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第33讲内能、核能、能量转化与守恒
一、选择题：本大题共15小题，共60分。
1.下列对宏观事实的微观解释错误的是（）
选项 宏观事实 微观解释
A 塑料带很难被拉断 分子之间有引力
B 水结冰后不再流动 分子停止了运动
C 切洋葱时眼睛被熏得直流泪 分子在不停运动
D 水很难被压缩 分子之间有斥力
A. A B. B C. C D. D
2.核电站发电流程如图所示，在核电站的发电过程中，下列所述能量转化顺序正确的是( )
A. 核能→化学能→内能→电能 B. 核能→化学能→机械能→电能
C. 核能→内能→机械能→电能 D. 核能→机械能→内能→电能
3.有关热值的概念，下列说法正确的是( )
A. 1 kg煤的热值是2 kg煤的热值的一半
B. 1 kg煤完全燃烧时的热值大于1 kg的煤不完全燃烧时的热值
C. 煤的热值大于干木柴的热值，燃烧煤放出的热量比燃烧干木柴放出的热量一定多
D. 燃料的热值与燃料燃烧情况无关
4.在如图所示的“汽油机模型”实验中，将少量的汽油喷入筒内，用软木塞塞住筒口，摇动起电机，观察到放电针放电，汽油燃烧，软木塞被高温高压的气体冲出。该实验可模拟四冲程汽油机工作时的（）
A. 吸气冲程 B. 压缩冲程 C. 做功冲程 D. 排气冲程
5.为实现国家关于“碳达峰”“碳中和”目标，东风汽车集团研发了一款新型汽车。与某款汽车同样油耗和使用条件下，发动机工作时，尾气中“汽油味”明显降低，动力更强劲。如图为其发动机某一冲程示意图，下列有关说法错误的是（）
A. 尾气中“汽油味”降低，是因为汽油在汽缸中燃烧比较完全
B. 该冲程为做功冲程，内能转化为机械能
C. 汽油在汽缸内完全燃烧，发动机效率可达100%
D. 该发动机减少了碳排放，有利于节约能源和环境保护
6.温度相同的甲、乙两种液体放出相等热量后，甲的温度高于乙的温度。关于两种液体的质量m甲、m乙及比热容c甲、c乙，下列关系式中可能成立的是 ()
A. m甲＜m乙，c甲＜c乙　　 B. m甲＝m乙，c甲＜c乙
C. m甲＜m乙，c甲＝c乙 D. m甲＞m乙，c甲＜c乙
7.小科学习了能量守恒定律相关知识后，深感科学力量的强大。立志学好科学，报效祖国！下列有关能量转化和守恒的说法中正确的是( )
A. 用电器通电工作时，将其他形式的能转化为电能
B. 氢氧化钠与盐酸反应是放热反应，该反应将内能转化为化学能
C. 植物光合作用合成有机物，说明能量可以创造
D. “既要马儿跑，又要马儿不吃草”违背了能量转化和守恒定律
8.下列都是教材中的实验，其中为了说明“对物体做功，物体内能增加”的是（）
A. 图甲：手帕摩擦塑料丝后，塑料丝散开
B. 图乙：缝衣针与磁铁摩擦后，有了磁性
C. 图丙：加热后，水蒸气把木塞冲出试管
D. 图丁：迅速下压活塞后，浸过乙醚的棉花燃烧
9.中国是少数几个能生产核潜艇的国家之一，中国的094型核潜艇排水量为9 000 t，搭载了16枚射程为11 000 km的“巨浪-2”型战略弹道导弹，是中国二次核反击的中坚力量，是应对核动力航空母舰的最有力武器。对此分析正确的是(g取10 N/kg)()
A. 核潜艇中的核反应堆是利用核聚变来产生能量的
B. 该核潜艇浸没在水中后，受到的浮力为9×104 N
C. 核潜艇的动力主要是将核能最终转化为核潜艇的机械能
D. 核潜艇浸没在水中后，加速下潜的过程中重力小于浮力
10.如图所示，在试管里盛适量的水，用带玻璃管的胶塞塞住试管口，加热试管使水沸腾，玻璃管口冒出的“白气”推动管口处的小叶轮转动。下列说法正确的是（）
A. 水在沸腾过程中，不断吸收热量，温度升高
B. 实验过程中通过热传递使试管内水的内能增大
C. 玻璃管口冒出的“白气”是水汽化形成的水蒸气
D. “白气”使小叶轮转动的过程相当于汽油机的压缩冲程
11.某实验小组画出的1 kg冰熔化时温度随时间变化的图像如图所示。实验中实验小组成员严格控制变量，使冰(水)单位时间内吸收相等的热量。已知水的比热容是4.2×103 J/(kg·℃)。请根据所学知识并利用图像分析，以下说法正确的是()
A. 吸收相等的热量冰和水升高温度相同
B. 由图可知，第1 min后冰全部熔化为水
C. 0～1 min时间内该冰块吸收的热量为2.1×104 J
D. 通过计算可以得出冰的比热容为2.1×103 J/(kg·℃)
12.如图表示用中子轰击铀-235原子核产生氪核和钡核的模型。下列叙述正确的是（）
A. 该模型表示的是核聚变
B. 该反应产生的中子可继续轰击其他铀核形成链式反应
C. 该反应不会产生放射性物质
D. 不能用该反应获得能量的方式来发电
13.汽油机飞轮的转速为600 r/min，那么，每秒钟完成工作循环的个数和对外做功次数分别为( )
A. 5，5　　　　　　　　 B. 10，10
C. 15，15 D. 20，20
14.把一乒乓球压入盛有水的烧杯底部（如图所示），松手后，乒乓球上升至水面最后漂浮在水面上。乒乓球在上升的过程中，它的机械能不断增加。下列关于乒乓球机械能来源的说法中正确的是（）
A. 是由水的内能转化来的 B. 是由水的重力势能转化来的
C. 是由乒乓球的内能转化来的 D. 是由乒乓球的化学能转化来的
15.汽车开动和人的生命活动都需要能量，能量是各种运动的量度。给汽车开动和人的生命活动提供能量的两个过程如图所示，下列分析错误的是( )
A. 都通过剧烈的氧化反应释放出能量 B. 都将化学能转化为其他形式的能
C. 都参与自然界的碳循环和氧循环 D. 都遵循能量的转化和守恒定律
二、填空题：本大题共10小题，共60分。
16.人骑电动自行车下坡时重力势能________（填“增大”“减小”或“不变”）。到达坡底后在水平路面上匀速骑行过程中，机械能________（填“增大”“减小”或“不变”）。刹车后很快停了下来，发现刹车片很烫，这是通过________的方式改变刹车片的内能。
17.单位质量的气体物质，在体积不变的条件下温度升高1℃所吸收的热量称为该气体的定容比热，已知氦气的定容比热为3100 J/(kg·C)。如图所示，质量为0.02 kg的氦气被密封在圆柱形汽缸内，汽缸内氦气气压与外界大气压相同。用力把活塞AB固定，当氦气的温度从20℃升高到30℃时，氦气吸收的热量是________J。撤去力，氦气推动活塞做功，这一过程的能量转化形式与四冲程汽油机的________冲程相同。
18.如图所示，用活塞式打气筒为自行车轮胎打气的过程中，会发现气筒的上部筒壁只是略有发热，而气筒下部的筒壁，特别是筒壁底部附近的温度较高，甚至烫手。
(1)导致筒壁发热有两种解释：①打气时活塞压缩气体做功，使气体的内能 ，升温的气体通过 使筒壁温度 ；②打气时活塞与筒壁之间不断地 ，使筒壁的内能增加， 升高。
(2)根据上述筒壁发热现象的描述，解释 比较合理。
19.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______________________________________________________________________________。
20.常见的射线有：α射线、β射线、γ射线。
(1)α射线：一束在电场中偏向 极板的射线，α粒子就是氦原子核。
(2)β射线：一种带负电的高速运动的 ，具有很强的贯穿本领
(3)γ射线：一种波长很短的电磁波，其穿透本领最 。主要应用：可用来检测钢板或纸张的厚度、金属内部的砂眼及裂缝；可用来检查和医治恶性肿瘤，照射种子使种子变异，培育优良品种。
21.小明想通过实验“探究永动机能否制成”，他进行了如下实验。
(1)如图甲所示，在脸盆内装大半盆水，将毛巾一端浸在水中，另一端低垂在脸盆外。可以看到，搭在脸盆边的毛巾能自动吸水，并从垂在盆外的另一端不停地滴下。
(2)根据上述实验现象，他设计了一个图乙所示的“水滴永动机”。为了论证上述图乙的设计是否科学可行，他又用水杯、棉纱织带、水进行图丙所示的实验，通过观察发现：棉纱 (填“能”或“不能”，下同)自动地将水从低处抽到高处，相反，它 将上方容器里的水抽向低处。
(3)根据图丙中的实验现象，推理出：上述“水滴永动机”是 (填“能”或“不能”)制成的，因为它违背了 定律。
22.汽车工程师探究单个轮胎滚动阻力与行驶速度、轮胎气压、轮胎品牌的关系。根据收集到的数据，绘制了如图所示的图像。
（1）工程师在探究单个轮胎滚动阻力与轮胎气压的关系时，应控制的变量有_____________。
（2）工程师在探究单个轮胎滚动阻力与行驶速度的关系时，轮胎克服最小阻力做功的功率大小为________W。
（3）实践证明，当汽车轮胎气压增大到一定值后，汽车的安全性会随之降低。请综合考虑汽车安全性，结合以上实验数据，提出能有效减小汽车能耗的建议：_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
23.铝箔轻巧，导电性好，能做许多科学实验。
实验1：“铝箔小火箭”
将铝箔卷成筒状，上端封闭并装入一截火柴头，下端开口并装上尾翼，制成小火箭。将小火箭套在发射架上，加热其上端，如图甲所示。稍后小火箭就会射到空中。
（1）小火箭与发射架不能套得太紧，否则会因________力太大，难以起飞。
（2）火柴头燃尽后，空中的小火箭还能继续上升，这是因为小火箭具有________。
（3）实验2：“铝箔秋千”
折一个U形铝箔框，其两端通过回形针与干电池两端相连，置于磁铁上方，如图乙所示。通电时，铝箔框就会朝一个方向摆动。
通电摆动时，电能转化为________能和内能。
（4）若要改变铝箔框通电时的摆动方向，请写出一种方法：______________________________________________________________________________。
24.周末，小金一家前往千岛湖游玩，他们在乘船时看到了一些现象，小金结合自己所学的知识，对生活中的现象进行了分析。
(1)候船时发现码头侧面吊有数个轮胎(如图甲所示)。他推测此装置可以将轮船靠拢时的一部分动能转化为____，减少了过强撞击带来的震动和损坏。
(2)登船时，由于轮船入口远高于码头，乘务人员为了安全便捷，架设了登船梯(如图乙所示)，其近似可看成是个斜面。则小金在登船梯上沿斜面拖动行李箱所施加的拉力__(填“大于”“等于”或“小于”)行李箱自身的重力。
(3)轮船启动后，在海面上变速行驶，小金判断在整个过程中，能量应该是__(填“守恒”或“不守恒”)的。
25.随着人民生活水平的提高，汽车已进入千家万户。图甲所示是某品牌的小汽车。
问1：汽车在行驶时，发动机的温度会升得很高。为了确保安全，可用液体循环进行冷却。这是通过 的方式减少汽缸内能的。
问2：用同一热源对质量相等的A、B两种液体加热，其温度随加热时间变化的图像如图乙所示，根据图中提供的信息，若请你在A、B两种液体中选择一种作为汽车的冷却液，应选择 (填“A”或“B”)液体更好。
问3：若发动机的水箱中贮有10 kg的某种冷却液，当其温度升高20 ℃时，它需要吸收的热量为 。[冷却液的比热容c＝4.0×103 J/(kg·℃)]
问4：工厂为了测试汽车发动机的效率，让汽车在平直公路上以90 km/h的速度匀速行驶2 km。已知轿车发动机的功率为46 kW，汽油的热值为4.6×107 J/kg。
①求小汽车在行驶过程中受到的阻力。
②若该过程中发动机把汽油完全燃烧产生的内能转变为机械能，再通过传动机械驱动汽车行驶的效率是25%，则在这个过程中发动机需要消耗的汽油质量为多少？
三、分析计算题：本大题共1小题，共8分。
26.用天然气灶烧水，燃烧0.5 m3的天然气，使100 kg的水从20 ℃升高到70 ℃。已知水的比热容c＝4.2×103 J/(kg·℃)，天然气的热值q＝7.0×107 J/m3。求：
(1)0.5 m3的天然气完全燃烧放出的热量Q放。
(2)水吸收的热量Q吸。
(3)燃气灶的效率η。
四、解答题：本大题共1小题，共10分。
27.(本小题10分)
英国物理学家斯特林于1816年发明了“斯特林发动机”。斯特林发动机气缸内工作介质易汽化、易液化，该介质经过吸热膨胀、冷却压缩的循环过程输出动力，因此又被称为热气机。某工程师按照“斯特林发动机”原理设计了如图甲所示的模型机，工作过程中飞轮持续旋转如图乙。请结合所学知识解释飞轮能持续转动的工作原理。
答案和解析
1.【答案】B
【解析】略
2.【答案】C
【解析】略
3.【答案】D
【解析】略
4.【答案】C
【解析】略
5.【答案】C
【解析】略
6.【答案】D
【解析】略
7.【答案】D
【解析】略
8.【答案】D
【解析】略
9.【答案】C
【解析】略
10.【答案】B
【解析】略
11.【答案】D
【解析】【分析】
略
【解答】
略
12.【答案】B
【解析】略
13.【答案】A
【解析】略
14.【答案】B
【解析】略
15.【答案】A
【解析】【分析】
略
【解答】
略
16.【答案】减小 不变 做功
【解析】略
17.【答案】620 做功
【解析】略
18.【答案】(1)增加；热传递；升高_；摩擦生热；温度；
(2)；①；
【解析】略
19.【答案】（1）热传递 （2）物体间力的作用是相互的
【解析】略
20.【答案】（1）负；（2）电子流；（3）强
【解析】略
21.【答案】（2）不能；能；（3）不能；能量转化和守恒(或能量守恒)_
【解析】略
22.【答案】（1）行驶速度和轮胎品牌 （2）1050 （3）选择合适的轮胎在较为合适的气压下以90 km/h左右的速度行驶
【解析】略
23.【答案】（1）摩擦 （2）惯性 （3）机械 （4）调换干电池的正负极（或“调换磁铁的磁极”）
【解析】略
24.【答案】（1）弹性势能；（2）小于；（3）守恒
【解析】略
25.【答案】热传递；B；8.0×105J；①1 840 N　②0.32 kg
【解析】略
26.【答案】解：（1）天然气完全燃烧放出的热量：Q放=Vq=0.5m3×7.0×107J/m3=3.5×107J；
（2）水吸收的热量：Q吸=cm（t-t0）=4.2×103J/（kg ℃）×100kg×（70℃-20℃）=2.1×107J；
（3）燃气灶的效率：×100％=×100％=60％。
答：（1）0.5m3天然气完全燃烧放出的热量是3.5×107J；
（2）水吸收的热量是2.1×107J；
（3）燃气灶的效率是60%。
【解析】略
27.【答案】答：酒精灯加热将化学能转化为内能，热气缸中的工作介质吸热汽化膨胀，推动活塞A向右运动做功，将内能转化为机械能；由于飞轮具有惯性，带动活塞A向左运动，活塞A将热气缸中的工作介质推入冷气缸并液化，活塞B又将介质推回热气缸。如此反复。
【解析】略
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