第06章　内能的利用　能源与可持续发展 学案 2025年中考物理一轮复习考点探究（河北）（含答案）

第六章　内能的利用　能源与可持续发展
2022课程标准
了解能量及其存在的不同形式,能描述不同形式的能量和生产生活的联系。
通过实验,认识能量可以从一个物体转移到其他物体,不同形式的能量可以相互转化。
了解热机的工作原理,知道内能的利用在人类社会发展史中的重要意义。
知道能量守恒定律,列举日常生活中能量守恒的实例。有用能量转化与守恒的观点分析问题的意识。
列举能量转化和转移具有方向性的常见实例。
列举常见的不可再生资源和可再生资源。
知道核能的特点和核能利用可能带来的问题。
从能源开发与利用的角度体会可持续发展的重要性。
考点一　热机及热机效率
热值
(1)定义:燃料①　　　　　　放出的热量与燃料质量的②　　　　,叫做这种燃料的热值。
(2)公式及单位:q=,变形式:Q=mq。单位:③　　 　　　,符号是④　　　　。
(1)对于气体燃料来说,热值q=,热值单位为J/m3。
(2)热值是燃料本身的一种特性,它与燃料的种类有关,与燃料的质量、体积、是否完全燃烧等没有关系。
热机及热机效率
(1)内燃机在一个工作循环中包括⑤　　　　、⑥　　　　、⑦　　　　、⑧　　　　四个冲程;一个工作循环中的做功冲程是利用燃气推动活塞做功,把⑨　　　能转化为⑩　　　　能,压缩冲程把　　　　能转化为　　　　能。
(2)热机效率
定义:热机用来做　　　　的那部分能量和燃料完全燃烧放出的热量之比。
公式:η=或η=。
提高热机效率的途径:让燃料尽可能充分燃烧,如:将煤粒磨成煤粉,加大送风量等;利用废气的能量;机件间保持良好的润滑,减小摩擦。
除了做功冲程是靠燃气推动活塞做功外,其他三个冲程都是靠安装在曲轴上的飞轮的惯性来完成的。
考点二　能量的转化和守恒
能量的转化
在一定条件下,各种形式的能量是可以相互　　　　的。
能量守恒定律
能量既不会凭空消灭,也不会凭空产生,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,能量的总量　　　　　　。
考点三　能源与可持续发展
能源分类
分类 标准 类型 定义 实例
获取 方式 一次 能源 可以　　　　从自然界获取的能源 风能、太阳能、核能、化石能源等
二次 能源 无法从自然界直接获取,必须通过消耗　　　　　才能得到的能源 电能
可否 再生 可再 生能 源 　　　　从自然界源源不断地得到的能源 风能、太阳能等
不可 再生 能源 在短期内　　　　从自然界得到补充的能源 核能、化石能源等
核能
(1)裂变:用中子轰击质量比较大的原子核,使其发生　　　　,释放出巨大的能量。
(2)核电站:利用　　　　发电,其能量转化:核能→　　　　→　　　　→电能。
(3)链式反应:核反应堆中发生的链式反应是　　　　控制的,利用不加控制的核裂变可制造毁灭性武器——　　　　。
(4)核聚变:将某些质量很小的原子核,在超高温下结合成新的原子核,释放出巨大的核能,这就是聚变,也称为　　　　　　。　　　　和太阳能就是利用聚变释放能量。
太阳能
(1)来源:氢原子核在超高温下发生　　　　,释放出巨大的核能。
(2)利用:太阳能转化为　　　　,如太阳能热水器;太阳能转化为　　　　,如太阳能电池。
能源与可持续发展
(1)能量转移和转化的方向性:能量的转移和转化是有　　　　的,最终转变为不可利用的能量,因此要节约能源。
(2)能源的可持续发展:提高能源的利用率,减少能源使用对环境的破坏;发展新能源。
(人教九全图14.1-1) 命题点:能量的转化 如图,酒精燃烧时产生的热量传给了水和水蒸气,这是化学能转化为　　　　能。塞子受到水蒸气的压力而冲出去,水蒸气的　　　　能转化为塞子的　　　　能。利用此原理的机械是　　　　。
(人教九全图14.3-2) 命题点:能量的转化和能量守恒定律 如图,小球下落后再弹起的高度越来越低,说明有一部分机械能转化为　　　　能,总的能量是　　　　的。
(人教九全图22.2-5) (教科九下图11-4-7) 命题点:核能的获取方式及应用 如图,氚核、氘核在超高温下聚合成氦核,释放出核能。所发生的核反应是　　　　,　　　　利用的就是这种反应在瞬间释放的能量。核能属于　　　　　　(选填“可再生”或“不可再生”)能源,核电站获取能量的途径是　　　　。
(人教九全图22.3-7) 命题点:能源的分类和能量转化 太阳能汽车是一种靠太阳能来驱动的汽车,太阳能是清洁的　　　　　　　。行驶中的太阳能汽车,其太阳能电池将　　　　能转化为　　　　能,进而再转化为汽车的　　　　。
(人教九全图22.4-1) 命题点:能量转移和能量转化的方向性 汽车制动时,由于摩擦,动能转化成了轮胎、地面和空气的　　　　,这些消耗的能量不能自动地用来驱动汽车,这说明了能量的转移和转化具有　　　　。
重难点一　热机及其效率
(2024·河北模拟)如图所示,图A、B是四冲程汽油机的两个冲程的工作示意图,图C、D是演示实验的示意图,A图是　　　　冲程,与它原理相同的是　　　　　图所示的演示实验。日常生活中,用水作为汽车发动机的冷却液,是因为它的　　　　大。在标准大气压下,质量为5 kg的水的温度从30 ℃升高20 ℃需吸收热量　　　　J。[c水=4.2×103 J/(kg·℃)]
　C　D
A B
(2024·邯郸二模)2024年的中国新能源汽车市场好戏连台,下表是某新能源汽车的相关参数。这种新能源汽车,在亏电状态下耗油量为3.5 L/100 km。该车以108 km/h的速度匀速直线行驶216 km,所需时间为　　　　h,若此过程中所受阻力是汽车所受重力(忽略燃油所受重力)的,则牵引力做功的功率为　　　W,发动机的效率约为　　　　。(百分数保留整数,g取10 N/kg,q汽油=4.5×107 J/kg,汽油的密度ρ=0.75×103 kg/m3)
车身重量 1 500 kg 引擎类型 耗电式混合动力,纯电动
车型尺寸 4 765/1 837/1 495 mm 标准座位数 5个
油耗 3.8 L/100 km 最高时速 150 km/h
油箱容积 48 加速时间 7.3 s
(2024·邢台一模)合理分类和利用垃圾可以变废为宝,在一定条件下,1 kg垃圾能“榨”出0.17 kg燃料油,若燃料油的热值为4.0×107 J/kg,则这些燃料油完全燃烧释放出的热量为　　　　　　J,如果这些热量的42%被水吸收,则可以使　　　　　kg的水的温度从20 ℃升高到100 ℃,这是通过　　　　的方式改变水的内能。[c水=4.2×103 J/(kg·℃)]
关于效率问题的计算方法
(1)热机效率:
η=
(2)热效率:η=
物体温度升高吸热Q吸=cmΔt
燃料燃烧放热Q放=mq,Q放=Vq
电流通过电热器放热Q放=I2Rt,Q放=W=Pt
重难点二　能量的转化与守恒
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
如图所示是太阳能LED照明路灯,它主要由太阳能电池板、LED灯等部分构成。太阳能电池发电过程中,能量的转化是　　　　能转化为　　　　能,太阳能是　　　　(选填“可”或“不可”)再生能源。这种路灯相比传统路灯具有的优点是　　　　　　　　　　　　。
重难点三　能源分类
(2024·唐山丰润区一模)目前人们正致力于开发太阳能、核能、风能、海洋能、氢能……其中核能是　　　　　(选填“可再生”或“不可再生”)能源,核电站是利用原子核　　　　　　(选填“聚变”或“裂变”)释放的能量发电的,电能属于　　　　　　　(选填“一次能源”或“二次能源”)。
(2024·石家庄模拟)核电站是利用核　　(选填“聚”或“裂”)变反应产生的能量进行发电的,核能是　　　　　(选填“可”或“不可”)再生能源。2023年4月12日,素有“人造太阳”之称的中国科学院等离子研究所EAST装置,实现了403 s稳态运行,它有类似于太阳内部核　　　　　(选填“裂变”或“聚变”)的反应机制,是探索终极能源的利器。
命题点一　热机
(2024·河北)下表为某储水式电热水器的铭牌的部分内容,它表明该热水器的额定电压为　　V。若该热水器正常工作3 000 s,可将一箱装有额定容量的水从25 ℃加热到50 ℃,则这个过程中水吸收的热量为　　　　J,热水器的效率为　　　　%(结果保留整数)。水的密度为1.0×103 kg/m3,水的比热容为4.2×103 J/(kg·℃)。
型号 额定电压 220 V
额定容量 80 L 额定频率 50 Hz
额定最高温度 75 ℃ 额定功率 3 000 W
防水等级 IP×4 额定内压 0.8 MPa
出厂编号
(2018·河北)有如图所示的两套相同装置,分别在两个燃烧皿中放入质量相同的不同燃料,点燃后加热质量相等的同种液体,通过比较燃料　　　　(选填“燃烧相同时间”或“全部燃烧”)后温度计示数的变化,来判断两种燃料的热值的大小。燃料燃烧,　　　　转化为内能,用比热容　　　　的液体可以使实验现象更明显。(实验中液体没有沸腾)
命题点二　能量的转化与守恒
(2023·河北)秉承可持续发展的思想,开发新能源、更好地利用已知能源是全球范围内的重要课题,开发和利用核能就是一个有效途径。核能是质量较大的原子核发生　　　　或质量较小的原子核发生聚变时释放的能量,通过可控聚变来利用核能,有望解决人类能源问题。1 g核燃料聚变时释放的能量约为1×105 kW·h,假设把1×105 kW·h的能量完全转化为电能,可供年用电量为1 000 kW·h的家庭使用　　　　年。太阳也是一个巨大的“核能火炉”,它向外辐射的能量是我们的能源宝库。人类利用太阳能的实质是将太阳能转化为其他形式的能量,请你写出一种转化方式或一个相关的实例:　。
(2021·河北)太阳能是　　　　(选填“可再生”或“不可再生”)能源,直接利用太阳能可有效地减少碳排放。如图所示是一辆低碳化未来汽车,车顶部装有高效光电转换器,它可将　　　　能转化为电能;车轮的轮毂其实是风力发电机,可以把捕捉到的风能转化为　　　　能。
(2020·河北)核能是一种　　　　　　(选填“可再生”或“不可再生”)能源。核电站利用核能发电,它的核心设备是核反应堆,核反应堆是通过可控　　　　(选填“核裂变”或“核聚变”)反应释放核能的设备。核电站中的汽轮机属于　　　　(选填“发电机”“电动机”或“热机”)。
命题点三　能源的分类
(2024·河北)风电的开发可以有效助力我国实现“碳达峰、碳中和”的战略目标。张北—雄安特高压交流输变电工程投运后,实现了“张家口的风点亮雄安的灯”。从能源的视角来看,“张家口的风”属于　　　　(选填“可再生”或“不可再生”)能源,它实际上来源于　　　　　能。我国自主研发的单个陆上风电机组功率可达107 W,这样一个风电机组在此功率下稳定工作　　　　min产生的电能,相当于200 kg焦炭完全燃烧放出的热量。焦炭的热值为3.0×107 J/kg。
命题点四　能源与可持续发展
(2022·河北)2021年河北省PM2.5平均浓度同比下降15.3%,改善幅度为“十三五”以来最高。下列举措不能改善空气质量的是 (　　)
A.开发利用新能源
B.推进低碳交通运输
C.提高森林覆盖率
D.增高炼铁厂的烟囱
【详解答案】
教材考点·深度梳理
①完全燃烧　②比值　③焦每千克　
④J/kg　⑤吸气　⑥压缩　⑦做功　
⑧排气　⑨内　⑩机械　机械　内
有用功　转化　转化　转移
保持不变　直接　一次能源
可以　不能　裂变　核裂变
内能　机械能　可以　原子弹
热核反应　氢弹　聚变　内能
电能　方向性
教材图片·解读延伸
1.内　内　机械　热机　2.内　不变
3.聚变　氢弹　不可再生　核裂变
4.可再生能源　太阳　电　机械能
5.内能　方向性　
重点难点·提升训练
重难点一
例1.压缩　C　比热容　4.2×105
解析:A图中,两气门都关闭,活塞上行,汽缸容积变小,是压缩冲程,此冲程将机械能转化为内能;B图中,两气门都关闭,活塞下行,汽缸容积变大,是做功冲程,此冲程将内能转化为机械能;C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;D图是水蒸气膨胀对外做功,将塞子冲出,是内能转化为机械能。与A图原理相同的是C图;日常生活中,用水作为汽车发动机的冷却液,是因为它的比热容大;水吸收的热量:Q吸=c水mΔt=4.2×103 J/(kg·℃)×5 kg×20 ℃=4.2×105 J。
变式训练
1.2　2.25×104　63%　解析:该车以108 km/h的速度匀速直线行驶216 km,所需时间为t===2 h;若此过程中所受阻力是车重(忽略燃油的重力)的,即f=G=mg=×1 500 kg×10 N/kg=750 N,因该车匀速直线行驶,故F=f=750 N,则牵引力做功的功率为P==Fv=750 N×108× m/s=2.25×104 W;牵引力做的功为W=Fs=750 N×216×103 m=1.62×108 J,在亏电状态下耗油量为3.5 L/100 km,匀速直线行驶216 km消耗汽油的体积为V=3.5 L/100 km×216 km=7.56 L,根据密度公式可知,汽油的质量为m=ρV=0.75×103 kg/m3×7.56×10-3 m3=5.67 kg,汽油完全燃烧放出的热量为Q放=mq汽油=5.67 kg×4.5×107 J/kg=2.551 5×108 J,则发动机的效率为η=×100%=×100%≈63%。
2.6.8×106　8.5　热传递　解析:这些燃料油完全燃烧放出的热量为Q放=qm=4.0×107 J/kg×0.17 kg=6.8×106 J;由题可知水吸收的热量为Q吸=42%Q放=42%×6.8×106 J=2.856×106 J,由Q吸=cm(t-t0)可知可加热水的质量为m水===8.5 kg;燃料油燃烧放出的热量传递给水,因此这是通过热传递的方式改变水的内能。
重难点二
例2.C　解析:摩擦生热是克服摩擦做功,摩擦过程中,消耗了机械能,内能增大,把机械能转化为内能,故A错误;燃料燃烧放热是把化学能转化为内能,故B错误;电动机带动水泵把水送到高处是把电能转化为机械能,故C正确;摩擦起电是消耗了机械能,获得了电能,是把机械能转化为电能,故D错误。
变式训练
3.太阳　电　可　清洁无污染,低碳环保
解析:太阳能电池发电过程中,能量的转化是太阳能转化为电能。太阳能取之不尽、用之不竭,可以从自然界里源源不断地得到,是可再生能源。太阳能LED照明路灯因为利用的是太阳能,所以清洁无污染,能达到低碳环保的目的。
重难点三
例3.不可再生　裂变　二次能源　
解析:核能会越用越少,属于不可再生能源;原子弹和核电站都是利用原子核裂变的链式反应发电的;电能是通过消耗一次能源而得到的能源,故属于二次能源。
变式训练
4.裂　不可　聚变　解析:核电站是利用核裂变反应产生的能量进行发电的;核能消耗后短期内无法得到补充,属于不可再生能源;太阳内部发生的是核聚变,EAST装置就是研究核聚变的装置。
河北中考·真题体验
1.220　8.4×106　93　解析:由表格参数可知,热水器的额定电压为U=220 V;由ρ=可知,热水器中水的质量:m=ρV=1.0×103 kg/m3×80×10-3 m3=80 kg,水吸收的热量:Q吸=cm(t-t0)=4.2×103 J/(kg·℃)×80 kg×(50 ℃-25 ℃)=8.4×106 J;热水器消耗的电能:W=Pt=3 000 W×3 000 s=9×106 J,热水器的效率:η=×100%=×100%≈93%。
2.全部燃烧　化学能　小　解析:比较不同燃料热值的实验中,点燃燃料后,需等待燃料充分燃烧,通过观察温度计示数的变化来比较两种燃料的热值大小;燃料燃烧时将化学能转化为内能;在吸收相同热量的情况下,比热容小的物质升高的温度多,所以用比热容小的液体可以使实验现象更明显。
3.裂变　100　用太阳能集热器把水加热(答案不唯一)
解析:核能是质量较大的原子核发生裂变或质量较小的原子核发生聚变时释放的能量;把1×105 kW·h的能量完全转化为电能,可供年用电量为1 000 kW·h的家庭使用的时间:t==100年;人类利用太阳能的实质,是将太阳能转化为其他形式的能量,例如用太阳能集热器把水加热。
4.可再生　太阳　电
解析:太阳能是可再生能源,清洁无污染。车顶部装有高效光电转换器,它是把太阳能转化为电能的装置;风力发电机是将风能转化为电能的装置。
5.不可再生　核裂变　热机
解析:核能不能在短时间内从自然界得到补充,是不可再生能源;核电站是利用可控的核裂变释放能量来发电的;核电站中的汽轮机是利用内能工作的,属于热机。
6.可再生　太阳　10　解析:风能可以在自然界里源源不断地得到,属于可再生能源,它实际上来源于太阳能。200 kg焦炭完全燃烧放出的热量:Q放=mq=200 kg×3.0×107 J/kg=6×109 J;单个陆上风电机组功率可达107 W,需要的时间:t===600 s=10 min。
7.D　解析:开发利用新能源,能减少空气污染物的产生,所以A能够改善空气质量;推进低碳交通运输,能减少二氧化碳、一氧化碳的排放,所以B能够改善空气质量;提高森林覆盖率,能多吸收二氧化碳等气体,所以C能够改善空气质量;增高炼铁厂的烟囱,并不能减少空气污染物的排放,所以D不能改善空气质量。