第三篇 物质科学(物理部分)
第16课时 能量的转化与守恒
1．[2018·杭州江干区三模]下列关于热现象的说法中正确的是
( C )
A．0℃的冰和0℃的水内能相等
B．物体的内能减少，它的温度一定降低
C．内能小的物体也可能将热量传递给内能大的物体
D．做功和热传递都可以改变物体的内能，但功和热量是不同的物理量，单位也不同
【解析】
0℃的冰吸热后才能熔化成0℃的水，所以0℃的水内能更多。物体的内能减少，它的温度不一定降低，如水结冰过程中，内能减少但温度不变。做功是能量转移或转化的量度，热量是热传递的量度，两者都属于能量，形式不同但单位相同。
2．[2018·宁波]下列事例中，改变物体内能的途径与其他三项不同的是( A )
图16－1
A．柴火烧水
B．压缩空气发热
C．冬天搓手取暖
D．钻木取火
【解析】
柴火烧水是通过热传递改变水的内能；压缩空气发热、冬天搓手取暖、钻木取火都是通过做功改变物体内能的。
3．[2018·南京]如图甲所示是“探究不同物质吸热升温的现象”实验装置两个相同的易拉罐中分别装有质量和初温都相同的a、b两种液体，用相同的装置加热，根据记录的实验数据绘制的温度与时间的关系图像如图乙所示，下列说法中正确的是
( C )
图16－2
A．组装器材时，先固定上面铁圈的高度
B．升高相同温度，a液体吸收的热量更多
C．a液体的比热容小于b液体的比热容
D．不添加器材，利用本实验装置还可以比较质量相等的不同燃料燃烧时放出的热量
【解析】
要用酒精灯的外焰加热，为确保组装器材一次到位，应按从下往上的顺序组装；升高相同温度，b加热时间长，b液体吸收的热量更多；根据比较吸热能力的第2种方法，b液体的吸热能力强，即比热容大；比较质量相等的不同燃料燃烧时放出的热量，吸热液体应为同一种类且质量相同，根据Δt＝，通过温度的变化反映吸热多少。
4．[2018·益阳]如图所示，2018年4月2日8时15分左右，天宫一号目标飞行器进入大气层，绝大部分器件在进入大气层过程中烧蚀销毁，剩余部分落入南太平洋中部区域。天宫一号飞行器在这个过程中，下列说法正确的是
(
图16－3
)( C )
A．动能和重力势能都增加
B．机械能保持不变
C．内能是通过做功的方式改变的
D．减少的重力势能全部转化成内能
【解析】
飞行器进入大气层后，绝大部分器件在进入大气层过程中烧蚀销毁，质量在减小，高度在降低，重力势能一定减小，动能也可能减小，机械能减小。与空气摩擦生热即做功增加内能。减小的重力势能部分转化为动能。
5．[杭州中考]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
( B )
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
【解析】
热量是指在热传递过程中传递的能量，只有在热传递过程中才能提到热量。将一高温物体与一低温物体接触达到相同温度，由于不知它们的初始温度，故无法判定温度的高低；高温物体放出热量，低温物体吸收热量，由于两物体与外界没有热量交换，所以高温物体放出的热量等于低温物体吸收的热量。
6．[2018·杭州江干区三模]汽车是我们常用的交通工具，有关于汽油机叙述正确的是
( B )
A．在吸气冲程，汽油被吸入汽缸
B．压缩冲程依靠飞轮惯性完成
C．做功冲程中汽缸内气体分子运动剧烈程度增加
D．发动机工作时常用水作为冷却剂，主要原因是水价格低廉易获取
【解析】
在吸气冲程，被吸入汽缸的是汽油和空气的混合气体。压缩冲程依靠飞轮惯性完成。做功冲程中内能转化为机械能，温度降低，所以汽缸内气体分子运动剧烈程度降低。发动机工作时常用水作为冷却剂，主要原因是水比热大，冷却效果好。
7．[2018·龙东]生活中能量转化的实例很多，下列描述中正确的是
( C )
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
【解析】
摩擦生热是把机械能转化为内能；燃料燃烧放热是把化学能转化为内能；电动机带动水泵把水送到高处是把电能转化为机械能；摩擦起电是把机械能转化为电能。
8．[2018·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化是
( C )
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
【解析】
太阳能板可直接将光能转化为电能，电动机可将电能转化为机械能。
9．[2018·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__运动状态__。
(
图16－4
)(2)此过程中，水蒸气减少的内能__大于__(选填“大于”“等于”或“小于”)软木塞增加的机械能，这与热机的__做功__冲程相似。
(
图16－5
)10．[2018·宁波]如图是某网友在四月拍摄的某地雪景：积雪初融后，在某停车场上出现了一个个“雪馒头”，甚为奇特。雪堆正下方是方形地砖，每块方形地砖周围是条形砖。气象专家调研发现：四周条形砖比中间方形地砖具有更好的导热性和渗水性。关于形成“雪馒头”景观的解释肯定不合理的是( C )
A．空气温度较低是“雪馒头”得以保留的原因之一
B．方形地砖导热性差是形成“雪馒头”景观的原因之一
C．太阳辐射导致条形砖上方的雪比方形地砖上方的雪更易熔化
D．地表热量易通过条形砖及四周缝隙传递，使条形砖上的雪更易熔化
【解析】
图中所示，“雪馒头”在方形地砖的正上方，周围有条砖和缝隙，结合导热性进行对照分析B、D项均合理。无论是条形砖还是方形砖，太阳辐射都是一样的，不可能是形成“雪馒头”的原因。
11．下图是四冲程汽油机工作过程的四个冲程，完成下列各题：
图16－6
(1)A～D四幅图中表示将机械能转化为内能的是__D__。
(2)吸气冲程时，吸入气缸里的物质是__空气和汽油的混合物__。
(3)一单缸四冲程汽油机，若该汽油机的转速为600r/min，做功冲程一次对外做功大约为1500J。那么这台汽油机的功率为__7.5__kW。
【解析】
(1)汽油机四个冲程中将机械能转化为内能的是压缩冲程。(3)汽油机一个周期转2圈，该汽油机的转速为600r/min，则每分钟对外做功300次，所以这台汽油机的功率P＝W/t＝1500J×300/60s＝7500W＝7.5kW。
12．[2018·昆明]昆明冬天的早晨，会看到嘴里呼出的“白气”，这是__液化__现象。“卡路里”简称“卡”，是热量的另一个单位，现在仍被广泛使用在营养计量和健身手册中。1卡是这样规定的：在标准大气压下，1g水温度升高1℃吸收的热量。那么1卡＝
__4.2__J。一辆汽车发动机的效率是35%，那么该车完全燃烧1kg汽油做的有用功是__1.61×107__J。[c水＝4.2×
103J/(kg·℃)，q汽油＝4.6×107J/kg]
【解析】
1卡的热量换算：Q＝cmΔt＝4.2×103J/(kg·℃)×0.001kg×1℃＝4.2J；该汽车完全燃烧1kg汽油做的有用功W有用＝Q总×35%＝m汽油×q汽油×35%＝1kg×4.6×107J/kg×35%＝1.61×107J。
13．[2018·云南]小明家新买来一台容积为80L
的天然气热水器。小明学习了热效率的知识后，尝试估测该热水器的热效率，他把“进水量”设置为40L，“出水温度”设置为40℃后，开始加热。当水温达到40℃时，自动停止加热。已知当时自来水的温度是20℃，加热前天然气表的示数为129.96m3，停止加热后变为130.06m3。天然气的热值q天然气＝4.2×107J/
m3，水的比热容c水＝4.2×103J/(kg·℃)，1L＝10－3m3。求：
(1)水箱中水的质量。
(2)水箱中水吸收的热量。
(3)该热水器的热效率。
【答案】
(1)水的体积V＝40L＝40×10－3m3＝4×10－2m3，根据ρ＝得：水的质量m＝ρV＝1×103kg/m3×4×10－2m3＝40kg。
(2)水吸收的热量Q吸＝c水m(t2－t1)＝4.2×103J/(kg·℃)×40kg×(40℃－20℃)＝3.36×106J。
(3)消耗天然气的体积V＝V2－V1＝130.06m3－129.96m3＝0.1m3，
天然气完全燃烧放出的热量Q＝Vq天然气＝0.1m3×4.2×107J/m3＝4.2×106J，
热水器的热效率η＝×100%＝×100%＝80%。
14．如图所示是某种核反应过程的模型图，图中的小白球表示中子，小黑球表示质子。分析并回答下列问题：
图16－7
(1)图示核反应的类型为__核裂变__反应。判断的依据是__每个原子核内有许多的质子和中子(合理即可)__。
(2)从图中可以看出，每个原子受到中子撞击破裂后，除了产生2个较小的原子核外，同时又产生__3__个中子，这些中子再去撞击更多的原子核，使更多的原子核破裂，这种核反应过程又称为__链式反应__。
(3)目前常用作图示反应的原材料主要是__铀__和__钚__两种元素。
(4)图示反应类型的反应过程控制方法已被科学工作者完全控制，其方法就是在反应堆中插入一定数量的石墨棒。你认为用石墨棒控制该反应快慢的原理是__石墨可以吸收反应堆中的中子，即控制反应过程中的中子数____。(共31张PPT)
第16课时
能量的转化与守恒
一、分子的热运动与内能(a)
分子运动论观点认为：物质是由大量微观粒子(包括分子、原子和离子)构成的。这些微观粒子都在不停地做________
______即热运动。微观粒子之间有________，微观粒子之间存在着______________(包括引力和斥力)。
分子热运动的快慢宏观上表现为温度的高低，温度越高热运动越快。物体具有内能就是因为物体内部大量的微观粒子做无规则运动。温度越高，微观粒子运动越快，物体的内能越大。
无规则
运动
间隔
相互作用力
1．理论上，温度达到－273.13℃(即绝对温度0K)时，分子才会停止运动，但实际上这个温度是不存在的。所以说，分子都在做无规则运动。特别注意“0℃时分子的无规则运动停止”或“0℃时物体的内能为零”这样的说法是错误的。
2．同一物体，温度越高内能越大。不同物体的内能多少无法比较。
3．物体吸收热量，内能一定增加，但温度不一定升高，如冰块吸热熔化过程中，内能增加，但温度不变。
【知识拓展】
二、内能的改变(a)
1．改变物体内能的途径有________和__________。
摩擦生热、压缩气体等都是对物体做功，可以增加物体的内能；高温气体(如水蒸气)将瓶塞冲出，是物体(气体)对外做功，物体的内能减少。
对物体加热可以增加物体内能，对物体冷却可以减少物体内能。这是通过热传递改变物体的内能。
做功
热传递
1．热传递的形式有传导、对流和辐射三种形式，固体的热传递以传导为主，对流通常发生在液体和气体中，真空中通过辐射进行热传递。
2．物体的热传导能力与物体的导电能力类似，导电能力越强，一般导热能力也越强。
【知识拓展】
2．热传递的量度
热传递是物体间的能量转移，发生转移的能量称为热量，用Q表示。
热量的计算公式：____________。
公式中的c是物质的比热容，简称比热，单位是J/(kg·℃)。水的比热容是___________________。公式中的Δt指物体热传递前后的温差。
Q＝cmΔt
4.2×103
J/(kg·℃)
内能和热量是完全不同的概念。内能指一个物体内部所有分子运动的动能和势能总和。热量是指热传递或能量转化过程中，转移或转化的能量多少。可以类比说明：一个水库中的总水量可看作是“内能”，而“热量”可看作是水库水坝放出来的水量。
【知识拓展】
三、热值与热机(a)
1．热值
___________________________________称为热值。热值是评价一种燃料品质的重要指标。热值可用q来表示，单位是J/kg(如果是气体燃料时，单位一般用J/m3)。热值计算时可用：Q＝mq(气体燃料计算时用：Q＝Vq)。
2．汽油机的工作过程
汽油机是重要的内燃机之一。所有内燃机的能量转化方式都是将内能转化为机械能。汽油机的主要结构有汽缸、活塞、连杆、曲轴、火花塞等。
1kg某种燃料完全燃烧时放出的热量
汽油机工作过程一个周期分为四个冲程：________冲程、____
____冲程、________冲程、________冲程。其中吸气冲程吸入的是经化油器而来的汽油和空气的混合气体；压缩冲程时活塞对混合气体做功，混合气体内能增大温度升高；做功冲程时火花塞点火，汽油燃烧放热，推动活塞向外运动，该冲程将内能转化为机械能；排气冲程将燃烧后的废气排出汽油机。
吸气
压
缩
做功
排气
1．燃料的“完全燃烧”指燃料中的碳元素全部变成二氧化碳，氢元素全部变为水。燃料的热值不需要记忆。
2．汽油机一个工作周期，曲轴转两圈，做功一次。
3．从图中识别汽油机工作过程的四个冲程，要注意观察的细节是：活塞的上下运动情况、进气门和出气门的打开和关闭情况、火花塞是否点燃等。(参照习题中的汽油机工作过程示意图)
【知识拓展】
四、核能的利用(a)
核能指原子核在转变过程中所释放出的能量。又称为原子能等。核反应包括____________和____________两种类型。
重核裂变指原子量较大的原子核裂变成若干个较小原子核，同时释放巨大能量的过程。核裂变通过____________进行，其原理是通过中子轰击原子核，裂变后产生更多的中子，再由这些中子去撞击更多的原子核进行裂变的过程。目前核裂变的主要原料是铀元素和钚元素。较低浓度核裂变原料可用于核电原料，原子弹则需较高浓度的核裂
重核裂变
轻核聚变
链式反应
变原料。目前的核电站都是采用可控条件下的____________方式进行的，其能量转化过程为核能→内能→机械能→电能。
轻核聚变是指若干个原子量较小的原子核在极高温度下合成为一个稍大一点的原子核，同时释放出大量能量的过程。核聚变的条件是极高温度，所以又称为____________，氢弹通常需要原子弹来引爆就是这个道理。由于人类还不能对核聚变的进程进行控制，所以目前为止，轻核聚变的民用化还在研究过程中。
核反应具有放射性，主要放出α、β、γ等多种射线，高强度的放射线对生物具有极大的伤害，低强度的射线可以应用在医学、科研、生产实践中。
重核裂变
热核反应
五、能量的转化与守恒(a)
能量可以相互转化或转移。能量的转化过程会改变能量的形式，如可燃物燃烧可将化学能转化为内能，生物通过呼吸作用将化学能转化为内能，光伏发电能将光能直接转化为电能。能量的转移过程能量的形式不变，如热量可能从高温物体通过热传递转移到低温物体。
能量的转化和守恒定律：_____________________________
____________________________________________________________________________________________________________。能量的转化和转移都是具有__________的，不能反过来转化。
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上，在转移和转化过程中，能的总量保持不变
方向性
从能量的转化和守恒定律可知，“永动机”是不能实现的，同时
提高能量利用效率和节能对人类具有重要意义。
类型一 内能及改变内能的方法
典例
[2018·滨州]关于分子，下列认识中正确的是
(
)
A．红墨水在水中散开说明分子间有斥力
B．吸盘能牢牢吸在玻璃上，说明分子间存在引力
C．尘土飞扬，说明分子在不停地运动
D．糖在热水中溶解得快，说明温度越高，分子的热运动越
剧烈
D
【解析】
红墨水在水中散开说明分子不停地做无规则运动，并不能说明分子间有斥力；吸盘能牢牢吸在玻璃上，是因为
大气压强，不能说明分子间存在引力；尘土飞扬属于宏观物
体的运动，是机械运动，不属于分子运动。
跟踪训练
[2018·绵阳]2018年4月2日，天宫一号圆满完成预定任务后返回地球。8.5t重的天宫一号，在100km左右的高空以约22倍音速进入大气层。其中部分器件在大气层中与大气层摩擦烧蚀销毁。最后大约1.5t残骸坠入南太平洋。在这个过程中，天宫一号的部分机械能
(
)
A．通过热传递转化为大气的内能
B．通过重力做功转化为大气的内能
C．通过摩擦做功转化为大气的内能
D．通过重力做功转化为残骸的内能
【解析】
天宫一号坠落烧蚀过程，主要是由于重力做功，与空气摩擦产生热量，即机械能转化为内能。
D
类型二 热传递的量度
A．物质的比热容跟它的质量成反比
B．比热是物质的特性之一，跟热量、质量、温度的变化等
因素都无关
C．物质的比热容跟它的温度变化成反比
D．物质的比热容跟它的热量成正比
B
【解析】
比热是物质的特性之一，跟热量、质量、温度的变化等因素都无关，但需注意比热与物质的状态有关，如冰的比热是水的一半。相似的是：密度也是物质的特性，跟质量和体积无关，但与物质的状态有关。
跟踪训练
[2018·德州]在标准大气压下，用炉子将10kg的水从20℃加热至沸腾，燃烧了0.5kg的焦炭，已知水的比热容为4.2×103J/(kg·℃)，焦炭的热值为3.0×107J/kg。求：
(1)水吸收的热量。
(2)0.5kg焦炭完全燃烧释放的热量。
(3)炉子烧水的效率。
【答案】
(1)标准大气压下，水的沸点为100℃，所以将水加热至100℃，水吸收的热量Q吸＝cm(t－t0)＝4.2×103J/(kg·℃)×
10kg×(100℃－20℃)＝3.36×106J。
(2)0.5kg焦炭完全燃烧释放的热量Q＝mq＝0.5kg×3.0×107J/kg＝1.5×107J。
类型三 燃料热值与热机原理
典例
[2018·株洲]木炭的热值为3.4×107J/kg，它表示1kg木炭
(
)
A．具有3.4×107J的热量
B．具有3.4×107J的内能
C．完全燃烧对外做功3.4×107J
D．完全燃烧放出热量3.4×107J
【解析】
热值的定义就是1kg某种燃料完全燃烧烧时放出的热量。
D
跟踪训练
[2018·滨州]如图是内燃机工作循环中
的一个冲程，它是
(
)
A．压缩冲程，将化学能转化成内能
B．压缩冲程，将机械能转化成内能
C．做功冲程，将内能转化成机械能
D．做功冲程，将机械能转化成内能
【解析】
图中的气门关闭，活塞下行，并且电火花打火，这是做功冲程的特点；在做功冲程中，能量转化关系是气体的内能转化为机械能。
图
16－1
C
类型四 核能与核能的利用
典例
[2018·益阳]下列关于核能说法正确的是
(
)
A．核反应堆中发生的链式反应是不可控制的
B．核电站产生的核废料仍具有放射性，一般深埋在人烟稀
少的地方
C．核反应堆可将核能直接转化成电能
D．我国已建成可控核聚变反应堆
【解析】
目前只有链式反应的过程是可控的，核反应堆就是利用可控的核裂变产生的能量进行发电。核反应堆发电的能量转化过程为核能→内能→机械能→电能，不能直接从核能一步转化为电能。核聚变反应堆正在研究中，距离实际民用还有一段路要走。
B
跟踪训练
以下对于放射线的说法正确的是
(
)
A．放射线无污染，无公害，使用时十分安全简单
B．利用放射线时，要进行有效的防护和防止污染
C．放射线对人畜伤害严重，有弊无利，难于利用
D．α射线和β射线是有益的，而γ射线是有害的
【解析】
各种放射线达到一定的强度会对各种生物都造成严重影响，但是人们可以利用射线进行医学研究、生物学研究、科研及生产实践等多方面的应用，利用放射线时，要进行有效的剂量控制、严格防护和防止污染。
B
类型五 能量的转化与守恒
典例
[2018·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
【解析】
永动机是违反能量守恒定律的，因为任何机械工作中不可能没有能量损失，若“永动机”工作中只损失能量而不能得到补充，不可能永远工作下去。水沸腾汽化过程中需要不断吸热。出枪膛的子弹射穿木板后能量损失，速度将变慢。
B
跟踪训练
文艺复兴时期，意大利的达·芬奇设计
了如图所示的装置。他设计时认为，在轮子转
动过程中，右边的小球总比左边的小球离轮心
更远些，在两边不平衡力的作用下会使轮子沿
箭头方向转动不息，而且可以不断地向外输出
能量。但实验结果却是否定的。达·芬奇敏锐
地由此得出结论：永动机是不可能实现的。下列有关该装置的说法中正确的是(多选)
(
)
A．如果没有摩擦力和空气阻力，该装置就能永不停息地转
动，并在不消耗能量的同时不断地对外做功
图
16－2
BC
B．如果没有摩擦力和空气阻力，忽略碰撞中的能量损耗，给它一个初速度，它能永不停息地转动，但在不消耗能量的同时，并不能对外做功
C．右边所有小球施加于轮子的动力并不大于左边所有小球施于轮子的阻力，所以不可能在不消耗能量的同时，不断地对外做功
D．在现代科学技术比较发达的今天，这种装置可以永不停息地转动，在不消耗其他能量的基础上，还能源源不断地对外做功
【解析】
当轮子转动时，虽然右边的小球总比左边的小球离轮心更远些，但是右边小球的个数总比左边的少，实际上右
边所有小球施加于轮子的动力等于左边所有小球施于轮子的
阻力，轮子在不受到外力作用时将保持平衡状态。如果没有
摩擦力和空气阻力，且忽略碰撞中的能量损耗，给轮子一个
初速度，轮子就能依靠惯性永不停息地转动。
当堂测评
高分作业第16课时 能量的转化与守恒 [学生用书P137]
一、分子的热运动与内能(a)
分子运动论观点认为：物质是由大量微观粒子(包括分子、原子和离子)构成的。这些微观粒子都在不停地做__无规则运动_即热运动。微观粒子之间有_间隔
，微观粒子之间存在着__相互作用力__(包括引力和斥力)。
分子热运动的快慢宏观上表现为温度的高低，温度越高热运动越快。物体具有内能就是因为物体内部大量的微观粒子做无规则运动。温度越高，微观粒子运动越快，物体的内能越大。
【知识拓展】
1．理论上，温度达到－273.13℃(即绝对温度0K)时，分子才会停止运动，但实际上这个温度是不存在的。所以说，分子都在做无规则运动。特别注意“0℃时分子的无规则运动停止”或“0℃时物体的内能为零”这样的说法是错
误的。
2．同一物体，温度越高内能越大。不同物体的内能多少无法比较。
3．物体吸收热量，内能一定增加，但温度不一定升高，如冰块吸热熔化过程中，内能增加，但温度不变。
二、内能的改变(a)
1．改变物体内能的途径有__做功__和__热传递__。
摩擦生热、压缩气体等都是对物体做功，可以增加物体的内能；高温气体(如水蒸气)将瓶塞冲出，是物体(气体)对外做功，物体的内能减少。
对物体加热可以增加物体内能，对物体冷却可以减少物体内能。这是通过热传递改变物体的内能。
【知识拓展】
1．热传递的形式有传导、对流和辐射三种形式，固体的热传递以传导为主，对流通常发生在液体和气体中，真空中通过辐射进行热传递。
2．物体的热传导能力与物体的导电能力类似，导电能力越强，一般导热能力也越强。
2．热传递的量度
热传递是物体间的能量转移，发生转移的能量称为热量，用Q表示。
热量的计算公式：__Q＝cmΔt__。
公式中的c是物质的比热容，简称比热，单位是J/(kg·℃)。水的比热容是__4.2×103J/(kg·℃)__。公式中的Δt指物体热传递前后的温差。
【知识拓展】
内能和热量是完全不同的概念。内能指一个物体内部所有分子运动的动能和势能总和。热量是指热传递或能量转化过程中，转移或转化的能量多少。可以类比说明：一个水库中的总水量可看作是“内能”，而“热量”可看作是水库水坝放出来的水量。
三、热值与热机(a)
1．热值
__1kg某种燃料完全燃烧时放出的热量__称为热值。热值是评价一种燃料品质的重要指标。热值可用q来表示，单位是J/kg(如果是气体燃料时，单位一般用J/m3)。热值计算时可用：Q＝mq(气体燃料计算时用：Q＝Vq)。
2．汽油机的工作过程
汽油机是重要的内燃机之一。所有内燃机的能量转化方式都是将内能转化为机械能。汽油机的主要结构有汽缸、活塞、连杆、曲轴、火花塞等。
汽油机工作过程一个周期分为四个冲程：__吸气__冲程、__压缩__冲程、
__做功__冲程、__排气__冲程。其中吸气冲程吸入的是经化油器而来的汽油和空气的混合气体；压缩冲程时活塞对混合气体做功，混合气体内能增大温度升高；做功冲程时火花塞点火，汽油燃烧放热，推动活塞向外运动，该冲程将内能转化为机械能；排气冲程将燃烧后的废气排出汽油机。
【知识拓展】
1．燃料的“完全燃烧”指燃料中的碳元素全部变成二氧化碳，氢元素全部变为水。燃料的热值不需要记忆。
2．汽油机一个工作周期，曲轴转两圈，做功一次。
3．从图中识别汽油机工作过程的四个冲程，要注意观察的细节是：活塞的上下运动情况、进气门和出气门的打开和关闭情况、火花塞是否点燃等。(参照习题中的汽油机工作过程示意图)
四、核能的利用(a)
核能指原子核在转变过程中所释放出的能量。又称为原子能等。核反应包括
__重核裂变__和__轻核聚变__两种类型。
重核裂变指原子量较大的原子核裂变成若干个较小原子核，同时释放巨大能量的过程。核裂变通过__链式反应__进行，其原理是通过中子轰击原子核，裂变后产生更多的中子，再由这些中子去撞击更多的原子核进行裂变的过程。目前核裂变的主要原料是铀元素和钚元素。较低浓度核裂变原料可用于核电原料，原子弹则需较高浓度的核裂变原料。目前的核电站都是采用可控条件下的
__重核裂变__方式进行的，其能量转化过程为核能→内能→机械能→电能。
轻核聚变是指若干个原子量较小的原子核在极高温度下合成为一个稍大一点的原子核，同时释放出大量能量的过程。核聚变的条件是极高温度，所以又称为__热核反应__，氢弹通常需要原子弹来引爆就是这个道理。由于人类还不能对核聚变的进程进行控制，所以目前为止，轻核聚变的民用化还在研究过程中。
核反应具有放射性，主要放出α、β、γ等多种射线，高强度的放射线对生物具有极大的伤害，低强度的射线可以应用在医学、科研、生产实践中。
五、能量的转化与守恒(a)
能量可以相互转化或转移。能量的转化过程会改变能量的形式，如可燃物燃烧可将化学能转化为内能，生物通过呼吸作用将化学能转化为内能，光伏发电能将光能直接转化为电能。能量的转移过程能量的形式不变，如热量可能从高温物体通过热传递转移到低温物体。
能量的转化和守恒定律：__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上，在转移和转化过程中，能的总量保持不变__。能量的转化和转移都是具有__方向性__的，不能反过来转化。
从能量的转化和守恒定律可知，“永动机”是不能实现的，同时提高能量利用效率和节能对人类具有重要意义。
类型一 内能及改变内能的方法
典例
[2018·滨州]关于分子，下列认识中正确的是( D )
A．红墨水在水中散开说明分子间有斥力
B．吸盘能牢牢吸在玻璃上，说明分子间存在引力
C．尘土飞扬，说明分子在不停地运动
D．糖在热水中溶解得快，说明温度越高，分子的热运动越剧烈
【解析】
红墨水在水中散开说明分子不停地做无规则运动，并不能说明分子间有斥力；吸盘能牢牢吸在玻璃上，是因为大气压强，不能说明分子间存在引力；尘土飞扬属于宏观物体的运动，是机械运动，不属于分子运动。
跟踪训练
[2018·绵阳]2018年4月2日，天宫一号圆满完成预定任务后返回地球。8.5t重的天宫一号，在100km左右的高空以约22倍音速进入大气层。其中部分器件在大气层中与大气层摩擦烧蚀销毁。最后大约1.5t残骸坠入南太平洋。在这个过程中，天宫一号的部分机械能( D )
A．通过热传递转化为大气的内能
B．通过重力做功转化为大气的内能
C．通过摩擦做功转化为大气的内能
D．通过重力做功转化为残骸的内能
【解析】
天宫一号坠落烧蚀过程，主要是由于重力做功，与空气摩擦产生热量，即机械能转化为内能。
类型二 热传递的量度
典例
比热的计算公式为c＝，下列有关说法是正确的( B )
A．物质的比热容跟它的质量成反比
B．比热是物质的特性之一，跟热量、质量、温度的变化等因素都无关
C．物质的比热容跟它的温度变化成反比
D．物质的比热容跟它的热量成正比
【解析】
比热是物质的特性之一，跟热量、质量、温度的变化等因素都无关，但需注意比热与物质的状态有关，如冰的比热是水的一半。相似的是：密度也是物质的特性，跟质量和体积无关，但与物质的状态有关。
跟踪训练
[2018·德州]在标准大气压下，用炉子将10kg的水从20℃加热至沸腾，燃烧了0.5kg的焦炭，已知水的比热容为4.2×103J/(kg·℃)，焦炭的热值为3.0×107J/kg。求：
(1)水吸收的热量。
(2)0.5kg焦炭完全燃烧释放的热量。
(3)炉子烧水的效率。
【答案】
(1)标准大气压下，水的沸点为100℃，所以将水加热至100℃，水吸收的热量Q吸＝cm(t－t0)＝4.2×103J/(kg·℃)×10kg×(100℃－20℃)＝3.36×106J。
(2)0.5kg焦炭完全燃烧释放的热量Q＝mq＝0.5kg×3.0×107J/kg＝1.5×107J。
(3)炉子烧水的效率η＝×100%＝×100%＝22.4%。
类型三 燃料热值与热机原理
典例
[2018·株洲]木炭的热值为3.4×107J/kg，它表示1kg木炭( D )
A．具有3.4×107J的热量
B．具有3.4×107J的内能
C．完全燃烧对外做功3.4×107J
D．完全燃烧放出热量3.4×107J
【解析】
热值的定义就是1kg某种燃料完全燃烧烧时放出的热量。
跟踪训练
[2018·滨州]如图是内燃机工作循环中的一个冲程，它是( C )
图16－1
A．压缩冲程，将化学能转化成内能
B．压缩冲程，将机械能转化成内能
C．做功冲程，将内能转化成机械能
D．做功冲程，将机械能转化成内能
【解析】
图中的气门关闭，活塞下行，并且电火花打火，这是做功冲程的特点；在做功冲程中，能量转化关系是气体的内能转化为机械能。
类型四 核能与核能的利用
典例
[2018·益阳]下列关于核能说法正确的是( B )
A．核反应堆中发生的链式反应是不可控制的
B．核电站产生的核废料仍具有放射性，一般深埋在人烟稀少的地方
C．核反应堆可将核能直接转化成电能
D．我国已建成可控核聚变反应堆
【解析】
目前只有链式反应的过程是可控的，核反应堆就是利用可控的核裂变产生的能量进行发电。核反应堆发电的能量转化过程为核能→内能→机械能→电能，不能直接从核能一步转化为电能。核聚变反应堆正在研究中，距离实际民用还有一段路要走。
跟踪训练
以下对于放射线的说法正确的是( B )
A．放射线无污染，无公害，使用时十分安全简单
B．利用放射线时，要进行有效的防护和防止污染
C．放射线对人畜伤害严重，有弊无利，难于利用
D．α射线和β射线是有益的，而γ射线是有害的
【解析】
各种放射线达到一定的强度会对各种生物都造成严重影响，但是人们可以利用射线进行医学研究、生物学研究、科研及生产实践等多方面的应用，利用放射线时，要进行有效的剂量控制、严格防护和防止污染。
类型五 能量的转化与守恒
典例
[2018·内江]根据能量守恒定律，下列情形可能发生的是( B )
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
【解析】
永动机是违反能量守恒定律的，因为任何机械工作中不可能没有能量损失，若“永动机”工作中只损失能量而不能得到补充，不可能永远工作下去。水沸腾汽化过程中需要不断吸热。出枪膛的子弹射穿木板后能量损失，速度将变慢。
跟踪训练
文艺复兴时期，意大利的达·芬奇设计了如图所示的装置。他设计时认为，在轮子转动过程中，右边的小球总比左边的小球离轮心更远些，在两边不平衡力的作用下会使轮子沿箭头方向转动不息，而且可以不断地向外输出能量。但实验结果却是否定的。达·芬奇敏锐地由此得出结论：永动机是不可能实现的。下列有关该装置的说法中正确的是(多选)( BC )
图16－2
A．如果没有摩擦力和空气阻力，该装置就能永不停息地转动，并在不消耗能量的同时不断地对外做功
B．如果没有摩擦力和空气阻力，忽略碰撞中的能量损耗，给它一个初速度，它能永不停息地转动，但在不消耗能量的同时，并不能对外做功
C．右边所有小球施加于轮子的动力并不大于左边所有小球施于轮子的阻力，所以不可能在不消耗能量的同时，不断地对外做功
D．在现代科学技术比较发达的今天，这种装置可以永不停息地转动，在不消耗其他能量的基础上，还能源源不断地对外做功
【解析】
当轮子转动时，虽然右边的小球总比左边的小球离轮心更远些，但是右边小球的个数总比左边的少，实际上右边所有小球施加于轮子的动力等于左边所有小球施于轮子的阻力，轮子在不受到外力作用时将保持平衡状态。如果没有摩擦力和空气阻力，且忽略碰撞中的能量损耗，给轮子一个初速度，轮子就能依靠惯性永不停息地转动。
1．[2018·广安]关于物体的内能，下列说法中正确的是
( A )
A．物体的内能增加，可能是从外界吸收了热量
B．0℃的冰熔化成0℃的水内能不变
C．汽油机的压缩冲程是把内能转化为机械能
D．热量总是从内能大的物体向内能小的物体转移
【解析】
物体内能增加，可能是从外界吸收了热量，也可能是外界物体对它做了功；0℃的冰变成0℃的水，需要吸收热量，尽管质量和温度不变，但内能增加；汽油机的做功冲程中，将内能转化为机械能；热量是从高温物体向低温物体传递的，内能大的物体温度不一定高。
2．[2018·杭州余杭区一模]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
( C )
图16－3
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
【解析】
甲图是对其中的空气做功，空气的内能增大。乙图是瓶子内的空气推动塞子跳起，空气对外做功，内能减小。丁图是做功冲程，汽缸内的气体推动活塞向下运动，气体的内能减小。
3．[2018·乐山]下列说法中正确的是
( C )
A．汽油机在做功冲程中是将机械能转化成内能
B．物体的温度降低时内能减少，所以0℃冰块的水分子不做运动
C．沿海地区昼夜温差小，主要原因是水的比热容较大
D．温度从热量高的物体传递给热量低的物体
【解析】
汽油机在做功冲程中是将内能转化成机械能；0℃冰块中的水分子也在不停地做无规则运动的(理论上－273.15℃时分子才停止运动)。热量可以从高温物体传递给低温物体，而不能说“温度从热量高的物体传递给热量低的
物体”。
4．[2018·衢州改编]小柯在科技馆看到许多奇思妙想和趣味实验，其中有一个是六冲程引擎。这种引擎在完成四冲程工作后，会把水注入汽缸，使水瞬间变成水蒸气，从而带动活塞运动，产生第五冲程，为汽车提供动力。第六冲程是让水蒸气进入冷凝器，变成可再次注入汽缸的水。则第五冲程相当于图中四冲程汽油机的
( C )
A
B
C
D
【解析】
第五冲程是水汽化后，带动活塞运动，内能转化为机械能，相当于做功冲程。
5．[绵阳中考]关于能量的转移和转化，下列判断正确的是
( A )
A．热量可以从低温物体转移到高温物体
B．能量转移和转化没有方向性
C．电取暖器辐射到房间里的热量可以再利用
D．汽车由于刹车散失的热量可以再自动地用来驱动汽车
【解析】
热量不可以自发地从低温物体转移到高温物体，在外界的影响下，热量可以从低温物体转移到高温物体，如冰箱和空调就是把热量从低温物体“搬运”转移到高温物体的。在非人工条件下，能量的转移和转化是有方向性的。电取暖器辐射到房间里的热量被人和房间吸收，不可以再利用；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，更不能驱动汽车。
(
图16－4
)6．[温州中考]根据能量转化和守恒定律，在与外界没有热传递的条件下，物体内能的增加量与外界对物体做功多少相等。为了验证此规律，某兴趣小组设计了如图所示的实验：在容器里装一定质量的水，中间装上带有叶片的转轴，转轴上绕上绳子，绳子另一端通过滑轮与一重物相连；当重物下降时，绳子拉动转轴转动，带动叶片旋转，使容器里的水温度升高，结合水的比热计算出水增加的内能，以此验证水内能的增加量与重物的重力做功多少是否相等。
(1)为了完成此实验，除已提供测质量的电子天平外，还需要的测量工具有：
__刻度尺、温度计__。
(2)兴趣小组在实验过程中发现，水内能的增加量小于重物做功的大小，请写出造成这种现象的一种原因：__滑轮存在摩擦(或液体会散热等，合理即可)__。
(3)改进实验后，获得了如下数据，规律得到验证。
实验序号
重物质量(kg)
下降高度(m)
升高温度(℃)
1
20
5
0.5
2
20
10
1.0
3
20
15
1.5
4
10
10
0.5
5
30
10
1.5
6
40
10
2.0
若使容器内相同质量的水温度升高2.5℃，则25kg的重物需下降__20__m。
【解析】
(1)实验中应需要用刻度尺测量重物下降的高度、用温度计测量水升高的温度。(2)在实验的过程中，由于滑轮存在摩擦、液体会散热等情况，使得水内能的增加量小于重物做功的大小。(3)由第2次实验可知：20kg的重物下降10m，升高的温度为1℃，则每1kg的重物下降1m，升高的温度为；使容器内相同质量水的温度升高2.5℃，则25kg重物需要的下降高度h＝2.5℃/(×25)m＝20m。
