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§17内能 核能 能量守恒与转化
【课程标准】
1、列举能的多种形式（机械能、内能、电能、化学能、核能）；
2、知道克服摩擦做功与物体内能改变的关系；
3、知道做功和热传递是改变内能的两种途径；
4、知道在热传递过程中用热量来度内能的变化；
5、举例说出化学能与内能的转化；
6、说出汽油机的工作过程，知道汽油机的能量转化；
7、知道裂变和链式反应；知道聚变和热核反应；
8、知道放射性及其应用；
9、知道核电站是利用核裂变的原理来工作的；
10、举例说出能量的转化与守恒定律；
11、举例说出 能量的转化与传递有一定的方向性；
12、知道能量利用效率和节能的关系；
【思维导图】
能的多种形式
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。
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．物体温度越高，内能越大；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。
：做功和热传递对改变物体的内能是等效的。
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：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)。
热机
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。
吸气冲程:活塞落下，将空气和汽油吸入气缸。
压缩冲程:活塞升起，将汽油和空气的混合物压缩。
做功冲程:火花点燃汽油和空气,将活塞推下。
排气冲程:活塞升起,将废气排出。
核能的利用
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。
举例：中子轰击铀 235 ，铀核就会分裂成2个新核，并释放出能量，同时产生几个新的中子，1千克铀全部裂变，释放出的能量超过2 000 吨煤完全燃烧释放的能量
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，如图所示
应用：（1）快速的裂变反应可以引起猛烈的爆炸，原子弹就是利用快速裂变制成的，我们还可以控制链式反应的速度，把核能用于和平建设事业，“核反应堆”就是控制裂变反应的装置。
（2）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
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。
氘核（核内有1个质子和1个中子）和氚核（核内有1个质子和2个中子）在超高温下聚合成新的原子核——氦核，并释放出1个中子，同时释放巨大的能量
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。太阳的内部在不停地发生这种核聚变，从而向外释放出巨大的能量。
裂变与聚变的比较
比较 裂变 聚变
定义 较大原子核分裂为较小原子核的过程 质量较小的原子核结合成较大原子核的过程
条件 用中子轰击较大原子核 超高温
释放核能大小 巨大 更加巨大
是否可以控制 可利用核反应堆控制链式反应的速度 目前，核聚变反应速度还不能人为控制
应用 原子弹、核电站 氢弹
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。
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，因为它违背了能量的转化和守恒定律。
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。
题型一内能的概念
[典例1]如图所示，烧瓶内盛少量水，给瓶内打气，可看到瓶塞跳起，在这个过程中，下列说法错误的是（ ）
A．给瓶内打气时，外界对瓶内气体做功
B．瓶塞跳起时，瓶内气体温度升高
C．给瓶内打气时，瓶内气体内能增加
D．瓶塞跳起时，瓶内气体对外做功
【答案】B
【解答】解：（1）用打气筒向装有少量水的瓶里打气，瓶内气压增大，是外界对瓶内空气做功，瓶内气体内能增大，故AC正确；
（2）当瓶内气压增大到一定程度时，瓶内气体把瓶塞从瓶口推出，即瓶内气体对瓶塞做功，使瓶内气体的内能减少、温度降低，此过程中内能转化为机械能，故B错误，D正确。
故选：B。
【对点训练1】关于温度、比热容、热量、内能，以下说法正确的是（ ）
A．一块0℃的冰与同等质量0℃的水的内能相等
B．一个物体吸收了热量，它的温度一定会升高
C．升高相同温度时，吸收热量越多的物体比热容越大
D．热量也有可能从内能小的物体向内能大的物体转移
【答案】D
【解答】解：A、一块0℃的冰与同等质量0℃的水的温度相同，但状态不同，内能不相等，故A错误。
B、一个物体吸收了热量，它的温度不一定会升高，如晶体熔化、液体沸腾时，都要吸收热量，但温度不变；故B错误。
C、根据Q吸＝cmΔt，在Δt相等时，物体吸收热量的多少和物体质量m和比热容的大小c有关，不知道质量m就无法根据吸收热量的多少来判断比热容的大小，故C错误。
D、发生热传递的条件是：有温度差，所以内能可自动地从高温物体转移到低温物体，若内能小的物体温度高，故热量可以从内能小的物体转移到内能大的物体，故D正确。
故选：D。
题型二分子热运动
[典例2]小华在家学做菜，厨房里菜香四溢，这个现象说明：( )
A．分子间存在空隙 B．分子间存在引力
C．分子间存在斥力 D．分子不停地做无规则运动
【答案】D
【解析】分子在永不停息地做无规则运动，这是分子的扩散现象，菜香四溢说明分子不停地做无规则运动，故A、B、C不符合题意，D符合题意。
【对点训练2】如图所示，图甲是一个铁丝圈，中间松松地系着一根棉线；图乙是浸过肥皂水并附着肥皂液膜的铁丝圈，其上形成一层肥皂液薄膜；图丙表示用手轻轻地碰一下棉线的任意一侧；图丁表示这图的肥皂液膜破了，棉线被拉向另一侧，这一实验说明了（ ）
A．物质是由大量分子组成的
B．分子间有间隙
C．分子间存在着引力
D．组成物质的分子在永不停息地做无规则运动
【答案】C
【解答】解：A、物质是由大量分子组成的，但是本实验说明：分子间存在引力，故A错误；
B、分子间有间隙，两种液体加在一起的总体积不等于两种液体体积之和，依此能说明分子间有间隔，但本实验不能说明，故B错误；
C、由图丙和丁可知：用手轻轻地碰一下棉线的任意一侧，这一侧的肥皂液薄膜破了，棉线被拉向另一侧，这是由于分子间存在引力，故C正确；
D、扩散现象说明：组成物质的分子在永不停息地做无规则运动，本实验中没有扩散现象，故D错误；
故选：C。
题型三改变物体内能的方式
[典例3]下列事例中，改变物体内能的途径与其他三项不同的是( )
A．柴火烧水 B．压缩空气发热 C．冬天搓手取暖 D．钻木取火
【答案】A
【解析】柴火烧水是通过热传递的方式改变内能的；压缩空气发热、搓手取暖、钻木取火都是做功使物体的内能增加的；A选项与其他三个选项改变物体内能的方式不同。
【对点训练3】如图所示，向装有少量水的烧瓶缓慢打气，突然塞子跳起来，同时瓶内出现了“白雾”，关于该现象说法正确的是（ ）
A．白雾是水蒸气 B．瓶内气体温度升高
C．瓶内气体内能增加 D．瓶内气体膨胀对外做功
【答案】D
【解答】解：A、烧瓶内出现的白雾是水蒸气液化形成的小水滴，故A错误；
BCD、气体把瓶塞冲出的过程中，气体对瓶塞做功，气体的内能转化为瓶塞的机械能，瓶内气体内能减少，温度降低，故BC错误，D正确。
故选：D。
题型四 比热容的理解和应用
[典例4]水具有比热容大的特点，如图现象中与此特点无关的是（ ）
A．海边的昼夜温差较小 B．空调房间里放盆水可以增加湿度
C．冬天暖气设备用热水供暖 D．用水冷却汽车发动机
【答案】B
【解答】解：
A、因为水的比热容较大，白天，相同质量的水和沙石比较，吸收相同的热量，水的温度升高的少；夜晚，放出相同的热量，水的温度降低的少，使得昼夜的温差小，由此使得海边昼夜温差小，不符合题意；
B、空调房间放盆水增加湿度，是利用水的蒸发，增加水蒸气，与比热容无关，符合题意；
C、因为水的比热容较大，相同质量的水和其它物质比较，降低相同的温度，水放出的热量多，所以冬天暖气设备用热水供暖，不符合题意；
D、因为水的比热容较大，相同质量的水和其它物质比较，升高相同的温度，水吸收的热量多，所以用水冷却汽车发动机，不符合题意。
故选：B。
【对点训练4】如图1所示，规格相同的容器装了相同质量的纯净水。用不同加热器加热，忽略散热，得到图2所示的水温与加热时间的图线。
（1）某时刻温度计示数如图1乙所示，此时乙的温度为 ℃。
（2）如图2在第3min， （选填“甲”或“乙”）液体的分子运动得更剧烈。
（3）甲液体第1min的内能 第2min的内能（选填“大于”、“等于”或“小于”）。
（4）根据图2所示信息，加热到第2min，甲吸收的热量为Q甲，乙吸收的热量为Q乙，则Q甲 Q乙（选填“大于”“等于”或“小于”），依据是 。
【答案】（1）37；（2）甲；（3）小于；（4）小于；使用不同的加热器对相同的水进行加热，相同时间内，甲中水升高的温度小于乙的，由Q＝cmΔt，可知甲中水吸收的热量小于乙的。
【解答】解：（1）由图可知，温度计的分度值为1℃，示数为37℃；
（2）温度越高，分子无规则运动越剧烈，在第3min时，甲液体的温度高于乙液体的温度，故甲液体分子运动越剧烈；
（3）由图可知，物体从1min到2min时，一直吸收热量，温度升高，内能变大，即甲液体第1min的内能小于第2min的内能；
（4）使用不同的加热器对相同的水进行加热，相同时间内，甲中水升高的温度小于乙的，由Q＝cmΔt，可知甲中水吸收的热量小于乙的。
故答案为：（1）37；（2）甲；（3）小于；（4）小于；使用不同的加热器对相同的水进行加热，相同时间内，甲中水升高的温度小于乙的，由Q＝cmΔt，可知甲中水吸收的热量小于乙的。
题型五 热机的理解及冲程判断
[典例5]1862年，法国人德罗夏提出内燃机的四冲程循环理论：①汽缸向外运动造成的真空将混合气体燃料吸入汽缸；②通过汽缸向内运动对进入汽缸里的燃料进行压缩；③高压燃烧气体产生巨大爆发力；④将已经燃烧的废气从汽缸中排出。四冲程循环理论提及的“巨大爆发力”由图甲中的 （填图中字母）冲程实现。老师在重复演示“做功改变内能”实验（图乙）之间，需在拔出活塞后将厚玻璃筒甩几下，其目的与内燃机的 （填“吸气”“压缩”“做功”或“排气”）冲程的原理相似。
【答案】B；排气
【解答】解：（1）在四冲程内燃机中，提供动力的是做功冲程；由图可知，A中两个气门关闭，活塞上行，为压缩冲程；B中两个气门关闭，活塞下行，为做功冲程；C中排气门打开，活塞上行，为排气冲程；D中进气门打开，活塞下行，为吸气冲程；故“巨大爆发力”由B冲程实现；
（2）老师需在拔出活塞后将厚玻璃筒甩几下，其目的是排出里面的废气，相当于内燃机的排气冲程。
【对点训练5】（1）如图1甲所示是四冲程汽油机工作示意图，其中压缩冲程是把 能转化为 能。
（2）如图2甲、乙所示，是我们课堂演示的两个实验，与压缩冲程原理相同的是 。
（3）如图2丙是生活中常用的热水器，当注入一定量的热水后，立即塞上软木塞，有时软木塞会跳
起来，这一过程瓶内气体通过 改变了内能。
【解答】解：（1）压缩冲程是把机械能转化为内能的过程。
（2）甲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。
乙图对试管中的水加热，加快水的蒸发，使试管中水的内能增大，体积膨胀，对外做功，使塞子飞出去，内能转化为塞子的机械能。因此与压缩冲程原理相同的是甲实验。
（3）瓶内气体膨胀对外做功，内能减小，这一过程瓶内气体是通过做功的方式来改变物体内能的；
故答案为：（1）机械；内；（2）甲；（3）做功。
题型六 热值及热量的相关计算
[典例6]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】
【答案】21；热传递。
【解答】：（1）水吸收的热量：Q吸＝cm（t﹣t0）＝4.2×103J/（kg ℃）×2kg×（100℃﹣25℃）＝6.3×105J，
由题知，酒精完全燃烧放出的热量：Q放＝Q吸＝6.3×105J，
由Q放＝mq得，需要完全燃烧酒精的质量：m酒精＝＝＝2.1×10﹣2kg＝21g；
（2）烧水时，水的内能增加是通过热传递的方式实现。
故答案为：21；热传递。
【对点训练6】一个成年人参加一次长跑，身体消耗的能量为6.6×106J，这些能量相当于完全燃烧0.55kg的干木柴才能得到，则干木柴的热值为 J/kg；干木柴用掉一半后，剩余干木柴的热值将 （选填“变大”、“变小”或“不变”）。
【答案】1.2×107；不变。
【解答】解：由Q放＝mq可知，干木柴的热值：q＝＝＝1.2×107J/kg；
燃料的热值是燃料本身的特性，只与燃料的种类有关，与燃料的质量无关，所以干木柴用掉一半后，剩余干木柴的热值不变。
故答案为：1.2×107；不变。
题型七 核能的利用
[典例7]大力发展核能是解决能源危机的主要出路之一。如图是核电站工作流程图，关于流程图中各装置的能量转化，合理的是（ ）
A．核反应堆：核能转化为机械能
B．蒸汽轮机：机械能转化为内能
C．发电机：机械能转化为电能
D．应用：电能转化为机械能
【答案】C
【解答】解：A．核反应堆：核能转化为内能，故A不合理；
B．蒸汽轮机：内能转化为机械能，故B不合理；
C．发电机：机械能转化为电能，故C合理；
D．应用：电采暖是电能转化为内能，故D不合理。
故选：C。
【对点训练7】2020年4月2日，中科院的“人造太阳”EAST实现1亿度运行近10秒，为目前世界最长，其原理如图1。
（1）“人造太阳”获得核能的方式是 。
（2）“人造太阳”实验从上世纪50年代开始到现在已经进行了半个多世纪。下列观点中（图2），属于支持继续进行这项研究的是： （可多选）。
【答案】（1）核聚变；（2）ABD。
【解答】解：（1）“人造太阳”获得核能的方式是核聚变。
（2）A.人造小太阳是利用核聚变反应产生核能的，其反应要在超高温、超高压的条件下进行，由两个较小的氢原子核结合成较重的氦原子核，同时放出能量，在反应过程中生成物为水，故对环境污染小，同时原材料也极易找到，故A观点支持继续进行这项研究。
B.人造太阳发电不会产生加重地球温室效应的二氧化碳，说法正确，故B观点支持继续进行这项研究。
C.因人造太阳需要利用多种能量方式驱动，条件苛刻，投入巨大，故C观点不支持继续进行这项研究。
D.“人造太阳”通过核聚变能提供巨大的能量，虽然目前的科技水平还不能驾驭这种能量，但随着科技的进步，科学家是可以找到控制核聚变的方法，“人造太阳”是能服务于人类的，故D观点支持继续进行这项研究。
故选：ABD。
故答案为：（1）核聚变；（2）ABD。
题型八 能量的转化与守恒定律
[典例8]太阳能公路由三层组成：最上层为半透明的保护层，保护内部元件的同时也可以让太阳光透过；中间层为太阳能电池，用来产生电力；最底下的一层则用来隔绝土壤的湿气，避其影响到内部的线路。该设计可以将电力储存起来供给照明，同时也可以起加热的作用，避免冬天路面结冰。下列说法错误的是（ ）
A．中间层太阳能电池主要是利用太阳能转化为化学能
B．最底层主要是为防止电路短路
C．该设计可以起加热的作用，是利用电流的热效应
D．冬天路面结冰，人容易摔倒是因为接触面越光滑，摩擦力越小
【答案】A
【解答】解：A、太阳能电池板就可以将太阳能转化为电能，故A错误；
B、最底下的一层则用来隔绝土壤的湿气，防止电路短路，故B正确；
C、该设计可以将电力储存起来供给照明，同时也可以起加热的作用，利用了电流的热效应，故C正确；
D、冬天路面结冰，使接触面的粗糙程度减小，变得光滑，摩擦力减小，所以人容易摔倒，故D正确。
故选：A。
【对点训练8】十八世纪，瓦特发明的冷凝器蒸汽机，推动了人类第一次工业革命。如图为利用瓦特蒸汽机提升物体的工作示意图，蒸汽机的工作原理为：打开阀门A、关闭阀门B，高压蒸汽进入汽缸，推动活塞上行。当活塞到达汽缸顶部时，关闭阀门A、打开阀门B，蒸汽进入冷凝器，汽缸内压强减小，活塞下降。如此循环往复。
（1）蒸汽推动活塞上行过程中，能量转化是 。
（2）蒸汽机活塞上行过程与汽油机的 冲程相似。
（3）蒸汽机工作时，汽缸内部压强为1.1×106帕，若活塞面积为0.1米2，则活塞受到蒸气的压力是多少？
（4）蒸汽机活塞往复运动，通过杠杆和定滑轮对重物做功。若物体质量为200千克，活塞每次上升高度为0.6米，则活塞上升一次蒸汽机对物体做了多少有用功？假设活塞每分钟向上运动100次，该蒸汽机对物体做有用功的功率为多少？
【解答】解：
（1）蒸汽推动活塞上行过程中，蒸汽对活塞做功，蒸汽的内能转化为活塞的机械能。
（2）汽油机的做功冲程中，高温高压燃气推动活塞做功，燃气的内能转化为活塞的机械能，与蒸汽推动活塞上行过程的能量转化相似。
（3）由p＝可得活塞受到蒸气的压力：
F＝pS＝1.1×106Pa×0.1m2＝1.1×105N；
（4）由图知杠杆左端的力臂是右端力臂的2倍，活塞每次上升高度为h＝0.6米，则根据相似三角形的知识可知，杠杆右端下降的高度为h，
由定滑轮的特点可知，定滑轮右侧物体上升的高度为：
h′＝h＝×0.6m＝0.3m；
物体的重力：
G＝mg＝200kg×10N/kg＝2000N；
活塞上升一次蒸汽机对物体做的有用功：
W有用＝Gh′＝2000N×0.3m＝600J；
活塞每分钟向上运动100次，该蒸汽机对物体做有用功的功率：
P有用＝＝＝1000W。
故答案为：（1）内能转化为机械能；（2）做功；（3）活塞受到蒸气的压力是1.1×105N；
（4）活塞上升一次蒸汽机对物体做的有用功为600J；该蒸汽机对物体做有用功的功率为1000W。
1．（2023春 兰山区期末）对于分子的认识，下列说法正确的是（ ）
A．固体很难被压缩，说明固体分子间无空隙
B．液体可以流动，说明液体分子间不存在引力
C．塑料吸盘挤出空气后能“吸”在墙壁上，说明分子间存在吸引力
D．可以闻到远处的花香，说明分子在不停地做无规则运动
【答案】D
【解答】解：A、固体很难被压缩，说明分子间存在斥力，故A错误；
B、一切物质的分子之间都存在着相互作用的引力和斥力，所以液体分子间也有作用力，故B错误；
C、塑料吸盘能牢牢吸在墙壁上，是因为受到大气压的作用，故C错误；
D、闻到远处的花香，说明花的芳香分子扩散到空气中，扩散表明分子在不停地做无规则运动，故D正确。
故选：D。
2．（2023春 大庆期末）关于如图所示的四幅图中，下列说法中正确的是（ ）
A．甲图所示中二氧化氮的密度大于空气的密度，因此不能发生扩散现象
B．乙图所示中红墨水在热水中比在冷水中扩散快，说明扩散的快慢与温度有关
C．丙图所示中将一定量的水与酒精混合后总体积变小，是由于酒精蒸发了
D．图丁中瓶塞跳起来时瓶内出现白雾，说明瓶内气体内能增大
【答案】B
【解答】解：A．下边瓶子装入二氧化氮气体，因为二氧化氮气体的密度大于空气的密度，本来应该在空气的下方，结果发现上边瓶子内的气体也变成了红棕色，则说明二氧化氮气体分子在做无规则运动，就可以证明扩散现象的存在，故A错误；
B．在冷水杯和热水杯中滴入红墨水，由于热水的温度高，故分子运动剧烈，会看到热水中的墨水扩散得快，这表明分子的无规则运动与温度有关，温度越高，分子的无规则运动越剧烈，故B正确；
C．将一定量水与酒精混合后总体积变小，说明分子间存在间隙，故C错误；
D．气体膨胀对活塞做功，内能减少，温度降低，瓶口周围的水蒸气遇冷液化成小水滴，形成了白雾，故D错误。
故选：B。
3．（2023春 徐汇区校级期末）下列说法中，能够反映物体吸收热量与物质种类有关的是（ ）
A．相同质量的同种物质，升高相同温度时，吸收的热量相同。
B．不同质量的不同物质，升高相同温度时，吸收的热量不同。
C．相同质量的不同物质，升高相同温度时，吸收的热量不同。
D．不同质量的不同物质，升高不同温度时，吸收的热量相同。
【答案】C
【解答】解：A、相同质量的同种物质，升高不同的温度时，吸收的热量不同，探究的是物体吸收热量的多少跟升高温度的关系，故A错误；
B、不同质量的不同物质，有质量和物质种类两个因素不同，不符合控制变量法的要求，故B错误；
C、相同质量的不同物质，升高相同的温度时，吸收的热量不同，探究的是物体吸收热量的多少与物质种类的关系，故C正确；
D、不同质量的不同物质，升高不同温度，有质量、物质种类和温度三个因素不同，不符合控制变量法的要求，故D错误。故选：C。
4．（2023 武汉模拟）如图所示，烧瓶内盛少量水。给瓶内打气，当瓶塞跳出时，可以看到瓶内出现白雾。瓶塞跳出的这个过程中下列有关说法正确的是（ ）
A．瓶内气体的内能减小
B．瓶内气体分子热运动加剧
C．瓶内气体通过热传递方式改变了其内能
D．该过程能量转化方式与汽油机压缩冲程相同
【答案】A
【解答】解：ABC、给瓶内打气，当瓶塞跳起时，气体膨胀对外做功，温度降低，内能减少，分子热运动减慢，通过做功的方式改变内能，故A正确，BC错误；
D、其自身的内能减小，内能转化为机械能，汽油机在做功冲程将内能转化为机械能，该过程能量转化方式与汽油机做功冲程相同，故D错误。
故选：A。
5．（2023 西宁二模）某汽油机工作时的能量损失情况是：汽缸散热损失30%，废气带走35%，机械摩擦及其它损耗总和为10%。已知汽油热值为4.6×107J/kg。下列说法中正确的是（ ）
A．该汽油机工作的效率是25%，工作时汽油燃烧释放能量的75%转化为机械能
B．若该汽油机消耗2kg汽油，获得的机械能为2.3×107J
C．若该汽油机消耗2kg汽油，损失的能量为3.22×107J
D．经过不断改进和创新，汽油机的效率可以提高到100%
【答案】B
【解答】解：A、该汽油机工作的效率是1﹣30%﹣35%﹣10%＝25%，工作时汽油燃烧释放能量的25%转化为机械能，故A错误；
B、若该汽油机消耗2kg汽油，产生的热量为：Q总＝mq＝2kg×4.6×107J/kg＝9.2×107J，由η＝×100%得，获得的机械能为：W＝Q有用＝ηQ总＝25%×9.2×107J2.3×107J＝2.3×107J，故B正确；
C、若该汽油机消耗2kg汽油，损失的能量为：Q损耗＝Q总﹣Q有用＝9.2×107J﹣2.3×107J＝6.9×107J，故C错误；
D、由于热机在工作过程中总有能量损失，所以热机的效率总小于1，汽油机的效率不可以提高到100%，故D错误。
故选：B。
6．（2023 临江市四模）在抗击“新冠肺炎”的战斗中，医务人员工作时所采取的许多措施和用到的医疗器械，都包含着物理知识，下列说法错误的是（ ）
A．用注射器给病人注射药液，利用了大气压的知识
B．测量体温的水银体温计，利用了液体热胀冷缩的性质
C．用电蒸锅蒸煮医疗器械，将电能转化为内能
D．喷洒消毒液的喷雾器，运用了流体压强与流速关系的知识
【答案】A
【解答】解：A、用注射器将药液注入病人体内，利用的是手的推力，没有利用大气压的知识，故A错误；
B、测量体温的水银体温计，是利用液体热胀冷缩的性质制成的，故B正确；
C、用电蒸锅蒸煮医疗器械，消耗了电能，得到了内能，将电能转化为内能，故C正确；
D、喷洒消毒液的喷雾器工作时，喷雾器管口上方空气流速大、压强小，管内的液柱在瓶内气压的作用下上升，运用了流体压强与流速关系的知识，故D正确。
故选：A。
7．（2023春 商水县期末）逍遥胡辣汤是中华风味名吃之一，也河南周口的特色美食，辣味醇郁、汤香扑鼻，如图所示。汤香扑鼻说明分子在永不停息地 着；浓郁的汤汁“粘”在勺子上，说明分子间存在 。
【答案】无规则运动；引力。
【解答】解：汤香扑鼻是扩散现象，说明分子在永不停息地无规则运动着；浓郁的汤汁“粘”在勺子上，说明分子间存在引力。
故答案为：无规则运动；引力。
8．（2023春 长安区校级期末）用如图所示的装置演示气体扩散现象，其中一瓶装有密度比空气大的红棕色的二氧化氮气体，另一瓶装有空气。
（1）装二氧化氮气体的应是 （选填“A”或“B”）瓶。
（2）抽掉玻璃板，放置一段时间后，两瓶内的气体颜色均变红，这个现象说明了 ，气体混合均匀后，气体分子 （选填“继续”或“停止”）运动。
（3）若实验温度分别为①0℃、②4℃、③20℃、④30℃，则在 （填序号）温度下气体扩散最快。
【答案】（1）B；（2）气体分子在不停地做无规则运动；继续；（3）④。
【解答】解：（1）二氧化氮气体的颜色是红棕色的，而且比空气的密度大，空气要处于二氧化氮气体的上方，避免重力对实验的影响，所以装二氧化氮气体的应是B；
（2）抽掉玻璃板，则二氧化氮气体分子会向空气中运动，空气中的气体分子也会向二氧化氮气体中运动，所以放置一段时间后，两瓶内的气体颜色均变红，这一现象叫扩散，说明气体分子在不停地做无规则运动；气体混合均匀后，气体分子继续运动，永不停息；
（3）扩散现象与温度的关系：温度越高，扩散现象越明显，分子运动越剧烈，则在30℃，即④温度下气体扩散最快。
故答案为：（1）B；（2）气体分子在不停地做无规则运动；继续；（3）④。
9．（2023 鞍山）如图所示的汽油机处于 （选填“压缩”或“做功”）冲程，这个冲程将 能转化为 能。某单缸四冲程汽油机的飞轮转动速度是2400r/min，则此汽油机每秒对外做功 次。
【答案】压缩；机械；内；20。
【解答】解：由图可知，内燃机两气门都关闭，活塞向上运动，故可以判断这个冲程是压缩冲程，此冲程是通过压缩气体做功将机械能转化为内能。
汽油机的转速为2400r/min，说明1s内汽油机曲轴的转动次数等于40r，一个工作循环中，曲轴转动两周，对外做功一次，1s内曲轴转动40次，对外做功20次。
故答案为：压缩；机械；内；20。
（2023 邗江区二模）如图甲所示，用两个玻璃杯做“棉纱滴水实验”，过一段时间后
（a/b）杯中的棉纱末端有水滴出。图乙为某轿车输出的能量与输入能量之间的关系图，图中损失的化学能可以使质量为8kg的水温度升高 ℃[水的比热容为4.2×103J/（kg ℃）]。轿车刹车时，由于摩擦，轿车损失的机械能不能自动地集起来再次开动轿车，这说明能量的转化和转移具有 。
【答案】a；0.5；方向性
【解答】解：（1）根据虹吸原理可知，发生此现象时出水口比上容器的水面必须低，这样使得出水口液面受到向下的压强（大气压加水的压强）大于向上的大气压，保证水的流出，故（a）可以，（b）不可以；
（2）由Q吸＝cmΔt可得，损失的化学能可使汽车水箱内水升高的温度：Δt＝＝＝0.5℃。
（3）汽车刹车时，由于摩擦，汽车的动能转化为地面、空气的内能，这些能量会散发到周围的环境中，无法再回收利用；摩擦生热时内能以热量的形式散发掉，所以能量转化和转移具有方向性，这些内能不能自动地再次开动汽车。
故答案为：a；0.5；方向性。
11．（2023春 河源期末）中国空间站太空授课2022年3月23日下午，“天宫课堂”第二课在中国空间站开讲，仍是由神舟十三号飞行乘组航天员翟志刚、王亚平、叶光富相互配合进行授课。在轨演示了太空“冰雪”实验、液桥演示实验、水油分离实验、太空抛物实验等一系列炫酷又好玩的实验。
（1）如图1所示，在天宫课堂“液桥”实验中，两块透明板上的水球接触后合成一个，说明分子间存在 ；然后将两块透明板分开，中间形成一个长约10cm的液桥，如果这个实验在地面上完成，液桥的最大长度会 （变长/不变/变短），这是因为受到了 影响。
（2）在太空抛物实验中，冰墩墩充当了回“助教”，冰墩墩在离手后，由于具有 仍能向前运动。
（3）如图2所示，王亚平做了一个有关浮力的实验，在太空中，乒乓球并没有像在地面一样浮在水面，而是停留在了水中，这是因为在空间站内的物体几乎不受就不能形成对乒乓球向上和向下的压力差，即不受浮力。所以在空间站，如果在装满水的矿泉水瓶底扎一个小孔（瓶盖没盖上），会出现的现象是 。
A．水从瓶里喷出
B．气泡钻进瓶里
C．水不会从瓶里喷出，气泡也不会钻进
【答案】（1）引力；变短；重力；（2）惯性；（3）C。
【解答】解：（1）在天宫课堂“液桥”实验中，两块透明板上的水球接触后合成一个，说明分子间存在引力；然后将两块透明板分开，中间形成一个长约10cm的液桥，如果这个实验在地面上完成，液桥的最大长度会变短，这是因为受到了重力影响；
（2）在太空抛物实验中，冰墩墩充当了回“助教”，冰墩墩在离手后，由于具有惯性仍能向前运动；
（3）浮力产生的原因：物体受到向上的压力大于向下的压力，存在压力差产生了浮力；在太空中水和乒乓球处于完全失重状态，水不会对浸入其中的物体产生压力，所以在太空失重环境下浮力消失；在空间站，如果在装满水的矿泉水瓶底扎一个小孔（瓶盖没盖上），水不会从瓶里喷出，气泡也不会钻进水里，故选：C。
故答案为：（1）引力；变短；重力；（2）惯性；（3）C。
12．（2023春 盐城期中）为了比较两种燃料的热值，小明采用如图甲所示的两套完全相同的装置进行实验，烧杯内水的初温和质量相同，实验中忽略热量损失。
（1）实验前调整铁夹A的位置，其目的是使 （选填“石棉网”或“温度计”）处于适当的高度。
（2）实验中应控制燃料燃烧的 （选填“时间”或“质量”）相同，根据 比较燃料燃烧放出热量的多少。
（3）小明选用了燃料a和燃料b进行实验。当燃料燃尽后，小明根据各个时刻烧杯中的水温，绘制了如图乙所示的图像，则可初步判断燃料 的热值大。
（4）另一组的小华也用图甲的两套完全相同的装置进行实验，并重新在烧杯内加入初温和质量相同的水，在燃料烧完后也画出了水的温度随时间变化的图像如图丙所示，根据丙图像，燃料1和燃料2的热值之比为 。
【答案】（1）石棉网；（2）质量；温度计上升的示数；（3）b；（4）8：3。
【解答】解：（1）实验时要用火焰的外焰加热；调整铁夹A的位置，其目的是使石棉网处于适当的高度，方便用外焰加热；
（2）实验中应控制燃料燃烧的质量相同，通过比较温度计上升的示数来比较燃料燃烧放出热量的多少；
（3）由图乙知，当燃料燃尽时，图线b的温度变化大，说明相同质量的a、b燃料完全燃烧时b放出的热量多，则b的热值大；
（4）对于燃料来说，在相同的时间内放出的热量是相同的，
根据图可知，燃料1用5min让水从20℃升高到100℃，自5min到10min吸收相同的热量，根据公式Q放＝qm、Q吸＝cmΔt可知：2c水m水Δt1＝mq1；
对于燃料2来说，燃料2用15min让水从20℃升高到80℃，根据公式Q放＝qm、Q吸＝cmΔt可知：c水m水Δt2＝mq2；
解得，两种燃料热值之比为：＝8：3。
故答案为：（1）石棉网；（2）质量；温度计上升的示数；（3）b；（4）8：3。
13．（2023 启东市二模）守护我国南沙、西沙群岛的是渔政311船，它是我国目前吨位最大、设备最先进、航速最快的渔政执法船，该船满载时总质量为4.5×103t，最大航速为15m/s，当船以最大航速巡航时受到的海水阻力为2.0×106N，g取10N/kg，q燃油＝4.0×107J/kg。求：
（1）渔政船以最大航速匀速巡航20min通过的路程；
（2）满载时该船受到的浮力；
（3）若渔政船的燃油机动力系统效率为30%，渔政船以最大航速匀速巡航20min至少需要燃烧的燃油质量。
【答案】（1）渔政船以最大航速匀速巡航20min通过的路程为1.8×10 m；
（2）满载时该船受到的浮力为4.5×107N；
（3）若渔政船的燃油机动力系统效率为30%，渔政船以最大航速匀速巡航20min至少需要燃烧的燃油质量为3×103kg。
【解答】解：（1）渔政船以最大航速匀速巡航20min通过的路程为：
s＝vt＝15m/s×20×60s＝1.8×10 m；
（2）渔政船漂浮，受到的浮力和重力是一对平衡力，大小相等，则满载时该船受到的浮力为：
；
（3）因为渔政船匀速行驶，所以推进力与海水阻力是一对平衡力，大小相等，
则推进力为：F＝f＝2.0×106N，
推进力对船所做的功为：
W＝Fs＝2.0×106N×1.8×10 m＝3.6×1010J，
由η＝得，燃油完全燃烧放出的热量为：
Q放＝＝＝1.2×1011J，
由Q放＝mq可得，燃油的质量为：
m＝＝＝3×103kg。
答：（1）渔政船以最大航速匀速巡航20min通过的路程为1.8×10 m；
（2）满载时该船受到的浮力为4.5×107N；
（3）若渔政船的燃油机动力系统效率为30%，渔政船以最大航速匀速巡航20min至少需要燃烧的燃油质量为3×103kg。
14．（2023 张家港市校级模拟）某物理兴趣小组的同学，用天然气给10kg的水加热，同时绘制了如图所示的加热过程中水温随时间变化的图线，若在6min内完全燃烧了0.12kg的天然气（每分钟放热相同）。水的比热容为4.2×103J/（kg ℃），天然气的热值为5×107J/kg。
（1）完全燃烧0.12kg天然气释放的热量为多少？
（2）“2～4min”水吸收的热量为多少？
（3）在烧水过程中，“0～2min”、“2～4min”、“4～6min”哪个时间段热效率最高？最高热效率为多少？
【解答】解：（1）燃烧天然气的质量m天然气＝0.12kg，天然气的热值q天然气＝5×107J/kg，
天然气完全燃烧产生的热量：Q放＝m天然气q天然气＝0.12kg×5×107J/kg＝0.6×107J；
（3）水的质量m水＝10kg，2～4min，水温度升高度数Δt＝70℃﹣50℃＝20℃，
水吸收的热量：Q吸＝cm水Δt＝4.2×103J/（kg ℃）×10kg×20℃＝8.4×105J；
（3）由图可知，随着水温的不断升高，温度变化越来越慢，故0～2min时间内，在吸收热量相同的情况下，升高的温度最高，热效率最大；
0～2min内，水温度升高度数Δt′＝50℃﹣20℃＝30℃，
水吸收的热量：Q吸′＝cm水Δt′＝4.2×103J/（kg ℃）×10kg×30℃＝1.26×106J，
0～2min内，天然气释放的热量Q吸′＝Q放＝×0.6×107J＝0.2×107J，
烧水时的热效率：η＝×100%＝×100%＝63%。
答：（1）天然气完全燃烧产生的热量为0.6×107J；
（2）2～4min时间，水所吸收的热量是8.4×105J；
（3）“0～2min”烧水的效率最高；烧水时的最高热效率为63%。
15．（2023 渝中区校级三模）小鲁家安装了燃气热水器来提供热水。如果小鲁洗一次澡用热水40kg，设水通过热水器之前温度为25℃，经过热水器后温度升高到40℃，这40kg的水通过热水器过程中吸收的热量为 J，若天然气完全燃烧释放热量的60%被水吸收，需要消耗 m3天然气。[天然气的热值取4×107J/m3，c水＝4.2×103J/（kg ℃）]
【答案】2.52×106；0.105。
【解答】解：（1）热水吸收的热量Q吸＝cm（t﹣t0）＝4.2×103J/（kg ℃）×40kg×（40℃﹣25℃）＝2.52×106J；
（2）天然气完全燃烧释放热量Q放＝＝4.2×106J，
由Q放＝qV可得需要消耗天然气的体积V＝＝0.105m3。
故答案为：2.52×106；0.105。
1．（2023 襄阳自主招生）有两个温度和质量都相同的金属球，先把甲放入盛热水的杯中，热平衡后，水温降低了Δt，把甲球取出，再将乙球放杯中，热平衡后水温又降低了Δt，则甲球的比热容乙球的比热大小关系是（ ）
A．甲球比热容大于乙球比热容
B．甲球比热容小于乙球比热容
C．甲球比热容等于乙球比热容
D．以上三种情况都有可能
【答案】B
【解答】：先后将甲、乙两球投入到同一杯水中，水降低的温度相同，水放出的热量相同，
根据题意可知，球吸收的热量等于水放出的热量，即Q吸＝Q放，
所以甲、乙两球吸收的热量相同，而乙球比甲球少升高了Δt，
由上述分析可知，质量相同的甲、乙两球，吸收相同的热量，甲球升高的温度比乙球升高的温度多，由c＝可知，甲球的比热容乙球的比热容小。
故选：B。
2．如图甲所示是小聪同学“探究固体的熔化过程”的实验装置图，图乙是他描绘出的温度随时间变化的图象，则下列说法正确的是（ ）
A．烧杯内的水温度升高，含有的热量也随之增多
B．B、C两点的温度相同，具有的内能也相同
C．该物质液态的比热容大于固态时的比热容
D．随着酒精灯中酒精量的减少，酒精的热值也在减小
【答案】C
【解答】解：
A、烧杯内的水温度升高，其内能增大；热量是热传递过程中传递的内能多少，不能用“含有”来修饰，故A错误；
B、图中的BC段表示晶体的熔化过程，不断吸收热量，温度不变，但内能增大，所以该物质在B点的内能小于在C点的内能，故B错误；
C、由Q＝cmΔt可知：当吸收的热量和质量都相同时，Δt越小比热容就越大；
由图象可知，此物质固态时在相同时间内温度升高10℃，而液态时温度升高5℃，故液态时的比热容大于固态时的比热容，故C正确；
D、热值是燃料的一种特性，酒精灯中酒精燃烧的过程中，酒精的热值不变，故D错误；
故选：C。
3．（2023 泰山区自主招生）2017年5月18日，我国宣布可燃冰试采成功！中国成为世界上第一个掌握这项开采技术的国家，可燃冰是天然气和水分子在低温高压下结合的水合物。因形似冰块却能燃烧而得名。科学家估算，其资源量甚至能够满足人类使用1000年，0.1m3天然气完全燃烧可释放4.2×106J热量，若这些热量被水完全吸收，可使 100 kg水温度升高10℃[c水＝4.2×103J/（kg ℃）]。
【答案】100。
【解答】解：根据题意可知，水吸收的热量Q吸＝4.2×106J，
由Q吸＝cmΔt可知，水的质量：m＝＝＝100kg。
故答案为：100。
4．以汽油为燃料的汽车，在水平路面上以20m/s的速度匀速行驶，通过50km路程中，汽车发动机做功为3.45×107J，已知汽车发动机做功效率为25%，汽油的热值q汽油＝4.6×107J/kg。求汽车在这段路程中：
（1）运动的时间；
（2）小汽车发动机的功率；
（3）消耗汽油的质量。
【答案】（1）运动的时间为2500s；
（2）小汽车发动机的功率为13800W；
（3）消耗汽油的质量为3kg。
【解答】解：
（1）根据公式v＝可知，
汽车运动的时间为：t＝＝＝2500s；
（2）小汽车发动机的功率P＝＝＝13800W；
（3）汽油完全燃烧释放的热量Q放＝＝＝1.38×108J，
消耗汽油的质量m汽油＝＝＝3kg。
答：（1）运动的时间为2500s；
（2）小汽车发动机的功率为13800W；
（3）消耗汽油的质量为3kg。
5．空气流动形成风，风能够发电。风力发电机是将风能（气流的动能）转化为电能的装置，其主要部件包括风轮机、齿轮箱、发电机等（如图所示）。风力发电时，风轮机叶片受到风力的推动后转动，从而带动发电机发电。某地的一台风力发电机，其风轮正面迎风，当风速为8m/s时，每秒钟流向叶片旋转面积的空气质量是7200kg，该地的空气密度是1.2kg/m3． 已知空气动能与空气质量成正比，且1kg空气在不同的速度（V）时的动能（E）如下表所示。
E（J） 2 8 18 32 50
V（m/s） 2 4 6 8 10
（1）当风速为8m/s时，每秒钟通过叶片旋转面积的空气体积是多少立方米？若煤的热值3.2×107J/kg，那么这样的一台风力发电机在1h内获得的风能与完全燃烧多少千克的煤所产生的内能相当？
（2）当风速为10m/s时，1s钟流向叶片旋转面积的空气质量是多少千克？若在这种情况下，风力发电机能对外提供5.4×104J的电能，那么这台风力发电机的风能转化为电能的效率是多少？
（3）科学家认为，理想空气发电厂应建立在海拔4600m到10000m的空中，其原因是什么？
【解答】解：（1）由ρ＝得，V＝＝＝6000m3，
1h空气所产生的能量为：Q＝32J/kg×7200kg/s×3600s＝8.2944×108J，
1h内获得的风能相当完全燃烧煤：m＝＝＝25.92kg。
（2）设风扇的叶片旋转面积为s，风速为v；
单位时间t内，通过风扇的空气流量为：V＝sl＝s vt；
那么这些空气的质量为：m＝ρV＝ρs vt；
当空气密度、风扇的叶片旋转面积以及时间相同的情况下，m、v成正比；
即：＝，得：
m′＝＝×10m/s＝9000kg，
根据表可知产生能量为：E风＝50J/kg×9000kg＝4.5×105J，
这台风力发电机的风能转化为电能的效率为：η＝×100%＝×100%＝12%．
（3）因为海拔越高空气的流动速度越大，产生的能量越多，从而提高风力发电机的转化效率，所以理想空气发电厂应建立在海拔4600m到10000m的空中。
知识●逐点夯实……必备知识 系统梳理 基础重落实……复习自修
课堂●分类突破……精选考点 典例研析 技法重悟通……考点演练
课时●过关检测……关键能力 分层施练 素养重提升……课后练习
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§17内能 核能 能量守恒与转化
【课程标准】
1、列举能的多种形式（机械能、内能、电能、化学能、核能）；
2、知道克服摩擦做功与物体内能改变的关系；
3、知道做功和热传递是改变内能的两种途径；
4、知道在热传递过程中用热量来度内能的变化；
5、举例说出化学能与内能的转化；
6、说出汽油机的工作过程，知道汽油机的能量转化；
7、知道裂变和链式反应；知道聚变和热核反应；
8、知道放射性及其应用；
9、知道核电站是利用核裂变的原理来工作的；
10、举例说出能量的转化与守恒定律；
11、举例说出 能量的转化与传递有一定的方向性；
12、知道能量利用效率和节能的关系；
【思维导图】
能的多种形式
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。
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．物体温度越高，内能越大；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。
：做功和热传递对改变物体的内能是等效的。
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：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)。
热机
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。
吸气冲程:活塞落下，将空气和汽油吸入气缸。
压缩冲程:活塞升起，将汽油和空气的混合物压缩。
做功冲程:火花点燃汽油和空气,将活塞推下。
排气冲程:活塞升起,将废气排出。
核能的利用
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。
举例：中子轰击铀 235 ，铀核就会分裂成2个新核，并释放出能量，同时产生几个新的中子，1千克铀全部裂变，释放出的能量超过2 000 吨煤完全燃烧释放的能量
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，如图所示
应用：（1）快速的裂变反应可以引起猛烈的爆炸，原子弹就是利用快速裂变制成的，我们还可以控制链式反应的速度，把核能用于和平建设事业，“核反应堆”就是控制裂变反应的装置。
（2）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
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。
氘核（核内有1个质子和1个中子）和氚核（核内有1个质子和2个中子）在超高温下聚合成新的原子核——氦核，并释放出1个中子，同时释放巨大的能量
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。太阳的内部在不停地发生这种核聚变，从而向外释放出巨大的能量。
裂变与聚变的比较
比较 裂变 聚变
定义 较大原子核分裂为较小原子核的过程 质量较小的原子核结合成较大原子核的过程
条件 用中子轰击较大原子核 超高温
释放核能大小 巨大 更加巨大
是否可以控制 可利用核反应堆控制链式反应的速度 目前，核聚变反应速度还不能人为控制
应用 原子弹、核电站 氢弹
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。
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，因为它违背了能量的转化和守恒定律。
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。
题型一内能的概念
[典例1]如图所示，烧瓶内盛少量水，给瓶内打气，可看到瓶塞跳起，在这个过程中，下列说法错误的是（ ）
A．给瓶内打气时，外界对瓶内气体做功
B．瓶塞跳起时，瓶内气体温度升高
C．给瓶内打气时，瓶内气体内能增加
D．瓶塞跳起时，瓶内气体对外做功
【对点训练1】关于温度、比热容、热量、内能，以下说法正确的是（ ）
A．一块0℃的冰与同等质量0℃的水的内能相等
B．一个物体吸收了热量，它的温度一定会升高
C．升高相同温度时，吸收热量越多的物体比热容越大
D．热量也有可能从内能小的物体向内能大的物体转移
题型二分子热运动
[典例2]小华在家学做菜，厨房里菜香四溢，这个现象说明：( )
A．分子间存在空隙 B．分子间存在引力
C．分子间存在斥力 D．分子不停地做无规则运动
【对点训练2】如图所示，图甲是一个铁丝圈，中间松松地系着一根棉线；图乙是浸过肥皂水并附着肥皂液膜的铁丝圈，其上形成一层肥皂液薄膜；图丙表示用手轻轻地碰一下棉线的任意一侧；图丁表示这图的肥皂液膜破了，棉线被拉向另一侧，这一实验说明了（ ）
A．物质是由大量分子组成的
B．分子间有间隙
C．分子间存在着引力
D．组成物质的分子在永不停息地做无规则运动
题型三改变物体内能的方式
[典例3]下列事例中，改变物体内能的途径与其他三项不同的是( )
A．柴火烧水 B．压缩空气发热 C．冬天搓手取暖 D．钻木取火
【对点训练3】如图所示，向装有少量水的烧瓶缓慢打气，突然塞子跳起来，同时瓶内出现了“白雾”，关于该现象说法正确的是（ ）
A．白雾是水蒸气 B．瓶内气体温度升高
C．瓶内气体内能增加 D．瓶内气体膨胀对外做功
题型四 比热容的理解和应用
[典例4]水具有比热容大的特点，如图现象中与此特点无关的是（ ）
A．海边的昼夜温差较小 B．空调房间里放盆水可以增加湿度
C．冬天暖气设备用热水供暖 D．用水冷却汽车发动机
【对点训练4】如图1所示，规格相同的容器装了相同质量的纯净水。用不同加热器加热，忽略散热，得到图2所示的水温与加热时间的图线。
（1）某时刻温度计示数如图1乙所示，此时乙的温度为 ℃。
（2）如图2在第3min， （选填“甲”或“乙”）液体的分子运动得更剧烈。
（3）甲液体第1min的内能 第2min的内能（选填“大于”、“等于”或“小于”）。
（4）根据图2所示信息，加热到第2min，甲吸收的热量为Q甲，乙吸收的热量为Q乙，则Q甲 Q乙（选填“大于”“等于”或“小于”），依据是 。
题型五 热机的理解及冲程判断
[典例5]1862年，法国人德罗夏提出内燃机的四冲程循环理论：①汽缸向外运动造成的真空将混合气体燃料吸入汽缸；②通过汽缸向内运动对进入汽缸里的燃料进行压缩；③高压燃烧气体产生巨大爆发力；④将已经燃烧的废气从汽缸中排出。四冲程循环理论提及的“巨大爆发力”由图甲中的 （填图中字母）冲程实现。老师在重复演示“做功改变内能”实验（图乙）之间，需在拔出活塞后将厚玻璃筒甩几下，其目的与内燃机的 （填“吸气”“压缩”“做功”或“排气”）冲程的原理相似。
【对点训练5】（1）如图1甲所示是四冲程汽油机工作示意图，其中压缩冲程是把 能转化为 能。
（2）如图2甲、乙所示，是我们课堂演示的两个实验，与压缩冲程原理相同的是 。
（3）如图2丙是生活中常用的热水器，当注入一定量的热水后，立即塞上软木塞，有时软木塞会跳
起来，这一过程瓶内气体通过 改变了内能。
题型六 热值及热量的相关计算
[典例6]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】
【对点训练6】一个成年人参加一次长跑，身体消耗的能量为6.6×106J，这些能量相当于完全燃烧0.55kg的干木柴才能得到，则干木柴的热值为 J/kg；干木柴用掉一半后，剩余干木柴的热值将 （选填“变大”、“变小”或“不变”）。
题型七 核能的利用
[典例7]大力发展核能是解决能源危机的主要出路之一。如图是核电站工作流程图，关于流程图中各装置的能量转化，合理的是（ ）
A．核反应堆：核能转化为机械能
B．蒸汽轮机：机械能转化为内能
C．发电机：机械能转化为电能
D．应用：电能转化为机械能
【对点训练7】2020年4月2日，中科院的“人造太阳”EAST实现1亿度运行近10秒，为目前世界最长，其原理如图1。
（1）“人造太阳”获得核能的方式是 。
（2）“人造太阳”实验从上世纪50年代开始到现在已经进行了半个多世纪。下列观点中（图2），属于支持继续进行这项研究的是： （可多选）。
题型八 能量的转化与守恒定律
[典例8]太阳能公路由三层组成：最上层为半透明的保护层，保护内部元件的同时也可以让太阳光透过；中间层为太阳能电池，用来产生电力；最底下的一层则用来隔绝土壤的湿气，避其影响到内部的线路。该设计可以将电力储存起来供给照明，同时也可以起加热的作用，避免冬天路面结冰。下列说法错误的是（ ）
A．中间层太阳能电池主要是利用太阳能转化为化学能
B．最底层主要是为防止电路短路
C．该设计可以起加热的作用，是利用电流的热效应
D．冬天路面结冰，人容易摔倒是因为接触面越光滑，摩擦力越小
【对点训练8】十八世纪，瓦特发明的冷凝器蒸汽机，推动了人类第一次工业革命。如图为利用瓦特蒸汽机提升物体的工作示意图，蒸汽机的工作原理为：打开阀门A、关闭阀门B，高压蒸汽进入汽缸，推动活塞上行。当活塞到达汽缸顶部时，关闭阀门A、打开阀门B，蒸汽进入冷凝器，汽缸内压强减小，活塞下降。如此循环往复。
（1）蒸汽推动活塞上行过程中，能量转化是 。
（2）蒸汽机活塞上行过程与汽油机的 冲程相似。
（3）蒸汽机工作时，汽缸内部压强为1.1×106帕，若活塞面积为0.1米2，则活塞受到蒸气的压力是多少？
（4）蒸汽机活塞往复运动，通过杠杆和定滑轮对重物做功。若物体质量为200千克，活塞每次上升高度为0.6米，则活塞上升一次蒸汽机对物体做了多少有用功？假设活塞每分钟向上运动100次，该蒸汽机对物体做有用功的功率为多少？
1．（2023春 兰山区期末）对于分子的认识，下列说法正确的是（ ）
A．固体很难被压缩，说明固体分子间无空隙
B．液体可以流动，说明液体分子间不存在引力
C．塑料吸盘挤出空气后能“吸”在墙壁上，说明分子间存在吸引力
D．可以闻到远处的花香，说明分子在不停地做无规则运动
2．（2023春 大庆期末）关于如图所示的四幅图中，下列说法中正确的是（ ）
A．甲图所示中二氧化氮的密度大于空气的密度，因此不能发生扩散现象
B．乙图所示中红墨水在热水中比在冷水中扩散快，说明扩散的快慢与温度有关
C．丙图所示中将一定量的水与酒精混合后总体积变小，是由于酒精蒸发了
D．图丁中瓶塞跳起来时瓶内出现白雾，说明瓶内气体内能增大
3．（2023春 徐汇区校级期末）下列说法中，能够反映物体吸收热量与物质种类有关的是（ ）
A．相同质量的同种物质，升高相同温度时，吸收的热量相同。
B．不同质量的不同物质，升高相同温度时，吸收的热量不同。
C．相同质量的不同物质，升高相同温度时，吸收的热量不同。
D．不同质量的不同物质，升高不同温度时，吸收的热量相同。
4．（2023 武汉模拟）如图所示，烧瓶内盛少量水。给瓶内打气，当瓶塞跳出时，可以看到瓶内出现白雾。瓶塞跳出的这个过程中下列有关说法正确的是（ ）
A．瓶内气体的内能减小
B．瓶内气体分子热运动加剧
C．瓶内气体通过热传递方式改变了其内能
D．该过程能量转化方式与汽油机压缩冲程相同
5．（2023 西宁二模）某汽油机工作时的能量损失情况是：汽缸散热损失30%，废气带走35%，机械摩擦及其它损耗总和为10%。已知汽油热值为4.6×107J/kg。下列说法中正确的是（ ）
A．该汽油机工作的效率是25%，工作时汽油燃烧释放能量的75%转化为机械能
B．若该汽油机消耗2kg汽油，获得的机械能为2.3×107J
C．若该汽油机消耗2kg汽油，损失的能量为3.22×107J
D．经过不断改进和创新，汽油机的效率可以提高到100%
6．（2023 临江市四模）在抗击“新冠肺炎”的战斗中，医务人员工作时所采取的许多措施和用到的医疗器械，都包含着物理知识，下列说法错误的是（ ）
A．用注射器给病人注射药液，利用了大气压的知识
B．测量体温的水银体温计，利用了液体热胀冷缩的性质
C．用电蒸锅蒸煮医疗器械，将电能转化为内能
D．喷洒消毒液的喷雾器，运用了流体压强与流速关系的知识
7．（2023春 商水县期末）逍遥胡辣汤是中华风味名吃之一，也河南周口的特色美食，辣味醇郁、汤香扑鼻，如图所示。汤香扑鼻说明分子在永不停息地 着；浓郁的汤汁“粘”在勺子上，说明分子间存在 。
8．（2023春 长安区校级期末）用如图所示的装置演示气体扩散现象，其中一瓶装有密度比空气大的红棕色的二氧化氮气体，另一瓶装有空气。
（1）装二氧化氮气体的应是 （选填“A”或“B”）瓶。
（2）抽掉玻璃板，放置一段时间后，两瓶内的气体颜色均变红，这个现象说明了 ，气体混合均匀后，气体分子 （选填“继续”或“停止”）运动。
（3）若实验温度分别为①0℃、②4℃、③20℃、④30℃，则在 （填序号）温度下气体扩散最快。
9．（2023 鞍山）如图所示的汽油机处于 （选填“压缩”或“做功”）冲程，这个冲程将 能转化为 能。某单缸四冲程汽油机的飞轮转动速度是2400r/min，则此汽油机每秒对外做功 次。
（2023 邗江区二模）如图甲所示，用两个玻璃杯做“棉纱滴水实验”，过一段时间后
（a/b）杯中的棉纱末端有水滴出。图乙为某轿车输出的能量与输入能量之间的关系图，图中损失的化学能可以使质量为8kg的水温度升高 ℃[水的比热容为4.2×103J/（kg ℃）]。轿车刹车时，由于摩擦，轿车损失的机械能不能自动地集起来再次开动轿车，这说明能量的转化和转移具有 。
11．（2023春 河源期末）中国空间站太空授课2022年3月23日下午，“天宫课堂”第二课在中国空间站开讲，仍是由神舟十三号飞行乘组航天员翟志刚、王亚平、叶光富相互配合进行授课。在轨演示了太空“冰雪”实验、液桥演示实验、水油分离实验、太空抛物实验等一系列炫酷又好玩的实验。
（1）如图1所示，在天宫课堂“液桥”实验中，两块透明板上的水球接触后合成一个，说明分子间存在 ；然后将两块透明板分开，中间形成一个长约10cm的液桥，如果这个实验在地面上完成，液桥的最大长度会 （变长/不变/变短），这是因为受到了 影响。
（2）在太空抛物实验中，冰墩墩充当了回“助教”，冰墩墩在离手后，由于具有 仍能向前运动。
（3）如图2所示，王亚平做了一个有关浮力的实验，在太空中，乒乓球并没有像在地面一样浮在水面，而是停留在了水中，这是因为在空间站内的物体几乎不受就不能形成对乒乓球向上和向下的压力差，即不受浮力。所以在空间站，如果在装满水的矿泉水瓶底扎一个小孔（瓶盖没盖上），会出现的现象是 。
A．水从瓶里喷出
B．气泡钻进瓶里
C．水不会从瓶里喷出，气泡也不会钻进
12．（2023春 盐城期中）为了比较两种燃料的热值，小明采用如图甲所示的两套完全相同的装置进行实验，烧杯内水的初温和质量相同，实验中忽略热量损失。
（1）实验前调整铁夹A的位置，其目的是使 （选填“石棉网”或“温度计”）处于适当的高度。
（2）实验中应控制燃料燃烧的 （选填“时间”或“质量”）相同，根据 比较燃料燃烧放出热量的多少。
（3）小明选用了燃料a和燃料b进行实验。当燃料燃尽后，小明根据各个时刻烧杯中的水温，绘制了如图乙所示的图像，则可初步判断燃料 的热值大。
（4）另一组的小华也用图甲的两套完全相同的装置进行实验，并重新在烧杯内加入初温和质量相同的水，在燃料烧完后也画出了水的温度随时间变化的图像如图丙所示，根据丙图像，燃料1和燃料2的热值之比为 。
13．（2023 启东市二模）守护我国南沙、西沙群岛的是渔政311船，它是我国目前吨位最大、设备最先进、航速最快的渔政执法船，该船满载时总质量为4.5×103t，最大航速为15m/s，当船以最大航速巡航时受到的海水阻力为2.0×106N，g取10N/kg，q燃油＝4.0×107J/kg。求：
（1）渔政船以最大航速匀速巡航20min通过的路程；
（2）满载时该船受到的浮力；
（3）若渔政船的燃油机动力系统效率为30%，渔政船以最大航速匀速巡航20min至少需要燃烧的燃油质量。
14．（2023 张家港市校级模拟）某物理兴趣小组的同学，用天然气给10kg的水加热，同时绘制了如图所示的加热过程中水温随时间变化的图线，若在6min内完全燃烧了0.12kg的天然气（每分钟放热相同）。水的比热容为4.2×103J/（kg ℃），天然气的热值为5×107J/kg。
（1）完全燃烧0.12kg天然气释放的热量为多少？
（2）“2～4min”水吸收的热量为多少？
（3）在烧水过程中，“0～2min”、“2～4min”、“4～6min”哪个时间段热效率最高？最高热效率为多少？
15．（2023 渝中区校级三模）小鲁家安装了燃气热水器来提供热水。如果小鲁洗一次澡用热水40kg，设水通过热水器之前温度为25℃，经过热水器后温度升高到40℃，这40kg的水通过热水器过程中吸收的热量为 J，若天然气完全燃烧释放热量的60%被水吸收，需要消耗 m3天然气。[天然气的热值取4×107J/m3，c水＝4.2×103J/（kg ℃）]
1．（2023 襄阳自主招生）有两个温度和质量都相同的金属球，先把甲放入盛热水的杯中，热平衡后，水温降低了Δt，把甲球取出，再将乙球放杯中，热平衡后水温又降低了Δt，则甲球的比热容乙球的比热大小关系是（ ）
A．甲球比热容大于乙球比热容
B．甲球比热容小于乙球比热容
C．甲球比热容等于乙球比热容
D．以上三种情况都有可能
2．如图甲所示是小聪同学“探究固体的熔化过程”的实验装置图，图乙是他描绘出的温度随时间变化的图象，则下列说法正确的是（ ）
A．烧杯内的水温度升高，含有的热量也随之增多
B．B、C两点的温度相同，具有的内能也相同
C．该物质液态的比热容大于固态时的比热容
D．随着酒精灯中酒精量的减少，酒精的热值也在减小
3．（2023 泰山区自主招生）2017年5月18日，我国宣布可燃冰试采成功！中国成为世界上第一个掌握这项开采技术的国家，可燃冰是天然气和水分子在低温高压下结合的水合物。因形似冰块却能燃烧而得名。科学家估算，其资源量甚至能够满足人类使用1000年，0.1m3天然气完全燃烧可释放4.2×106J热量，若这些热量被水完全吸收，可使 100 kg水温度升高10℃[c水＝4.2×103J/（kg ℃）]。
4．以汽油为燃料的汽车，在水平路面上以20m/s的速度匀速行驶，通过50km路程中，汽车发动机做功为3.45×107J，已知汽车发动机做功效率为25%，汽油的热值q汽油＝4.6×107J/kg。求汽车在这段路程中：
（1）运动的时间；
（2）小汽车发动机的功率；
（3）消耗汽油的质量。
5．空气流动形成风，风能够发电。风力发电机是将风能（气流的动能）转化为电能的装置，其主要部件包括风轮机、齿轮箱、发电机等（如图所示）。风力发电时，风轮机叶片受到风力的推动后转动，从而带动发电机发电。某地的一台风力发电机，其风轮正面迎风，当风速为8m/s时，每秒钟流向叶片旋转面积的空气质量是7200kg，该地的空气密度是1.2kg/m3． 已知空气动能与空气质量成正比，且1kg空气在不同的速度（V）时的动能（E）如下表所示。
E（J） 2 8 18 32 50
V（m/s） 2 4 6 8 10
（1）当风速为8m/s时，每秒钟通过叶片旋转面积的空气体积是多少立方米？若煤的热值3.2×107J/kg，那么这样的一台风力发电机在1h内获得的风能与完全燃烧多少千克的煤所产生的内能相当？
（2）当风速为10m/s时，1s钟流向叶片旋转面积的空气质量是多少千克？若在这种情况下，风力发电机能对外提供5.4×104J的电能，那么这台风力发电机的风能转化为电能的效率是多少？
（3）科学家认为，理想空气发电厂应建立在海拔4600m到10000m的空中，其原因是什么？
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