第16讲 内能、核能、能量守恒、能源 原卷版

第16讲内能、核能、能量守恒、能源1.能源（1）能源：自然界中存在且能提供能量的资源。它指的是能量比较集中的物质或物质运动，如煤、石油、天然气、风、流水、太阳能、核能等。（2）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。地球上的能源主要来自于太阳能。煤、石油、水能、风能等都是由太阳能转化而来的。（3）能源的合理利用和开发：一方面要寻找新的能源，另一方面要研究能源利用的新途径，改变现有能源利用的不合理结构和能源利用方式。2.内能（1）克服摩擦做功与物体内能改变的关系内能含义：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。物体温度越高，内能越大；温度越低，内能越小。克服摩擦做功，能使物体的内能增加。（2）做功和热传递是改变内能的两种途径做功：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。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减少到低温部分的过程。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。（3）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。3.热机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。热机的四个冲程：吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程。4.核能(1)原子核在发生变化时释放出的能量，叫做原子核能，简称核能，也叫原子能。(2)获得核能的主要途径有两种：裂变和聚变。①重核裂变：质量较大的原子核在中子轰击下分裂成2个新原子核，并释放出能量的过程。例如，用中子轰击铀235，导致铀核持续裂变，产生链式反应。原子弹就是根据裂变的原理制造的。②轻核聚变：使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。例如，氘核和氚核在超高温下聚合成氦核，并释放出能量。聚变也叫热核反应。氢弹就是根据聚变的原理制造的。eq\x(\x(特别关注))核能发电是利用重核裂变的方式获取核能，核能发电是先将核能转化为蒸汽的内能，再通过蒸汽轮机转化为机械能并带动发电机转动，最终转化为电能。(3)核电站目前是利用原子核裂变时产生的大量热量，使水变成蒸汽推动汽轮机，再带动发电机发电的。核电站中发生的能量转化是：核能→内能→机械能→电能。(4)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射线，如α射线、β射线、γ射线。放射线在工农业生产和医疗等方面有着广泛的应用，可用于金属探矿，使种子变异培育新品种，治疗肿瘤等疾病。同时，大剂量放射线会对人畜健康造成永久性伤害，所以要防止放射性污染。5．能量转化和守恒(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。这就是能的转化和守恒定律。能的转化和守恒定律是自然界最普通、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，都要遵循这个规律。违反能量转化和守恒定律的永动机是不可能实现的。(2)自然界中大量的现象表明，能量的转移和转化有一定的方向性。eq\x(\x(特别关注))能量的转移和转化有一定的方向性，并不是只要遵循能量转化和守恒定律的事件就一定能发生。6．能源与社会(1)煤、石油和天然气是人类目前使用的主要能源，它们都是不可再生的矿物能源。(2)太阳能是一种取之不尽、用之不竭的能源，而且不会污染环境。(3)自然环境中的可被人类利用的物质和能量叫做自然资源。自然资源分为可再生资源和不可再生资源，必须合理开发和利用自然资源，实现资源的可持续性。1.（中考•贵港）下列实例中，改变物体内能的途径与其他三个不同的是()A．用力搓手，手会发热B．把冰冷的手放到嘴边哈气，手会变暖C．用锯条锯木头，锯条温度升高D．用手反复弯折铁丝，铁丝弯折处会发热2.（中考•黑龙江）生活中能量转化的实例很多，下列描述中正确的是()A．摩擦生热是把内能转化为机械能B．燃料燃烧放热是把内能转化为化学能C．电动机带动水泵把水送到高处是把电能转化为机械能D．摩擦起电是把电能转化为机械能3.（中考•绍兴）下列对宏观事实的微观解释错误的是()选项宏观事实微观解释A塑料带很难被拉断分子之间有引力B水结冰后不再流动分子停止了运动C切洋葱时眼睛被熏得直流泪分子在不停运动D水很难被压缩分子之间有斥力4.（中考·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4题图5题图6题图5.（中考•河北)按如图所示进行实验，当观察到热水大面积变成红色时，冷水中只有品红周围变成红色。对该现象的微观解释合理的是()A．温度越高，分子质量越小B．温度越高，分子体积越大C．温度越高，分子间隔越小D．温度越高，分子运动越快6．（中考•常德)如图所示，是根据“探究不同物质吸热能力”实验数据绘制的a、b物质的温度－时间图像，实验中两种物质的质量相同，初温度相同，选用的加热器相同，由图像可知()A．加热相同时间，a物质吸收热量多，比热容小B．加热时间相同，a物质的末温度高，比热容大C．吸收热量相同，b物质温度升高慢，比热容小D．吸收热量相同，b物质的末温度低，比热容大7.（中考•天水）如图所示，对于图片中所描述的物理过程，下列分析中正确的是()A．图甲，厚玻璃内的空气被压缩时，空气的内能减少B．图乙，瓶子内的空气推动塞子跳起时，空气的内能增大C．图丙，试管内的水蒸气推动塞子冲出时，水蒸气的内能减少D．图丁，汽缸内的气体推动活塞向下运动时，气体的内能增大7题图8题图8．（中考•宁波）如图都是教材中的实验，其中为了说明“对物体做功，物体内能增加”的是()A．图甲：手帕摩擦塑料丝后，塑料丝散开B．图乙：缝衣针与磁铁摩擦后，有了磁性C．图丙：加热后，水蒸气把木塞冲出试管D．图丁：迅速下压活塞后，浸过乙醚的棉花燃烧9．（中考•杭州）将一高温物体与一低温物体接触达到相同温度(两物体与外界没有热量交换)，则有()A．高温物体放出的热量一定大于低温物体吸收的热量B．高温物体放出的热量一定等于低温物体吸收的热量C．高温物体降低的温度一定大于低温物体升高的温度D．高温物体降低的温度一定等于低温物体升高的温度10．下列关于“热与能”的表述中正确的是()A．物体在吸热过程中，其温度一定升高B．在搓手取暖过程中，内能转化为机械能C．水常被用作冷却剂，是因为水的比热容大D．铁块在煅烧过程中，其内能从零开始增加11.（中考·宿迁)关于温度、热量和内能，下列说法正确的是()A.物体吸收了热量，温度一定升高B.温度高的物体含有热量多C.温度相同的物体，内能不一定相同D.物体内能增加，一定从外界吸收了热量12．（中考•温州）某智能百叶窗的叶片上贴有太阳能板，在光照时发电，给电动机供电以调节百叶窗的开合。该过程中发生的能量转换是()A．电能→机械能→光能B．光能→机械能→电能C．光能→电能→机械能D．机械能→电能→光能13．（中考•长沙)辣椒萝卜是湖南人最喜欢的食品之一，制作辣椒萝卜首先需将新鲜的萝卜切条，然后将萝卜条放在太阳下晾晒两三天使其变成萝卜干，再拌上剁辣椒和盐，腌制8至10天即可食用。下列说法中正确的是()A．晒萝卜利用了太阳能来做功B．腌制好的萝卜内外都又辣又咸，说明分子在不停地做无规则 运动C．萝卜干没有内能D．萝卜条变干是因为水升华了14．（中考•成都)成都正以新发展理念创建公园城市，让市民可以出门见绿意，抬头望雪山。对下列美好生活场景的分析，正确的是()A．春天，蒲江品茗春茶暖；热茶暖手，是通过做功改变手的内能B．夏天，龙泉戏水浸心凉；水比岸边石头凉，说明水的比热容小C．秋天，新都赏桂满城香；花香袭人，是分子无规则运动的结果D．冬天，郫都望雪西岭上；山顶积雪常年不化，积雪的内能为零15．（中考•海南)在冬天，人们常常搓手取暖，这个过程中的能量转化与四冲程内燃机的哪个冲程相同()A．吸气冲程 B．压缩冲程C．做功冲程 D．排气冲程16．（中考·内江)根据能量守恒定律，下列情形可能发生的是()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17．（中考·通辽)下列说法正确的是()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18．（中考•嘉兴）各种形式的能量都不是孤立的，它们可以在一定条件下发生转化，且能量的转化是有方向的，下面几幅图按能量转化的顺序，排列正确的是()A．①②③④B．②③④①C．②①③④D．①③④②19．（中考•杭州）如图，汽油机处于工作过程中的某个冲程，对此冲程下列叙述正确的是()A．压缩冲程，机械能转化为内能B．压缩冲程，内能转化为机械能C．做功冲程，机械能转化为内能D．做功冲程，内能转化为机械能19题图20题图21题图22题图20．（中考•宁波)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()A．吸气冲程B．压缩冲程C．做功冲程D．排气冲程21．（中考·湖州)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()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22.（中考·南通)如图，轻质弹簧竖直放置，下端固定于地面，上端位于O点时弹簧恰好不发生形变。现将一小球放在弹簧上端，再用力把小球向下压至图中A位置后由静止释放，小球将竖直向上运动并脱离弹簧，不计空气阻力，则小球()A．运动至最高点时，受平衡力作用B．被释放瞬间，所受重力大于弹簧弹力C．从A点向上运动过程中，速度先增大后减小D．从O点向上运动过程中，重力势能转化为动能23．（中考·宜昌)前段时间，“加水就能跑的神车”事件一度成为舆论热点，该汽车实际上是利用车内水解制氢技术获得氢气，通过氢燃料电池给车提供动力(该技术成本很高，目前仍处在试验阶段)，但被曲解为“加水就能跑”。下列对该事件的看法错误的是()A．氢燃料电池是将氢气的化学能转化为电能B．水解技术制取氢气的过程一定要消耗其他能量C．对于热点事件要遵从科学原理，不能盲从，更不能以讹传讹D．该车行驶的能量最终来源于水，水是一种能源24．（中考·台州)下列是关于水蒸发致冷现象的解释：①水分子运动速度有大有小；②剩余的水内能减少，温度降低；③剩余的水分子运动速度相对较小；④速度大的水分子动能大，更易摆脱周围分子的“束缚”，跑到空气中。此解释合理的顺序是()A．①④③②B．②③①④C．③①④②D．④③②①25.（中考·宁波)干冰可用于保鲜，但使用不当可能引起爆炸。有消防员做了以下实验：向一个380mL的塑料瓶中放入半瓶干冰，立即旋紧瓶盖，发现瓶内有白雾产生，30min后发生爆炸。向另一个550mL的塑料瓶中放入等量的干冰，再倒入170mL水，然后立即旋紧瓶盖，发现瓶内产生大量白雾，瓶子膨胀，仅过20s就爆炸。第二个瓶子中所加水的主要作用是()A．提供热能B．作反应物C．作催化剂D．形成白雾26．(中考•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________方法，后者是通过__________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？________(选填“能”或“不能”)，这是因为________________________________________。26题图27题图28题图27．（中考•绍兴节选)我国研发的“液态太阳燃料合成技术”如图所示，甲醇(CH3OH)等液体燃料被形象地称为“液态阳光”。甲醇制取过程中能量转化是太阳能→电能→________能。28．（中考•广东)如图为火箭发射的场景，火箭的燃料使用了液态氢，主要是因为它的______大，火箭发射升空时，燃料的化学能转化为______能，再转化为火箭的机械能，这个过程中火箭的机械能________(选填“守恒”或“不守恒”)。29．（中考•攀枝花)端午节到了，家人团聚常食用咸鸭蛋。咸蛋的制作方法之一：在洗净的鸭蛋表面涂抹白酒，粘上盐后用纸包起来，放置一段时间后就变咸了，从分子运动的角度看，鸭蛋变咸属于________现象。煮咸鸭蛋时，温度升高，内能_______(选填“增加”“减少”或“不变”)。30．（中考•扬州)在玻璃瓶内装入约半瓶细沙，盖上瓶盖，包裹一层泡沫塑料，迅速振动瓶子几十次，细沙温度升高，这是用_______方法使沙子内能增大，泡沫塑料的作用是_______。如果换成水做该实验，升温不明显是因为水的_________大。31．（中考•连云港)人骑电动自行车下坡时重力势能__________(选填“增大”“减小”或“不变”)。到达坡底后在水平路面上匀速骑行过程中，机械能________(选填“增大”“减小”或“不变”)。刹车后很快停了下来，发现刹车片很烫，这是通过_______的方式改变刹车片的内能。32．（中考•济宁)完全燃烧140g焦炭所放出的热量有60%被初始温度为10℃、质量为10kg的水吸收，则水吸收的热量为__________J，水的温度将升高到_______℃。[在1个标准大气压下，q焦炭＝3.0×107J/kg，c水＝4.2×103J/(kg·℃)]33．（中考•宁波节选)电瓶车自燃的原因很多，常见的是由于电源短路，形成大电流并产生大量的热。这一过程中，化学能转化为电能，电能再转化为______能。34．（中考•湖州）下面是两个有关热学方面的观点，请用实例说明它们是错误的。(1)物体吸收热量，温度一定升高。____________________________________________________。(2)物体温度升高，一定是吸收了热量。____________________________________________________。35．（中考·嘉兴、舟山)如图所示，用酒精灯给水加热一段时间后，观察到软木塞冲出试管口。(1)软木塞冲出试管口，说明力能改变物体的____________。(2)此过程中，水蒸气减少的内能____________(填“大于”“等于”或“小于”)软木塞增加的机械能，这与热机的________冲程相似。35题图36题图37题图38题图36．（中考·湖州)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____________。(2)该雾炮车的发动机是柴油机。柴油机四个冲程中的____________冲程实现了内能转化为机械能，从而驱动雾炮车前进。37．（中考•自贡)在探究“物质的放热能力与哪些因素有关”时，分别用质量均为1kg的水和某种液体进行对比实验(水的比热容较大)，并用图像对实验数据进行了处理，如图所示，实验过程中，水和某种液体在相同时间内放出的热量相等，分析图像可以得出：________(选填“甲”或“乙”)物质是某种液体，某种液体的比热容为____________J/(kg·℃)。38．（中考•温州）如图是小明制作的简易“蒸汽船”模型。将盛有一定量水的铜制容器安装在“船体”上，用蜡烛对铜制容器底部加热，一段时间后铜管会向右喷蒸汽，“蒸汽船”就向左行驶。(1)蜡烛对铜制容器加热导致容器内水温升高，这是通过_______的方式改变水的内能。(2)当铜管向右喷蒸汽时，“船体”获得喷出的蒸汽对其向左的推力，这说明了_____________________________。39．（中考•武汉)某实验小组用如图甲所示的装置比较水和煤油的吸热本领。(1)加热前，在一个烧杯中倒入240mL的水，为了使水和煤油的质量相同，需要在另一个相同烧杯中倒入________mL的煤油。39题图40题图(2)用两个相同规格的电加热器来加热水和煤油，每隔1min记录一次温度，整个实验操作无误。图乙中，若图线②反映水的温度随时间的变化规律，则图线______(填序号)可以反映煤油的温度随时间的变化规律。加热过程中，煤油的热值_________(选填“变大”“不变”或“变小”)。(3)同时停止加热，在相同质量的水和煤油温度降低的过程中，水放出的热量与降低的温度之比________(填“大于”“等于”或“小于”)煤油放出的热量与降低的温度之比。40．（中考·台州)图中小朋友在玩滑梯游戏，小朋友坐在滑梯顶端，用手轻推滑梯，沿着滑梯开始下滑，滑动速度越来越大，同时感觉屁股发烫，到达底端时还会滑出一段距离。请说出其中蕴含的科学道理。41．(中考•温州)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。甲乙答：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。42．（中考·宁波)科学上通常用“功”和“热量”来量度物体能量的变化。(1)在“使用动滑轮”活动中，小科利用如图所示装置，用竖直向上的大小为10N的拉力F使物体A匀速提升了0.1m。如果该装置的机械效率为70%，则这一过程中，克服物体A的重力所做的功为________J，这个值也是物体A增加的机械能。(2)把质量为2kg，温度为25℃的水加热到100℃，至少需要完全燃烧________g的酒精。上述过程中，水的内能增加是通过________(填“做功”或“热传递”)的途径实现的。[已知：水的比热容为4.2×103J/(kg·℃)，酒精的热值为3.0×107J/kg]43．（中考•南京)小明一家驾车旅行。(1)加油时，闻到汽油味，说明分子在________________________________。(2)图示为车发动机的一个冲程，其能量转化情况是____________________。(3)若车的总质量为1.5t，匀速直线行驶9km，所受阻力为车重的0.1倍，完全燃烧汽油1L，则1L汽油完全燃烧放出的热量是_________J，车所受牵引力是________N，车的工作效率是_________%。(ρ汽油＝0.8×103kg/m3，q汽油＝4.5×107J/kg，g取10N/kg)43题图44题图44．(中考•金华)2020年3月9日19时55分，我国成功发射北斗导航系统第五十四颗导航卫星。北斗导航系统将在国家安全、经济效益、技术储备等方面发挥作用。火箭喷出的燃气温度高达1300℃，发射塔下方的导流槽设有喷水设施，在火箭点火前几秒钟喷水，水在高温下大量汽化。(1)升空时，火箭相对于发射塔是_______(选填“运动”或“静止”)的。(2)导流槽喷出的水汽化所需的能量来源于火箭燃料贮存的_______能。45．（中考·绍兴)热机发明后，一直在持续的改进和发展中。材料一：1769年，法国人居纽制造出蒸汽机推动的三轮汽车(图1甲)，传统蒸汽机的燃料在气缸外部燃烧(图1乙)，热效率为5%～8%。