风车工作1小时所产生的电能供10只“220V100W”灯泡正常工作8h，求这台风车发电的效率。【解答】解：（1）由表中数据可知，风车获得的能量随风速的增大而增大，并且成倍数的增加，所以