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第14课　能的转化与守恒
中考学练测 科学
一、机械能
1.动能和势能
(1)动能是物体由于运动而具有的能量。当物体质量相等时，物体运动的速度越大，动能越__________；当物体的运动速度相等时，物体的质量越大，动能越__________。
(2)重力势能是物体由于被举高而具有的能量。当物体质量相等
时，物体的高度越__________，重力势能越大；当物体的高度相等时，物体的质量越大，重力势能越__________。
大
大
高
大
(3)弹性势能是物体由于发生弹性形变而具有的能量。同一物体在一定限度内弹性形变越大，弹性势能越大。在相同的形变程度下，不同的物体弹性势能不同。
(4)动能和势能之和称为机械能。
【知识拓展】
1.物体具有能，但不一定要做功。
2.动能和重力势能的大小及其影响因素可分别用公式E动＝mv2和E势＝Gh＝mgh来帮助理解，但这两个公式不要求计算。
2.动能和势能的转化
(1)动能和重力势能的转化
单摆、滚摆等一定质量的物体加速下降过程中，动能_______，
重力势能_________，重力势能转化为动能；减速上升过程中，动能__________，重力势能__________，动能转化为重力势能。
增大
减小
减小
增大
(2)动能和弹性势能的转化
弹簧的一端固定，另一端带着小球做弹性运动时，弹簧的弹性势能和小球的动能之间可以相互转化。
(3)探究动能与重力势能的大小可利用控制变量法设计对照实验。比较动能和重力势能的大小可利用转换法进行观察。
(4)机械能守恒：一个物体在动能和势能转化过程中，若不考虑因摩擦等因素引起的能量损失，则机械能守恒。若考虑摩擦，则机械能总量减少，能的总量守恒。
二、分子的热运动与内能
1.含义：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__________的
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
空隙
相互作用力
【知识拓展】
1.同一物体，温度越高内能越大。不同物体的内能大小无法比较。
2.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。
2.内能的改变
(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，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__________。
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
增大
减小
(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·℃)，水的比热容为4.2×103J/(kg·℃)。公式中的Δt指物体热传递前后的温度差。
Q＝cmΔt
【知识拓展】
内能和热量是完全不同的概念。内能是指一个物体内部所有分子热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。热量是一个过程量，“吸收”与“放出”体现过程。
3.热值与热机
(1)热值
___________________________________称为热值。热值可用q来表示，单位是J/kg(如果是气体燃料，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)
1kg某种燃料完全燃烧时放出的热量
(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：__________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
【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。
2.汽油机的一个工作周期，曲轴每转两圈，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。
三、核能的利用
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。
四、能量的转化与守恒
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；能量的转移过程中能量的形式不变。
重核裂变
轻核聚变
能量的转化和守恒定律：________________________________ _______________________________________________________________________________________________________。能量的转化和转移都是具有__________的。
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
方向性
[杭州多校联考]如图甲所示，一段粗糙程度相同的水平面和一个光滑的圆弧槽在B点处相连。质量为m的物体从离水平面高h的A点由静止释放，BC长为3m，最后静止于水平面上的C点。如图乙所示，若在水平面上的D点处再连接一个光滑的圆弧槽，且BD长为0.7m，物体从A点由静止释放，第一次到达左侧圆弧槽的E点，之后再下滑直至最终静止。
类型一　能的转化与守恒定律
(1)图甲中，物体从A点滑到水平面时，重力所做的功为__________(用题中符号表示)。物体从B点到C点的过程中，能量转化的情况是______________________________。
(2)图乙中，最后物体静止于水平面上的位置距B点_____m。
mgh
动能转化为内能，直至动能为零
0.2
【解析】 (1)物体从A点滑到水平面时，重力做的功W＝Gh＝mgh。(2)图乙中，两侧都是光滑的圆弧槽，圆弧槽上运动时，机械能不减小，因而在水面上的运动的距离相等，故先来回运动共经过4次BD，运动距离为4×0.7m＝2.8m，然后再从B点向左运动3m－2.8m＝0.2m，最后物体静止于水平面上的位置距B点0.2m。
跟踪训练1 [丽水中考]重为0.027N的乒乓球，从1m高的A点自由下落，第一次落地弹起至0.6m的最高点B，如图甲所示。将乒乓球置于装有适量水的杯子中，一起从1m高处自由下落，杯子落地后乒乓球弹起的高度远大于1m，如图乙所示。
(1)图甲中的乒乓球从A点下落到弹起至B点的过程中，机械能减少__________J。
0.0108
(2)图乙中的乒乓球弹起的高度远大于1m，是由于乒乓球弹起
瞬间机械能增大，此时对乒乓球做功的物体是__________。
水
【解析】 (1)题图甲中的乒乓球从A点下落弹到B点的过程中，在重力的方向上通过了1m－0.6m＝0.4m，所以重力做功W＝Fs＝0.027N×0.4m＝0.0108J，且动能在A点和B点时都为0，故减少的重力势能用来克服阻力做功即机械能减少了0.0108J。 (2)题图乙中，乒乓球被反弹，受到杯中水的压力的作用，压力对乒乓球做功，使它的机械能大于开始的机械能，所以乒乓球的反弹高度高于起始高度。
[山海联盟联考]为探究物体的动能跟哪些因素有关，利用斜槽、不同质量的钢球、木块等器材在同一水平面上进行探究活动。钢球从高为h的斜槽上滚下，在水平面上运动，运动的钢球碰上木块后，能将木块撞出一段距离s，如图甲所示，忽略小球与接触面的摩擦作用。
类型二　探究动能大小的影响因素
(1)实验中探究的“物体的动能”是指__________(填字母)。
A.钢球在斜面上的动能
B.钢球撞击木块时的动能
C.木块被撞击后的动能
(2)实验表明，其他条件相同时，钢球质量越大，可将木块撞得越远，则可说明钢球的质量越大，其动能就越__________。
B
大
(3)小明在探究“物体的动能大小与质量的关系”时将实验装置改成如图乙所示，分别将同一弹簧压缩相同程度后静止释放，弹出质量不同的铁球，撞击同一木块。该实验方案是否可行 理由是________________________________________________ _______________________________________________________________________________________。
不可行，没有控制铁球运动的速度相同(或弹簧的弹性势能相同使铁球弹出时的能量相同，最终转化为推动木块的距离相同，故无法得到结论，合理即可)
【解析】 (3)将弹簧压缩相同程度，弹簧具有相同的弹性势能，即转化给小球的动能相同，但两个小球的质量不同，所以两个小球的速度也不相同，没有控制单一变量。
跟踪训练2 如图所示是雨滴在空中下落过程中速度与时间的关系图。雨滴在t1、t2、t3三个时刻中具有的动能分别是E1、E2、E3，不考虑下落过程中雨滴的质量变化，则动能的大小关系是
(　　)
A.E1＜E2＜E3
B.E1＞E2＞E3
C.E1＜E2＝E3
D.E1＝E2＜E3
C
[湖州模拟]科学兴趣小组采用如图所示的实验装置探究重力势能大小与物体质量和高度的关系。
【实验步骤】
步骤一：将同一铁球先后从同一斜面的不同高度处由静止释放，高度分别为h1、h2。
步骤二：铁球速度减为0时，记录弹簧被压缩后的长度分别为l1、l2。
类型三　探究势能大小的影响因素
步骤三：比较弹簧被压缩后的长度，得出结论。
【思考讨论】
(1)本实验中，铁球重力势能的大小可以用_________________
________来反映，被压缩后弹簧的长度越长，则说明铁球的重力势能越__________(选填“大”或“小”)。
弹簧被压缩后的
长度
小
(2)若要利用实验中的斜面和弹簧探究重力势能大小与物体质量的关系，请简要写出你的设计思路及预期实验结论。
【答案】 (2)设计思路：将不同质量的铁球依次从斜面同一位置由静止释放后到压缩弹簧，记录铁球速度减为0时弹簧的长度。预期实验结论：高度相同时，物体质量越大，重力势能越大。
跟踪训练3 [宁波模拟]如图所示，轻质弹簧原长MO。在弹簧一端系一木块，并拉长至A处由静止释放，木块运动到B处停了下来，测得OA＞OB。请回答下列问题。
(1)木块在B处静止时受到摩擦力吗 如果受摩擦力，摩擦力的
方向如何 __________________________。
(2)木块自A向B运动的过程中，最大速度出现在__________(选填“O点”“O点左侧”或“O点右侧”)。
受到摩擦力，方向水平向左
O点右侧
如图所示为某次蹦极运动的精彩瞬间，若一游客从平台上由静止开始下落。从开始下落至第一次到达最低点的过程中，游客的(　　)
类型四　机械能的转化
A.动能一直增大
B.重力势能一直减小
C.机械能保持不变
D.机械能一直增大
B
【解析】 游客从开始下落至第一次到达最低点的过程中，起始阶段：蹦极者从起始点跳下，此时弹性绳处于松弛状态，仅受到重力作用，将重力势能逐渐转化为动能，重力势能越来越 小，动能越来越大。绳子拉伸阶段：当下降到一定高度后，绳子开始被拉长，蹦极者继续受到向下的重力，同时绳子也产生向上的弹力；此时，一部分重力势能继续转化为动能，另一部分则转化为弹性绳的弹性势能。受力平衡阶段：在某一时刻，蹦极者受到的重力和绳子的弹力达到平衡，此时速度达到最
大，动能最大。减速下降阶段：随着绳子的继续拉伸，弹力逐渐大于重力，蹦极者开始做向下的减速运动，此过程中，动能和重力势能继续转化为绳子的弹性势能，直到下降到最低点，此时动能和重力势能最小，弹性势能最大。综上可知，游客的动能先增大后减小，重力势能一直减小。下落过程中要克服空气阻力做功，消耗一部分机械能，则机械能一直减小。
跟踪训练4 如图所示，将摆球从A点静止释放(忽略空气阻力)，经过最低点O到达B点，若A、B两点等高，摆球到达B点时动能为_______J；摆球从A点到O点的过程中，__________转化为动能。上述过程中，摆球的机械能大小__________(选填“增大”“不变”或“减小”)。
0
重力势能
不变
[金华婺城区模拟]小科在学习“气体液化”的方法后，决定利用打火机和针筒在家里进行实验验证。他查阅资料得知：打火机内的液体成分为丁烷，丁烷的沸点为－0.5℃，常温下为无色气体。小科实验装置如图所示。
类型五　内能的改变
具体步骤如下：
①将打火机上方的金属盖掰开，断开点火线。
②将针筒活塞推至最底端，用输液软管连接打火机的出气孔和针筒注射口，确保气密性良好。
③按压打火机，直至针筒内充满气体。
④缓缓向内推动活塞。
实验过程中他观察到针筒内壁出现了小液滴。请回答：
(1)该实验现象表明，在常温下用__________的方法可以使丁烷气体液化。
(2)实验过程中，小科观察到随着活塞的持续推进，某一阶段内针筒内壁的液滴数不但没有增加反而减少了。请结合所学知识解释这一现象的可能原因。
【答案】 (2)解释：压缩过程中外界对气体做功，气体内能增加，同时丁烷气体液化也会放热，使针筒内温度升高，小液滴汽化(蒸发)加快，快于液化速度，所以液滴数不但没有增加反而减少了。
压缩体积
跟踪训练5 如图所示，用酒精灯对试管加热，等水沸腾后，
可以看到蒸汽把软木塞顶跑。下列说法正确的是(　　)
A.用酒精灯加热试管，水内能的增加是通过做功的方式实现的
B.蒸汽把软木塞顶跑的过程，实现了内能向机械能的转化
C.蒸汽把软木塞顶跑的过程，相当于汽油机的排气冲程
D.试管口出现的白雾是水汽化后形成的水蒸气
B
【解析】 加热水的过程中，酒精灯火焰的温度较高，水温较低，热量从火焰转移到水，通过热传递的方式，使水的内能增加；蒸汽把软木塞顶跑的过程，水蒸气的内能转化为软木塞的机械能，相当于汽油机的做功冲程，内能转化为机械能；水蒸气把软木塞向上冲起时，水蒸气的内能减少，温度降低，液化为小水滴，在试管口形成“白雾”。
[山海联盟联考]小科在学校兴趣
小组“空气有力量”的展示活动中设计了如图所
示的一个装置。他将一个电火花发生器放入纸筒
内，按动电火花发生器的按钮，点燃盒内酒精，盒盖就被打出
去了。该装置的原理相当于选项中汽油机四个冲程中的(　　)
类型六　热机与热值
C
跟踪训练6 [湖州长兴县一模]2024年3月20日，我国用长征八号遥三运载火箭成功发射鹊桥二号中继星，开启探月新征程。长征系列火箭使用液态氢作燃料，主要是由于该燃料(　　)
A.密度大 B.内能大
C.热值大 D.比热容大
C
[山海联盟联考]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，为避免因与大气剧烈摩擦而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，其比热容为4×103J/(kg·℃)，请回答下列问题：
类型七　有关热量的分析与计算
(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)若返回舱在地球大气层中共下落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
做功
流星
【答案】 (2)W＝Fs＝Gh＝mgh＝3×103kg×10N/kg×1000m＝3×107J。
(3)Q＝W×40%＝3×107J×40%＝1.2×107J，
Δt＝＝6℃。
跟踪训练7 随着科技发展，人们已经开始将氢能作为一种新能源加以利用。已知氢燃料的热值为1.4×108J/kg，水的比热容为4.2×103J/(kg·℃)。如果一辆汽车平均每月消耗氢燃料30kg，这些氢燃料完全燃烧释放的热量为__________J，若这些热量完全被水吸收，可使__________kg的水的温度从20℃升高到100℃。
4.2×109
1.25×104
【方法指导】
1.机械能转化过程中的关键是判断是否计摩擦。若不计摩擦，机械能守恒；若计摩擦，则机械能不守恒，但总能量守恒，机械能因有部分转化为内能而减少。
2.转换法：在探究动能大小或势能大小影响因素时，因为能的多少不便于比较，所以转换为便于比较的实验结果，如：比较动能大小转换为小球在水平面推动物体运动距离的远近；比较重力势能的大小转换为小球撞出沙坑的深度等。

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