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專題26　內(nèi)能、核能、能量守恒與轉(zhuǎn)化
【知識(shí)點(diǎn)回顧】
一、能的多種形式
考點(diǎn)1　列舉能的多種形式(機(jī)械能、內(nèi)能、電能、化學(xué)能、核能)　
能量是以多種形式存在的，常見的能量形式有機(jī)械能、內(nèi)能、________、化學(xué)能、________等。
二、內(nèi)能
1．內(nèi)能含義：構(gòu)成物質(zhì)的大量微粒(如分子、原子、離子等)做________而具有的能，俗稱熱能。________都有內(nèi)能。
2．物體溫度________，內(nèi)能________；溫度越低，內(nèi)能越小。
3．克服摩擦做功，能使物體的內(nèi)能增加。
1．做功：對(duì)物體做功，物體的內(nèi)能________；物體對(duì)外界做功，物體的內(nèi)能________。實(shí)質(zhì)是能的形式發(fā)生了轉(zhuǎn)化。
2．熱傳遞：物體吸熱，內(nèi)能________；物體放熱，內(nèi)能________。實(shí)質(zhì)是內(nèi)能從高溫物體傳遞到低溫物體，或者內(nèi)能從同一物體的高溫部分________到低溫部分的過程。能的形式未發(fā)生轉(zhuǎn)化。
注意：做功和熱傳遞對(duì)改變物體的內(nèi)能是________的。
在熱傳遞中，傳遞的能量多少叫________。低溫物體從外界吸收多少熱量，內(nèi)能就________多少；高溫物體向外界放出多少熱量，內(nèi)能就________多少。
1．化學(xué)能是物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時(shí)所釋放的能量，它不能直接用來做功，只有在發(fā)生________的時(shí)候才釋放出來，變成內(nèi)能或者其他形式的能量。
2．化學(xué)能與內(nèi)能的轉(zhuǎn)化
常見吸熱反應(yīng)：________轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能
大多數(shù)分解反應(yīng)；大多數(shù)需要加熱或高溫條件下才能進(jìn)行的反應(yīng)。
常見放熱反應(yīng)：化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)能
燃燒；中和反應(yīng)；金屬與酸反應(yīng)；一般化合反應(yīng)(如生石灰和水反應(yīng))。
三、熱機(jī)
考點(diǎn)6　說出汽油機(jī)的工作過程，知道汽油機(jī)的能量轉(zhuǎn)化　
1．熱機(jī)是指各種利用內(nèi)能做功的機(jī)械。熱機(jī)原理是將燃料的____________轉(zhuǎn)化成內(nèi)能再轉(zhuǎn)化成____________。
2．熱機(jī)的四個(gè)沖程：吸氣沖程，____________沖程，____________沖程，____________沖程。
四、核能的利用
1．含義：原子核是可以改變的，且在有些改變的過程中還會(huì)釋放出巨大的能量，這種能量叫做核能。
2．獲得核能的途徑
重核裂變：質(zhì)量較大的原子核在中子轟擊下分裂成兩個(gè)新原子核，并釋放出能量的過程。
原子彈：根據(jù)________的原理制成。
輕核聚變：兩個(gè)質(zhì)量較小的原子核結(jié)合成質(zhì)量較大的新核，同時(shí)釋放出能量的過程。
氫彈：根據(jù)________的原理制成。
1．原子核的裂變和聚變都會(huì)產(chǎn)生一些放射性物質(zhì)，如α射線、γ射線、X射線、β射線等。
2．大量放射線對(duì)人畜會(huì)造成很大的傷害。如：建造核電站通常要修建很厚的水泥防護(hù)層，防止放射線外泄。
3．較小量的射線可以為人類做許多事。如：利用γ射線探傷；育種；放射線治療腫瘤等疾病。
1．核電站原理：________。
五、能量的轉(zhuǎn)化與守恒
1．能量既不會(huì)消滅，也不會(huì)創(chuàng)生，它只會(huì)從一種形式________為其他形式，或者從一個(gè)物體________到另一個(gè)物體，而在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的過程中，能的________，這就是________。
2．能量的轉(zhuǎn)化和守恒定律是自然科學(xué)最基本的規(guī)律?！坝绖?dòng)機(jī)”是不可能成功的，因?yàn)樗`背了___________________________________________________________________。
能量的轉(zhuǎn)化與傳遞有一定的________：例如熱能可以從高溫物體轉(zhuǎn)移到低溫物體，而不能自發(fā)地從低溫物體轉(zhuǎn)移到高溫物體；可燃物可以通過燃燒將化學(xué)能轉(zhuǎn)化成內(nèi)能，但不可能將內(nèi)能自發(fā)地轉(zhuǎn)化成化學(xué)能。
1．能量利用效率是指有效利用的能與總能量之比。
2．提高能量利用效率的方法：減少能量浪費(fèi)和損失；改進(jìn)機(jī)械設(shè)備。
【例題精析】
例1．（2020?寧波）如圖為一種自熱火鍋的構(gòu)件圖。該自熱火鍋的發(fā)熱包內(nèi)有鐵粉、鋁粉、炭粉、生石灰等物質(zhì)，將發(fā)熱包放到水中，會(huì)放出大量的熱。有關(guān)該自熱火鍋的說法不合理的是（　　）
A．生石灰與水反應(yīng)，會(huì)放出大量的熱
B．設(shè)計(jì)出氣孔的目的是避免使用時(shí)盒內(nèi)氣壓過高
C．遇水能放出熱量的物質(zhì)都能作為發(fā)熱包的內(nèi)容物
D．使用過的發(fā)熱包即使干燥后也不能重復(fù)使用
例2．（2020?衢州）將冰塊放在泡沫箱中可制成簡易“冰箱”，把一瓶飲料放入“冰箱”后，冰塊和飲料的溫度隨時(shí)間變化的曲線如圖所示，在兩物體溫度達(dá)到相同之前，下列說法正確的是（　?。?br/>A．甲是冰塊
B．乙吸收熱量
C．甲內(nèi)能增加
D．乙內(nèi)能減少
例3．（2019?寧波）2019年1月3日（農(nóng)歷十一月二十八），我國“嫦娥四號(hào)”探測器在月球背面軟著陸，這是人類探測器首次成功登陸月球背面。下列關(guān)于“嫦娥四號(hào)”探測器在月球背面著陸前后的分析，符合實(shí)際的是（　?。?br/>A．著陸時(shí)，探測器和月球位于圖中的c點(diǎn)附近
B．探測器要有防水設(shè)計(jì)，因?yàn)榄h(huán)形山上有水
C．探測器著陸前要減速，因?yàn)榕c大氣摩擦?xí)鸁?br/>D．探測器在月球的著陸點(diǎn)能拍到地球的照片
例4．（2020?衢州）下列用電器把電能主要轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的是（　?。?br/>A．電風(fēng)扇
B．電燈
C．電飯煲
D．電熨斗
例5．（2018?溫州）某智能百葉窗的葉片上貼有太陽能板，在光照時(shí)發(fā)電，給電動(dòng)機(jī)供電以調(diào)節(jié)百葉窗的開合。該過程中發(fā)生的能量轉(zhuǎn)換是（　?。?br/>A．電能→機(jī)械能→光能
B．光能→機(jī)械能→電能
C．光能→電能→機(jī)械能
D．機(jī)械能→電能→光能
例6．（2018?紹興）2018年5月14日，川航3U8633航班客機(jī)駕駛艙右側(cè)風(fēng)擋玻璃突然破裂，機(jī)長在低壓、極寒、缺氧、巨大噪聲的惡劣條件下操縱飛機(jī)成功降落，被譽(yù)為一次“世界級(jí)”的備降。
（1）飛機(jī)玻璃破裂的瞬間，強(qiáng)大的氣流損壞儀器面板，此時(shí)氣流的方向是　
?。ㄟx填“從外界到駕駛艙”或“從駕駛艙到外界”）。
（2）此事件中的雷達(dá)觀察員被媒體稱為幕后英雄。太陽活動(dòng)增強(qiáng)時(shí)會(huì)影響雷達(dá)等短波通訊，常見的太陽活動(dòng)有太陽黑子、　
　、日珥等。
（3）高空中雖然氣溫極低，但飛機(jī)上的空調(diào)一般是制冷的，這是因?yàn)闄C(jī)外的冷空氣吸人飛機(jī)后需要壓縮，使空氣的溫度升到50℃以上，這種改變內(nèi)能的途徑屬　
　。
例7．（2018?溫州）如圖是小明制作的簡易“蒸汽船”模型。將盛有一定量水的銅制容器安裝在“船體”上，用蠟燭對(duì)銅制容器底部加熱，一段時(shí)間后銅管會(huì)向右噴蒸汽，“蒸汽船”就向左行駛。
（1）蠟燭對(duì)銅制容器底部加熱導(dǎo)致容器內(nèi)水溫升高，這是通過　
　的方式改變水的內(nèi)能。
（2）當(dāng)銅管向右噴蒸汽時(shí)“船體”獲得噴出的蒸汽對(duì)其向左的推力，這說明了　
　。
例8．（2019?臺(tái)州）某電子打火機(jī)打火原理如圖，壓電陶瓷受到撞擊時(shí)表面電荷重新分布，產(chǎn)生高電壓，發(fā)出電火花點(diǎn)燃?xì)怏w。撞擊時(shí)，通過壓電陶瓷實(shí)現(xiàn)的能量轉(zhuǎn)化是　
??；放電時(shí)，兩塊壓電陶瓷的連接方式是　
　聯(lián)。
例9．（2017?義烏市）排球充氣后，讓排球從手上自由落下，排球每次彈回的高度都低于落下時(shí)的高度。
（1）解釋整個(gè)過程中能量是否守恒。
（2）排球從接觸地面到形變最大的過程中，速度v與形變大小△V之間的關(guān)系大致如圖，請(qǐng)說明該過程中，排球受力情況與機(jī)械能變化的關(guān)系。
例10．（2016?紹興）光滑斜面甲與水平面AB平滑連接，從斜面甲高H處靜止釋放小球，小球運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)靜止，如圖甲，在AB上的C點(diǎn)平滑拼接另一光滑斜面乙。已知AB＝3AC，如圖乙，回答下列問題：
（1）如果小球從斜面甲高H處靜止釋放，說明小球在乙斜面到達(dá)的最大高度h與H的數(shù)量關(guān)系及理由。
（2）要使小球在乙斜面上到達(dá)的最大高度變?yōu)?h，小球應(yīng)在甲斜面上多高處靜止釋放，并說明理由。
【習(xí)題鞏固】
一．選擇題（共11小題）
1．2019年7月19日，中國“天宮二號(hào)”目標(biāo)飛行器受控墜落于南太平洋，“天宮二號(hào)”穿越大氣層時(shí)，大部分被焚毀，像一顆流星劃過天空。以下四個(gè)事例中，能量轉(zhuǎn)化與之相同的是（　?。?br/>A．甲、丙
B．甲、丁
C．乙、丙
D．乙、丁
2．能量轉(zhuǎn)化是非常普遍的現(xiàn)象，下列關(guān)于能量轉(zhuǎn)化的敘述正確的是（　?。?br/>A．洗衣機(jī)甩干衣服時(shí)，將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能
B．電池放電的過程，將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能
C．爐灶中烘焙燃燒時(shí)，將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能
D．用電熱水器燒水時(shí)，將電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能
3．下列關(guān)于能量及其轉(zhuǎn)化的說法中正確的是（　?。?br/>A．白熾燈通電發(fā)熱是光能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能
B．在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能
C．太陽能電池將太陽能轉(zhuǎn)化為電能
D．墜落隕石在空中劃過一道亮光時(shí)內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能
4．用打樁機(jī)打樁，打樁錘從5m高處自由落下時(shí)，錘與樁因沖擊力作用表面溫度升高，這說明（　?。?br/>A．機(jī)械能守恒
B．動(dòng)能守恒
C．熱能守恒
D．能量守恒
5．已知運(yùn)動(dòng)速度為v、質(zhì)量為m的物體的動(dòng)能為Ekmv2，質(zhì)量為m的物體由于舉高h(yuǎn)而具有的重力勢能為Ep＝mgh，其中g(shù)＝9.8N/kg。如圖所示，在設(shè)計(jì)某些電車車站時(shí)，站臺(tái)往往建的高一些，這是為了有效地提高能量利用率。設(shè)站臺(tái)高h(yuǎn)＝1.6m，進(jìn)站的電車到達(dá)坡的下端A點(diǎn)時(shí)速度為25.2km/h，此后即關(guān)閉電動(dòng)機(jī)的電源。由于車站的這種小坡度設(shè)計(jì)，電車進(jìn)站時(shí)所具有的機(jī)械能中，有百分之幾的能量可供出站時(shí)利用（　　）
A．100%
B．80%
C．64%
D．36%
6．為緩解電力緊張的狀況，我國陸續(xù)建造了一些核電站。關(guān)于核電站，下列說法正確的是（　?。?br/>A．核反應(yīng)堆中發(fā)生的是核聚變
B．核電站使用的核燃料是石油或天然氣
C．放射性元素放出的射線有α射線、β射線和γ射線
D．核電站發(fā)電的能量轉(zhuǎn)化過程是：核能﹣機(jī)械能﹣內(nèi)能﹣電能
7．如圖是核電站發(fā)電和供電的流程圖。關(guān)于流程圖中各裝置的能量轉(zhuǎn)化，下列說法正確的是（　?。?br/>A．核反應(yīng)堆將核能轉(zhuǎn)化為電能
B．蒸汽輪機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能
C．發(fā)電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能
D．各種用電器將其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能
8．以下事例在改變物體內(nèi)能的方式上與其他三項(xiàng)不同的是（　　）
A．冬天，通過搓手來取暖
B．劃火柴時(shí)，火柴燃燒
C．把袋裝牛奶放在熱水中加熱
D．鐵絲反復(fù)彎折，彎折處變熱
9．下列事例中，物體間因發(fā)生熱傳遞而導(dǎo)致內(nèi)能改變的是（　?。?br/>A．夏天雙手緊緊捂住冰袋感覺涼爽
B．冬天兩手相互摩擦感到暖和
C．用力將“摔炮”扔在地上而爆炸
D．用鋸條鋸木頭，鋸條會(huì)發(fā)熱
10．關(guān)于溫度、熱量、內(nèi)能，以下說法正確的是（　?。?br/>A．0℃的冰沒有內(nèi)能
B．物體的溫度越低，所含的熱量越多
C．一個(gè)物體吸收熱量時(shí)，溫度不一定升高
D．物體的內(nèi)能與溫度有關(guān)，只要溫度不變，物體的內(nèi)能就一定不變
11．下列說法正確的是（　?。?br/>A．同一物體，溫度升高，內(nèi)能增加
B．物體的內(nèi)能增加，一定是吸收了熱量
C．一個(gè)物體舉得越高，內(nèi)能一定增大
D．一個(gè)物體內(nèi)能越大，機(jī)械能也越大
二．多選題（共1小題）
12．下列關(guān)于能量轉(zhuǎn)化的分析錯(cuò)誤的是（　?。?br/>A．水果電池：化學(xué)能→電能
B．植物的光合作用：電磁能→化學(xué)能
C．電磁感應(yīng)現(xiàn)象：電能→機(jī)械能
D．核電站發(fā)電過程：核能→內(nèi)能→機(jī)械能→電能
三．填空題（共3小題）
13．電動(dòng)獨(dú)輪車是一種具有自我平衡能力的交通工具。在社會(huì)飛速發(fā)展的今天，交通擁堵也成了最終現(xiàn)象，一款時(shí)尚的電動(dòng)獨(dú)輪車，讓您享受穿梭于鬧市的輕松與快樂。電動(dòng)獨(dú)輪車的興起，即將引發(fā)一場新的交通革命。請(qǐng)回答下列問題：
（1）該電動(dòng)獨(dú)輪車在行駛過程中的全部能量轉(zhuǎn)化是　
?。ㄓ谩啊北硎巨D(zhuǎn)化）；
（2）電動(dòng)獨(dú)輪車的腳踏板材料是一種密度小、強(qiáng)度高和抗腐蝕性能好的合金。你認(rèn)為下列材料中最適合的是　
　（填字母）；
A．錳鋼B．青銅C．硬鋁D．不銹鋼
14．2018年4月1日，武漢“光谷量子號(hào)”有軌電車開始載客試運(yùn)營，開通了交路1和交路2兩條線路。交路2全長約20km，若電車某次跑完全程需要50min。
（1）“光谷量子號(hào)”采用了能量回收系統(tǒng)，例如電車下坡時(shí)為了保持勻速運(yùn)動(dòng)，采用帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電進(jìn)行“剎車”，則在此過程中是將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為　
　能，并儲(chǔ)存起來后供電車重新使用，所以更加節(jié)能環(huán)保；
（2）如果電車下坡時(shí)為了保持勻速運(yùn)動(dòng)，或進(jìn)站時(shí)采用的是與普通汽車同樣的剎車方式，機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，就無法重新供電車使用，說明能量轉(zhuǎn)化具有一定的　
　。
15．在如圖所示的四幅圖中，甲、乙是兩個(gè)演示實(shí)驗(yàn)示意圖；丙、丁是四沖程汽油機(jī)工作過程中的兩個(gè)沖程示意圖。其中丙圖是　
　沖程，它與　
　圖所示的演示實(shí)驗(yàn)原理相同。現(xiàn)有一種單缸汽油機(jī)在原有四沖程的基礎(chǔ)上增加兩個(gè)沖程，成為六沖程汽油機(jī)，也就是在原有四沖程汽油機(jī)完成排氣沖程后向氣缸內(nèi)噴水，水在氣缸內(nèi)汽化成水蒸氣，水蒸氣膨脹對(duì)外做功，這種汽油機(jī)一個(gè)工作循環(huán)有六個(gè)沖程。這種汽油機(jī)這樣設(shè)計(jì)的目的是　
　。
四．實(shí)驗(yàn)探究題（共1小題）
16．風(fēng)能是一種潛在的新能源，風(fēng)力發(fā)電機(jī)可以將獲得的風(fēng)能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能儲(chǔ)存在蓄電池中，風(fēng)力發(fā)電機(jī)都有一定的能量轉(zhuǎn)化效率。為了研究“風(fēng)力發(fā)電機(jī)的能量轉(zhuǎn)化效率是否與風(fēng)輪葉片數(shù)量有關(guān)？”小明利用電風(fēng)扇、秒表、風(fēng)力發(fā)電機(jī)模型、電量表（可準(zhǔn)確測量蓄電池充電百分比）按照?qǐng)D甲方式進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)。
①將圖乙中單葉式風(fēng)輪安裝在風(fēng)力發(fā)電機(jī)模型上；
②閉合電風(fēng)扇開關(guān)，調(diào)節(jié)電風(fēng)扇擋位使其風(fēng)速最大，計(jì)時(shí)20分鐘，測量并記錄蓄電池電量變化；重復(fù)3次實(shí)驗(yàn)并計(jì)算蓄電池電量變化平均值；
③分別換用圖乙中雙葉式、三葉式風(fēng)輪，重復(fù)步驟②；
④處理相關(guān)數(shù)據(jù)得到“蓄電池含量與時(shí)間的關(guān)系”如圖丙。
（1）本實(shí)驗(yàn)通過觀察并記錄　
　來比較風(fēng)力發(fā)電機(jī)的能量轉(zhuǎn)化效率。
（2）分析圖丙，解釋我國大型風(fēng)力發(fā)電廠均采用三葉式風(fēng)輪發(fā)電，其依據(jù)是　
　。
（3）“葉尖速比”為風(fēng)輪葉片尖端運(yùn)動(dòng)速度與風(fēng)速之比，葉尖速比會(huì)影響風(fēng)力發(fā)電機(jī)的能量轉(zhuǎn)化效率。當(dāng)單葉式風(fēng)輪的葉尖速比為λ時(shí)，其能量轉(zhuǎn)化效率達(dá)到最大值，已知該風(fēng)輪半徑為r（如圖?。?，風(fēng)輪每秒鐘轉(zhuǎn)動(dòng)2圈，應(yīng)將風(fēng)速控制在　
　時(shí)能使該單葉式風(fēng)力發(fā)電機(jī)能量轉(zhuǎn)化效率達(dá)到最大值（用字母λ、r表示）。
五．計(jì)算題（共1小題）
17．某同學(xué)準(zhǔn)備參加玩具賽車比賽。他需要選擇一只能量轉(zhuǎn)化效率高的電動(dòng)機(jī)。設(shè)電池電壓恒定不變?yōu)閁，他先用手捏住電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)軸，使其不轉(zhuǎn)動(dòng)，閉合開關(guān)后電流表的讀數(shù)為I1，然后放手，當(dāng)電動(dòng)機(jī)正常轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電流表的讀數(shù)為I2
（1）求該電動(dòng)機(jī)的內(nèi)阻為多少？
（2）該玩具電動(dòng)機(jī)正常轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的效率為多少？（寫出計(jì)算過程，用給定已知字母表示）
六．解答題（共3小題）
18．如圖是我國西部某地區(qū)風(fēng)力發(fā)電的外景。該地區(qū)空氣密度為1.3kg/m3，一臺(tái)風(fēng)車的輪葉轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)可以形成面積為100m2的圓面。下表給出了在不同風(fēng)速下一臺(tái)風(fēng)車獲得的能量。
平均風(fēng)速（m/s）
5
10
15
20
25
30
1s內(nèi)獲得的能量（×104J）
4
8
12
16
20
24
（1）對(duì)表格進(jìn)行分析，你發(fā)現(xiàn)風(fēng)車獲得的能量與風(fēng)速有什么關(guān)系？
（2）若此地平均風(fēng)速為15m/s，1臺(tái)這樣的風(fēng)車10分鐘獲得的風(fēng)能是多少？這么多能量若有42%被80kg初溫為20℃的水吸收，水溫可達(dá)到多少℃？（一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下）
（3）若某時(shí)間內(nèi)風(fēng)速為10m/s，一臺(tái)風(fēng)車工作1小時(shí)所產(chǎn)生的電能供10只“220V100W”燈泡正常工作8h，求這臺(tái)風(fēng)車發(fā)電的效率。
19．某同學(xué)觀察到氣象站每日放飛探空氣球，如圖甲，氣球下吊有測量儀器，氣球和儀器一起勻速上升，他認(rèn)為它們的機(jī)械能增加了，增加的機(jī)械能是什么能量轉(zhuǎn)化來的呢？
（1）首先排除了氣球增加的機(jī)械能是由空氣的內(nèi)能轉(zhuǎn)化而來，理由是　
　。
（2）那么增加的機(jī)械能究竟是什么能量轉(zhuǎn)化而來的呢？老師做了以下實(shí)驗(yàn)：先把木塊壓入水中，當(dāng)撤去壓力時(shí)，木塊上浮。木塊升高了，同時(shí)會(huì)有一部分水下去填補(bǔ)木塊原來占據(jù)的位置，當(dāng)木塊最終漂浮后，水面有所下降。氣球在空氣中的上升和木塊在水中的上浮原理是相同的，從能量轉(zhuǎn)化和守恒角度分析該同學(xué)提出的問題　
　。
20．電動(dòng)機(jī)是一種使用廣泛地動(dòng)力機(jī)械。從能量轉(zhuǎn)化的角度看，它主要是把電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，還有一部分能量在線圈中以熱量的形式散失掉。如果某電動(dòng)機(jī)線圈的電阻為R，電動(dòng)機(jī)工作時(shí)兩端的電壓為U，通過電動(dòng)機(jī)的電流為I，請(qǐng)推導(dǎo)此電動(dòng)機(jī)電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的效率η。專題26　內(nèi)能、核能、能量守恒與轉(zhuǎn)化
【知識(shí)點(diǎn)回顧】
一、能的多種形式
考點(diǎn)1　列舉能的多種形式(機(jī)械能、內(nèi)能、電能、化學(xué)能、核能)　
能量是以多種形式存在的，常見的能量形式有機(jī)械能、內(nèi)能、________、化學(xué)能、________等。
二、內(nèi)能
1．內(nèi)能含義：構(gòu)成物質(zhì)的大量微粒(如分子、原子、離子等)做________而具有的能，俗稱熱能。________都有內(nèi)能。
2．物體溫度________，內(nèi)能________；溫度越低，內(nèi)能越小。
3．克服摩擦做功，能使物體的內(nèi)能增加。
1．做功：對(duì)物體做功，物體的內(nèi)能________；物體對(duì)外界做功，物體的內(nèi)能________。實(shí)質(zhì)是能的形式發(fā)生了轉(zhuǎn)化。
2．熱傳遞：物體吸熱，內(nèi)能________；物體放熱，內(nèi)能________。實(shí)質(zhì)是內(nèi)能從高溫物體傳遞到低溫物體，或者內(nèi)能從同一物體的高溫部分________到低溫部分的過程。能的形式未發(fā)生轉(zhuǎn)化。
注意：做功和熱傳遞對(duì)改變物體的內(nèi)能是________的。
在熱傳遞中，傳遞的能量多少叫________。低溫物體從外界吸收多少熱量，內(nèi)能就________多少；高溫物體向外界放出多少熱量，內(nèi)能就________多少。
1．化學(xué)能是物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時(shí)所釋放的能量，它不能直接用來做功，只有在發(fā)生________的時(shí)候才釋放出來，變成內(nèi)能或者其他形式的能量。
2．化學(xué)能與內(nèi)能的轉(zhuǎn)化
常見吸熱反應(yīng)：________轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能
大多數(shù)分解反應(yīng)；大多數(shù)需要加熱或高溫條件下才能進(jìn)行的反應(yīng)。
常見放熱反應(yīng)：化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)能
燃燒；中和反應(yīng)；金屬與酸反應(yīng)；一般化合反應(yīng)(如生石灰和水反應(yīng))。
三、熱機(jī)
考點(diǎn)6　說出汽油機(jī)的工作過程，知道汽油機(jī)的能量轉(zhuǎn)化　
1．熱機(jī)是指各種利用內(nèi)能做功的機(jī)械。熱機(jī)原理是將燃料的____________轉(zhuǎn)化成內(nèi)能再轉(zhuǎn)化成____________。
2．熱機(jī)的四個(gè)沖程：吸氣沖程，____________沖程，____________沖程，____________沖程。
四、核能的利用
1．含義：原子核是可以改變的，且在有些改變的過程中還會(huì)釋放出巨大的能量，這種能量叫做核能。
2．獲得核能的途徑
重核裂變：質(zhì)量較大的原子核在中子轟擊下分裂成兩個(gè)新原子核，并釋放出能量的過程。
原子彈：根據(jù)________的原理制成。
輕核聚變：兩個(gè)質(zhì)量較小的原子核結(jié)合成質(zhì)量較大的新核，同時(shí)釋放出能量的過程。
氫彈：根據(jù)________的原理制成。
1．原子核的裂變和聚變都會(huì)產(chǎn)生一些放射性物質(zhì)，如α射線、γ射線、X射線、β射線等。
2．大量放射線對(duì)人畜會(huì)造成很大的傷害。如：建造核電站通常要修建很厚的水泥防護(hù)層，防止放射線外泄。
3．較小量的射線可以為人類做許多事。如：利用γ射線探傷；育種；放射線治療腫瘤等疾病。
1．核電站原理：________。
五、能量的轉(zhuǎn)化與守恒
1．能量既不會(huì)消滅，也不會(huì)創(chuàng)生，它只會(huì)從一種形式________為其他形式，或者從一個(gè)物體________到另一個(gè)物體，而在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的過程中，能的________，這就是________。
2．能量的轉(zhuǎn)化和守恒定律是自然科學(xué)最基本的規(guī)律?！坝绖?dòng)機(jī)”是不可能成功的，因?yàn)樗`背了___________________________________________________________________。
能量的轉(zhuǎn)化與傳遞有一定的________：例如熱能可以從高溫物體轉(zhuǎn)移到低溫物體，而不能自發(fā)地從低溫物體轉(zhuǎn)移到高溫物體；可燃物可以通過燃燒將化學(xué)能轉(zhuǎn)化成內(nèi)能，但不可能將內(nèi)能自發(fā)地轉(zhuǎn)化成化學(xué)能。
1．能量利用效率是指有效利用的能與總能量之比。
2．提高能量利用效率的方法：減少能量浪費(fèi)和損失；改進(jìn)機(jī)械設(shè)備。
考點(diǎn)1　電能　核能
考點(diǎn)2　1.無規(guī)則運(yùn)動(dòng)　任何物質(zhì)　2.越高　越大
考點(diǎn)3　1.增加　減少　2.增加　減少　傳遞　等效
考點(diǎn)4　熱量　增加　減少
考點(diǎn)5　1.化學(xué)變化　2.內(nèi)能
考點(diǎn)6　1.化學(xué)能　機(jī)械能　2.壓縮　做功　排氣
考點(diǎn)7　2.核裂變　核聚變
考點(diǎn)9　1.原子核裂變　2.內(nèi)能　電能
考點(diǎn)10　1.轉(zhuǎn)化　轉(zhuǎn)移　總量保持不變　能量轉(zhuǎn)化和守恒定律　2.能量的轉(zhuǎn)化和守恒定律
考點(diǎn)11　方向性
【例題精析】
例1．（2020?寧波）如圖為一種自熱火鍋的構(gòu)件圖。該自熱火鍋的發(fā)熱包內(nèi)有鐵粉、鋁粉、炭粉、生石灰等物質(zhì)，將發(fā)熱包放到水中，會(huì)放出大量的熱。有關(guān)該自熱火鍋的說法不合理的是（　?。?br/>A．生石灰與水反應(yīng)，會(huì)放出大量的熱
B．設(shè)計(jì)出氣孔的目的是避免使用時(shí)盒內(nèi)氣壓過高
C．遇水能放出熱量的物質(zhì)都能作為發(fā)熱包的內(nèi)容物
D．使用過的發(fā)熱包即使干燥后也不能重復(fù)使用
【解答】解：
A、由化學(xué)知識(shí)可知，生石灰與水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，會(huì)釋放出大量的熱量，故A正確；
B、盒蓋上有出氣孔，這樣會(huì)避免使用時(shí)盒內(nèi)氣壓過高，能防止危險(xiǎn)的發(fā)生；故B正確；
C、發(fā)熱包用于自熱食品，要注意發(fā)熱材料不能有強(qiáng)腐蝕性和毒性，所以不是遇水能放出熱量的物質(zhì)都能作為發(fā)熱包的內(nèi)容物，故C錯(cuò)誤；
D、使用過的發(fā)熱包發(fā)生了化學(xué)變化，干燥后不能重復(fù)使用，故D正確。
本題選錯(cuò)誤的；故選：C。
例2．（2020?衢州）將冰塊放在泡沫箱中可制成簡易“冰箱”，把一瓶飲料放入“冰箱”后，冰塊和飲料的溫度隨時(shí)間變化的曲線如圖所示，在兩物體溫度達(dá)到相同之前，下列說法正確的是（　?。?br/>A．甲是冰塊
B．乙吸收熱量
C．甲內(nèi)能增加
D．乙內(nèi)能減少
【解答】解：由圖可知，物體甲的溫度是降低的，即物體甲放出熱量，內(nèi)能減小；物體乙的溫度是升高的，即物體乙吸收熱量，內(nèi)能變大；所以物體甲是飲料，乙是冰塊；故B正確，ACD錯(cuò)誤。
故選：B。
例3．（2019?寧波）2019年1月3日（農(nóng)歷十一月二十八），我國“嫦娥四號(hào)”探測器在月球背面軟著陸，這是人類探測器首次成功登陸月球背面。下列關(guān)于“嫦娥四號(hào)”探測器在月球背面著陸前后的分析，符合實(shí)際的是（　　）
A．著陸時(shí)，探測器和月球位于圖中的c點(diǎn)附近
B．探測器要有防水設(shè)計(jì)，因?yàn)榄h(huán)形山上有水
C．探測器著陸前要減速，因?yàn)榕c大氣摩擦?xí)鸁?br/>D．探測器在月球的著陸點(diǎn)能拍到地球的照片
【解答】解：
A、由圖可知月球轉(zhuǎn)動(dòng)方向，由于探測器需要登陸月球背面，所以探測器應(yīng)在月球的后面a或c點(diǎn)附近，但由于a點(diǎn)時(shí)月球背面沒有太陽光照射，所以，適合的著陸時(shí)機(jī)是在探測器和月球位于右圖中的c點(diǎn)附近，故A正確；
B、由于月球上沒有水，所以探測器不需要有防水設(shè)計(jì)，故B錯(cuò)誤；
C、探測器著陸前會(huì)減速，由于月球上沒有空氣，所以不會(huì)與大氣摩擦?xí)鸁幔蔆錯(cuò)誤；
D、探測器登陸月球背面，所以在月球的背面是看不到地球的，故沒法拍到地球的照片，故D錯(cuò)誤。
故選：A。
例4．（2020?衢州）下列用電器把電能主要轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的是（　?。?br/>A．電風(fēng)扇
B．電燈
C．電飯煲
D．電熨斗
【解答】解：電燈在工作時(shí)將電能轉(zhuǎn)化為光能和內(nèi)能，電熨斗和電飯鍋在工作時(shí)將電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，故BCD不符合題意；而電風(fēng)扇可以將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，故A符合題意。
故選：A。
例5．（2018?溫州）某智能百葉窗的葉片上貼有太陽能板，在光照時(shí)發(fā)電，給電動(dòng)機(jī)供電以調(diào)節(jié)百葉窗的開合。該過程中發(fā)生的能量轉(zhuǎn)換是（　?。?br/>A．電能→機(jī)械能→光能
B．光能→機(jī)械能→電能
C．光能→電能→機(jī)械能
D．機(jī)械能→電能→光能
【解答】解：太陽能板，在光照時(shí)發(fā)電，即把太陽能轉(zhuǎn)化為電能；電能供給電動(dòng)機(jī)，轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，調(diào)節(jié)百葉窗的開合；故該過程中發(fā)生的能量轉(zhuǎn)換是光能→電能→機(jī)械能。
故選：C。
例6．（2018?紹興）2018年5月14日，川航3U8633航班客機(jī)駕駛艙右側(cè)風(fēng)擋玻璃突然破裂，機(jī)長在低壓、極寒、缺氧、巨大噪聲的惡劣條件下操縱飛機(jī)成功降落，被譽(yù)為一次“世界級(jí)”的備降。
（1）飛機(jī)玻璃破裂的瞬間，強(qiáng)大的氣流損壞儀器面板，此時(shí)氣流的方向是　從駕駛艙到外界?。ㄟx填“從外界到駕駛艙”或“從駕駛艙到外界”）。
（2）此事件中的雷達(dá)觀察員被媒體稱為幕后英雄。太陽活動(dòng)增強(qiáng)時(shí)會(huì)影響雷達(dá)等短波通訊，常見的太陽活動(dòng)有太陽黑子、　耀斑（或太陽風(fēng)）　、日珥等。
（3）高空中雖然氣溫極低，但飛機(jī)上的空調(diào)一般是制冷的，這是因?yàn)闄C(jī)外的冷空氣吸人飛機(jī)后需要壓縮，使空氣的溫度升到50℃以上，這種改變內(nèi)能的途徑屬　做功　。
【解答】解：（1）飛機(jī)在空中飛行時(shí)，玻璃破裂，由于外界氣體的流速大于飛機(jī)駕駛艙內(nèi)部氣體的流速，故外界氣壓要小于駕駛艙內(nèi)部的氣壓，此時(shí)氣流的方向是從駕駛艙到外界；
（2）常見的太陽活動(dòng)有太陽風(fēng)、太陽黑子、耀斑、日珥等；
（3）機(jī)外的冷空氣吸人飛機(jī)后需要壓縮，對(duì)空氣做功使空氣的內(nèi)能增加，溫度升高。
故答案為：（1）從駕駛艙到外界；（2）耀斑（或太陽風(fēng)）；（3）做功。
例7．（2018?溫州）如圖是小明制作的簡易“蒸汽船”模型。將盛有一定量水的銅制容器安裝在“船體”上，用蠟燭對(duì)銅制容器底部加熱，一段時(shí)間后銅管會(huì)向右噴蒸汽，“蒸汽船”就向左行駛。
（1）蠟燭對(duì)銅制容器底部加熱導(dǎo)致容器內(nèi)水溫升高，這是通過　熱傳遞　的方式改變水的內(nèi)能。
（2）當(dāng)銅管向右噴蒸汽時(shí)“船體”獲得噴出的蒸汽對(duì)其向左的推力，這說明了　物體間力的作用是相互的　。
【解答】解：
（1）蠟燭燃燒放出熱量被水吸收而增大水的內(nèi)能，這是通過熱傳遞的方式改變水內(nèi)能的；
（2）由圖可知，水沸騰時(shí)產(chǎn)生大量的水蒸氣，水蒸氣從銅管噴出時(shí)是內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，噴出時(shí)給空氣一個(gè)力，由于物體間力的作用是相互的，空氣給水蒸氣一個(gè)大小相等，方向相反的力推動(dòng)蒸汽船前行。
故答案為：熱傳遞；物體間力的作用是相互的。
例8．（2019?臺(tái)州）某電子打火機(jī)打火原理如圖，壓電陶瓷受到撞擊時(shí)表面電荷重新分布，產(chǎn)生高電壓，發(fā)出電火花點(diǎn)燃?xì)怏w。撞擊時(shí)，通過壓電陶瓷實(shí)現(xiàn)的能量轉(zhuǎn)化是　機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能　；放電時(shí)，兩塊壓電陶瓷的連接方式是　并　聯(lián)。
【解答】解：由壓電陶瓷的工作過程可知，壓電陶瓷受到撞擊時(shí)產(chǎn)生高電壓，發(fā)出電火花，因此撞擊時(shí)，通過壓電陶瓷實(shí)現(xiàn)的能量轉(zhuǎn)化是機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能；
由圖可知，兩塊壓電陶瓷的正極、負(fù)極分別并列連在一起，因此是并聯(lián)的。
故答案為：機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能；并。
例9．（2017?義烏市）排球充氣后，讓排球從手上自由落下，排球每次彈回的高度都低于落下時(shí)的高度。
（1）解釋整個(gè)過程中能量是否守恒。
（2）排球從接觸地面到形變最大的過程中，速度v與形變大小△V之間的關(guān)系大致如圖，請(qǐng)說明該過程中，排球受力情況與機(jī)械能變化的關(guān)系。
【解答】答：（1）整個(gè)過程中能量守恒。排球從手上自由落下，排球每次彈回的高度都低于落下時(shí)的高度，是因?yàn)橛捎诳諝獾哪Σ?，有一部分機(jī)械能逐漸轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，但能量的總量是守恒的。
（2）排球從接觸地面到形變最大的過程中，受到重力和地面給予的彈力的作用，開始時(shí)重力大于彈力，速度逐漸增大；當(dāng)重力等于彈力時(shí)，速度達(dá)到最大值；最后重力小于彈力，速度逐漸減小，直至速度為零。整體過程中可以認(rèn)為是動(dòng)能轉(zhuǎn)化為排球的彈性勢能。
例10．（2016?紹興）光滑斜面甲與水平面AB平滑連接，從斜面甲高H處靜止釋放小球，小球運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)靜止，如圖甲，在AB上的C點(diǎn)平滑拼接另一光滑斜面乙。已知AB＝3AC，如圖乙，回答下列問題：
（1）如果小球從斜面甲高H處靜止釋放，說明小球在乙斜面到達(dá)的最大高度h與H的數(shù)量關(guān)系及理由。
（2）要使小球在乙斜面上到達(dá)的最大高度變?yōu)?h，小球應(yīng)在甲斜面上多高處靜止釋放，并說明理由。
【解答】答：（1）從釋放點(diǎn)到B點(diǎn)靜止，減少的機(jī)械能等于在AB水平面上由于摩擦而損失的機(jī)械能，因?yàn)锳B＝3AC，所以在AC上損耗的機(jī)械能是AB上的三分之一，所以乙斜面上時(shí)機(jī)械能比甲斜面上時(shí)的機(jī)械能少三分之一，故上升的高度hH；
（2）小球在乙斜面上升高度為2h，即H，因?yàn)锳C段上消耗的機(jī)械能與第一次相同，即消耗高度的機(jī)械能，所以原來小球在甲斜面上的釋放高度是：2hH；
【習(xí)題鞏固】
一．選擇題（共11小題）
1．2019年7月19日，中國“天宮二號(hào)”目標(biāo)飛行器受控墜落于南太平洋，“天宮二號(hào)”穿越大氣層時(shí)，大部分被焚毀，像一顆流星劃過天空。以下四個(gè)事例中，能量轉(zhuǎn)化與之相同的是（　　）
A．甲、丙
B．甲、丁
C．乙、丙
D．乙、丁
【解答】解：
“天宮二號(hào)”穿越大氣層時(shí)，克服摩擦做功，機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，使“天宮二號(hào)”內(nèi)能增加，溫度升高，發(fā)生劇烈燃燒；
甲、用力將活塞壓下，活塞對(duì)空氣做功，筒內(nèi)空氣的內(nèi)能增大、溫度升高，達(dá)到了棉花的著火點(diǎn)，棉花就會(huì)燃燒，此過程中機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，故正確；
乙、汽油機(jī)做功沖程中，高溫高壓的燃?xì)鈱?duì)外做功，此過程中內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，故錯(cuò)誤；
丙、試管內(nèi)氣體對(duì)瓶塞做功，氣體的內(nèi)能轉(zhuǎn)化為瓶塞的機(jī)械能，故錯(cuò)誤；
丁、鉆木取火屬于摩擦生熱現(xiàn)象，克服摩擦做功，機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，故正確。
故選：B。
2．能量轉(zhuǎn)化是非常普遍的現(xiàn)象，下列關(guān)于能量轉(zhuǎn)化的敘述正確的是（　　）
A．洗衣機(jī)甩干衣服時(shí)，將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能
B．電池放電的過程，將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能
C．爐灶中烘焙燃燒時(shí)，將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能
D．用電熱水器燒水時(shí)，將電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能
【解答】解：A、洗衣機(jī)甩干衣服，消耗電能使脫水桶轉(zhuǎn)動(dòng)，將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，故A錯(cuò)誤；
B、電池放電的過程，將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，故B錯(cuò)誤；
C、爐灶中烘焙燃燒時(shí)，將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，故C錯(cuò)誤；
D、用電熱水器燒水時(shí)，消耗電能，將電能轉(zhuǎn)化為水的內(nèi)能，故D正確；
故選：D。
3．下列關(guān)于能量及其轉(zhuǎn)化的說法中正確的是（　?。?br/>A．白熾燈通電發(fā)熱是光能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能
B．在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能
C．太陽能電池將太陽能轉(zhuǎn)化為電能
D．墜落隕石在空中劃過一道亮光時(shí)內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能
【解答】解：A、白熾燈通電發(fā)熱是電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能和光能，不是光能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，故A錯(cuò)誤；
B、在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中是機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，不是電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，故B錯(cuò)誤；
C、太陽能電池將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，故C正確；
D、墜落隕石在空中劃過一道亮光時(shí)機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，不是內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，故D錯(cuò)誤。
故選：C。
4．用打樁機(jī)打樁，打樁錘從5m高處自由落下時(shí)，錘與樁因沖擊力作用表面溫度升高，這說明（　　）
A．機(jī)械能守恒
B．動(dòng)能守恒
C．熱能守恒
D．能量守恒
【解答】解：打樁時(shí)，錘和樁溫度升高說明有內(nèi)能產(chǎn)生，而錘的機(jī)械能減小，故發(fā)生了機(jī)械能和內(nèi)能的轉(zhuǎn)化，故只能說明是能量守恒。
故選：D。
5．已知運(yùn)動(dòng)速度為v、質(zhì)量為m的物體的動(dòng)能為Ekmv2，質(zhì)量為m的物體由于舉高h(yuǎn)而具有的重力勢能為Ep＝mgh，其中g(shù)＝9.8N/kg。如圖所示，在設(shè)計(jì)某些電車車站時(shí)，站臺(tái)往往建的高一些，這是為了有效地提高能量利用率。設(shè)站臺(tái)高h(yuǎn)＝1.6m，進(jìn)站的電車到達(dá)坡的下端A點(diǎn)時(shí)速度為25.2km/h，此后即關(guān)閉電動(dòng)機(jī)的電源。由于車站的這種小坡度設(shè)計(jì)，電車進(jìn)站時(shí)所具有的機(jī)械能中，有百分之幾的能量可供出站時(shí)利用（　?。?br/>A．100%
B．80%
C．64%
D．36%
【解答】解：電車到達(dá)坡的下端A點(diǎn)時(shí)的動(dòng)能為：Ekmv2，
此時(shí)電車的速度為：v＝25.2km/h＝7m/s，
可利用的是電車的重力勢能：Ep＝Gh＝mgh，
則電車進(jìn)站時(shí)所具有的機(jī)械能中可供出站時(shí)利用的百分比：
η64%；
故選：C。
6．為緩解電力緊張的狀況，我國陸續(xù)建造了一些核電站。關(guān)于核電站，下列說法正確的是（　?。?br/>A．核反應(yīng)堆中發(fā)生的是核聚變
B．核電站使用的核燃料是石油或天然氣
C．放射性元素放出的射線有α射線、β射線和γ射線
D．核電站發(fā)電的能量轉(zhuǎn)化過程是：核能﹣機(jī)械能﹣內(nèi)能﹣電能
【解答】解：A、核在裂變和聚變時(shí)都能釋放能量，但是由于核聚變不容易控制，故核反應(yīng)堆中發(fā)生的是可控的核裂變，故A錯(cuò)誤；
B、核電站使用的就是核燃料，而不是石油或天然氣，故B錯(cuò)誤；
C、放射性元素主要是放出α射線、β射線和γ射線三種射線，故C正確；
D、核電站中將核能先轉(zhuǎn)化為介質(zhì)的內(nèi)能，再推動(dòng)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，并在發(fā)電機(jī)中最終轉(zhuǎn)化為電能，故D錯(cuò)誤。
故選：C。
7．如圖是核電站發(fā)電和供電的流程圖。關(guān)于流程圖中各裝置的能量轉(zhuǎn)化，下列說法正確的是（　　）
A．核反應(yīng)堆將核能轉(zhuǎn)化為電能
B．蒸汽輪機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能
C．發(fā)電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能
D．各種用電器將其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能
【解答】解：
A、核反應(yīng)堆是通過裂變反應(yīng)來釋放核能的，將核能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，故A錯(cuò)誤；
B、水受熱以后溫度上升會(huì)產(chǎn)生大量的水蒸氣，水蒸氣會(huì)推動(dòng)蒸汽輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，故B錯(cuò)誤；
C、蒸汽輪機(jī)又帶動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，最后發(fā)電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，故C正確；
D、用電器是將電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能，故D錯(cuò)誤。
故選：C。
8．以下事例在改變物體內(nèi)能的方式上與其他三項(xiàng)不同的是（　?。?br/>A．冬天，通過搓手來取暖
B．劃火柴時(shí)，火柴燃燒
C．把袋裝牛奶放在熱水中加熱
D．鐵絲反復(fù)彎折，彎折處變熱
【解答】解：
A、寒冷的冬天，搓手取暖，要克服摩擦做功，將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，是通過做功的方式改變物體的內(nèi)能；
B、劃火柴時(shí)，要克服摩擦做功，將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，是通過做功的方式改變物體的內(nèi)能；
C、用熱水加熱牛奶，牛奶吸收熱量，是通過熱傳遞的方式改變物體的內(nèi)能；
D、反復(fù)彎折鐵絲，彎折處變熱，將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，是通過做功的方式改變物體的內(nèi)能；
所以，C與ABD改變物體內(nèi)能的方式不同，C符合題意。
故選：C。
9．下列事例中，物體間因發(fā)生熱傳遞而導(dǎo)致內(nèi)能改變的是（　　）
A．夏天雙手緊緊捂住冰袋感覺涼爽
B．冬天兩手相互摩擦感到暖和
C．用力將“摔炮”扔在地上而爆炸
D．用鋸條鋸木頭，鋸條會(huì)發(fā)熱
【解答】解：
A、夏天雙手捂住冰袋感覺涼爽，這里沒有能量的轉(zhuǎn)化，而是能量的轉(zhuǎn)移，是通過熱傳遞改變物體內(nèi)能的，故A符合題意；
B、兩手相互摩擦?xí)r，機(jī)械能轉(zhuǎn)化為手的內(nèi)能，手的內(nèi)能增大、溫度升高，是通過做功改變了物體的內(nèi)能，故B不符合題意；
C、用力將“摔炮”扔在地上時(shí)，使鞭炮與地面發(fā)生碰撞，機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，即通過做功的方式改變物體的內(nèi)能，故C不符合題意；
D、用鋸條鋸木頭，鋸條會(huì)發(fā)熱，機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，是通過做功改變了物體的內(nèi)能，故D不符合題意。
故選：A。
10．關(guān)于溫度、熱量、內(nèi)能，以下說法正確的是（　?。?br/>A．0℃的冰沒有內(nèi)能
B．物體的溫度越低，所含的熱量越多
C．一個(gè)物體吸收熱量時(shí)，溫度不一定升高
D．物體的內(nèi)能與溫度有關(guān)，只要溫度不變，物體的內(nèi)能就一定不變
【解答】解：A、因?yàn)橐磺形矬w的分子都在不停地做無規(guī)則運(yùn)動(dòng)，所以一切物體都具有內(nèi)能，0℃的冰具有內(nèi)能。故A說法錯(cuò)誤。
B、熱量是過程量，描述它的術(shù)語只能用”吸收“和”放出“，不能用“含有”。故B說法錯(cuò)誤。
C、一個(gè)物體吸收熱量時(shí)，溫度不一定升高，例如晶體熔化過程中，吸收熱量，溫度不變，故C說法正確。
D、內(nèi)能的多少與物體的質(zhì)量、溫度、狀態(tài)有關(guān)，溫度不是決定物體內(nèi)能大小的唯一因素，故D說法錯(cuò)誤。
故選：C。
11．下列說法正確的是（　?。?br/>A．同一物體，溫度升高，內(nèi)能增加
B．物體的內(nèi)能增加，一定是吸收了熱量
C．一個(gè)物體舉得越高，內(nèi)能一定增大
D．一個(gè)物體內(nèi)能越大，機(jī)械能也越大
【解答】解：A、對(duì)于同一物體，其溫度升高了，其內(nèi)能一定增加了，故A正確；
B、改變物體內(nèi)能的方式有兩種：做功和熱傳遞；物體內(nèi)能增加可能是吸收了熱量，也可能是外界對(duì)物體做功，故B錯(cuò)誤；
C、一個(gè)物體舉得越高，其具有的重力勢能就會(huì)越大，但機(jī)械能與內(nèi)能是無必然聯(lián)系的，故C錯(cuò)誤；
D、內(nèi)能與物體內(nèi)部分子的熱運(yùn)動(dòng)和分子間的相互作用情況有關(guān)，而與整個(gè)物體機(jī)械能無關(guān)，故D錯(cuò)誤。
故選：A。
二．多選題（共1小題）
12．下列關(guān)于能量轉(zhuǎn)化的分析錯(cuò)誤的是（　?。?br/>A．水果電池：化學(xué)能→電能
B．植物的光合作用：電磁能→化學(xué)能
C．電磁感應(yīng)現(xiàn)象：電能→機(jī)械能
D．核電站發(fā)電過程：核能→內(nèi)能→機(jī)械能→電能
【解答】解：A、水果電池通過化學(xué)反應(yīng)得到了電能，故將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為了電能，故A正確；
B、光合作用，在光照的條件下，發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)，因此將光能轉(zhuǎn)化為了化學(xué)能，故B錯(cuò)誤；
C、電磁感應(yīng)，閉合電路中的部分導(dǎo)體切割磁感線運(yùn)動(dòng)，得到了電流，故將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，故C錯(cuò)誤；
D、核電站發(fā)電的過程是先將核能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，而后再將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，最后將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能的，故該選項(xiàng)正確，故D正確。
故選：BC。
三．填空題（共3小題）
13．電動(dòng)獨(dú)輪車是一種具有自我平衡能力的交通工具。在社會(huì)飛速發(fā)展的今天，交通擁堵也成了最終現(xiàn)象，一款時(shí)尚的電動(dòng)獨(dú)輪車，讓您享受穿梭于鬧市的輕松與快樂。電動(dòng)獨(dú)輪車的興起，即將引發(fā)一場新的交通革命。請(qǐng)回答下列問題：
（1）該電動(dòng)獨(dú)輪車在行駛過程中的全部能量轉(zhuǎn)化是　化學(xué)能→電能→機(jī)械能　（用“→”表示轉(zhuǎn)化）；
（2）電動(dòng)獨(dú)輪車的腳踏板材料是一種密度小、強(qiáng)度高和抗腐蝕性能好的合金。你認(rèn)為下列材料中最適合的是　C?。ㄌ钭帜福?；
A．錳鋼B．青銅C．硬鋁D．不銹鋼
【解答】解：（1）電動(dòng)獨(dú)輪車行駛的過程，電池放電時(shí)化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，電動(dòng)機(jī)工作時(shí)電能再轉(zhuǎn)化為機(jī)械能；
（2）硬鋁的特點(diǎn)是密度小、強(qiáng)度高和抗腐蝕性能好，故選C；
故答案為：（1）化學(xué)能→電能→機(jī)械能；（2）C。
14．2018年4月1日，武漢“光谷量子號(hào)”有軌電車開始載客試運(yùn)營，開通了交路1和交路2兩條線路。交路2全長約20km，若電車某次跑完全程需要50min。
（1）“光谷量子號(hào)”采用了能量回收系統(tǒng)，例如電車下坡時(shí)為了保持勻速運(yùn)動(dòng)，采用帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電進(jìn)行“剎車”，則在此過程中是將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為　電　能，并儲(chǔ)存起來后供電車重新使用，所以更加節(jié)能環(huán)保；
（2）如果電車下坡時(shí)為了保持勻速運(yùn)動(dòng)，或進(jìn)站時(shí)采用的是與普通汽車同樣的剎車方式，機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，就無法重新供電車使用，說明能量轉(zhuǎn)化具有一定的　方向性　。
【解答】解：
（1）當(dāng)電車下坡時(shí)，會(huì)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電進(jìn)行“剎車”，發(fā)電機(jī)工作時(shí)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能供電車使用，更加節(jié)能環(huán)保；
（2）電車下坡制動(dòng)剎車時(shí)消耗的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，而這些內(nèi)能卻不能再次轉(zhuǎn)化為汽車的機(jī)械能，說明能量的轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)化具有方向性。
故答案為：（1）電；（2）方向性。
15．在如圖所示的四幅圖中，甲、乙是兩個(gè)演示實(shí)驗(yàn)示意圖；丙、丁是四沖程汽油機(jī)工作過程中的兩個(gè)沖程示意圖。其中丙圖是　做功　沖程，它與　甲　圖所示的演示實(shí)驗(yàn)原理相同?，F(xiàn)有一種單缸汽油機(jī)在原有四沖程的基礎(chǔ)上增加兩個(gè)沖程，成為六沖程汽油機(jī)，也就是在原有四沖程汽油機(jī)完成排氣沖程后向氣缸內(nèi)噴水，水在氣缸內(nèi)汽化成水蒸氣，水蒸氣膨脹對(duì)外做功，這種汽油機(jī)一個(gè)工作循環(huán)有六個(gè)沖程。這種汽油機(jī)這樣設(shè)計(jì)的目的是　提高了熱機(jī)的效率　。
【解答】解：
（1）甲圖對(duì)試管中的水加熱，使試管中水的內(nèi)能增大，水蒸氣體積膨脹，對(duì)外做功，使塞子飛出去，水蒸氣的內(nèi)能轉(zhuǎn)化為塞子的機(jī)械能；
乙圖是用力將活塞壓下，活塞對(duì)空氣做功，空氣的內(nèi)能增大，溫度升高，達(dá)到了棉花的著火點(diǎn)，棉花就會(huì)燃燒。是通過對(duì)物體做功來增大物體內(nèi)能的，即是將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的過程。
丙圖中兩氣門都關(guān)閉，活塞下行，汽缸容積變大，是做功沖程，做功沖程將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。它與圖甲所示的演示實(shí)驗(yàn)原理相同。
（2）由題知，六沖程汽油機(jī)比原有的四沖程汽油機(jī)多做一次功，因此一個(gè)工作循環(huán)中共做功兩次，因?yàn)槔昧伺艢鉀_程后的余熱，所以大大的提高了熱機(jī)的效率，節(jié)約了能源。
故答案為：做功；甲；提高了熱機(jī)的效率。
四．實(shí)驗(yàn)探究題（共1小題）
16．風(fēng)能是一種潛在的新能源，風(fēng)力發(fā)電機(jī)可以將獲得的風(fēng)能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能儲(chǔ)存在蓄電池中，風(fēng)力發(fā)電機(jī)都有一定的能量轉(zhuǎn)化效率。為了研究“風(fēng)力發(fā)電機(jī)的能量轉(zhuǎn)化效率是否與風(fēng)輪葉片數(shù)量有關(guān)？”小明利用電風(fēng)扇、秒表、風(fēng)力發(fā)電機(jī)模型、電量表（可準(zhǔn)確測量蓄電池充電百分比）按照?qǐng)D甲方式進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)。
①將圖乙中單葉式風(fēng)輪安裝在風(fēng)力發(fā)電機(jī)模型上；
②閉合電風(fēng)扇開關(guān)，調(diào)節(jié)電風(fēng)扇擋位使其風(fēng)速最大，計(jì)時(shí)20分鐘，測量并記錄蓄電池電量變化；重復(fù)3次實(shí)驗(yàn)并計(jì)算蓄電池電量變化平均值；
③分別換用圖乙中雙葉式、三葉式風(fēng)輪，重復(fù)步驟②；
④處理相關(guān)數(shù)據(jù)得到“蓄電池含量與時(shí)間的關(guān)系”如圖丙。
（1）本實(shí)驗(yàn)通過觀察并記錄　相同時(shí)間內(nèi)蓄電池電量變化量　來比較風(fēng)力發(fā)電機(jī)的能量轉(zhuǎn)化效率。
（2）分析圖丙，解釋我國大型風(fēng)力發(fā)電廠均采用三葉式風(fēng)輪發(fā)電，其依據(jù)是　當(dāng)風(fēng)速相同時(shí)，使用三葉式風(fēng)輪能量轉(zhuǎn)化效率較高　。
（3）“葉尖速比”為風(fēng)輪葉片尖端運(yùn)動(dòng)速度與風(fēng)速之比，葉尖速比會(huì)影響風(fēng)力發(fā)電機(jī)的能量轉(zhuǎn)化效率。當(dāng)單葉式風(fēng)輪的葉尖速比為λ時(shí)，其能量轉(zhuǎn)化效率達(dá)到最大值，已知該風(fēng)輪半徑為r（如圖丁），風(fēng)輪每秒鐘轉(zhuǎn)動(dòng)2圈，應(yīng)將風(fēng)速控制在　　時(shí)能使該單葉式風(fēng)力發(fā)電機(jī)能量轉(zhuǎn)化效率達(dá)到最大值（用字母λ、r表示）。
【解答】解：
（1）根據(jù)實(shí)驗(yàn)方案可知，本實(shí)驗(yàn)通過觀察并記錄相同時(shí)間內(nèi)蓄電池電量變化量來比較風(fēng)力發(fā)電機(jī)的能量轉(zhuǎn)化效率。
（2）根據(jù)圖丙可知，在20min內(nèi)，三個(gè)葉片的轉(zhuǎn)化效率為20%，此時(shí)最高，那么得到結(jié)論：當(dāng)風(fēng)速相同時(shí)，使用三葉式風(fēng)輪能量轉(zhuǎn)化效率較高，因此我國石油三葉式風(fēng)輪發(fā)電；
（3）風(fēng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)一周經(jīng)過的距離為2πr，那么風(fēng)輪尖端的速度為：v尖；
根據(jù)公式葉尖速比得到，；
解得：。
故答案為：（1）相同時(shí)間內(nèi)蓄電池電量變化量；（2）當(dāng)風(fēng)速相同時(shí)，使用三葉式風(fēng)輪能量轉(zhuǎn)化效率較高；（3）。
五．計(jì)算題（共1小題）
17．某同學(xué)準(zhǔn)備參加玩具賽車比賽。他需要選擇一只能量轉(zhuǎn)化效率高的電動(dòng)機(jī)。設(shè)電池電壓恒定不變?yōu)閁，他先用手捏住電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)軸，使其不轉(zhuǎn)動(dòng)，閉合開關(guān)后電流表的讀數(shù)為I1，然后放手，當(dāng)電動(dòng)機(jī)正常轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電流表的讀數(shù)為I2
（1）求該電動(dòng)機(jī)的內(nèi)阻為多少？
（2）該玩具電動(dòng)機(jī)正常轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的效率為多少？（寫出計(jì)算過程，用給定已知字母表示）
【解答】解：（1）電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)為純電阻用電器，
由I可得，電動(dòng)機(jī)線圈的電阻：R；
（2）當(dāng)電動(dòng)機(jī)正常轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，消耗的電功率：
PM＝UI2，
電動(dòng)機(jī)線圈的熱功率：
P熱＝I22R＝I22，
輸出機(jī)械功的功率：
P機(jī)械＝PM﹣P熱＝UI2，
該玩具電動(dòng)機(jī)正常轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的效率：
η100%100%100%。
答：（1）該電動(dòng)機(jī)的內(nèi)阻為R；
（2）該玩具電動(dòng)機(jī)正常轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的效率為100%。
六．解答題（共3小題）
18．如圖是我國西部某地區(qū)風(fēng)力發(fā)電的外景。該地區(qū)空氣密度為1.3kg/m3，一臺(tái)風(fēng)車的輪葉轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)可以形成面積為100m2的圓面。下表給出了在不同風(fēng)速下一臺(tái)風(fēng)車獲得的能量。
平均風(fēng)速（m/s）
5
10
15
20
25
30
1s內(nèi)獲得的能量（×104J）
4
8
12
16
20
24
（1）對(duì)表格進(jìn)行分析，你發(fā)現(xiàn)風(fēng)車獲得的能量與風(fēng)速有什么關(guān)系？
（2）若此地平均風(fēng)速為15m/s，1臺(tái)這樣的風(fēng)車10分鐘獲得的風(fēng)能是多少？這么多能量若有42%被80kg初溫為20℃的水吸收，水溫可達(dá)到多少℃？（一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下）
（3）若某時(shí)間內(nèi)風(fēng)速為10m/s，一臺(tái)風(fēng)車工作1小時(shí)所產(chǎn)生的電能供10只“220V100W”燈泡正常工作8h，求這臺(tái)風(fēng)車發(fā)電的效率。
【解答】解：
（1）由表中數(shù)據(jù)可知，風(fēng)車獲得的能量隨風(fēng)速的增大而增大，并且成倍數(shù)的增加，所以風(fēng)車獲得的能量與風(fēng)速成正比關(guān)系；
（2）10分鐘獲得的風(fēng)能：
W＝12×104J×10×60s＝7.2×107J，
由題知，Q吸＝W×42%＝7.2×107J×42%，
∵Q吸＝cm△t，
即：7.2×107J×42%＝4.2×103J/（kg?℃）×80kg×△t，
解得：
△t＝90℃，
∵一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下水的沸點(diǎn)為100℃
∴水的末溫：
t＝100℃；
（3）風(fēng)車工作1小時(shí)獲得的能量：
W總＝8×104J/s×3600s＝2.88×108J；
風(fēng)車工作1小時(shí)產(chǎn)生的電能：
W＝Pt＝10×100W×8×3600s＝2.88×107J；
故風(fēng)車發(fā)電的效率：
η10%。
答：（1）風(fēng)車獲得的能量與風(fēng)速成正比關(guān)系；
（2）1臺(tái)這樣的風(fēng)車10分鐘獲得的風(fēng)能是7.2×107J，水溫可達(dá)到100℃；
（3）這臺(tái)風(fēng)車發(fā)電的效率為10%。
19．某同學(xué)觀察到氣象站每日放飛探空氣球，如圖甲，氣球下吊有測量儀器，氣球和儀器一起勻速上升，他認(rèn)為它們的機(jī)械能增加了，增加的機(jī)械能是什么能量轉(zhuǎn)化來的呢？
（1）首先排除了氣球增加的機(jī)械能是由空氣的內(nèi)能轉(zhuǎn)化而來，理由是　在探空氣球上升的過程中，由于克服空氣摩擦，其內(nèi)能增加；所以探空氣球機(jī)械能的增加不是內(nèi)能轉(zhuǎn)化來的　。
（2）那么增加的機(jī)械能究竟是什么能量轉(zhuǎn)化而來的呢？老師做了以下實(shí)驗(yàn)：先把木塊壓入水中，當(dāng)撤去壓力時(shí)，木塊上浮。木塊升高了，同時(shí)會(huì)有一部分水下去填補(bǔ)木塊原來占據(jù)的位置，當(dāng)木塊最終漂浮后，水面有所下降。氣球在空氣中的上升和木塊在水中的上浮原理是相同的，從能量轉(zhuǎn)化和守恒角度分析該同學(xué)提出的問題　與木塊在水中上升相似，探空氣球在空氣中上升，其機(jī)械能增加。氣球上升后，周圍有一部分空氣流過來填補(bǔ)氣球原來占據(jù)空間的空缺，所以空氣下降，其機(jī)械能減小。所以探空氣球的機(jī)械能是由空氣的機(jī)械能轉(zhuǎn)化而來　。
【解答】解：（1）首先排除了氣球增加的機(jī)械能是由空氣的內(nèi)能轉(zhuǎn)化而來，理由是：在探空氣球上升的過程中，由于克服空氣摩擦，其內(nèi)能增加；所以探空氣球機(jī)械能的增加不是內(nèi)能轉(zhuǎn)化來的；
（2）與木塊在水中上升相似，探空氣球在空氣中上升，其機(jī)械能增加。氣球上升后，周圍有一部分空氣流過來填補(bǔ)氣球原來占據(jù)空間的空缺，所以空氣下降，其機(jī)械能減小。所以探空氣球的機(jī)械能是由空氣的機(jī)械能轉(zhuǎn)化而來。
故答案為：（1）在探空氣球上升的過程中，由于克服空氣摩擦，其內(nèi)能增加；所以探空氣球機(jī)械能的增加不是內(nèi)能轉(zhuǎn)化來的；
（2）與木塊在水中上升相似，探空氣球在空氣中上升，其機(jī)械能增加。氣球上升后，周圍有一部分空氣流過來填補(bǔ)氣球原來占據(jù)空間的空缺，所以空氣下降，其機(jī)械能減小。所以探空氣球的機(jī)械能是由空氣的機(jī)械能轉(zhuǎn)化而來。
20．電動(dòng)機(jī)是一種使用廣泛地動(dòng)力機(jī)械。從能量轉(zhuǎn)化的角度看，它主要是把電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，還有一部分能量在線圈中以熱量的形式散失掉。如果某電動(dòng)機(jī)線圈的電阻為R，電動(dòng)機(jī)工作時(shí)兩端的電壓為U，通過電動(dòng)機(jī)的電流為I，請(qǐng)推導(dǎo)此電動(dòng)機(jī)電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的效率η。
【解答】證明：電動(dòng)機(jī)消耗的電能：W總＝UIt
線圈產(chǎn)生的熱量：Q＝I2Rt
W有＝W總﹣Q＝UIt﹣I2Rt＝It（U﹣IR），
∴η

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