第24课能量的转换与守恒（原卷版）

第24课能量的转换与守恒学习目标学习目标课程标准学习目标了解能量转换掌握能量守恒定律理解能量转换的方向性能量之间相互转换能量守恒定律与永动机能量转换的方向性002预习导学观察下列能量变化高空跳伞湍急的瀑布003知识梳理一．能量的相互转化1.能量有机械能、内能、化学能、电能、核能等多种形式，各种形式的能量不是孤立的，而是相互联系的。2.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：能量转化的现象在我们周围经常发生。太阳光照射到绿色植物的叶片上，叶片通过光合作用把水和二氧化碳合成为淀粉等有机物质，将电磁能（光能）转变为化学能储存在植物里；太阳光照射到大气中使大气产生对流，将电磁能转变为空气的动能；太阳光照射到太阳能热水器上，使水的的温度升高，将电磁能转变为水的内能；太阳光照射到电池板上，将电磁能转化为电能。（2）人体能量的来源及转化：人的生命活动和人体完成的各种动作，都需要能量。所有这些能量都来自于食物。人吃进各种食物，食物消化后被吸收的营养物质从血液输送到人体各处，食物的化学能转化为人体的内能、电能、机械能等。我们每天都在使用电能，电能由发电厂提供。在火力发电厂中，燃烧煤或者天然气来加热水，水沸腾后产生的驱动涡轮机转动，涡轮机带动发电机，发电机发出的电通过输电线传输到各地的用户，对于燃煤发电厂，电能是由化学能经过一系列能量转化后得到的。大量事实表面，自然界中各种形式的能量都不是孤立的，不同形式的能量之间会发生相互转化，能量也会在不同的物体间相互转移。各种形式的能量之间的转化是非常普遍的现象，自然界中的物质运动形式的变化总伴随着能量的相互转化。平常我们所说的“消耗能量”、“利用能量”或者“获得能量”，实质上就是能量相互转化或转移的过程。1.能量转化和守恒定律：大量事实告诉我们，在能量的形式发生相互转化的过程中，某种形式的能量减少了多少，另一种形式的能量一定会相应的增加多少。同样。某种形式的能量增加了多少，另一种形式的能量就相应的减少了多少，而能的总量保持不变。也就是说：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。2.能量转化和守恒定律是自然界最普遍、最重要的基本定律只有。无论是机械运动，还是生命运动；无论是宇宙天体还是微观粒子，都遵循这个定律。“永动机”不可能成功的事实告诉我们，违反能量的转化和守恒定律的事件是不可能发生的。那么，遵循能量的转化和守恒定律的事件是否一定会发生呢？2.大量的现象都表面，能量的转化和转移是有一定的方向性的。我们是在能量的转移或转化的过程中利用能量的。040401强化训练一、选择题1．2023年5月11日，天舟六号货运飞船与空间站完成对接。这是我国改进型货运飞船首发船，其发射成功意义重大。下列说法正确的是（）A．起飞时，燃料的化学能全部转化为火箭的机械能B．对接完成后，以空间站为参照物，飞船是静止的C．货物从地面运到空间站，其质量与重力都保持不变D．完成对接后，空间站绕地球运动时运动状态保持不变2．如图是太阳能电池路灯，白天太阳能电池板将太阳能转化为电能，这种能量通过再次转化储存在大容量蓄电池内，夜晚蓄电池给路灯供电，下列说法正确的是（）A．路灯的塑料和铝合金灯柱都属于有机合成材料B．夜晚蓄电池给路灯供电时将光能转化为电能C．白天给蓄电池充电时将化学能转化为电能D．路灯的灯柱用合金材料制成是因为合金比纯金属具有更好的性能3．小科自制了一个“电池秋千”，如图所示，他用铜线圈做一个秋千，线圈下方放一块永久磁铁，线圈通电后，轻推线圈，线圈就能不停地摆动。下列有关叙述正确的是（）A．该电池秋千的工作原理和电动机类似B．电池秋千摆动过程中机械能转化为电能C．电池秋千摆动到最低点时动能为零D．改变磁体的两极可以使电池秋千摆动得更快4．汽车已经成为现代生活中不可缺少的一部分，现代家庭用汽车多数采用汽油机作为发动机，如图是四冲程汽油机的一个冲程，下列对汽油机和该冲程判断正确的是（）A．该冲程汽油机气缸内只有空气B．该冲程活塞运动是靠飞轮的惯性来完成的C．若该四冲程汽油机机飞轮转速为1800r/min，它1s完成了15个冲程，做了15次功D．该冲程为压缩冲程，内能转化为机械能5．2022年11月13日，“洞察”号火星探测器的太阳能板因积灰过多而被关闭。太阳能板的作用是将太阳能转化为（）A．电能 B．内能 C．动能 D．势能6．如图所示的四种家用电器中，主要利用电流热效应工作的是（）A．吸尘器B．电饭煲C．电风扇D．洗衣机7．现在开发的智能公路可以利用路面上的光伏发电板给行驶的车辆充电，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8．下列现象中，利用了自然界的机械能直接发电的是（）A．北方沼气池发电 B．三峡水电站水力发电C．新疆地热发电 D．硅光电池板发电9．继高铁之后，华龙一号核电装置成为了我国的另一“国之重器”，目前已经和多个国家签订了核能发电项目。如图是核电站工作流程图，关于流程中各装置的能量转换，正确的是（

）A．核反应堆：核能转化为内能 B．蒸汽轮机：化学能转化为机械能C．发电机：电能转化为机械能 D．电风扇：电能转化为化学能10．温州市文成县珊溪水利工程发电厂的总装机容量达20万千瓦，年发电量约3.55亿千瓦时，这些能量来自大坝拦截的水所具有的（

）A．电能 B．内能 C．化学能 D．机械能11．如右图，小球在A点由静止释放后向右侧摆动，B点是小球摆动的最低点，C点是小球摆到右侧的最高点，且A、C两点到B点的竖直距离hA>hC，下列说法中不正确的是（）A．B点时，小球受力不平衡B．A到B的过程中，重力对小球做功，拉力没有做功C．小球的动能和重力势能可以相互转化D．在A到C的过程中，有部分机械能转化为化学能12．如图所示，在光滑的水平面上，一轻质弹簧左端固定，右端连接一个金属小球，O是弹簧保持原长时小球的位置。开始时通过小球压缩弹簧到A位置（已知AO=BO），释放小球，研究小球在水平方向上的受力和运动情况，则（）A．小球从A运动到O的过程中所受弹力方向向右，速度先增大后减小B．小球从O运动到B的过程中所受弹力方向向左，速度不断减小C．小球运动到B点时将停止运动并保持静止D．小球在运动过程中所受弹力的方向保持不变13．如图所示，运动员在进行蹦床比赛。运动员离开蹦床竖直向上运动到一定高度又落在蹦床上，直至最低点的过程中，不计空气阻力和碰撞时的能量损失，下列说法正确的是（）A．运动员弹离蹦床以后，蹦床对运动员做了功B．到达最高点时运动员的速度为零，受力平衡C．运动员从最高点下落到最低点过程中，其机械能守恒D．下落过程中，运动员的重力做功先变快后变慢14．核酸检测采样时使用的“采样拭子”，其顶端是如图所示的植绒拭子，安全、无毒。有一种植绒方式是：植绒机产生数万伏的高压静电，通过电子转移让喷头中的绒毛带上负电荷，然后在被植绒物体表面喷涂上胶粘剂，移动喷头靠近被植绒物体，绒毛在高压静电作用下从喷头中飞升到被植绒物体表面，呈垂直状植在涂有胶粘剂的物体表面。上述植绒过程中蕴含了许多科学知识，下列描述不合理的是（）A．喷头中的绒毛带上负电荷，是由于绒毛得到了电子B．以移动的喷头为参照物，被植绒物体是运动的C．绒毛能在高压静电作用下运动，是由于能量可以创生D．绒毛从喷头中飞升到被植绒物体表面，是由于力能改变物体的运动状态15．下列有关课本中各图内容的分析正确的是（）A．甲图：使用杠杆既能省力，又能省功B．乙图：这种“永动机”不可能实现，因为它必须遵守能的转化与守恒定律C．丙图：核电站反应堆里进行的是核裂变，现在人类可以和平利用核聚变的能量D．丁图：研究电热与电阻的关系，只需要控制通电电流相等二、填空题16．马丁喷气背包是“世上操作最简单的飞行器”，它很好驾驭，你只要系好安全带，旋转操作杆，它就会带你离开地面，如图所示。（1）飞行背包发动燃料为汽油，则汽油燃烧时将能转化为内能；（2）喷气飞行背包向下快速喷气，使人腾空而起，说明物体间；（3）要使“火箭人”悬停在空中，背包喷出气体的方向应该是。17．我们学习了能的转化和守恒定律后，用学过的知识回答下列问题。（1）当杂技演员沿竹竿下滑时，演员的重力势能有一部分转化为手和竹竿的内能，使竹竿和手的温度升高。但是，相反的过程也不会自发地发生，即手和竹竿不可能自发地降低温度，而使人的位置升高，这个现象表明，能量的转移和转化有一定的。（2）如图所示A物体上升，B物体下降，这过程能量发生了（填“转移”或“转化”）。18．如图是东海塘风力发电的外景，风力发电是将风能转化为能，且风能是清洁的（选填“可再生”或“不可再生”）能源。

三、探究题19．如图是中国自主设计的“人造太阳”实验装置——东方超环，它在1亿度超高温度下运行了近10秒；（1）核能的释放有重核裂变和轻核聚变两种途径，“人造太阳”的反应原理与太阳相似，通过的途径释放出巨大能量，从而获得高温；（2）人造太阳加热功率超过瓦，若利用人造太阳发电，发电效率为60%，则每小时发电量达J。20．能量转化和守恒定律是许多科学家经过长期探索才建立起来的，是科学史上重大发现之一。材料一：十七至十八世纪，多位科学家对能量的量度提出了不同的观点。1644年，笛卡尔用物体的质量（单位kg）和其速度（单位m/s）的乘积来表示“能量”1686年，莱布尼兹用物体的质量和其速度平方的乘积来表示“能量”；1743年，达朗贝尔用“活力”（即物体受力作用通过一定距离）来表示“能量”。材料二：温度计的不断改进给热与功研究的精确化提供了必要条件。材料三：焦耳通过400多次的实验，为能量守恒定律的确立奠定了定量的实验基础。（1）材料一中，笛卡尔所表示的“能量”的单位是。（2）如图所示是焦耳实验的装置，通过重物的上下运动，带动叶片转动，这个过程中（填能的一种形式）转化为水的内能。（3）结合材料分析，以下观点正确的是。A．伟大科学家的观点都是正确的B．测量工具的发展有助于科学理论的研究C．对科学的认识是一个不断修正完善的过程四、简答题21．在科学发展不同时期，人们对“热”有不同的认识。材料一：18世纪末，普利斯特利在实验的基础上提出“热质说”，认为热是一种称为“热质”的物质，是一种无质量的气体。自然界热质的总量不变，不会产生也不会消失，热质会由高温物体流到低温物体。材料二：19世纪中期，焦耳提出：自然界根本不存在热质，热只是一种能量的形式，其它形式的能量也可以转化为热能。如燃烧能产生热，导体通电也会产生热。材料三：焦耳利用如图装置进行实验，重物下降时通过定滑轮和转轴带动水中的叶轮转动，使容器中水的热能增大，温度升高，并计算出水增加的热能约等于重物做的功。改用水银、油重复实验，最终确认热与其它能量之间的转换关系。（1）焦耳实验中水温升高t1℃，将水改为等质量的油，重复相同实验，油温升高t2℃，则与的大小关系是；（2）焦耳的实验中存在多处摩擦，其中一处的摩擦力增大可提高实验精确度，该摩擦力为；（3）下列事实可作为否定“热质说”证据的是。A．导体通电会产生热B．木炭燃烧放出大量的热C．铁片放在火焰上灼烧，温度上升D．热水在室温下热量会逐渐散失温度降低22．“铀（元素符号为U）”是存在于自然界中的一种稀有化学元素，最常见的两种同位素为U—235和U—238，其中U—235具有放射性，根据国际原子能机构的定义，丰度为3%的U—235为核电站发电用低浓缩铀，U—235丰度大于80%的铀为高浓缩铀，其中丰度大于90%的称为武器级高浓缩铀，主要用于制造核武器。铀矿中U—235含量极低，只占0.64%，绝大部分是U—238，占了99.2%。目前从铀矿中提取U—235的主要方法是“气体扩散法”，即让这两种原子处于气体状态，利用U—235原子和U—238原子运动速度略有不同而逐渐分离。分离次数越多，U—235的浓度就越大。受2011年发生的大地震及海啸影响，日本福岛第一核电站1至3号机组堆芯熔毁。截至目前，已储存了125万吨核污水。丧心病狂的日本政府，不顾国内外反对声浪，在其它手段没有用尽的前提下，坚持决定在2023年夏开启“核废水排海”计划。请根据以上信息分析：（1）U—235和U—238在原子结构上的主要区别是。（2）用气体扩散法分离U—235和U—238的方法，属于（选填“物理变化”、“化学变化”、“原子核裂变”）。在气体状态时，U—235的运动速度U—238（选填“大于”、“等于”或“小于