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第一部分 物质科学
第24讲 内能、核能、能量转化守恒
01考情透视·目标导航
02知识导图·思维引航
03考点突破·考法探究
考点一 内能
考点二 物质的比热
考点三 热机
考点四 核能
考点五 能量的相互转化
考点六 能量的转化与守恒定律
04题型精研·考向洞悉
题型一 内能及其改变的方式
题型二 内燃机及四冲程
题型三 热量的计算
题型四 燃料的热值
题型五 能量的转化与守恒
05分层训练·巩固提升
基础巩固
能力提升
考点要求 课标要求 考查频次 命题预测
内能、核能、能量转化守恒 1、通过实验了解比热容，尝试用比热容解释有关自然现象。 2、能举例说明化学能与内能的转化，认识燃料的热值，说明生物体能量的来源和转化。 3、以汽油机为例，了解热机的工作原理，知道内能的利用在人类社会发展史上的重要意义。 4、知道核能及其应用，知道放射性的应用与防护。 5、能举出能的转化与转移有一定的方向性的实例。 6、通过实例认识能的转化的普遍性。知道能量守恒定律，初步了解“永动机”是不可能实现的。 24年考查3分 1.分子动理论主要考查的内容有：分子热运动(扩散现象)；分子间的作用力；温度变化对分子热运动的影响；常会以生活事例为背景考查分子热运动，以教材演示小实验为背景考查分子间相互作用力或扩散现象． 2.内能、温度的关系在考查时着重考查对温度、内能和热量定义的理解与区分，在复习时应注意对基础知识的掌握与应用．主要以选择题的形式考查，命题过程中紧抓各个物理名词的定义，注重三者间的相互影响，也会结合水沸腾和晶体熔化过程进行考查； 3.内能的改变方式多以生活材料和现象(冬天搓手取暖、手折铁丝、磨刀等)为背景出题．多单独命题，但也会结合能量的转化和摩擦力进行考查． 4.比热容的理解与应用主要考查的内容有：比热容的特性在生活中的应用；结合温度—时间图像判断物质比热容的大小；运用比热容知识解释生活现象．多考查水的比热容大这一特性在生活中的应用 5.热机冲程的判断考查热机工作时四个冲程的示意图的辨识、四冲程在工作过程中的能量转化，经常会和热学其他知识综合在一起考查，有时也会和其他模块的知识结合在一起考查． 6.能量转化与守恒考查时会结合太阳能、风能等新能源，考查其与机械能、内能及电能之间的转化规律和应用
考点一 内能
1、热运动：物体内部大量分子的无规则运动叫热运动。
2、物体的内能
（1）分子动能：物体内部大量分子做 所具有的能称为分子动能。
（2）分子势能：由于分子之间具 ，也有 ，因而分子具有势能称为分子势能。
（3）物体的内能：物体内部所有分子热运动的动能和分子势能的总和叫物体的内能。一切物体在任何情况下都具有内能。
3、内能的改变
（1）做功：对物体 ，物体的内能会 。物体对外做功，物体的内能会减少。
（2）热传递：温度不同的物体相互接触时，低温物体温度 ，高温物体温度 ，这个过程叫热传递。（热传递有热辐射、热传导、热对流。）
（3）物体之间存在 ，能量从 ，高温物体内能减少低温物体内能增加持续到物体温度 为止。
4、温度、热量、内能的区别
温度 热量 内能
定义 宏观上：表示物体冷热程度。微观上：反映物体中大量分子无规则运动的剧烈程度。 在热传递过程中吸收或放出热量的多少，是能量转移的量度。 物体内所有分子热运动的动能和分子势能的总和。
量的性质 状态量 过程量 状态量
表述 只能说“是”“降低”或“升高” 只能说“放出”或“吸收” 只能说“有”“具有”和“改变”
单位 摄氏度（℃） 焦耳（J） 焦耳（J）
（2024 温州模拟）婚礼上常用的礼花喷射器结构如图，气罐内有高压气体，气罐通过气阀与纸筒相连，使用时通过扭动气阀可释放压缩气罐内的气体产生冲击，将纸管里填充的礼花彩条喷向高处，对该过程的分析正确的是（　　）
A．罐内气体的内能增加
B．气罐内壁的温度升高
C．罐内气体通过做功改变了内能
D．该过程能量转化方式与汽油机压缩冲程类似
（2024 余姚市校级三模）如图甲为无叶风扇的结构图。其工作原理是利用底座中的电动机将空气从进风口吸入，经压缩后进入环形空腔，再从环形空腔上的细缝中高速吹出，夹带着周边的空气一起向前流动，导致后方更多的空气流入风扇的出风口，风量被显著放大，可达到15倍之多，如图乙所示。
（1）后方更多空气流入电扇出风口的原理是 。
（2）电动机将空气从进风口吸入，然后经压缩后进入环形空腔，此过程中进入空腔内空气的内能 （填“变大”“变小”或“不变”）。
考点二 物质的比热
1、热量
（1）定义：物体 或 热的多少叫 。用符号Q表示。
（2）单位：焦耳，简称焦，符号J。
（3）温度不同的两个物体发生热传递时，高温物体放出热量温度降低。低温物体吸收热量温度升高。
注意：热量是一个过程量，不能说某物体具有多少热量，它是在热传递过程中吸收或放出的热的多少！
2、比热
（1）定义：单位质量的某种物质温度升高或降低1℃吸收或放出的热量叫这种物质的比热容，简 称比热。通常用“c”表示。
（2）单位：，读作焦每千克摄氏度。
（3）对比热的理解： ①比热是物质的一种 ，由物质 。
②同种物质在 时比热不同。如水和冰的比热不同，水的比热大。
3、热量的计算：
（2024 浙江模拟）将质量相同的甲、乙、丙三块金属加热到相同的温度后，放置在上表面平整的冰块上。经过一定时间后，冰块形状不再变化时的情景如图所示。则三块金属的比热容最小的是 。
（2023 拱墅区校级一模）在杭州，已知与太阳垂直的表面积上接收到太阳能的辐射功率均为k＝1.2×103瓦/米一个太阳能热水器，控制其接受太阳光垂直照射的面积始终为2米2，设太阳能热水器吸收太阳能的效率为50%．太阳能热水器内的水的质量为100千克，水的初温为20℃，经过t时间后上升到30℃．（c水＝4.2×103J/（kg ℃）请计算：
（1）在上述过程中太阳能热水器内的水吸收热量时多少焦耳？
（2）使水由20℃升温到30℃所用时间t是多少秒？
考点三 热机
1、热机的特点：通过做功把 转化为 。
2、内燃机：内燃机就是燃料在机器气缸内燃烧的热机。以汽油为燃料的内燃机叫汽油机，以柴油为燃料 的内燃机叫柴油机。
3、汽油机的工作过程：
（1）冲程：活塞从气缸的一端运动到气缸的另一端的过程叫一个冲程。
（2）大多数汽油机都是由 四个冲程循环往复来保证机器正常工作的。
（3）数量关系：汽油机 做 飞轮转 。
4、燃料的热值（q）
（1）定义：1000克某种燃料完全燃烧时放出的热量。
（2）单位：J/kg或J/
（3）关于热值的理解：热值是燃料本身的一种属性，只于燃料的种类有关，与燃料的形态质量体积均无关。
（4）公式：
（5）含义：酒精的热值是。表示1千克酒精完全燃烧放出的热量是。
（2023 拱墅区校级一模）光发动机是一种把光能转化为机械能的装置，其核心部分工作原理如图示：带有活塞的密闭化学反应室中有气态物质，当光从窗口射入时，可使气态物质接受光能而反应生成液态物质。而无光照射情况下反应逆向进行，重新生成气态物质。因此可通过控制窗口处射入的光能使气室中的气态物质循环反应，从而推动活塞输出机械能。则光发动机该装置中的活塞向右运动时，相当于选项中汽油机四个冲程中的（　　）
A．B． C． D．
（2023 钱塘区校级四模）随着汽车保有量的不断提高，环境和能源问题也日益突出，研制清洁能源汽车已成为解决上述问题的途径之一。
（1）传统汽车的发动机多为汽油机。如图甲所示，汽油机的排气冲程是 （选填序号），
此过程会排放出大气污染气体；如图乙所示为某汽油机在工作时的能量分配图。据图数据，该汽油机的效率为 。
（2）氢能源汽车是清洁能源汽车的一个研究方向，但氢的储存是一个需要解决的问题。①目前常用的储氢方法是金属储氢法，如氢化钙（CaH2）是一种常用的生氢剂，遇水后生成氢气和一种碱，写出其反应的化学方程式 。
②2017年1月《科学》杂志报道，哈佛大学实验室在超高压条件下将氢气转变为金属氢（此过程为物理变化），为氢的储存提供了新方法。金属氢可能具有的化学性质是 （写出一点）。
（3）如图丙所示是负排放概念车﹣﹣﹣﹣“叶子”。其车顶上的大叶子能模拟自然界中叶片的光合作用，最终把太阳能转化为电能。其中的“负排放”是指该车不但不排放，反而能吸收大气中的 ，从而减弱大气的温室效应。
考点四 核能
1、核裂变、核聚变
（1）核能：由于原子核的转变而释放出的巨大的能量叫核能也叫原子能。
（2）获得核能的两种方式： 。
核聚变就是小质量的两个原子核合成一个比较大的原子核
核裂变就是一个大质量的原子核分裂成两个比较小的原子核，在这个变化过程中都会释放出巨大的能量,前者释放的能量更大。
（2）核电站能量转化：核能-水和水蒸气的热能-汽轮机的机械能-电能
（3）链式反应：单个铀核裂变时所产生的中子又会轰击别的铀核，被击中的铀核也有同样的变化，于是这种裂变反应继续下去就是链式反应。
（4）原子弹：裂变武器
（5）氢弹：聚变武器
2、放射性
（1）某些元素能够自发地放出穿透能力很强的射线，把元素具有这种辐射能力较放射性。
（2）①α射线：带正电的氦原子核，穿透能力不强，一张厚纸就能挡住。
②β射线：带负电的电子，穿透能力较强，能穿透几厘米厚的铝板。
③γ射线：是一种电磁波，不带电，穿透能力很强，可以穿透水泥墙和几厘米厚的铅板。
（2024 湖州二模）东方超环（EAST），俗称“人造小太阳”，成功实现稳态高约束模式等离子体运行403s，对加快实现可控核聚变具有重要意义。下面应用中核能的开发方法与东方超环一样的是（　　）
A．氢弹 B．原子弹
C．核动力潜艇 D．核电站
（2024 浙江模拟）物质的变化往往伴随着能量的变化，请回答下列问题：
（1）水循环过程发生的物质变化是水的三态变化，能量来源为地球重力的作用和 。
（2）面粉厂里，都标注禁止明火，这是因为当温度超过面粉的 时，弥散的面粉被点燃，从而发生剧烈的燃烧，短时间内释放出大量的热，在相对密闭的空间中会引发爆炸。
（3）原子核内蕴含着大量的核能，获得核能的方式有轻核聚变和重核裂变，后者可应用于 。
考点五 能量的相互转化
1、能量可以在两个物体之间转移，能量形式也可以转化
(1)太阳能的转化
照射到植物叶片上----植物的
照射到大气层中------空气的
照射到太阳能热水器--水的
照射到电池板上------ (2)人体能量的来源及转化:人体所需的能量都来自食物，食物被消化后且被分解的过程，是食物的 转化为人体的内能、电能、机械能等能量的过程。被吸收的营养物质由血液输送到人体各处
(3)火力发电厂的能量转化:燃料燃烧将燃料的 转化为 来加热水，水沸腾后，产生的蒸汽驱动涡轮机转动将内能转化为 ，涡轮机带动发电机发电将机械能转化为 。
2、能量转化的普遍性
自然界中的能量有多种表现形式，如机械能、内能、化学能、电能、电磁能、核能等。自然界中各种形式的能量不是孤立的，它们可以在一定的条件下发生转化，能量也可以在同一物体或不同的物体间相互转移。能量转化是普遍现象，自然界中物质运动形式的变化中伴随着能量的相互转化。
考点六 能量的转化与守恒定律
1、能量既不会消灭，也不会创生，它只会从一种形式 为另一种形式，或者从一个物体 到另一个物体。而在转化和转移的过程中，能的总量 。这就是能量转化和守恒定律。
2、内能总是自发地从高温物体转移到低温物体，而不能从低温物体自发地转移到高温物体
如烧杯中的热水变冷等，是内能自发地从 物体转移到 物体。电冰箱、空调制冷，都是从低温物体的内部吸热，向外面放热，使内能从低温物体转移到高温物体。这种转移不是自发进行的，必须要有附加的条件: 。
3、机械能可自发地转化为内能，但内能无法自发地转化为机械能
如汽车制动刹车时，由于摩擦，机械能转变成地面、轮胎及空气的内能，但是这些内能不能再次转化为汽车的机械能而使汽车重新启动。可见，能量的转移和转化是有 的。能量可以自发地朝一个方向进行，但不能自发地朝反方向进行。
（2024 杭州二模）假日里小肖和爸爸从浙江前往西藏布达拉宫，他发现到达高山上时包里的薯片呈现如图所示的“高反”——薯片包装袋变得鼓鼓囊囊，下列说法中正确的是（　　）
A．袋里的气体对外做功，内能减少了
B．袋里的气体从外界吸热，内能增加了
C．从浙江到达布达拉宫后，薯片的重力势能变小了
D．高山上温度低一些，所以整个过程中能量不守恒
（2024 镇海区模拟）一水平放置静止的气缸内充满了空气，在大小为F的恒力作用下，活塞沿着粗糙的气缸壁向左运动，下列说法正确的是（　　）
A．活塞向左运动，气缸内气体分子运动速度不变，但是气缸内气体的内能增加了
B．若活塞在恒力F作用下向左运动了s长的距离，则活塞克服气缸壁摩擦力做功的大小为：W＝Fs
C．恒力F推动活塞向左运动过程中，活塞的机械能始终保持不变
D．力F推动活塞向左运动，这一过程中能量转化形式和四冲程汽油机的压缩冲程的能量转化相同
题型一 内能及其改变的方式
（2024 温州模拟）在全球范围内，每年香槟销量近3亿瓶。开启这样的起泡酒，木塞离开瓶颈时，对应的气流速度已经超过了音速，而且还能观察到二氧化碳随之结晶并变幻出缕缕薄雾。以下关于这一过程说法正确的是（　　）
A．瓶内气体对瓶塞做功机械能转化为内能
B．瓶内气压降低二氧化碳溶解度减小逸出
C．瓶内气体的温度降低二氧化碳吸热结晶
D．薄雾是二氧化碳晶体熔化形成的小液滴
（2024 瑞安市模拟）如图为做功改变物体内能的改进实验，当往瓶内推活塞，会看到温度显示器的温度发生变化，下列有关此过程中的说法正确的是（　　）
A．活塞对瓶内气体做功，温度显示器上的温度降低
B．活塞对瓶内气体做功，温度显示器上的温度升高
C．瓶内气体对活塞做功，温度显示器上的温度降低
D．瓶内气体对活塞做功，温度显示器上的温度升高
题型二 内燃机及四冲程
（2023 鹿城区模拟）有甲、乙两个不同金属物体，已知m甲＞m乙，c甲＞c乙，现将两物体同时放入标况下的沸水中充足时长。现取出后将两物体相互接触（两物体与外界没有热量交换），则有（　　）
A．热量将从甲物体传递给乙物体
B．热量将从乙物体传递给甲物体
C．甲、乙两物体始终处于热平衡状态
D．条件不足，无法判断
（2023 湖州模拟）杭州向阳处每平方米面积在1小时内得到的太阳辐射能平均为4.0×106焦。
如图为SQB型太阳能电辅热热水器，参数如下：
型号 外形尺寸 光照面积 水箱容积 电加热器
毫米 平方米 升 电压（伏） 电功率（瓦）
SQB20/1.35/3 1190×1250×1190 1.35 100 220 1500
本题中各种数据如下：液化石油气的燃烧值q＝3.5×107焦/千克，g＝10牛/千克。请根据产品说明书上的参数和题给的条件回答：
（1）该太阳能热水器的总有效接收光照的面积为1.35m2，如果以接收太阳能10小时/日计算，每天共吸收多少太阳能？
（2）如果该太阳能热水器每天（日照为10小时/日）能将满水箱的水从20℃加热到80℃，请你计算该太阳能热水器将太阳能转化为水的热能的效率是多少？
（3）已知液化石油气完全燃烧放出的热量有60%被水吸收，若用燃气热水器将满水箱的水从20℃加热到80℃，则需要多少费用？（杭州气价设为3元/米3，燃气的密度为0.72千克/米3）
题型三 热量的计算
（2024 鹿城区校级三模）2024年3月20日，我国长征八号遥三运载火箭成功发射鹊桥二号中继星。长征系列火箭使用液态氢作燃料，主要是由于燃料（　　）
A．热值较大 B．密度较大 C．着火点高 D．比热容大
（2024 西湖区校级模拟）2023年5月20日，我国首座深远海浮式风电平台“海油观澜号”成功并入文昌油田群电网，标志着我国深远海风电关键技术取得重大进展。“海油观澜号”由浮式基础和风机组成，整体高度超200m，总质量达1.1×107kg。平台采用“半潜式”设计，底部是一个三角形浮式基础，包括3个边立柱和1个中间立柱，图甲为其实物照片。浮式基础上方是高约83m的圆筒状柱子，柱子上方安装有机舱，机舱前部的3只大叶片驱动机舱中的发电机转子转动，生成绿色电力，年发电量将达2.2×107kW h。
已知：海水密度为1.0×103kg/m3，天然气热值q＝4.4×107J/kg
（1）风平浪静叶片不动时，平台基础排开海水的体积为多少？（不考虑锚链对平台的作用）
（2）每年的发电量相当于完全燃烧多少质量的天然气放出的热量？
（3）海浮式风电平台基础设计方式除半潜式外还有单柱式（图乙）。与单柱式相比较，你认为“半潜式”的优点是 （写出一点即可）。
题型四 燃料的热值
（2024 永康市校级模拟）如图所示，利用大煲内的炖盅炖汤。大煲内的水沸腾时，煲盖会不断地跳动，周围有大最“白气”产生。“白气”形成涉及的物态变化有 ；从能量转化角度分析，煲盖不断跳动时的能量转化是 ；此后炖盅内的水是否会沸腾 ，写出判断的理由 。
（2024 浙江模拟）氢能源汽车使用的是氢燃料电池，工作原理示意图如图所示。电池工作时，在催化剂的作用下氢原子失去电子形成氢离子，穿过电极A通过电解液移动到电极B与氧离子结合形成水分子；而电子则从电极A经外部电路通过电动机到达电极B，形成电流。
（1）从能量转化的角度，分析氢燃料电池工作时是将化学能直接转化为 能。
（2）氢燃料电池工作时，通过电动机的电流方向是 （选填“从左到右”或“从右到左”）。
（3）若将在制氢过程中基本上没有碳排放而得到的氢气称为绿氢。则下列方式可制得绿氢的是 （填字母）。
A.风力发电制氢 B.太阳能光伏发电制氢
C.火力发电制氢 D.潮汐能发电制氢
题型五 能量的转化与守恒
（2024 萧山区模拟）在学习内能一课后，小周利用盛有少量水的矿泉水瓶进行如下实验：先将瓶盖盖紧，使劲旋转矿泉水瓶下部，然后拧松瓶盖，可看到瓶盖被弹出数米远，瓶内出现了白雾。对该过程的分析或解释正确的是（　　）
A．瓶盖弹出前越拧越费劲，是因为内部气压在不断增加
B．瓶盖弹出前瓶壁温度升高，是因为瓶壁的机械能在增加
C．瓶盖弹出后落回地面，是因为摩擦力改变了瓶盖的运动状态
D．瓶盖弹出后出现了白雾，是因为水遇热汽化成水蒸气
（2023 仙居县二模）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，下列说法错误的是（　　）
A．核反应堆直接将核能转化为电能
B．蒸汽轮机将内能转化为机械能
C．发电机将机械能转化为电能
D．各种用电器将电能转化为其他形式的能
基础巩固
（2023 拱墅区模拟）电影《厉害了，我的国》自今年3月2日在全国上映来燃爆各大影院，特别是作为大国工程和“一带一路”国家名片的“华龙一号”核电机组（如图），代表创新成果的人造太阳，在影片中亮相，再次彰显了大国实力，很是抢镜！以下关于核电站说法正确的是（　　）
A．利用核聚变原理
B．利用核裂变原理
C．核能直接转化为电能
D．核能是原子内部的化学反应释放出来的能量
2020年12月，温州首个核电站三澳核电站获国家批准建设。该核电站的发电原理及电能输送如图所示，则以下叙述不正确的是（　　）
A．核反应堆里的是核裂变反应
B．汽轮机将机械能转化为内能
C．发电机的主要原理是电磁感应
D．电网在输送电能时会消耗电能
（2024 海曙区模拟）“绿电”越来越受到全世界的欢迎，风力发电就是绿色电力。一台中型的风力发电机，在风力稳定的情况下，风机叶片的旋转速度比电风扇慢许多。平均转一圈需3s，风机叶片转200转可以发电250kW h。请回答下列问题：
（1）从能量转化的角度，风力发电是将 转化为电能。
（2）在风力稳定的情况下，该发电机发电功率为 W。
（2024 新昌县模拟）小科利用所学知识自制了一个“纸杯发射器”（如图所示）。在空的易拉罐底部中央开一个小孔，用酒精喷壶向易拉罐上端拉环开口内喷1～2下酒精，把纸杯紧套在易拉罐上端后，将点燃的火柴靠近易拉罐底部的小孔，纸杯将被快速向上发射。请用能的转化知识解释“纸杯被发射”的过程： 。
（2024 上城区一模）2011年3月11日，日本发生里氏9.0级地震，继发生海啸，该地震导致福岛核电站受到严重的影响。2023年8月24日，日本福岛核电站产生的含有放射性物质的废水排入太平洋。核废水可能会对海洋生态环境造成影响，我国启动长期监测机制及寻求可靠处置技术降低放射性物质对于人体健康、环境等影响。
（1）日本多火山地震，主要是因为该国处于 板块和太平洋板块交界地带，地壳运动活跃。
（2）核电站是利用原子核发生的核 （选填“裂变”或“聚变”）产生的核能来发电的。
（3）放射性物质引起生物体内遗传物质的变化，该变化 （选填“可”或“不可”）遗传给下一代。
（4）科学家发现一种新型隐球菌体内的黑色素能吸收核辐射并转化为能够自身利用的化学能，帮助自己生长。这种新型隐球菌的细胞中无叶绿体，有细胞壁、细胞膜、细胞质、细胞核。该新型隐球菌与下列 的细胞结构最相似。
A.大肠杆菌 B.酵母菌 C.草履虫 D.衣藻
（5）核污水的排放可能会影响海洋生物的多样性。下列有关生物多样性的观点正确的是 。
A.丧失栖息地是导致大多数生物灭绝的主要原因
B.把自然保护区过度开发成旅游区不利于保护生物多样性
C.大量增减某种生物的数量会影响到与它相关的其他生物数量
D.我国可大量引入世界各地不同的生物以增加生物的多样性
能力提升
（2024 拱墅区校级一模）目前世界上最先进的核潜艇是美国“海狼”级核潜艇，其中有一艘“吉米 卡特”号核潜艇如图甲所示，其部分性能参数如表所示：
舰号 吉米 卡特（SSN23） 水下最大航速 38节
水下排水量 9124t 水下巡航速度 20节
水面排水量 8060t 最大潜深 610m
艇长 107.6m 核反应堆 1座S6W型压水堆
艇宽 12.9m 发动机最大功率 33.57兆瓦
（1）核潜艇的动力来源于一座功率很大的核反应堆，核反应堆的能量来源于 （填“重核裂变”或“轻核聚变”）。
（2）根据该潜艇的性能参数，计算潜艇浮出水面时露出水面的体积（海水的密度按1克/厘米3计算）。
（3）该核潜艇在水下匀速航行时，所受阻力与速度的关系如图乙所示，当它在水下巡航时，其动力功率约多少？（1节≈0.5m/s）
（2024 浙江模拟）2023年10月31日，神舟十六号载人飞船返回舱在东风着陆场成功着陆。如图所示是神舟十六号飞船的返回舱。返回舱重返地球时，为避免与大气剧烈摩擦产生的高热烧穿舱壁，返回舱表面涂有防热材料。返回舱的总质量为3×103kg，表面防热材料的质量为500kg，比热容为4×103J/（kg ℃），请回答下列问题：
（1）返回舱进入地球大气层时与大气剧烈摩擦，通过 方式增加了返回舱表面的内能，该过程与我们看到的 （选填“彗星”“流星”或“恒星”）相似。
（2）若返回舱在大气层中共下落1000m，重力做功多少焦？
（3）若返回舱进入大气层后下落1000m的过程中，下落时减少的重力势能全部转化为内能且40%被防热材料吸收，则防热材料升高的温度是多少？
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
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第24讲 内能、核能、能量转化守恒
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考点二 物质的比热
考点三 热机
考点四 核能
考点五 能量的相互转化
考点六 能量的转化与守恒定律
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考点要求 课标要求 考查频次 命题预测
内能、核能、能量转化守恒 1、通过实验了解比热容，尝试用比热容解释有关自然现象。 2、能举例说明化学能与内能的转化，认识燃料的热值，说明生物体能量的来源和转化。 3、以汽油机为例，了解热机的工作原理，知道内能的利用在人类社会发展史上的重要意义。 4、知道核能及其应用，知道放射性的应用与防护。 5、能举出能的转化与转移有一定的方向性的实例。 6、通过实例认识能的转化的普遍性。知道能量守恒定律，初步了解“永动机”是不可能实现的。 24年考查3分 1.分子动理论主要考查的内容有：分子热运动(扩散现象)；分子间的作用力；温度变化对分子热运动的影响；常会以生活事例为背景考查分子热运动，以教材演示小实验为背景考查分子间相互作用力或扩散现象． 2.内能、温度的关系在考查时着重考查对温度、内能和热量定义的理解与区分，在复习时应注意对基础知识的掌握与应用．主要以选择题的形式考查，命题过程中紧抓各个物理名词的定义，注重三者间的相互影响，也会结合水沸腾和晶体熔化过程进行考查； 3.内能的改变方式多以生活材料和现象(冬天搓手取暖、手折铁丝、磨刀等)为背景出题．多单独命题，但也会结合能量的转化和摩擦力进行考查． 4.比热容的理解与应用主要考查的内容有：比热容的特性在生活中的应用；结合温度—时间图像判断物质比热容的大小；运用比热容知识解释生活现象．多考查水的比热容大这一特性在生活中的应用 5.热机冲程的判断考查热机工作时四个冲程的示意图的辨识、四冲程在工作过程中的能量转化，经常会和热学其他知识综合在一起考查，有时也会和其他模块的知识结合在一起考查． 6.能量转化与守恒考查时会结合太阳能、风能等新能源，考查其与机械能、内能及电能之间的转化规律和应用
考点一 内能
1、热运动：物体内部大量分子的无规则运动叫热运动。
2、物体的内能
（1）分子动能：物体内部大量分子做无规则运动所具有的能称为分子动能。
（2）分子势能：由于分子之间具有一定的距离，也有一定的作用力，因而分子具有势能称为分子势能。
（3）物体的内能：物体内部所有分子热运动的动能和分子势能的总和叫物体的内能。一切物体在任何情况下都具有内能。
3、内能的改变
（1）做功：对物体做功，物体的内能会增加。物体对外做功，物体的内能会减少。
（2）热传递：温度不同的物体相互接触时，低温物体温度升高，高温物体温度降低，这个过程叫热传递。（热传递有热辐射、热传导、热对流。）
（3）物体之间存在温差，能量从高温物体传递到低温物体，高温物体内能减少低温物体内能增加持续到物体温度相同为止。
4、温度、热量、内能的区别
温度 热量 内能
定义 宏观上：表示物体冷热程度。微观上：反映物体中大量分子无规则运动的剧烈程度。 在热传递过程中吸收或放出热量的多少，是能量转移的量度。 物体内所有分子热运动的动能和分子势能的总和。
量的性质 状态量 过程量 状态量
表述 只能说“是”“降低”或“升高” 只能说“放出”或“吸收” 只能说“有”“具有”和“改变”
单位 摄氏度（℃） 焦耳（J） 焦耳（J）
（2024 温州模拟）婚礼上常用的礼花喷射器结构如图，气罐内有高压气体，气罐通过气阀与纸筒相连，使用时通过扭动气阀可释放压缩气罐内的气体产生冲击，将纸管里填充的礼花彩条喷向高处，对该过程的分析正确的是（　　）
A．罐内气体的内能增加
B．气罐内壁的温度升高
C．罐内气体通过做功改变了内能
D．该过程能量转化方式与汽油机压缩冲程类似
【解答】解：ABC、在喷出礼花的过程中，罐内的压缩空气对礼花做功，空气内能转化为礼花的机械能；罐内气体内能减少，气罐内壁温度降低，故AB错误，C正确；
D、汽油机做功冲程是将内能转化为机械能，汽油机压缩冲程是将机械能转化为内能，而气体将纸筒内的礼花快速喷向远处时，是将内能转化为机械能，所以与汽油机的做功冲程能量转化方式相同，故D错误。
故选：C。
（2024 余姚市校级三模）如图甲为无叶风扇的结构图。其工作原理是利用底座中的电动机将空气从进风口吸入，经压缩后进入环形空腔，再从环形空腔上的细缝中高速吹出，夹带着周边的空气一起向前流动，导致后方更多的空气流入风扇的出风口，风量被显著放大，可达到15倍之多，如图乙所示。
（1）后方更多空气流入电扇出风口的原理是 。
（2）电动机将空气从进风口吸入，然后经压缩后进入环形空腔，此过程中进入空腔内空气的内能 （填“变大”“变小”或“不变”）。
【解答】解：（1）空气从圆环空腔上的细缝中高速吹出，空气流速大，压强小，其后方空气流速小，压强大，所以更多的空气流入电扇出风口。即运用到流体压强与流速关系的原理。
（2）电动机将空气从进风口吸入，然后经压缩后进入环形空腔，对空气做功，此过程中进入空腔内空气的内能变大。
故答案为：（1）空气流速大，压强小；（2）变大。
考点二 物质的比热
1、热量
（1）定义：物体吸收或放出热的多少叫热量。用符号Q表示。
（2）单位：焦耳，简称焦，符号J。
（3）温度不同的两个物体发生热传递时，高温物体放出热量温度降低。低温物体吸收热量温度升高。
注意：热量是一个过程量，不能说某物体具有多少热量，它是在热传递过程中吸收或放出的热的多少！
2、比热
（1）定义：单位质量的某种物质温度升高或降低1℃吸收或放出的热量叫这种物质的比热容，简 称比热。通常用“c”表示。
（2）单位：，读作焦每千克摄氏度。
（3）对比热的理解： ①比热是物质的一种特性，由物质本身决定。
②同种物质在不同状态时比热不同。如水和冰的比热不同，水的比热大。
3、热量的计算：
（2024 浙江模拟）将质量相同的甲、乙、丙三块金属加热到相同的温度后，放置在上表面平整的冰块上。经过一定时间后，冰块形状不再变化时的情景如图所示。则三块金属的比热容最小的是 。
【解答】解：金属块丙下方的冰块熔化快，说明金属块丙放出的热量多；
甲、乙、丙的初温、末温都是相等的，温度变化值就是相同的，
根据公式Q放＝cm（t﹣t0）可知：甲、乙、丙三个金属块的质量、温度的变化值是相等的，金属块甲放出的热量少，金属块丙放出的热量多，所以金属块甲的比热容小，金属块丙的比热容比较大。
故答案为：甲。
（2023 拱墅区校级一模）在杭州，已知与太阳垂直的表面积上接收到太阳能的辐射功率均为k＝1.2×103瓦/米一个太阳能热水器，控制其接受太阳光垂直照射的面积始终为2米2，设太阳能热水器吸收太阳能的效率为50%．太阳能热水器内的水的质量为100千克，水的初温为20℃，经过t时间后上升到30℃．（c水＝4.2×103J/（kg ℃）请计算：
（1）在上述过程中太阳能热水器内的水吸收热量时多少焦耳？
（2）使水由20℃升温到30℃所用时间t是多少秒？
【解答】解：
（1）太阳能热水器内的水吸收的热量：
Q吸＝cmΔt＝4.2×103J/（kg ℃）×100kg×（30℃﹣20℃）＝4.2×106J；
（2）已知太阳能热水器吸收太阳能的效率为50%，则接收的太阳能：
W8.4×106J，
由P可得，水由20℃升温到30℃所用时间：
t3500s。
答：（1）在上述过程中太阳能热水器内的水吸收热量时4.2×106J；
（2）使水由20℃升温到30℃所用时间t是3500s。
考点三 热机
1、热机的特点：通过做功把内能转化为机械能。
2、内燃机：内燃机就是燃料在机器气缸内燃烧的热机。以汽油为燃料的内燃机叫汽油机，以柴油为燃料 的内燃机叫柴油机。
3、汽油机的工作过程：
（1）冲程：活塞从气缸的一端运动到气缸的另一端的过程叫一个冲程。
（2）大多数汽油机都是由吸气、压缩、做功、排气四个冲程循环往复来保证机器正常工作的。
（3）数量关系：汽油机四个冲程做一次功飞轮转两转。
4、燃料的热值（q）
（1）定义：1000克某种燃料完全燃烧时放出的热量。
（2）单位：J/kg或J/
（3）关于热值的理解：热值是燃料本身的一种属性，只于燃料的种类有关，与燃料的形态质量体积均无关。
（4）公式：
（5）含义：酒精的热值是。表示1千克酒精完全燃烧放出的热量是。
（2023 拱墅区校级一模）光发动机是一种把光能转化为机械能的装置，其核心部分工作原理如图示：带有活塞的密闭化学反应室中有气态物质，当光从窗口射入时，可使气态物质接受光能而反应生成液态物质。而无光照射情况下反应逆向进行，重新生成气态物质。因此可通过控制窗口处射入的光能使气室中的气态物质循环反应，从而推动活塞输出机械能。则光发动机该装置中的活塞向右运动时，相当于选项中汽油机四个冲程中的（　　）
A．B． C． D．
【解答】解：
由题知，通过控制窗口处射入的光能使气室中的气态物质循环反应，从而推动活塞输出机械能；
这里将光能转化为机械能，使活塞向右运动（气室内的空气对活塞做功），相当于汽油机的做功冲程，此时两个气门关闭，燃气膨胀对活塞做功，使活塞向下运动，观察可知只有C符合题意。
故选：C。
（2023 钱塘区校级四模）随着汽车保有量的不断提高，环境和能源问题也日益突出，研制清洁能源汽车已成为解决上述问题的途径之一。
（1）传统汽车的发动机多为汽油机。如图甲所示，汽油机的排气冲程是 （选填序号），
此过程会排放出大气污染气体；如图乙所示为某汽油机在工作时的能量分配图。据图数据，该汽油机的效率为 。
（2）氢能源汽车是清洁能源汽车的一个研究方向，但氢的储存是一个需要解决的问题。①目前常用的储氢方法是金属储氢法，如氢化钙（CaH2）是一种常用的生氢剂，遇水后生成氢气和一种碱，写出其反应的化学方程式 。
②2017年1月《科学》杂志报道，哈佛大学实验室在超高压条件下将氢气转变为金属氢（此过程为物理变化），为氢的储存提供了新方法。金属氢可能具有的化学性质是 （写出一点）。
（3）如图丙所示是负排放概念车﹣﹣﹣﹣“叶子”。其车顶上的大叶子能模拟自然界中叶片的光合作用，最终把太阳能转化为电能。其中的“负排放”是指该车不但不排放，反而能吸收大气中的 ，从而减弱大气的温室效应。
【解答】解：
（1）甲图中的①，两气门都关闭，活塞上行，汽缸容积变小，是压缩冲程；
②，排气门开启，活塞上行，气体流出汽缸，是排气冲程；
③，两气门都关闭，活塞下行，汽缸容积变大，是做功冲程。
④，进气门开启，活塞下行，气体流入汽缸，是吸气冲程；
由图可知，汽油机转变为有用功的能量：W有＝300J，
燃料完全燃烧所释放的能量：W总＝400J+300J+250J+250J＝1200J，
该汽油机的效率：η100%＝25%；
（2）①氢化钙（CaH2）是一种常用的储氢剂，遇水后放出氢气并生成一种碱，由质量守恒定律，反应前后元素种类不变，则该碱是氢氧化钙，反应的化学方程式为：CaH2+H2O＝Ca（OH）2+H2↑；②金属氢可能具有的化学性质是具有可燃性；
（3）负排放概念车是指“叶子”能进行光合作用，吸收大气中的二氧化碳，减弱大气的温室效应；
故答案为：（1）②；25%；（2）①CaH2+H2O＝Ca（OH）2+H2↑；②可燃性；（3）二氧化碳。
考点四 核能
1、核裂变、核聚变
（1）核能：由于原子核的转变而释放出的巨大的能量叫核能也叫原子能。
（2）获得核能的两种方式：裂变和聚变。
核聚变就是小质量的两个原子核合成一个比较大的原子核
核裂变就是一个大质量的原子核分裂成两个比较小的原子核，在这个变化过程中都会释放出巨大的能量,前者释放的能量更大。
（2）核电站能量转化：核能-水和水蒸气的热能-汽轮机的机械能-电能
（3）链式反应：单个铀核裂变时所产生的中子又会轰击别的铀核，被击中的铀核也有同样的变化，于是这种裂变反应继续下去就是链式反应。
（4）原子弹：裂变武器
（5）氢弹：聚变武器
2、放射性
（1）某些元素能够自发地放出穿透能力很强的射线，把元素具有这种辐射能力较放射性。
（2）①α射线：带正电的氦原子核，穿透能力不强，一张厚纸就能挡住。
②β射线：带负电的电子，穿透能力较强，能穿透几厘米厚的铝板。
③γ射线：是一种电磁波，不带电，穿透能力很强，可以穿透水泥墙和几厘米厚的铅板。
（2024 湖州二模）东方超环（EAST），俗称“人造小太阳”，成功实现稳态高约束模式等离子体运行403s，对加快实现可控核聚变具有重要意义。下面应用中核能的开发方法与东方超环一样的是（　　）
A．氢弹 B．原子弹
C．核动力潜艇 D．核电站
【解答】解：东方超环是全超导托卡马克核聚变试验装置，被称为“人造太阳”，氢弹利用的是核聚变，原子弹、核动力潜艇、核电站都是利用的核裂变。
故选：A。
（2024 浙江模拟）物质的变化往往伴随着能量的变化，请回答下列问题：
（1）水循环过程发生的物质变化是水的三态变化，能量来源为地球重力的作用和 。
（2）面粉厂里，都标注禁止明火，这是因为当温度超过面粉的 时，弥散的面粉被点燃，从而发生剧烈的燃烧，短时间内释放出大量的热，在相对密闭的空间中会引发爆炸。
（3）原子核内蕴含着大量的核能，获得核能的方式有轻核聚变和重核裂变，后者可应用于 。
【解答】解：（1）水循环过程发生的物质变化是水的三态变化，能量来源主要是太阳辐射能和地球重力；
（2）在面粉厂里，都标注禁止明火，这是因为当温度超过面粉的着火点时，弥散的面粉被点燃，从而发生剧烈的燃烧，短时间内释放出大量的热，在相对密闭的空间中会引发爆炸；
（3）核能发电是利用铀原子核裂变时放出的核能来发电的，原子弹也是利用重核裂变产生巨大能量的。
故答案为：（1）太阳辐射能；（2）着火点；（3）核电站（或原子弹）。
考点五 能量的相互转化
1、能量可以在两个物体之间转移，能量形式也可以转化
(1)太阳能的转化
照射到植物叶片上----植物的化学能
照射到大气层中------空气的动能
照射到太阳能热水器--水的内能
照射到电池板上------电能
(2)人体能量的来源及转化:人体所需的能量都来自食物，食物被消化后且被分解的过程，是食物的化学能转化为人体的内能、电能、机械能等能量的过程。被吸收的营养物质由血液输送到人体各处
(3)火力发电厂的能量转化:燃料燃烧将燃料的化学能转化为内能来加热水，水沸腾后，产生的蒸汽驱动涡轮机转动将内能转化为机械能，涡轮机带动发电机发电将机械能转化为电能。
2、能量转化的普遍性
自然界中的能量有多种表现形式，如机械能、内能、化学能、电能、电磁能、核能等。自然界中各种形式的能量不是孤立的，它们可以在一定的条件下发生转化，能量也可以在同一物体或不同的物体间相互转移。能量转化是普遍现象，自然界中物质运动形式的变化中伴随着能量的相互转化。
考点六 能量的转化与守恒定律
1、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。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、内能总是自发地从高温物体转移到低温物体，而不能从低温物体自发地转移到高温物体
如烧杯中的热水变冷等，是内能自发地从高温物体转移到低温物体。电冰箱、空调制冷，都是从低温物体的内部吸热，向外面放热，使内能从低温物体转移到高温物体。这种转移不是自发进行的，必须要有附加的条件:消耗电能，电动机(压缩机)做功。
3、机械能可自发地转化为内能，但内能无法自发地转化为机械能
如汽车制动刹车时，由于摩擦，机械能转变成地面、轮胎及空气的内能，但是这些内能不能再次转化为汽车的机械能而使汽车重新启动。可见，能量的转移和转化是有一定的方向性的。能量可以自发地朝一个方向进行，但不能自发地朝反方向进行。
（2024 杭州二模）假日里小肖和爸爸从浙江前往西藏布达拉宫，他发现到达高山上时包里的薯片呈现如图所示的“高反”——薯片包装袋变得鼓鼓囊囊，下列说法中正确的是（　　）
A．袋里的气体对外做功，内能减少了
B．袋里的气体从外界吸热，内能增加了
C．从浙江到达布达拉宫后，薯片的重力势能变小了
D．高山上温度低一些，所以整个过程中能量不守恒
【解答】解：AB、根据题意可知，薯片包装袋膨胀的过程，其实是里面的气体对袋子做功的过程，将内能转化为机械能，则内能减小，不是从外界吸热，故A正确、B错误；
C、从浙江到达布达拉宫后，薯片的质量不变，高度增大，则重力势能增大，故C错误；
D、整个过程遵守能量守恒定律，故D错误。
故选：A。
（2024 镇海区模拟）一水平放置静止的气缸内充满了空气，在大小为F的恒力作用下，活塞沿着粗糙的气缸壁向左运动，下列说法正确的是（　　）
A．活塞向左运动，气缸内气体分子运动速度不变，但是气缸内气体的内能增加了
B．若活塞在恒力F作用下向左运动了s长的距离，则活塞克服气缸壁摩擦力做功的大小为：W＝Fs
C．恒力F推动活塞向左运动过程中，活塞的机械能始终保持不变
D．力F推动活塞向左运动，这一过程中能量转化形式和四冲程汽油机的压缩冲程的能量转化相同
【解答】解：A.活塞向左运动，对气体做功，气体内能增加，温度升高，分子运动速度增大，故A错误；
B.若活塞在恒力F作用下向左运动了S长的距离，则活塞克服气缸壁摩擦力做功的大小为：W＝fs，其中f为摩擦力，故B错误；
C.恒力F推动活塞向左运动过程中，活塞克服摩擦力做功，机械能减小，故C错误；
D.力F推动活塞向左运动，对气体做功，将机械能转化为内能，这一过程中能量转化形式和四冲程汽油机的压缩冲程的能量转化相同，故D正确。
故选D。
题型一 内能及其改变的方式
（2024 温州模拟）在全球范围内，每年香槟销量近3亿瓶。开启这样的起泡酒，木塞离开瓶颈时，对应的气流速度已经超过了音速，而且还能观察到二氧化碳随之结晶并变幻出缕缕薄雾。以下关于这一过程说法正确的是（　　）
A．瓶内气体对瓶塞做功机械能转化为内能
B．瓶内气压降低二氧化碳溶解度减小逸出
C．瓶内气体的温度降低二氧化碳吸热结晶
D．薄雾是二氧化碳晶体熔化形成的小液滴
【解答】解：A、瓶内气体对瓶塞做功内能转化为机械能，故A错误；
B、打开香槟瓶盖，有大量的二氧化碳气体逸出，是因为打开香槟瓶盖，压强变小，二氧化碳的溶解度减小，故B正确；
C、瓶内气体的温度降低二氧化碳放热结晶，故C错误；
D、薄雾是水蒸气遇冷液化成的小水滴，故D错误。
故选：B。
（2024 瑞安市模拟）如图为做功改变物体内能的改进实验，当往瓶内推活塞，会看到温度显示器的温度发生变化，下列有关此过程中的说法正确的是（　　）
A．活塞对瓶内气体做功，温度显示器上的温度降低
B．活塞对瓶内气体做功，温度显示器上的温度升高
C．瓶内气体对活塞做功，温度显示器上的温度降低
D．瓶内气体对活塞做功，温度显示器上的温度升高
【解答】解：在向内推动活塞的过程中，活塞压缩气体做功，空气内能增加，温度升高，所以温度显示器上的温度升高，故B正确，ACD错误。
故选：B。
题型二 内燃机及四冲程
（2023 鹿城区模拟）有甲、乙两个不同金属物体，已知m甲＞m乙，c甲＞c乙，现将两物体同时放入标况下的沸水中充足时长。现取出后将两物体相互接触（两物体与外界没有热量交换），则有（　　）
A．热量将从甲物体传递给乙物体
B．热量将从乙物体传递给甲物体
C．甲、乙两物体始终处于热平衡状态
D．条件不足，无法判断
【解答】解：将两物体同时放入标况下的沸水中充足时长，两物体的温度相同，现取出后，现取出后将两物体相互接触（两物体与外界没有热量交换），由于两物体的温度相同，所以不会发生热传递，即两物体始终处于热平衡状态，故C正确。
故选：C。
（2023 湖州模拟）杭州向阳处每平方米面积在1小时内得到的太阳辐射能平均为4.0×106焦。
如图为SQB型太阳能电辅热热水器，参数如下：
型号 外形尺寸 光照面积 水箱容积 电加热器
毫米 平方米 升 电压（伏） 电功率（瓦）
SQB20/1.35/3 1190×1250×1190 1.35 100 220 1500
本题中各种数据如下：液化石油气的燃烧值q＝3.5×107焦/千克，g＝10牛/千克。请根据产品说明书上的参数和题给的条件回答：
（1）该太阳能热水器的总有效接收光照的面积为1.35m2，如果以接收太阳能10小时/日计算，每天共吸收多少太阳能？
（2）如果该太阳能热水器每天（日照为10小时/日）能将满水箱的水从20℃加热到80℃，请你计算该太阳能热水器将太阳能转化为水的热能的效率是多少？
（3）已知液化石油气完全燃烧放出的热量有60%被水吸收，若用燃气热水器将满水箱的水从20℃加热到80℃，则需要多少费用？（杭州气价设为3元/米3，燃气的密度为0.72千克/米3）
【解答】解：（1）太阳能热水器接收的太阳能Q总＝4.0×106J/（h m2）×10h×1.35m2＝5.4×107J；
（2）∵ρ
∴水的质量m水＝ρ水V水＝1×103kg/m3×100×10﹣3m3＝100kg，
水吸收的热量Q吸＝cm水（t﹣t0）＝4.2×103J/（kg ℃）×100kg×（80℃﹣20℃）＝2.52×107J，
该太阳能热水器将太阳能转化为水的热能的效率：
η100%100%≈46.7%；
（3）∵Q吸＝60%Q放
∴燃烧石油气放出的热量：
Q放4.2×107J，
∵Q放＝mq
∴燃烧石油气的质量：
m气1.2kg，
∵ρ
∴石油气的体积：
V气1.67m3，
费用＝3元/m3×1.67m3＝5元。
答：（1）每天共吸收5.4×107J太阳能；
（2）该太阳能热水器将太阳能转化为水的热能的效率是46.7%；
（3）需要5元费用。
题型三 热量的计算
（2024 鹿城区校级三模）2024年3月20日，我国长征八号遥三运载火箭成功发射鹊桥二号中继星。长征系列火箭使用液态氢作燃料，主要是由于燃料（　　）
A．热值较大 B．密度较大 C．着火点高 D．比热容大
【解答】解：热值是燃料的属性，火箭使用液态氢作燃料是因为液态氢的热值大，相同情况下放出的热量多，故D正确，ABC不正确。
故选：A。
（2024 西湖区校级模拟）2023年5月20日，我国首座深远海浮式风电平台“海油观澜号”成功并入文昌油田群电网，标志着我国深远海风电关键技术取得重大进展。“海油观澜号”由浮式基础和风机组成，整体高度超200m，总质量达1.1×107kg。平台采用“半潜式”设计，底部是一个三角形浮式基础，包括3个边立柱和1个中间立柱，图甲为其实物照片。浮式基础上方是高约83m的圆筒状柱子，柱子上方安装有机舱，机舱前部的3只大叶片驱动机舱中的发电机转子转动，生成绿色电力，年发电量将达2.2×107kW h。
已知：海水密度为1.0×103kg/m3，天然气热值q＝4.4×107J/kg
（1）风平浪静叶片不动时，平台基础排开海水的体积为多少？（不考虑锚链对平台的作用）
（2）每年的发电量相当于完全燃烧多少质量的天然气放出的热量？
（3）海浮式风电平台基础设计方式除半潜式外还有单柱式（图乙）。与单柱式相比较，你认为“半潜式”的优点是 （写出一点即可）。
【解答】解：（1）根据题意可知，平台基础总质量为1.1×107kg，
此时漂浮平台受到的浮力为：F浮＝G总＝m总g＝1.1×107kg×10N/kg＝1.1×108N，
由阿基米德原理可知，此时漂浮平台排开海水的体积为：
V排1.1×104m3；
（2）年发电量W＝2.2×107kW h＝2.2×107×3.6×106J＝7.92×1013J，
由W＝Q放＝m天然气q可知，需要天然气的质量：
m天然气1.8×106kg；
（3）如图所示，半潜式底部有一个三角形浮式基础，与单柱式相比，吃水深度较浅，适用海域范围较广。
题型四 燃料的热值
（2024 永康市校级模拟）如图所示，利用大煲内的炖盅炖汤。大煲内的水沸腾时，煲盖会不断地跳动，周围有大最“白气”产生。“白气”形成涉及的物态变化有 ；从能量转化角度分析，煲盖不断跳动时的能量转化是 ；此后炖盅内的水是否会沸腾 ，写出判断的理由 。
【解答】解：形成“白气”的物态变化是液化，是水蒸气液化形成的小水滴；
煲盖不断跳动的过程中，有关的能量转化是内能转化为机械能。这一过程中的能量转化情况与四冲程汽油中的做功冲程相似。
此时，炖盅内的水不会沸腾，因为水虽然达到了沸点，但不能继续吸热；
故答案为：液化；内能转化为机械能；不会；温度达到了沸点，但不能继续吸热。
（2024 浙江模拟）氢能源汽车使用的是氢燃料电池，工作原理示意图如图所示。电池工作时，在催化剂的作用下氢原子失去电子形成氢离子，穿过电极A通过电解液移动到电极B与氧离子结合形成水分子；而电子则从电极A经外部电路通过电动机到达电极B，形成电流。
（1）从能量转化的角度，分析氢燃料电池工作时是将化学能直接转化为 能。
（2）氢燃料电池工作时，通过电动机的电流方向是 （选填“从左到右”或“从右到左”）。
（3）若将在制氢过程中基本上没有碳排放而得到的氢气称为绿氢。则下列方式可制得绿氢的是 （填字母）。
A.风力发电制氢 B.太阳能光伏发电制氢
C.火力发电制氢 D.潮汐能发电制氢
【解答】解：（1）电池是将化学能转化为电能的装置，故氢燃料电池是将化学能直接转化为电能；
（2）由题目信息电子则从电极A经外部电路通过电动机到达电极B，形成电流，而电流的方向与电子的流向相反，故电动机内电流从B极到A极；
（3）在制氢过程中基本上没有碳排放而得倒的氢气称为绿氢；
A、风力发电制氢过程中不排放碳，可制得绿氢；
B、太阳能属于清洁能源，太阳能发电制氢过程中不排放碳，可制得绿氢；
C、火力发电，燃烧化石燃料，排放二氧化碳，不能制得绿氢；
D、潮汐能发电制氢过程中不排放碳，可制得绿氢；
故选：ABD。
故答案为：（1）电；（2）从B极到A极；（3）ABD。
题型五 能量的转化与守恒
（2024 萧山区模拟）在学习内能一课后，小周利用盛有少量水的矿泉水瓶进行如下实验：先将瓶盖盖紧，使劲旋转矿泉水瓶下部，然后拧松瓶盖，可看到瓶盖被弹出数米远，瓶内出现了白雾。对该过程的分析或解释正确的是（　　）
A．瓶盖弹出前越拧越费劲，是因为内部气压在不断增加
B．瓶盖弹出前瓶壁温度升高，是因为瓶壁的机械能在增加
C．瓶盖弹出后落回地面，是因为摩擦力改变了瓶盖的运动状态
D．瓶盖弹出后出现了白雾，是因为水遇热汽化成水蒸气
【解答】解：A、用力拧瓶子时，越拧越费劲，这是因为瓶内气体压强增大，是因为内部气压在不断增加瓶盖被弹出，瓶内气体对瓶盖做了功，内能减小，故A正确；
B、瓶盖弹出前瓶壁温度升高，是因为瓶壁的内能在增加，故B错误；
C、瓶盖弹出后落回地面，是因为重力改变了瓶盖的运动状态，故C错误；
D、当瓶盖弹出时，瓶内及瓶口有白雾，这是因为瓶内气体（包含水蒸气）对外做功，内能减小，水蒸气遇冷液化形成了小水滴，故D错误。
故选：A。
（2023 仙居县二模）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，下列说法错误的是（　　）
A．核反应堆直接将核能转化为电能
B．蒸汽轮机将内能转化为机械能
C．发电机将机械能转化为电能
D．各种用电器将电能转化为其他形式的能
【解答】解：A、在核电站内，核反应堆产生的巨大核能首先转化为内能，故A错误；
B、蒸汽轮机将内能转化为机械能，故B正确；
C、发电机将机械能转化为电能，故C正确；
D、各种用电器将电能转化为其他形式的能，故D正确。
故选：A。
基础巩固
（2023 拱墅区模拟）电影《厉害了，我的国》自今年3月2日在全国上映来燃爆各大影院，特别是作为大国工程和“一带一路”国家名片的“华龙一号”核电机组（如图），代表创新成果的人造太阳，在影片中亮相，再次彰显了大国实力，很是抢镜！以下关于核电站说法正确的是（　　）
A．利用核聚变原理
B．利用核裂变原理
C．核能直接转化为电能
D．核能是原子内部的化学反应释放出来的能量
【解答】解：AB、目前人类使用的核电站是利用核裂变原理，不是核聚变原理，故A错误，B正确；
C、核能在一回路中转化为内能，通过汽轮机，将内能转化为机械能，汽轮机带动发电机发电，将机械能转化为电能，故C错误；
D、核能是原子内部的原子核重新聚合和分裂时释放出的惊人的能量，故D错误。
故选：B。
2020年12月，温州首个核电站三澳核电站获国家批准建设。该核电站的发电原理及电能输送如图所示，则以下叙述不正确的是（　　）
A．核反应堆里的是核裂变反应
B．汽轮机将机械能转化为内能
C．发电机的主要原理是电磁感应
D．电网在输送电能时会消耗电能
【解答】解：
A、核电站利用可控的核裂变释放的核能来发电，故A正确；
B、在汽轮机中蒸气的内能转化为汽轮机的机械能，故B错误；
C、发电机是利用电磁感应现象的原理制成的，故C正确；
D、在输电过程中，输电线有一定的电阻，会消耗一部分电能，故D正确。
故选：B。
（2024 海曙区模拟）“绿电”越来越受到全世界的欢迎，风力发电就是绿色电力。一台中型的风力发电机，在风力稳定的情况下，风机叶片的旋转速度比电风扇慢许多。平均转一圈需3s，风机叶片转200转可以发电250kW h。请回答下列问题：
（1）从能量转化的角度，风力发电是将 转化为电能。
（2）在风力稳定的情况下，该发电机发电功率为 W。
【解答】解：（1）发电机是将机械能转化为电能；
（2）根据W＝Pt可知发电机的电功率P1.5×106W。
故答案为：（1）机械能；（2）1.5×106。
（2024 新昌县模拟）小科利用所学知识自制了一个“纸杯发射器”（如图所示）。在空的易拉罐底部中央开一个小孔，用酒精喷壶向易拉罐上端拉环开口内喷1～2下酒精，把纸杯紧套在易拉罐上端后，将点燃的火柴靠近易拉罐底部的小孔，纸杯将被快速向上发射。请用能的转化知识解释“纸杯被发射”的过程： 。
【解答】答：用点燃的打火机靠近易拉罐底部的小孔，纸杯中的酒精蒸汽会燃烧，化学能转化为内能，高温高压的燃气对外做功，内能转化为纸杯的机械能，所以纸杯就会“冲天”飞去。
（2024 上城区一模）2011年3月11日，日本发生里氏9.0级地震，继发生海啸，该地震导致福岛核电站受到严重的影响。2023年8月24日，日本福岛核电站产生的含有放射性物质的废水排入太平洋。核废水可能会对海洋生态环境造成影响，我国启动长期监测机制及寻求可靠处置技术降低放射性物质对于人体健康、环境等影响。
（1）日本多火山地震，主要是因为该国处于 板块和太平洋板块交界地带，地壳运动活跃。
（2）核电站是利用原子核发生的核 （选填“裂变”或“聚变”）产生的核能来发电的。
（3）放射性物质引起生物体内遗传物质的变化，该变化 （选填“可”或“不可”）遗传给下一代。
（4）科学家发现一种新型隐球菌体内的黑色素能吸收核辐射并转化为能够自身利用的化学能，帮助自己生长。这种新型隐球菌的细胞中无叶绿体，有细胞壁、细胞膜、细胞质、细胞核。该新型隐球菌与下列 的细胞结构最相似。
A.大肠杆菌 B.酵母菌 C.草履虫 D.衣藻
（5）核污水的排放可能会影响海洋生物的多样性。下列有关生物多样性的观点正确的是 。
A.丧失栖息地是导致大多数生物灭绝的主要原因
B.把自然保护区过度开发成旅游区不利于保护生物多样性
C.大量增减某种生物的数量会影响到与它相关的其他生物数量
D.我国可大量引入世界各地不同的生物以增加生物的多样性
【解答】解：（1）日本多火山地震，主要是因为该国处于亚欧板块和太平洋板块交界地带，地壳运动活跃。
（2）核电站是利用原子核发生的核裂变时产生的核能来发电的；
（3）放射性物质引起生物体内遗传物质的变化，该变化可遗传给下一代；
（4）真菌的基本结构有细胞壁、细胞膜、细胞质、细胞核，没有叶绿体。酵母菌属于单细胞真菌，细胞结构包括细胞壁、细胞膜、细胞质、细胞核、液泡等。草履虫属于单细胞动物，细胞结构包括细胞膜、细胞质、细胞核等。衣藻属于单细胞藻类植物，细胞结构包括细胞壁、细胞膜、细胞质、细胞核、叶绿体等。大肠杆菌属于细菌，细胞结构包括细胞壁、细胞膜、细胞质、未成形的细胞核等。可见B符合题意。
故选B：。
（4）生态旅游是人们回归大自然、关注生物多样性的最佳方式之一；
A.丧失栖息地是导致大多数生物灭绝的主要原因，故正确；
B.把自然保护区过度开发成旅游区不利于保护生物多样性，故正确；
C.增减一种生物的数量往往会影响到与它相关的其他生物数量，故正确；
D.引入世界各地不同的生物，由于该生物在我国没有天敌，会使该生物大量繁殖，无法控制，导致生物入侵，故错误；
故选：ABC。
能力提升
（2024 拱墅区校级一模）目前世界上最先进的核潜艇是美国“海狼”级核潜艇，其中有一艘“吉米 卡特”号核潜艇如图甲所示，其部分性能参数如表所示：
舰号 吉米 卡特（SSN23） 水下最大航速 38节
水下排水量 9124t 水下巡航速度 20节
水面排水量 8060t 最大潜深 610m
艇长 107.6m 核反应堆 1座S6W型压水堆
艇宽 12.9m 发动机最大功率 33.57兆瓦
（1）核潜艇的动力来源于一座功率很大的核反应堆，核反应堆的能量来源于 （填“重核裂变”或“轻核聚变”）。
（2）根据该潜艇的性能参数，计算潜艇浮出水面时露出水面的体积（海水的密度按1克/厘米3计算）。
（3）该核潜艇在水下匀速航行时，所受阻力与速度的关系如图乙所示，当它在水下巡航时，其动力功率约多少？（1节≈0.5m/s）
【解答】解：
（1）核潜艇的核反应堆是利用原子核发生裂变释放能量来工作的；
（2）由表格可知潜艇在水下航行时m水下排＝9124t＝9.124×106kg，
则核潜艇浮出水下航行时的排水体积：V潜艇＝V水下排9.124×103m3；
在水面上航行时，m水面排＝8060t＝8.06×106kg，
则核潜艇浮出水面航行时的排水体积：V水面排8.06×103m3，
则核潜艇浮出水面时露出水面的体积：V露＝V潜艇﹣V水面排＝9.124×103m3﹣8.06×103m3＝1.064×103m3；
（3）根据二力平衡可知，动力F与阻力f相等，即它在水下航行速度为20节时，由图象可知：F＝f＝30×104N，
因此动力的功率为P＝Fv＝30×104N×20×0.5m/s＝3×106W。
（2024 浙江模拟）2023年10月31日，神舟十六号载人飞船返回舱在东风着陆场成功着陆。如图所示是神舟十六号飞船的返回舱。返回舱重返地球时，为避免与大气剧烈摩擦产生的高热烧穿舱壁，返回舱表面涂有防热材料。返回舱的总质量为3×103kg，表面防热材料的质量为500kg，比热容为4×103J/（kg ℃），请回答下列问题：
（1）返回舱进入地球大气层时与大气剧烈摩擦，通过 方式增加了返回舱表面的内能，该过程与我们看到的 （选填“彗星”“流星”或“恒星”）相似。
（2）若返回舱在大气层中共下落1000m，重力做功多少焦？
（3）若返回舱进入大气层后下落1000m的过程中，下落时减少的重力势能全部转化为内能且40%被防热材料吸收，则防热材料升高的温度是多少？
【解答】解：（1）返回舱进入地球大气层时与大气剧烈摩擦，克服摩擦做功，通过做功方式增加了返回舱表面的内能，是机械能转化为内能，该过程与我们看到的流星相似；
（2）返回舱的总重力：G＝mg＝3×103kg×10N/kg＝3×104N；
重力所做的功：W＝Fs＝Gh＝3×104N×1000m＝3×107J；
（3）由题意可知，防热材料吸收的热量：Q吸＝40%W＝40%×3×107J＝1.2×107J；
由Q吸＝cmΔt可知，防热材料升高的温度：Δt6℃。
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