专题26 内能、核能、能量守恒与转化
【知识点回顾】
一、能的多种形式
考点1 列举能的多种形式(机械能、内能、电能、化学能、核能)
能量是以多种形式存在的，常见的能量形式有机械能、内能、________、化学能、________等。
二、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________而具有的能，俗称热能。________都有内能。
2．物体温度________，内能________；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________；物体对外界做功，物体的内能________。实质是能的形式发生了转化。
2．热传递：物体吸热，内能________；物体放热，内能________。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________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________的。
在热传递中，传递的能量多少叫________。低温物体从外界吸收多少热量，内能就________多少；高温物体向外界放出多少热量，内能就________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________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：________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)。
三、热机
考点6 说出汽油机的工作过程，知道汽油机的能量转化
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____________转化成内能再转化成____________。
2．热机的四个冲程：吸气冲程，____________冲程，____________冲程，____________冲程。
四、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。
原子弹：根据________的原理制成。
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。
氢弹：根据________的原理制成。
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。
1．核电站原理：________。
五、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________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，能的________，这就是________。
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___________________________________________________________________。
能量的转化与传递有一定的________：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。
【例题精析】
例1．（2020?宁波）如图为一种自热火锅的构件图。该自热火锅的发热包内有铁粉、铝粉、炭粉、生石灰等物质，将发热包放到水中，会放出大量的热。有关该自热火锅的说法不合理的是（ ）
A．生石灰与水反应，会放出大量的热
B．设计出气孔的目的是避免使用时盒内气压过高
C．遇水能放出热量的物质都能作为发热包的内容物
D．使用过的发热包即使干燥后也不能重复使用
例2．（2020?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
例3．（2019?宁波）2019年1月3日（农历十一月二十八），我国“嫦娥四号”探测器在月球背面软着陆，这是人类探测器首次成功登陆月球背面。下列关于“嫦娥四号”探测器在月球背面着陆前后的分析，符合实际的是（ ）
A．着陆时，探测器和月球位于图中的c点附近
B．探测器要有防水设计，因为环形山上有水
C．探测器着陆前要减速，因为与大气摩擦会生热
D．探测器在月球的着陆点能拍到地球的照片
例4．（2020?衢州）下列用电器把电能主要转化为机械能的是（ ）
A．电风扇
B．电灯
C．电饭煲
D．电熨斗
例5．（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
例6．（2018?绍兴）2018年5月14日，川航3U8633航班客机驾驶舱右侧风挡玻璃突然破裂，机长在低压、极寒、缺氧、巨大噪声的恶劣条件下操纵飞机成功降落，被誉为一次“世界级”的备降。
（1）飞机玻璃破裂的瞬间，强大的气流损坏仪器面板，此时气流的方向是
（选填“从外界到驾驶舱”或“从驾驶舱到外界”）。
（2）此事件中的雷达观察员被媒体称为幕后英雄。太阳活动增强时会影响雷达等短波通讯，常见的太阳活动有太阳黑子、
、日珥等。
（3）高空中虽然气温极低，但飞机上的空调一般是制冷的，这是因为机外的冷空气吸人飞机后需要压缩，使空气的温度升到50℃以上，这种改变内能的途径属
。
例7．（2018?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）蜡烛对铜制容器底部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
。
例8．（2019?台州）某电子打火机打火原理如图，压电陶瓷受到撞击时表面电荷重新分布，产生高电压，发出电火花点燃气体。撞击时，通过压电陶瓷实现的能量转化是
；放电时，两块压电陶瓷的连接方式是
联。
例9．（2017?义乌市）排球充气后，让排球从手上自由落下，排球每次弹回的高度都低于落下时的高度。
（1）解释整个过程中能量是否守恒。
（2）排球从接触地面到形变最大的过程中，速度v与形变大小△V之间的关系大致如图，请说明该过程中，排球受力情况与机械能变化的关系。
例10．（2016?绍兴）光滑斜面甲与水平面AB平滑连接，从斜面甲高H处静止释放小球，小球运动到B点静止，如图甲，在AB上的C点平滑拼接另一光滑斜面乙。已知AB＝3AC，如图乙，回答下列问题：
（1）如果小球从斜面甲高H处静止释放，说明小球在乙斜面到达的最大高度h与H的数量关系及理由。
（2）要使小球在乙斜面上到达的最大高度变为2h，小球应在甲斜面上多高处静止释放，并说明理由。
【习题巩固】
一．选择题（共11小题）
1．2019年7月19日，中国“天宫二号”目标飞行器受控坠落于南太平洋，“天宫二号”穿越大气层时，大部分被焚毁，像一颗流星划过天空。以下四个事例中，能量转化与之相同的是（ ）
A．甲、丙
B．甲、丁
C．乙、丙
D．乙、丁
2．能量转化是非常普遍的现象，下列关于能量转化的叙述正确的是（ ）
A．洗衣机甩干衣服时，将内能转化为机械能
B．电池放电的过程，将电能转化为化学能
C．炉灶中烘焙燃烧时，将内能转化为化学能
D．用电热水器烧水时，将电能转化为内能
3．下列关于能量及其转化的说法中正确的是（ ）
A．白炽灯通电发热是光能转化为内能
B．在电磁感应现象中电能转化为机械能
C．太阳能电池将太阳能转化为电能
D．坠落陨石在空中划过一道亮光时内能转化为机械能
4．用打桩机打桩，打桩锤从5m高处自由落下时，锤与桩因冲击力作用表面温度升高，这说明（ ）
A．机械能守恒
B．动能守恒
C．热能守恒
D．能量守恒
5．已知运动速度为v、质量为m的物体的动能为Ekmv2，质量为m的物体由于举高h而具有的重力势能为Ep＝mgh，其中g＝9.8N/kg。如图所示，在设计某些电车车站时，站台往往建的高一些，这是为了有效地提高能量利用率。设站台高h＝1.6m，进站的电车到达坡的下端A点时速度为25.2km/h，此后即关闭电动机的电源。由于车站的这种小坡度设计，电车进站时所具有的机械能中，有百分之几的能量可供出站时利用（ ）
A．100%
B．80%
C．64%
D．36%
6．为缓解电力紧张的状况，我国陆续建造了一些核电站。关于核电站，下列说法正确的是（ ）
A．核反应堆中发生的是核聚变
B．核电站使用的核燃料是石油或天然气
C．放射性元素放出的射线有α射线、β射线和γ射线
D．核电站发电的能量转化过程是：核能﹣机械能﹣内能﹣电能
7．如图是核电站发电和供电的流程图。关于流程图中各装置的能量转化，下列说法正确的是（ ）
A．核反应堆将核能转化为电能
B．蒸汽轮机将机械能转化为内能
C．发电机将机械能转化为电能
D．各种用电器将其他形式的能转化为电能
8．以下事例在改变物体内能的方式上与其他三项不同的是（ ）
A．冬天，通过搓手来取暖
B．划火柴时，火柴燃烧
C．把袋装牛奶放在热水中加热
D．铁丝反复弯折，弯折处变热
9．下列事例中，物体间因发生热传递而导致内能改变的是（ ）
A．夏天双手紧紧捂住冰袋感觉凉爽
B．冬天两手相互摩擦感到暖和
C．用力将“摔炮”扔在地上而爆炸
D．用锯条锯木头，锯条会发热
10．关于温度、热量、内能，以下说法正确的是（ ）
A．0℃的冰没有内能
B．物体的温度越低，所含的热量越多
C．一个物体吸收热量时，温度不一定升高
D．物体的内能与温度有关，只要温度不变，物体的内能就一定不变
11．下列说法正确的是（ ）
A．同一物体，温度升高，内能增加
B．物体的内能增加，一定是吸收了热量
C．一个物体举得越高，内能一定增大
D．一个物体内能越大，机械能也越大
二．多选题（共1小题）
12．下列关于能量转化的分析错误的是（ ）
A．水果电池：化学能→电能
B．植物的光合作用：电磁能→化学能
C．电磁感应现象：电能→机械能
D．核电站发电过程：核能→内能→机械能→电能
三．填空题（共3小题）
13．电动独轮车是一种具有自我平衡能力的交通工具。在社会飞速发展的今天，交通拥堵也成了最终现象，一款时尚的电动独轮车，让您享受穿梭于闹市的轻松与快乐。电动独轮车的兴起，即将引发一场新的交通革命。请回答下列问题：
（1）该电动独轮车在行驶过程中的全部能量转化是
（用“→”表示转化）；
（2）电动独轮车的脚踏板材料是一种密度小、强度高和抗腐蚀性能好的合金。你认为下列材料中最适合的是
（填字母）；
A．锰钢B．青铜C．硬铝D．不锈钢
14．2018年4月1日，武汉“光谷量子号”有轨电车开始载客试运营，开通了交路1和交路2两条线路。交路2全长约20km，若电车某次跑完全程需要50min。
（1）“光谷量子号”采用了能量回收系统，例如电车下坡时为了保持匀速运动，采用带动发电机发电进行“刹车”，则在此过程中是将机械能转化为
能，并储存起来后供电车重新使用，所以更加节能环保；
（2）如果电车下坡时为了保持匀速运动，或进站时采用的是与普通汽车同样的刹车方式，机械能转化为内能，就无法重新供电车使用，说明能量转化具有一定的
。
15．在如图所示的四幅图中，甲、乙是两个演示实验示意图；丙、丁是四冲程汽油机工作过程中的两个冲程示意图。其中丙图是
冲程，它与
图所示的演示实验原理相同。现有一种单缸汽油机在原有四冲程的基础上增加两个冲程，成为六冲程汽油机，也就是在原有四冲程汽油机完成排气冲程后向气缸内喷水，水在气缸内汽化成水蒸气，水蒸气膨胀对外做功，这种汽油机一个工作循环有六个冲程。这种汽油机这样设计的目的是
。
四．实验探究题（共1小题）
16．风能是一种潜在的新能源，风力发电机可以将获得的风能转化为化学能储存在蓄电池中，风力发电机都有一定的能量转化效率。为了研究“风力发电机的能量转化效率是否与风轮叶片数量有关？”小明利用电风扇、秒表、风力发电机模型、电量表（可准确测量蓄电池充电百分比）按照图甲方式进行如下实验。
①将图乙中单叶式风轮安装在风力发电机模型上；
②闭合电风扇开关，调节电风扇挡位使其风速最大，计时20分钟，测量并记录蓄电池电量变化；重复3次实验并计算蓄电池电量变化平均值；
③分别换用图乙中双叶式、三叶式风轮，重复步骤②；
④处理相关数据得到“蓄电池含量与时间的关系”如图丙。
（1）本实验通过观察并记录
来比较风力发电机的能量转化效率。
（2）分析图丙，解释我国大型风力发电厂均采用三叶式风轮发电，其依据是
。
（3）“叶尖速比”为风轮叶片尖端运动速度与风速之比，叶尖速比会影响风力发电机的能量转化效率。当单叶式风轮的叶尖速比为λ时，其能量转化效率达到最大值，已知该风轮半径为r（如图丁），风轮每秒钟转动2圈，应将风速控制在
时能使该单叶式风力发电机能量转化效率达到最大值（用字母λ、r表示）。
五．计算题（共1小题）
17．某同学准备参加玩具赛车比赛。他需要选择一只能量转化效率高的电动机。设电池电压恒定不变为U，他先用手捏住电动机的转轴，使其不转动，闭合开关后电流表的读数为I1，然后放手，当电动机正常转动时，电流表的读数为I2
（1）求该电动机的内阻为多少？
（2）该玩具电动机正常转动时将电能转化为机械能的效率为多少？（写出计算过程，用给定已知字母表示）
六．解答题（共3小题）
18．如图是我国西部某地区风力发电的外景。该地区空气密度为1.3kg/m3，一台风车的轮叶转动时可以形成面积为100m2的圆面。下表给出了在不同风速下一台风车获得的能量。
平均风速（m/s）
5
10
15
20
25
30
1s内获得的能量（×104J）
4
8
12
16
20
24
（1）对表格进行分析，你发现风车获得的能量与风速有什么关系？
（2）若此地平均风速为15m/s，1台这样的风车10分钟获得的风能是多少？这么多能量若有42%被80kg初温为20℃的水吸收，水温可达到多少℃？（一个标准大气压下）
（3）若某时间内风速为10m/s，一台风车工作1小时所产生的电能供10只“220V100W”灯泡正常工作8h，求这台风车发电的效率。
19．某同学观察到气象站每日放飞探空气球，如图甲，气球下吊有测量仪器，气球和仪器一起匀速上升，他认为它们的机械能增加了，增加的机械能是什么能量转化来的呢？
（1）首先排除了气球增加的机械能是由空气的内能转化而来，理由是
。
（2）那么增加的机械能究竟是什么能量转化而来的呢？老师做了以下实验：先把木块压入水中，当撤去压力时，木块上浮。木块升高了，同时会有一部分水下去填补木块原来占据的位置，当木块最终漂浮后，水面有所下降。气球在空气中的上升和木块在水中的上浮原理是相同的，从能量转化和守恒角度分析该同学提出的问题
。
20．电动机是一种使用广泛地动力机械。从能量转化的角度看，它主要是把电能转化为机械能，还有一部分能量在线圈中以热量的形式散失掉。如果某电动机线圈的电阻为R，电动机工作时两端的电压为U，通过电动机的电流为I，请推导此电动机电能转化为机械能的效率η。专题26 内能、核能、能量守恒与转化
【知识点回顾】
一、能的多种形式
考点1 列举能的多种形式(机械能、内能、电能、化学能、核能)
能量是以多种形式存在的，常见的能量形式有机械能、内能、________、化学能、________等。
二、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________而具有的能，俗称热能。________都有内能。
2．物体温度________，内能________；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________；物体对外界做功，物体的内能________。实质是能的形式发生了转化。
2．热传递：物体吸热，内能________；物体放热，内能________。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________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________的。
在热传递中，传递的能量多少叫________。低温物体从外界吸收多少热量，内能就________多少；高温物体向外界放出多少热量，内能就________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________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：________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)。
三、热机
考点6 说出汽油机的工作过程，知道汽油机的能量转化
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____________转化成内能再转化成____________。
2．热机的四个冲程：吸气冲程，____________冲程，____________冲程，____________冲程。
四、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。
原子弹：根据________的原理制成。
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。
氢弹：根据________的原理制成。
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。
1．核电站原理：________。
五、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________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，能的________，这就是________。
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___________________________________________________________________。
能量的转化与传递有一定的________：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。
考点1 电能 核能
考点2 1.无规则运动 任何物质 2.越高 越大
考点3 1.增加 减少 2.增加 减少 传递 等效
考点4 热量 增加 减少
考点5 1.化学变化 2.内能
考点6 1.化学能 机械能 2.压缩 做功 排气
考点7 2.核裂变 核聚变
考点9 1.原子核裂变 2.内能 电能
考点10 1.转化 转移 总量保持不变 能量转化和守恒定律 2.能量的转化和守恒定律
考点11 方向性
【例题精析】
例1．（2020?宁波）如图为一种自热火锅的构件图。该自热火锅的发热包内有铁粉、铝粉、炭粉、生石灰等物质，将发热包放到水中，会放出大量的热。有关该自热火锅的说法不合理的是（ ）
A．生石灰与水反应，会放出大量的热
B．设计出气孔的目的是避免使用时盒内气压过高
C．遇水能放出热量的物质都能作为发热包的内容物
D．使用过的发热包即使干燥后也不能重复使用
【解答】解：
A、由化学知识可知，生石灰与水发生化学反应，会释放出大量的热量，故A正确；
B、盒盖上有出气孔，这样会避免使用时盒内气压过高，能防止危险的发生；故B正确；
C、发热包用于自热食品，要注意发热材料不能有强腐蚀性和毒性，所以不是遇水能放出热量的物质都能作为发热包的内容物，故C错误；
D、使用过的发热包发生了化学变化，干燥后不能重复使用，故D正确。
本题选错误的；故选：C。
例2．（2020?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
【解答】解：由图可知，物体甲的温度是降低的，即物体甲放出热量，内能减小；物体乙的温度是升高的，即物体乙吸收热量，内能变大；所以物体甲是饮料，乙是冰块；故B正确，ACD错误。
故选：B。
例3．（2019?宁波）2019年1月3日（农历十一月二十八），我国“嫦娥四号”探测器在月球背面软着陆，这是人类探测器首次成功登陆月球背面。下列关于“嫦娥四号”探测器在月球背面着陆前后的分析，符合实际的是（ ）
A．着陆时，探测器和月球位于图中的c点附近
B．探测器要有防水设计，因为环形山上有水
C．探测器着陆前要减速，因为与大气摩擦会生热
D．探测器在月球的着陆点能拍到地球的照片
【解答】解：
A、由图可知月球转动方向，由于探测器需要登陆月球背面，所以探测器应在月球的后面a或c点附近，但由于a点时月球背面没有太阳光照射，所以，适合的着陆时机是在探测器和月球位于右图中的c点附近，故A正确；
B、由于月球上没有水，所以探测器不需要有防水设计，故B错误；
C、探测器着陆前会减速，由于月球上没有空气，所以不会与大气摩擦会生热，故C错误；
D、探测器登陆月球背面，所以在月球的背面是看不到地球的，故没法拍到地球的照片，故D错误。
故选：A。
例4．（2020?衢州）下列用电器把电能主要转化为机械能的是（ ）
A．电风扇
B．电灯
C．电饭煲
D．电熨斗
【解答】解：电灯在工作时将电能转化为光能和内能，电熨斗和电饭锅在工作时将电能转化为内能，故BCD不符合题意；而电风扇可以将电能转化为机械能，故A符合题意。
故选：A。
例5．（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
【解答】解：太阳能板，在光照时发电，即把太阳能转化为电能；电能供给电动机，转化为机械能，调节百叶窗的开合；故该过程中发生的能量转换是光能→电能→机械能。
故选：C。
例6．（2018?绍兴）2018年5月14日，川航3U8633航班客机驾驶舱右侧风挡玻璃突然破裂，机长在低压、极寒、缺氧、巨大噪声的恶劣条件下操纵飞机成功降落，被誉为一次“世界级”的备降。
（1）飞机玻璃破裂的瞬间，强大的气流损坏仪器面板，此时气流的方向是 从驾驶舱到外界 （选填“从外界到驾驶舱”或“从驾驶舱到外界”）。
（2）此事件中的雷达观察员被媒体称为幕后英雄。太阳活动增强时会影响雷达等短波通讯，常见的太阳活动有太阳黑子、 耀斑（或太阳风） 、日珥等。
（3）高空中虽然气温极低，但飞机上的空调一般是制冷的，这是因为机外的冷空气吸人飞机后需要压缩，使空气的温度升到50℃以上，这种改变内能的途径属 做功 。
【解答】解：（1）飞机在空中飞行时，玻璃破裂，由于外界气体的流速大于飞机驾驶舱内部气体的流速，故外界气压要小于驾驶舱内部的气压，此时气流的方向是从驾驶舱到外界；
（2）常见的太阳活动有太阳风、太阳黑子、耀斑、日珥等；
（3）机外的冷空气吸人飞机后需要压缩，对空气做功使空气的内能增加，温度升高。
故答案为：（1）从驾驶舱到外界；（2）耀斑（或太阳风）；（3）做功。
例7．（2018?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）蜡烛对铜制容器底部加热导致容器内水温升高，这是通过 热传递 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 物体间力的作用是相互的 。
【解答】解：
（1）蜡烛燃烧放出热量被水吸收而增大水的内能，这是通过热传递的方式改变水内能的；
（2）由图可知，水沸腾时产生大量的水蒸气，水蒸气从铜管喷出时是内能转化为机械能，喷出时给空气一个力，由于物体间力的作用是相互的，空气给水蒸气一个大小相等，方向相反的力推动蒸汽船前行。
故答案为：热传递；物体间力的作用是相互的。
例8．（2019?台州）某电子打火机打火原理如图，压电陶瓷受到撞击时表面电荷重新分布，产生高电压，发出电火花点燃气体。撞击时，通过压电陶瓷实现的能量转化是 机械能转化为电能 ；放电时，两块压电陶瓷的连接方式是 并 联。
【解答】解：由压电陶瓷的工作过程可知，压电陶瓷受到撞击时产生高电压，发出电火花，因此撞击时，通过压电陶瓷实现的能量转化是机械能转化为电能；
由图可知，两块压电陶瓷的正极、负极分别并列连在一起，因此是并联的。
故答案为：机械能转化为电能；并。
例9．（2017?义乌市）排球充气后，让排球从手上自由落下，排球每次弹回的高度都低于落下时的高度。
（1）解释整个过程中能量是否守恒。
（2）排球从接触地面到形变最大的过程中，速度v与形变大小△V之间的关系大致如图，请说明该过程中，排球受力情况与机械能变化的关系。
【解答】答：（1）整个过程中能量守恒。排球从手上自由落下，排球每次弹回的高度都低于落下时的高度，是因为由于空气的摩擦，有一部分机械能逐渐转化为内能，但能量的总量是守恒的。
（2）排球从接触地面到形变最大的过程中，受到重力和地面给予的弹力的作用，开始时重力大于弹力，速度逐渐增大；当重力等于弹力时，速度达到最大值；最后重力小于弹力，速度逐渐减小，直至速度为零。整体过程中可以认为是动能转化为排球的弹性势能。
例10．（2016?绍兴）光滑斜面甲与水平面AB平滑连接，从斜面甲高H处静止释放小球，小球运动到B点静止，如图甲，在AB上的C点平滑拼接另一光滑斜面乙。已知AB＝3AC，如图乙，回答下列问题：
（1）如果小球从斜面甲高H处静止释放，说明小球在乙斜面到达的最大高度h与H的数量关系及理由。
（2）要使小球在乙斜面上到达的最大高度变为2h，小球应在甲斜面上多高处静止释放，并说明理由。
【解答】答：（1）从释放点到B点静止，减少的机械能等于在AB水平面上由于摩擦而损失的机械能，因为AB＝3AC，所以在AC上损耗的机械能是AB上的三分之一，所以乙斜面上时机械能比甲斜面上时的机械能少三分之一，故上升的高度hH；
（2）小球在乙斜面上升高度为2h，即H，因为AC段上消耗的机械能与第一次相同，即消耗高度的机械能，所以原来小球在甲斜面上的释放高度是：2hH；
【习题巩固】
一．选择题（共11小题）
1．2019年7月19日，中国“天宫二号”目标飞行器受控坠落于南太平洋，“天宫二号”穿越大气层时，大部分被焚毁，像一颗流星划过天空。以下四个事例中，能量转化与之相同的是（ ）
A．甲、丙
B．甲、丁
C．乙、丙
D．乙、丁
【解答】解：
“天宫二号”穿越大气层时，克服摩擦做功，机械能转化为内能，使“天宫二号”内能增加，温度升高，发生剧烈燃烧；
甲、用力将活塞压下，活塞对空气做功，筒内空气的内能增大、温度升高，达到了棉花的着火点，棉花就会燃烧，此过程中机械能转化为内能，故正确；
乙、汽油机做功冲程中，高温高压的燃气对外做功，此过程中内能转化为机械能，故错误；
丙、试管内气体对瓶塞做功，气体的内能转化为瓶塞的机械能，故错误；
丁、钻木取火属于摩擦生热现象，克服摩擦做功，机械能转化为内能，故正确。
故选：B。
2．能量转化是非常普遍的现象，下列关于能量转化的叙述正确的是（ ）
A．洗衣机甩干衣服时，将内能转化为机械能
B．电池放电的过程，将电能转化为化学能
C．炉灶中烘焙燃烧时，将内能转化为化学能
D．用电热水器烧水时，将电能转化为内能
【解答】解：A、洗衣机甩干衣服，消耗电能使脱水桶转动，将电能转化为机械能，故A错误；
B、电池放电的过程，将化学能转化为电能，故B错误；
C、炉灶中烘焙燃烧时，将化学能转化为内能，故C错误；
D、用电热水器烧水时，消耗电能，将电能转化为水的内能，故D正确；
故选：D。
3．下列关于能量及其转化的说法中正确的是（ ）
A．白炽灯通电发热是光能转化为内能
B．在电磁感应现象中电能转化为机械能
C．太阳能电池将太阳能转化为电能
D．坠落陨石在空中划过一道亮光时内能转化为机械能
【解答】解：A、白炽灯通电发热是电能转化为内能和光能，不是光能转化为内能，故A错误；
B、在电磁感应现象中是机械能转化为电能，不是电能转化为机械能，故B错误；
C、太阳能电池将太阳能转化为电能，故C正确；
D、坠落陨石在空中划过一道亮光时机械能转化为内能，不是内能转化为机械能，故D错误。
故选：C。
4．用打桩机打桩，打桩锤从5m高处自由落下时，锤与桩因冲击力作用表面温度升高，这说明（ ）
A．机械能守恒
B．动能守恒
C．热能守恒
D．能量守恒
【解答】解：打桩时，锤和桩温度升高说明有内能产生，而锤的机械能减小，故发生了机械能和内能的转化，故只能说明是能量守恒。
故选：D。
5．已知运动速度为v、质量为m的物体的动能为Ekmv2，质量为m的物体由于举高h而具有的重力势能为Ep＝mgh，其中g＝9.8N/kg。如图所示，在设计某些电车车站时，站台往往建的高一些，这是为了有效地提高能量利用率。设站台高h＝1.6m，进站的电车到达坡的下端A点时速度为25.2km/h，此后即关闭电动机的电源。由于车站的这种小坡度设计，电车进站时所具有的机械能中，有百分之几的能量可供出站时利用（ ）
A．100%
B．80%
C．64%
D．36%
【解答】解：电车到达坡的下端A点时的动能为：Ekmv2，
此时电车的速度为：v＝25.2km/h＝7m/s，
可利用的是电车的重力势能：Ep＝Gh＝mgh，
则电车进站时所具有的机械能中可供出站时利用的百分比：
η64%；
故选：C。
6．为缓解电力紧张的状况，我国陆续建造了一些核电站。关于核电站，下列说法正确的是（ ）
A．核反应堆中发生的是核聚变
B．核电站使用的核燃料是石油或天然气
C．放射性元素放出的射线有α射线、β射线和γ射线
D．核电站发电的能量转化过程是：核能﹣机械能﹣内能﹣电能
【解答】解：A、核在裂变和聚变时都能释放能量，但是由于核聚变不容易控制，故核反应堆中发生的是可控的核裂变，故A错误；
B、核电站使用的就是核燃料，而不是石油或天然气，故B错误；
C、放射性元素主要是放出α射线、β射线和γ射线三种射线，故C正确；
D、核电站中将核能先转化为介质的内能，再推动发电机的转子转动，转化为机械能，并在发电机中最终转化为电能，故D错误。
故选：C。
7．如图是核电站发电和供电的流程图。关于流程图中各装置的能量转化，下列说法正确的是（ ）
A．核反应堆将核能转化为电能
B．蒸汽轮机将机械能转化为内能
C．发电机将机械能转化为电能
D．各种用电器将其他形式的能转化为电能
【解答】解：
A、核反应堆是通过裂变反应来释放核能的，将核能转化为内能，故A错误；
B、水受热以后温度上升会产生大量的水蒸气，水蒸气会推动蒸汽轮机转动，将内能转化为机械能，故B错误；
C、蒸汽轮机又带动发电机转动，最后发电机将机械能转化为电能，故C正确；
D、用电器是将电能转化为其他形式的能，故D错误。
故选：C。
8．以下事例在改变物体内能的方式上与其他三项不同的是（ ）
A．冬天，通过搓手来取暖
B．划火柴时，火柴燃烧
C．把袋装牛奶放在热水中加热
D．铁丝反复弯折，弯折处变热
【解答】解：
A、寒冷的冬天，搓手取暖，要克服摩擦做功，将机械能转化为内能，是通过做功的方式改变物体的内能；
B、划火柴时，要克服摩擦做功，将机械能转化为内能，是通过做功的方式改变物体的内能；
C、用热水加热牛奶，牛奶吸收热量，是通过热传递的方式改变物体的内能；
D、反复弯折铁丝，弯折处变热，将机械能转化为内能，是通过做功的方式改变物体的内能；
所以，C与ABD改变物体内能的方式不同，C符合题意。
故选：C。
9．下列事例中，物体间因发生热传递而导致内能改变的是（ ）
A．夏天双手紧紧捂住冰袋感觉凉爽
B．冬天两手相互摩擦感到暖和
C．用力将“摔炮”扔在地上而爆炸
D．用锯条锯木头，锯条会发热
【解答】解：
A、夏天双手捂住冰袋感觉凉爽，这里没有能量的转化，而是能量的转移，是通过热传递改变物体内能的，故A符合题意；
B、两手相互摩擦时，机械能转化为手的内能，手的内能增大、温度升高，是通过做功改变了物体的内能，故B不符合题意；
C、用力将“摔炮”扔在地上时，使鞭炮与地面发生碰撞，机械能转化为内能，即通过做功的方式改变物体的内能，故C不符合题意；
D、用锯条锯木头，锯条会发热，机械能转化为内能，是通过做功改变了物体的内能，故D不符合题意。
故选：A。
10．关于温度、热量、内能，以下说法正确的是（ ）
A．0℃的冰没有内能
B．物体的温度越低，所含的热量越多
C．一个物体吸收热量时，温度不一定升高
D．物体的内能与温度有关，只要温度不变，物体的内能就一定不变
【解答】解：A、因为一切物体的分子都在不停地做无规则运动，所以一切物体都具有内能，0℃的冰具有内能。故A说法错误。
B、热量是过程量，描述它的术语只能用”吸收“和”放出“，不能用“含有”。故B说法错误。
C、一个物体吸收热量时，温度不一定升高，例如晶体熔化过程中，吸收热量，温度不变，故C说法正确。
D、内能的多少与物体的质量、温度、状态有关，温度不是决定物体内能大小的唯一因素，故D说法错误。
故选：C。
11．下列说法正确的是（ ）
A．同一物体，温度升高，内能增加
B．物体的内能增加，一定是吸收了热量
C．一个物体举得越高，内能一定增大
D．一个物体内能越大，机械能也越大
【解答】解：A、对于同一物体，其温度升高了，其内能一定增加了，故A正确；
B、改变物体内能的方式有两种：做功和热传递；物体内能增加可能是吸收了热量，也可能是外界对物体做功，故B错误；
C、一个物体举得越高，其具有的重力势能就会越大，但机械能与内能是无必然联系的，故C错误；
D、内能与物体内部分子的热运动和分子间的相互作用情况有关，而与整个物体机械能无关，故D错误。
故选：A。
二．多选题（共1小题）
12．下列关于能量转化的分析错误的是（ ）
A．水果电池：化学能→电能
B．植物的光合作用：电磁能→化学能
C．电磁感应现象：电能→机械能
D．核电站发电过程：核能→内能→机械能→电能
【解答】解：A、水果电池通过化学反应得到了电能，故将化学能转化为了电能，故A正确；
B、光合作用，在光照的条件下，发生了化学反应，因此将光能转化为了化学能，故B错误；
C、电磁感应，闭合电路中的部分导体切割磁感线运动，得到了电流，故将机械能转化为电能，故C错误；
D、核电站发电的过程是先将核能转化为内能，而后再将内能转化为机械能，最后将机械能转化为电能的，故该选项正确，故D正确。
故选：BC。
三．填空题（共3小题）
13．电动独轮车是一种具有自我平衡能力的交通工具。在社会飞速发展的今天，交通拥堵也成了最终现象，一款时尚的电动独轮车，让您享受穿梭于闹市的轻松与快乐。电动独轮车的兴起，即将引发一场新的交通革命。请回答下列问题：
（1）该电动独轮车在行驶过程中的全部能量转化是 化学能→电能→机械能 （用“→”表示转化）；
（2）电动独轮车的脚踏板材料是一种密度小、强度高和抗腐蚀性能好的合金。你认为下列材料中最适合的是 C （填字母）；
A．锰钢B．青铜C．硬铝D．不锈钢
【解答】解：（1）电动独轮车行驶的过程，电池放电时化学能转化为电能，电动机工作时电能再转化为机械能；
（2）硬铝的特点是密度小、强度高和抗腐蚀性能好，故选C；
故答案为：（1）化学能→电能→机械能；（2）C。
14．2018年4月1日，武汉“光谷量子号”有轨电车开始载客试运营，开通了交路1和交路2两条线路。交路2全长约20km，若电车某次跑完全程需要50min。
（1）“光谷量子号”采用了能量回收系统，例如电车下坡时为了保持匀速运动，采用带动发电机发电进行“刹车”，则在此过程中是将机械能转化为 电 能，并储存起来后供电车重新使用，所以更加节能环保；
（2）如果电车下坡时为了保持匀速运动，或进站时采用的是与普通汽车同样的刹车方式，机械能转化为内能，就无法重新供电车使用，说明能量转化具有一定的 方向性 。
【解答】解：
（1）当电车下坡时，会带动发电机发电进行“刹车”，发电机工作时，将机械能转化为电能供电车使用，更加节能环保；
（2）电车下坡制动刹车时消耗的机械能转化为内能，而这些内能却不能再次转化为汽车的机械能，说明能量的转移和转化具有方向性。
故答案为：（1）电；（2）方向性。
15．在如图所示的四幅图中，甲、乙是两个演示实验示意图；丙、丁是四冲程汽油机工作过程中的两个冲程示意图。其中丙图是 做功 冲程，它与 甲 图所示的演示实验原理相同。现有一种单缸汽油机在原有四冲程的基础上增加两个冲程，成为六冲程汽油机，也就是在原有四冲程汽油机完成排气冲程后向气缸内喷水，水在气缸内汽化成水蒸气，水蒸气膨胀对外做功，这种汽油机一个工作循环有六个冲程。这种汽油机这样设计的目的是 提高了热机的效率 。
【解答】解：
（1）甲图对试管中的水加热，使试管中水的内能增大，水蒸气体积膨胀，对外做功，使塞子飞出去，水蒸气的内能转化为塞子的机械能；
乙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。
丙图中两气门都关闭，活塞下行，汽缸容积变大，是做功冲程，做功冲程将内能转化为机械能。它与图甲所示的演示实验原理相同。
（2）由题知，六冲程汽油机比原有的四冲程汽油机多做一次功，因此一个工作循环中共做功两次，因为利用了排气冲程后的余热，所以大大的提高了热机的效率，节约了能源。
故答案为：做功；甲；提高了热机的效率。
四．实验探究题（共1小题）
16．风能是一种潜在的新能源，风力发电机可以将获得的风能转化为化学能储存在蓄电池中，风力发电机都有一定的能量转化效率。为了研究“风力发电机的能量转化效率是否与风轮叶片数量有关？”小明利用电风扇、秒表、风力发电机模型、电量表（可准确测量蓄电池充电百分比）按照图甲方式进行如下实验。
①将图乙中单叶式风轮安装在风力发电机模型上；
②闭合电风扇开关，调节电风扇挡位使其风速最大，计时20分钟，测量并记录蓄电池电量变化；重复3次实验并计算蓄电池电量变化平均值；
③分别换用图乙中双叶式、三叶式风轮，重复步骤②；
④处理相关数据得到“蓄电池含量与时间的关系”如图丙。
（1）本实验通过观察并记录 相同时间内蓄电池电量变化量 来比较风力发电机的能量转化效率。
（2）分析图丙，解释我国大型风力发电厂均采用三叶式风轮发电，其依据是 当风速相同时，使用三叶式风轮能量转化效率较高 。
（3）“叶尖速比”为风轮叶片尖端运动速度与风速之比，叶尖速比会影响风力发电机的能量转化效率。当单叶式风轮的叶尖速比为λ时，其能量转化效率达到最大值，已知该风轮半径为r（如图丁），风轮每秒钟转动2圈，应将风速控制在 时能使该单叶式风力发电机能量转化效率达到最大值（用字母λ、r表示）。
【解答】解：
（1）根据实验方案可知，本实验通过观察并记录相同时间内蓄电池电量变化量来比较风力发电机的能量转化效率。
（2）根据图丙可知，在20min内，三个叶片的转化效率为20%，此时最高，那么得到结论：当风速相同时，使用三叶式风轮能量转化效率较高，因此我国石油三叶式风轮发电；
（3）风轮转动一周经过的距离为2πr，那么风轮尖端的速度为：v尖；
根据公式叶尖速比得到，；
解得：。
故答案为：（1）相同时间内蓄电池电量变化量；（2）当风速相同时，使用三叶式风轮能量转化效率较高；（3）。
五．计算题（共1小题）
17．某同学准备参加玩具赛车比赛。他需要选择一只能量转化效率高的电动机。设电池电压恒定不变为U，他先用手捏住电动机的转轴，使其不转动，闭合开关后电流表的读数为I1，然后放手，当电动机正常转动时，电流表的读数为I2
（1）求该电动机的内阻为多少？
（2）该玩具电动机正常转动时将电能转化为机械能的效率为多少？（写出计算过程，用给定已知字母表示）
【解答】解：（1）电动机不转动时为纯电阻用电器，
由I可得，电动机线圈的电阻：R；
（2）当电动机正常转动时，消耗的电功率：
PM＝UI2，
电动机线圈的热功率：
P热＝I22R＝I22，
输出机械功的功率：
P机械＝PM﹣P热＝UI2，
该玩具电动机正常转动时将电能转化为机械能的效率：
η100%100%100%。
答：（1）该电动机的内阻为R；
（2）该玩具电动机正常转动时将电能转化为机械能的效率为100%。
六．解答题（共3小题）
18．如图是我国西部某地区风力发电的外景。该地区空气密度为1.3kg/m3，一台风车的轮叶转动时可以形成面积为100m2的圆面。下表给出了在不同风速下一台风车获得的能量。
平均风速（m/s）
5
10
15
20
25
30
1s内获得的能量（×104J）
4
8
12
16
20
24
（1）对表格进行分析，你发现风车获得的能量与风速有什么关系？
（2）若此地平均风速为15m/s，1台这样的风车10分钟获得的风能是多少？这么多能量若有42%被80kg初温为20℃的水吸收，水温可达到多少℃？（一个标准大气压下）
（3）若某时间内风速为10m/s，一台风车工作1小时所产生的电能供10只“220V100W”灯泡正常工作8h，求这台风车发电的效率。
【解答】解：
（1）由表中数据可知，风车获得的能量随风速的增大而增大，并且成倍数的增加，所以风车获得的能量与风速成正比关系；
（2）10分钟获得的风能：
W＝12×104J×10×60s＝7.2×107J，
由题知，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℃，
∵一个标准大气压下水的沸点为100℃
∴水的末温：
t＝100℃；
（3）风车工作1小时获得的能量：
W总＝8×104J/s×3600s＝2.88×108J；
风车工作1小时产生的电能：
W＝Pt＝10×100W×8×3600s＝2.88×107J；
故风车发电的效率：
η10%。
答：（1）风车获得的能量与风速成正比关系；
（2）1台这样的风车10分钟获得的风能是7.2×107J，水温可达到100℃；
（3）这台风车发电的效率为10%。
19．某同学观察到气象站每日放飞探空气球，如图甲，气球下吊有测量仪器，气球和仪器一起匀速上升，他认为它们的机械能增加了，增加的机械能是什么能量转化来的呢？
（1）首先排除了气球增加的机械能是由空气的内能转化而来，理由是 在探空气球上升的过程中，由于克服空气摩擦，其内能增加；所以探空气球机械能的增加不是内能转化来的 。
（2）那么增加的机械能究竟是什么能量转化而来的呢？老师做了以下实验：先把木块压入水中，当撤去压力时，木块上浮。木块升高了，同时会有一部分水下去填补木块原来占据的位置，当木块最终漂浮后，水面有所下降。气球在空气中的上升和木块在水中的上浮原理是相同的，从能量转化和守恒角度分析该同学提出的问题 与木块在水中上升相似，探空气球在空气中上升，其机械能增加。气球上升后，周围有一部分空气流过来填补气球原来占据空间的空缺，所以空气下降，其机械能减小。所以探空气球的机械能是由空气的机械能转化而来 。
【解答】解：（1）首先排除了气球增加的机械能是由空气的内能转化而来，理由是：在探空气球上升的过程中，由于克服空气摩擦，其内能增加；所以探空气球机械能的增加不是内能转化来的；
（2）与木块在水中上升相似，探空气球在空气中上升，其机械能增加。气球上升后，周围有一部分空气流过来填补气球原来占据空间的空缺，所以空气下降，其机械能减小。所以探空气球的机械能是由空气的机械能转化而来。
故答案为：（1）在探空气球上升的过程中，由于克服空气摩擦，其内能增加；所以探空气球机械能的增加不是内能转化来的；
（2）与木块在水中上升相似，探空气球在空气中上升，其机械能增加。气球上升后，周围有一部分空气流过来填补气球原来占据空间的空缺，所以空气下降，其机械能减小。所以探空气球的机械能是由空气的机械能转化而来。
20．电动机是一种使用广泛地动力机械。从能量转化的角度看，它主要是把电能转化为机械能，还有一部分能量在线圈中以热量的形式散失掉。如果某电动机线圈的电阻为R，电动机工作时两端的电压为U，通过电动机的电流为I，请推导此电动机电能转化为机械能的效率η。
【解答】证明：电动机消耗的电能：W总＝UIt
线圈产生的热量：Q＝I2Rt
W有＝W总﹣Q＝UIt﹣I2Rt＝It（U﹣IR），
∴η
