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第十四章　内能的利用
第1节　热机
1.知道热机的概念,能说出热机的工作原理。
2.能说出汽油机的构造,知道各冲程的主要特点及能量转化。
3.能说出柴油机和汽油机主要的异同点。
一、热机
1.定义:热机是利用　 　做功,把　 　转化为　 　的机器。
2.种类:热机包括蒸汽机、　 　、汽轮机、喷气发动机等。
3.内燃机:燃料直接在发动机　 　内燃烧产生动力的热机。内燃机分为　 　和柴油机两大类,它们分别用　 　和柴油作为燃料。
二、汽油机
汽油机的四个冲程及工作特点
内能
内能
机械能
内燃机
汽缸
汽油机
汽油
示意图 冲程名称 主要特点 能量转化
　 　冲程 　 　打开,　 　关闭,活塞向　 　运动,　 　的混合物进入汽缸 无能量
转化
吸气
进气门
排气门
下
汽油和空气
　 　冲程 进气门和排气门都关闭,活塞向　 　运动,燃料混合物被压缩 机械能转化为
　
　 　冲程 在压缩冲程结束时,火花塞产生　 　,使燃料猛烈燃烧,产生高温高压的气体。高温高压的气体推动活塞向　 　运动,带动曲轴转动,对外做功 内能转化为
　
　 　冲程 进气门保持关闭,　 　打开,活塞向　 　运动,把　 　排出汽缸 无能量转化
压缩
上
内能
做功
电火花
下
机械能
排气
排气门
上
废气
提示与辨析
吸气冲程、压缩冲程、排气冲程都是依靠飞轮惯性来完成的( )
√
三、柴油机和汽油机的区别与联系
项目 柴油机 汽油机
不同点 构造 顶部有一个　 顶部有一个　
吸气冲程 吸入汽缸的是　 吸入汽缸的是　
点燃方式 压燃式 点燃式
应用 载重汽车、大型拖拉机 小型汽车、摩托车
相同点 一个工作循环经历四个冲程,活塞往复运动2次,曲轴和飞轮转动2周,对外做功1次
喷油嘴
火花塞
空气
汽油和空气的混合物
[典例1] (2023无锡改编)如图所示,在试管里装入一些水,用软木塞塞住试管口,将试管放在酒精灯上加热使水沸腾,水蒸气会把软木塞冲开,在这一过程中,水蒸气膨胀对软木塞　 　,水蒸气的一部分　 　能转化为软木塞的　 　能,利用这一原理,可以制成热机,常见的热机类型有　 　、　 　、汽轮机、喷气发动机。其中燃料在汽缸内燃烧的热机是　 　,常见的类型有　 　、柴油机。
热机的原理及分类
做功
内
机械
蒸汽机
内燃机
内燃机
汽油机
汽油机
[典例2] (教材图片改编RJ九全P19)如图是汽油机一个工作循环的四个冲程的示意图,工作的先后顺序是　 　,做功冲程是　 　[选填“(甲)”“(乙)”“(丙)”或“(丁)”]图,此冲程中活塞向　 　运动,将　 　能转化为　 　能。　 　[选填“(甲)”“(乙)”“(丙)”或“(丁)”]图中的冲程为汽车提供了动力;汽油机在吸气冲程中吸入汽缸的是　 　;　 　[选填“(甲)”“(乙)”“(丙)”或“(丁)”]图中的冲程排出了汽车的废气。若某单缸四冲程汽油机每秒完成60个冲程,则该汽油机每秒曲轴转　 　周,做功　 　次。
(乙)(甲)(丁)(丙)
(丁)
下
内
机械
(丁)
汽油和空气的混合物
(丙)
30
15
方法技巧
1.辨认汽油机冲程的方法:一看气门的开关;二看活塞的运动方向;三看有无电火花;有电火花的是做功冲程。
2.运用“四、二、二、二、一”来总结四冲程汽油机的工作原理及工作过程。即一个工作循环有四个冲程、活塞往复运动两次、曲轴转动两周、两次能量转化(压缩冲程中将机械能转化为内能,做功冲程中将内能转化为机械能)、对外做功一次。
[变式2-1](2023广东) 关于四冲程汽油机的工作过程,下列说法正确的是( )
A.吸气冲程:只吸入空气 B.压缩冲程:缸内温度降低
C.做功冲程:气体推动活塞做功 D.排气冲程:内能转化为机械能
[变式2-2]某四冲程内燃机的飞轮转速为3 600 r/min,则在每秒钟内( )
A.曲轴转120转 B.对外做功60次
C.完成120个冲程 D.完成60个工作循环
C
C
柴油机和汽油机的区别与联系
[典例3] (课后T4改编RJ九全P21)下列关于汽油机和柴油机的主要区别,错误的是( )
A.在压缩冲程中,汽油机中汽油和空气混合物的压缩比大于柴油机中空气的压缩比
B.柴油机的点火方式为压燃式,汽油机的点火方式为点燃式
C.一般情况下,柴油机比较笨重,汽油机比较轻巧
D.柴油机吸入的是空气,汽油机吸入的是空气和汽油的混合物
A
1.下列所示的工具,工作过程中使用热机的是( )
B
A.自行车 B.家用汽车
C.新能源汽车 D.皮划艇
2.在热机的工作循环中,以下说法正确的是( )
A.做功冲程是将机械能转化为内能
B.柴油机顶部是喷油嘴,汽油机顶部是火花塞
C.汽油机的吸气冲程中,吸入的是空气
D.内燃机的工作循环中四个冲程都是依靠飞轮的惯性来完成的
3.如图所示为四冲程汽油机某一个冲程的示意图,根据示意图可判断此冲程为　 　冲程,此时吸入汽缸的是　 　,该汽油机飞轮的转速是1 800 r/min,则该汽油机每秒钟完成　 　个冲程,对外做功　 　次。
B
吸气
汽油和空气的混合物
60
15
4.如图(甲)所示,用酒精灯对试管里的水进行加热,水沸腾后,水蒸气推动软木塞使其迅速冲出管口,在软木塞被推出的过程中,水蒸气的　 　能转化为塞子的机械能。图　 　中汽油机的工作过程与这一实验过程中能量的转化是一致的。
内
(丙)
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核心素养专题一　热学综合计算
能量转移型分析思路
类型一　能量转移型
1.把质量为4 kg、温度为10℃的冷水与质量为3 kg、温度为80℃的热水混合,若不计热量损失,则混合后水的温度为( )
A.30℃ B.50℃
C.40℃ D.60℃
2.某实验小组利用酒精灯对500 g冰均匀加热,他们每隔相同时间记录一次温度计的示数,并观察物质的状态。如图所示是他们根据记录的数据绘制的“温度—时间”图象,已知c水=4.2 ×103 J/(kg·℃),由图象可以算出冰在BC段吸收的热量是　 　 J,冰的比热容为
　 　 J/(kg·℃)。
C
1.68×105
2.1×103
3.为了测量某种液体的比热容,把质量为100 g的铜块从沸腾的水中取出(标准大气压下),迅速投入质量为100 g,温度为10℃的待测液体中,混合后的共同温度是25℃。若不计热量损失,求:[铜的比热容c铜=0.39×103 J/(kg·℃)]
(1)铜块放出的热量。
(2)这种液体的比热容为多少
答案:(1)2.925×103 J　(2)1.95×103 J/(kg·℃)
能量转化型问题关键是通过分析题目,找出有用能量和总能量
1.有用能量:用来对外做有用功的能量;总能量:燃料完全燃烧时所释放的能量。
2.(1)热水壶烧水效率:有用的能量为水吸收的热量Q有=cmΔt,总能量为燃料完全燃烧放出的热量Q总=mq、Q总=Vq或太阳辐射的能量。
(2)汽车发动机效率:有用的能量大小为牵引力做的功W=Fs或W=Pt,总能量为燃油完全燃烧放出的热量Q总=mq。
类型二　能量转化型
题组一:化学能转化为内能
4.小明同学用他家的天然气灶将质量为2 kg,初温为15℃的水加热到95℃,水吸收的热量是
　 　J;若此过程的热效率为40%,则此过程消耗天然气　 　m3。[水的比热容为4.2×103 J/(kg·℃),天然气热值为4.2×107 J/m3]
5.用炉子烧水时,将10 kg的水从20℃加热到100℃,燃烧了0.5 kg的焦炭,水的比热容是4.2×103 J/(kg·℃),焦炭的热值是3.0×107 J/kg,试求:
(1)水吸收的热量是多少
(2)0.5 kg焦炭完全燃烧放出的热量是多少
6.72×105
0.04
解析:(1)水吸收的热量
Q吸=cm(t-t0)=4.2×103 J/(kg·℃)×10 kg×(100℃-20℃)=3.36×106 J。
(2)0.5 kg焦炭完全燃烧放出的热量Q放=m焦炭q=0.5 kg×3.0×107 J/kg=1.5×107 J。
答案:(1)3.36×106 J　(2)1.5×107 J　
(3)炉子烧水的效率是多少
答案:(3)22.4%
6.(2024江西)如图所示,某同学用燃气灶烧水给餐具消毒。已知密闭锅内水的质量为5 kg,水的初温为22 ℃,当水刚好烧开时,共消耗了0.06 m3的天然气,该燃气灶烧水的热效率为70%。
[水的比热容为4.2×103 J/(kg·℃),天然气的热值为4.0×107 J/m3]求:
(1)0.06 m3的天然气完全燃烧所放出的热量。
(2)以上过程中,水吸收的热量。
(3)密闭的锅内水烧开时的温度。
解析:(1)0.06 m3的天然气完全燃烧放出的热量
Q放=Vq=0.06 m3×4.0×107 J/m3=2.4×106 J。
(2)水吸收的热量Q吸=ηQ放=70%×2.4×106 J=1.68×106 J。
答案:(1)2.4×106 J　(2)1.68×106 J　(3)102 ℃
答案:(1)4.14×107 J
(2)汽油的热值为q=4.6×107 J/ kg,这段时间内消耗汽油的质量是多少
答案:(2)2.25 kg
8.(2023怀化)2022年北京冬奥会示范运营1 000多辆氢燃料电池车(如图所示),该车排放物是水,不产生任何污染物,是当前世界新能源汽车重要的发展方向。假设某国产氢燃料电池车总质量为5×103 kg。在某次测试中该车匀速行驶时受到的阻力是车重的 ,在0.5 h内行驶了 28 km的路程,消耗的氢燃料为0.4 kg(不考虑氢燃料消耗对车质量的影响)。求该测试过程中氢燃料电池车:(已知q氢=1.4×108 J/kg,g取10 N/kg)
(1)牵引力做的功。
答案:(1)2.8×107 J
(2)氢燃料燃烧释放的能量转化为机械能的效率。
答案:(2)50%
题组二:太阳能转化为内能
9.小琦家新安装了一台容积为0.5 m3的太阳能热水器,加满水后,经过5 h阳光的照射水温由原来的25℃升高到45℃[已知水的比热容c水=4.2×103 J/( kg·℃),焦炭的热值q=3.0×
107 J/kg,水的密度ρ=1.0×103 kg/m3]。问:
(1)在这4 h内水吸收的热量为多少焦耳
(2)已知该太阳能热水器的有效面积为2 m2,每平方米每小时接收到的太阳能平均为5.25×
106 J,则该热水器的效率是多少
答案:(1)4.2×107 J　(2)80%
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第2节　热机的效率
1.知道热值是描述不同燃料燃烧释放热本领的物理量。
2.能简单计算燃料燃烧放出的热量。
3.知道什么是热机效率,能说出提高热机效率的方法。
一、燃料的热值
1.定义:某种燃料　 　放出的热量与其质量　 　。如果用m表示燃料的质量,用q
表示该种燃料的热值,用Q放表示燃料完全燃烧所放出的热量,由定义可知q=　　 。
2.单位:在国际单位制中,热值的单位是　 　,符号是　 。
3.意义:木炭的热值是3.4×107 J/kg,它表示1 kg的木炭　 　。
4.燃料完全燃烧放出热量的计算公式:(1)当燃料为固体或液体时,已知质量m和热值q,Q=mq; (2)当燃料为气体时,已知体积V和热值q,Q放=Vq。
二、热机效率
1.定义:用来做　 　的那部分能量,与燃料完全燃烧放出的能量　 　。
完全燃烧
之比
焦每千克
J/kg
完全燃烧放出的热量是3.4×107 J
有用功
之比
3.提高热机效率的途径:(1)让燃料尽可能地完全燃烧;(2)减少各种能量损失;(3)设法利用
　 　。
废气的能量
提示与辨析
(1)热机的效率可以达到100%( )
(2)使燃料燃烧更充分,可以提高燃料的热值( )
×
×
[典例1] (2023宜昌改编)关于燃料及其热值,下列说法中正确的是( )
A.没有燃烧的燃料,热值等于零
B.燃料完全燃烧时,它的热值最大
C.燃料的热值与质量和燃烧状态无关
D.某种燃料燃烧放出的热量与其质量之比叫做这种燃料的热值
燃料的热值
C
易错规避
热值反映的是某种物质的一种燃烧特性,它是燃料本身的一种性质,只与燃料的种类有关,与燃料的燃烧情况、质量、体积等均无关。
[变式1-1] (课后T1改编RJ九全P26)一个成年人参加一次长跑,身体消耗的能量为6.6×106 J,这些能量相当于完全燃烧0.55 kg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”)。
[变式1-2] 完全燃烧1 kg柴油放出的热量能使多少千克的水温度升高20℃ [已知柴油的热值是4.3×107 J/kg,水的比热容是4.2×103 J/(kg·℃),假定放出的热量被水完全吸收]
1.2×107
不变
答案:512 kg
热机效率
[典例2] (2023云南)顺口溜“五月五、过端午、蒸粽子、吃包子、挂菖蒲、佩香囊、赛龙舟”,生动地呈现了某地端午文化习俗。蒸粽子是利用水沸腾产生的水蒸气进行加热。若将2.5 kg的水加热到沸腾,水温升高了80 ℃,[c水=4.2×103 J/(kg·℃),q煤=3×107 J/kg]在此过程中,求:
(1)水吸收的热量。
(2)采用煤炉加热,煤炉加热水的效率为10%,煤燃烧放出的热量。
(3)需要完全燃烧煤的质量。
解析:(1)水吸收的热量Q吸=c水m水Δt=4.2×103 J/(kg·℃)×2.5 kg×80 ℃=8.4×105 J。
答案:(1)8.4×105 J　(2)8.4×106 J　(3)0.28 kg
[变式2-1] (教材“想想议议”改编RJ九全P24)如图所示是某内燃机能量流向图,该内燃机的热机效率是( )
A.25% B.40%
C.75% D.30%
[变式2-2] 热机效率是热机性能的重要指标。下列措施中,可以提高热机效率的是( )
A.尽量增加热机的工作时间 B.尽量增加废气带走的热量
C.尽量使用热值更大的燃料 D.尽量减少热机部件的摩擦
[变式2-3](2024郴州)热水器将质量为20 kg、温度为15℃的水加热到65℃,消耗天然气 0.15 m3,在此过程中水吸收的热量是　 　 J,热水器的热效率是　 　。[c水=4.2×103 J/(kg·℃),q天然气=3.2×107 J/m3]
D
D
4.2×106
87.5%
1.关于燃料的热值,以下说法中正确的是( )
A.为了提高锅炉的效率,一定要用热值高的燃料
B.容易燃烧的燃料,热值一定大
C.煤的热值大于干木柴的热值,燃烧煤放出的热量一定比燃烧干木柴放出的热量多
D.燃料的热值与燃料的燃烧情况无关
2.甲内燃机比乙内燃机的效率高,表示( )
A.甲的功率比较大
B.甲燃烧需要的燃料较少
C.工作时间相同,甲耗油较少
D.甲把燃料燃烧时释放的内能转化为机械能的比例较大
D
D
3.(课后T2改编RJ九全P26)已知干木柴的热值为1.2×107 J/kg,焦炭的热值为3.0×107 J/kg,如果完全燃烧干木柴与完全燃烧焦炭放出的热量相等,则干木柴的质量与焦炭的质量之比是
( )
A.2∶5 B.5∶2
C.4∶1 D.1∶4
4.2022年11月30日,我国用固体燃料运载火箭把“神舟十五号”成功送上太空。火箭加速升空的过程中,将燃料的 能转化为火箭和飞船的 能。火箭发射时要选用热值
(选填“大”或“小”)的固体燃料,燃料的质量减少,热值 (选填“变大”“变小”或“不变”)。
B
化学
机械
大
不变
5.利用先进工艺和科学方法,可以使垃圾变废为宝。若从1 t垃圾中能提炼出140 kg燃料油,燃料油的热值为4.5×107 J/kg。求:
(1)这些燃料油完全燃烧时释放出的热量。
(2)这些热量可以使质量为多少的水温度升高50℃ [水的比热容为4.2×103 J/(kg·℃)]
解析:(1)完全燃烧140 kg燃料油放出的热量Q放=mq=140 kg×4.5×107 J/kg=6.3×109 J。
答案:(1)6.3×109 J　(2)3×104 kg
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第十四章 内能的利用 章末知识复习
热机
重难点拨
内燃机四个冲程的识别方法:一看气门,二看活塞。①两个气门都关闭,活塞向下运动是做功冲程,活塞向上运动是压缩冲程;②一个气门打开,活塞向下运动是吸气冲程,活塞向上运动是排气冲程。
易错辨析
1.只有压缩冲程和做功冲程涉及能量转化。压缩冲程中,机械能转化为内能;做功冲程中,内能转化为机械能。
2.由转速判断曲轴转动的周数或做功次数时,要注意是计算1 min还是1 s内的次数。
1.如图(1)为航母上简化的蒸汽弹射装置,能带动舰载机在两秒钟内达到起飞速度,如图(2)为四冲程汽油机的工作示意图。下列判断不正确的是( )
A.图(1)中汽缸内的蒸汽体积膨胀,从而推动活塞使舰载机获得牵引力
B.汽缸内的蒸汽推动活塞时,内能减小
C.从能量转化角度讲,蒸汽弹射装置工作时与图(甲)所示的原理相似
D.汽油机一个工作循环的正确顺序是(甲)(乙)(丙)(丁)
C
2.汽油机和柴油机有很多的异同点,下列有关四冲程汽油机和柴油机的异同点说法不正确的是( )
A.汽油机和柴油机都是内燃机
B.吸气冲程,汽油机吸入的只有空气,柴油机吸入的是柴油和空气的混合物
C.汽油机和柴油机的一个工作循环对外只做一次功,活塞往复两次
D.柴油机压缩冲程末的温度比汽油机高
3.(2023齐齐哈尔)一台单缸四冲程汽油机,当飞轮转速是2 400 r/min时,它每秒钟对外做功
　 　次;做功冲程是将　 　转化为机械能。
B
20
内能
热值
重难点拨
易错辨析
4.关于燃料的热值,以下说法正确的是( )
A.燃料的热值与燃料的燃烧情况有关
B.1 g汽油和2 kg汽油,它们的热值是一样的
C.煤的热值比干木柴大,燃烧煤放出的热量一定比干木柴多
D.容易燃烧的燃料,热值一定大
5.用液化气灶烧水,把1.5 kg初温为20℃的水加热到100℃,需要吸收的热量为　 　J。若上述过程中完全燃烧了0.021 kg液化气,且只有60%的热量被水吸收,则液化气的热值为
　 　J/kg。[c水=4.2×103 J/(kg·℃)]
B
5.04×105
4×107
6.如图所示,(甲)、(乙)、(丙)三图中的装置完全相同。燃料的质量都是10 g,烧杯内的液体质量和初温也相同。
(1)若要比较不同燃料的热值,应选择　 　两图进行实验,实验通过　 　(选填“加热的时间”或“升高的温度”)比较两种燃料的热值大小。
(2)若图(甲)烧杯中为50 mL的水,若10 g酒精完全燃烧放出的热量全部被水吸收时,温度计示数升高了20℃,据此可计算出酒精的热值是　 　。[已知水的比热容为4.2× 103 J/(kg·℃)]
(3)通过本实验测出的热值比“标准值”　 　(选填“偏大”“偏小”或“一样”),你认为出现这种情况的主要原因是　 _
　。
(甲)(乙)
升高的温度
4.2×105 J/kg
偏小
燃料不完全燃烧(或燃料燃烧放出的热量有一部分会散失到
空气中)(合理即可)
能量的转化和守恒
重难点拨
在能量守恒定律中,包含“能量的转移”和“能量的转化”两个方面。“转化”是指一种形式的能量在一定条件下转化为另一种形式的能量;“转移”是指一种能量在一定条件下从一个物体转移到另一个物体,而能的形式没有变化。
7.(2024上海)瀑布从高峰倾泻而下,驱动发动机转动发电,在此过程中能量转化的顺序为
( )
A.动能→重力势能→电能 B.重力势能→动能→电能
C.电能→重力势能→动能 D.重力势能→电能→动能
8.下列关于能量的说法中,正确的是( )
A.洗衣机工作时是将机械能转化为电能
B.电水壶工作时是将内能转化为电能
C.用热水泡脚,身体会感觉暖和,说明内能可以转移
D.能量无论是转化还是转移,能量总和会逐渐减少
9.(2023宜昌)现代电动汽车为了节能,都安装了能量回收装置,在汽车刹车时带动发电机,将汽车的　 　能转化为电能,为汽车提供后续运动的能量。有人认为,只要不断改进,这种汽车就可以一边行驶,一边发电,永远运动下去,这种观念违背了　 　。
B
C
机械
能量守恒定律
热量和效率的计算
重难点拨
10.小明用酒精灯将质量为100 g、初温为20℃的水加热到90℃(未沸腾),共燃烧了7g酒精。[c水=4.2×103 J/(kg·℃),酒精的热值为q=3×107 J/kg]则( )
A.水吸收的热量是2.94×107 J,效率为14%
B.水吸收的热量是2.94×104 J,效率为14%
C.水吸收的热量是2.94×107 J,效率为1.4%
D.水吸收的热量是2.94×104 J,效率为1.4%
11.(2023新疆节选)某飞机在一次执行任务的过程中,飞行距离为4 000 km,消耗航空煤油的质量为50 t,若飞机飞行时受到的平均阻力的大小为2.5×105 N,该过程中飞机发动机的推力做的功为　 　 J,发动机的效率为　 　%。(航空煤油的热值为4×107 J/kg)若该飞机换装效率为60%的新发动机后,每飞行100 km,可节约航空煤油约为　 　 t(保留 1位小数)。
B
1.0×1012
50
0.2
12.(2023金昌)小华家里用的是天然气灶,他尝试估测该灶的效率。小华在水壶中加入4 L水,水的初温是20℃,然后将水烧开,他观察天然气表发现此次烧水用了0.1 m3天然气,天然气的热值为3.2×107 J/m3,水的比热容c水=4.2×103 J/(kg·℃),水的密度为1.0×103 kg/m3,当地大气压为标准大气压。求:
(1)水吸收的热量Q吸(不计水的热量损失)。
(2)天然气完全燃烧放出的热量Q放。
(3)天然气灶的效率η。
解析:(1)水壶中水的质量m水=ρ水V水=1.0×103 kg/m3×4×10-3m3=4 kg。
在标准大气压下,水的沸点为100℃,即水的末温为100℃,水吸收的热量
Q吸=c水m水(t-t0)=4.2×103 J/(kg·℃)×4 kg×(100℃-20℃)=1.344×106 J。
(2)天然气完全燃烧放出的热量Q放=qV=3.2×107 J/m3×0.1 m3=3.2×106 J。
答案:(1)1.344×106 J　(2)3.2×106 J　(3)42%
1.关于汽油的热值,下列说法中正确的是( )
A.汽油的热值为4.6×107 J/kg,表示每燃烧1 kg的汽油可以获得4.6×107 J的热量
B.汽油燃烧一半,质量与体积变小,但剩下汽油的热值不变
C.汽油不燃烧时,热值为0
D.如果汽油没有完全燃烧,其热值变小
B
易错提示 热值是燃料的一种性质,它只与燃料的种类有关,与燃料的质量、燃烧程度、燃烧放出热量的多少等均无关。
2.麻省理工学院课堂曾有这样的演示情景:教授将一个质量为15.5千克的摆球从下巴处放手,结果摆球摆回时并没有碰到他的下巴,教授说:“物理生效了,我还活着”,下列关于此实验说法正确的是( )
A.摆球在摆动过程中机械能保持不变
B.摆球摆动过程中机械能不断减少
C.摆球摆动过程中内能转化为机械能
D.此过程不符合能量守恒定律
B
易错提示 机械能不守恒并不表示能的总量不守恒,机械能虽然有时候减少了,但也是转化成了其他形式的能量。
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第3节　能量的转化和守恒
1.知道能量及其存在的多种形式,能量可以转移和转化。
2.能说出能量守恒定律的内容,会解释一些常见现象中的能量转化过程。
一、能量的转化
自然界中的能量转化是非常普遍的,请补充下列现象中的能量转化:
(1)摩擦生热,　 　能转化为　 　能。
(2)水电站里水轮机带动发电机发电,　 　能转化为　 　能。
(3)电动机带动水泵把水送到高处,　 　能转化为　 　能。
(4)植物吸收太阳光进行光合作用,　 　能转化为　 　能。
(5)燃料燃烧时发热,　 　能转化为　 　能。
二、能量守恒定律
1.现象分析:在荡秋千的过程中,秋千会越摆越低;小球在地面弹跳的过程中,小球会越跳越低。这是因为秋千或小球在运动的过程中,有一部分　 　能转化成了　 　能。
机械
内
机械
电
电
机械
光
化学
化学
内
机械
内
2.能量守恒定律:能量既不会凭空　 　,也不会凭空　 　,它只会从一种形式　 　为其他形式,或者从一个物体　 　到其他物体,而在转化和转移的过程中,能量的总量
　 　。　
3.普遍性:能量守恒定律是自然界最普遍、最重要的基本定律之一。例如,正在行驶的汽车,燃料的　 　能通过燃烧转化为燃气的　 　能,再通过热机做功把　 　能转化为
　 　能。在这个过程中,燃料的　 　能一部分转化为　 　能,一部分转化成了热机和周围环境的　 　能。
4.永动机:任何一部机器,只能使能量从一种形式转化为其他形式,而不能无中生有地制造能量。因此,　 　(选填“可能”或“不可能”)造出永动机。
消灭
产生
转化
转移
保持不变
化学
内
内
机械
化学
机械
内
不可能
提示与辨析
(1)能量守恒定律只适用于能量的转化过程( )
(2)在一定条件下各种形式的能量都可以相互转化( )
×
√
[典例1] (课后T1改编RJ九全P29)一支向高空瞄准的步枪,扣动扳机后射出一颗子弹,子弹没有击中目标,最后下落陷在土地中。关于该过程中的能量转化,下列说法不正确的是( )
A.火药燃烧,化学能转化为内能
B.火药将子弹推出,内能转化为动能,给予子弹初速度
C.子弹向上飞行,动能逐渐转化为重力势能;下落时,重力势能转化为动能
D.子弹落入土中,机械能消失
能量的转化
D
[变式1-1](2024济南改编)关于图中四个事例的能量转化,以下说法不正确的是( )
A.(甲)图中原始人类“钻木取火”,把内能转化为机械能
B.(乙)图中水轮机带动发电机发电,把水能转化为电能
C.(丙)图中行驶的高速电动列车,把电能转化为机械能
D.(丁)图中楼顶的太阳能热水器,把太阳能转化为内能
A
[变式1-2] 说出下列过程中能量转化的情况:
(1)火箭点燃后腾空而起:　 　。
(2)飞驰的流星拖着一条发光的尾巴:　 　。
(3)电饭煲通电煮饭:　 　。
(4)晒太阳感到暖和:　 　。
(5)植物的光合作用:　 　。
内能转化为机械能
机械能转化为内能
电能转化为内能
太阳能转化为内能
光能转化为化学能
能量守恒定律
[典例2] (教材“想想议议”改编RJ九全P28)如图是小球在地面弹跳的频闪照片,下列说法中正确的是( )
A.小球弹起的高度越来越小,说明小球在此过程中能量不守恒
B.根据能量守恒定律,在此过程中小球的机械能总量是保持不变的
C.在小球的运动中,有一部分机械能转化成了内能
D.此过程说明了能量守恒定律是需要建立在一定的条件之上才能成立的
C
易错规避
不能将机械能守恒与能量守恒定律混为一谈。
1.能量守恒定律的成立不需要任何条件。这是因为能量转化形式是多样的,可以在多种能量形式之间转化,不局限于动能和势能之间。在能量转化过程中,一种形式的能量减少,必然有另一种形式的能量增加,能量的总量保持不变。
2.机械能的守恒是有条件的——没有能量损失或额外的能量补充。因为机械能守恒是指一个物体如果只存在动能和势能间的转化时,机械能的总量将保持不变;如果存在与其他形式能量的转化过程,则说明机械能总量发生改变,机械能不再守恒。如果克服摩擦力做功,机械能的总量将减少,损失的机械能将转化为其他形式的能量。
[变式2] (2024自贡)关于能量守恒定律,下列说法正确的是( )
A.能量可以凭空消失
B.能量可以凭空产生
C.能量在转化和转移过程中,能量的总量保持不变
D.热机在工作的过程中不遵循能量守恒定律
C
1.某物体对外做功,消耗了100 J的机械能,这些机械能转化为其他形式的能量是( )
A.50 J B.100 J
C.0 J D.无法确定
2.有关能量守恒定律,下列说法正确的是( )
A.能量守恒定律只适用于机械能与内能的相互转化
B.能量守恒定律只适用于能量转化过程
C.“摩擦生热”是创造了热,它不符合能量守恒定律
D.按照能量守恒定律,宇宙中的能量总和永远不会增减
B
D
3.生活中能量转化的实例很多。下列描述中,错误的是( )
A.摩擦生热是把机械能转化为内能
B.摩擦起电是把电能转化为机械能
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.燃料燃烧放热是把化学能转化为内能
4.如图所示为“记忆合金魔轮”,安装在转轮上的记忆合金弹簧在高于其“转变温度”的水中缩短,在空气中伸长,在力的作用下转轮便会转动起来。若在下面放上热水,转轮就会不停地转下去,就制成了一个“永动机”。你认为这种方案　 　(选填“可行”或“不可行”),理由是　 　。
B
不可行
违背了能量守恒定律
5.火箭发射时,燃料通过燃烧,将　 　能转化为燃料的内能,燃气对火箭做功时,燃气
　 能减少,火箭的　 　能增加,而能的总量　 　。
6.(教材“图14.3-1”改编RJ九全P27)各种形式的能在一定的条件下可以相互转化,请你仿照图中给出的两个示例,写出电能转化为机械能、化学能转化为电能、光能转化为内能的实例。
化学
内
机械
不变
答案:电风扇在工作过程中消耗电能,转化为机械能;干电池使用过程中消耗化学能,得到电能;太阳能热水器工作过程中将光能转化为内能。
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