备战2021 中考科学 精讲精练 专题26 内能、核能、能量守恒与转化（教师版）

备战2021 中考科学 精讲精练 专题26 内能、核能、能量守恒与转化（教师版）

专题 26 内能、核能、能量守恒与转化 【知识点回顾】 一、能的多种形式 考点 1 列举能的多种形式(机械能、内能、电能、化学能、核能) 能量是以多种形式存在的，常见的能量形式有机械能、内能、________、化学能、________ 等。 二、内能 考点 2 知道克服摩擦做功与物体内能改变的关系 1．内能含义：构成物质的大量微粒(如分子、原子、离子等)做________而具有的能， 俗称热能。________都有内能。 2．物体温度________，内能________；温度越低，内能越小。 3．克服摩擦做功，能使物体的内能增加。 考点 3 知道做功和热传递是改变内能的两种途径 1．做功：对物体做功，物体的内能________；物体对外界做功，物体的内能________。 实质是能的形式发生了转化。 2．热传递：物体吸热，内能________；物体放热，内能________。实质是内能从高温 物体传递到低温物体，或者内能从同一物体的高温部分________到低温部分的过程。能的形 式未发生转化。 注意：做功和热传递对改变物体的内能是________的。 考点 4 知道在热传递过程中用热量来量度内能的变化 在热传递中，传递的能量多少叫________。低温物体从外界吸收多少热量，内能就 ________多少；高温物体向外界放出多少热量，内能就________多少。 考点 5 举例说出化学能与内能的转化 1．化学能是物质发生化学反应时所释放的能量，它不能直接用来做功，只有在发生 ________的时候才释放出来，变成内能或者其他形式的能量。 2．化学能与内能的转化 常见吸热反应：________转变为化学能 大多数分解反应；大多数需要加热或高温条件下才能进行的反应。 常见放热反应：化学能转变为内能 燃烧；中和反应；金属与酸反应；一般化合反应(如生石灰和水反应)。 三、热机 考点 6 说出汽油机的工作过程，知道汽油机的能量转化 1．热机是指各种利用内能做功的机械。热机原理是将燃料的____________转化成内能 再转化成____________。 2．热机的四个冲程：吸气冲程，____________冲程，____________冲程，____________ 冲程。 四、核能的利用 考点 7 知道裂变和链式反应；知道聚变和热核反应 1．含义：原子核是可以改变的，且在有些改变的过程中还会释放出巨大的能量，这种 能量叫做核能。 2．获得核能的途径 重核裂变：质量较大的原子核在中子轰击下分裂成两个新原子核，并释放出能量的过程。 原子弹：根据________的原理制成。 轻核聚变：两个质量较小的原子核结合成质量较大的新核，同时释放出能量的过程。 氢弹：根据________的原理制成。 考点 8 知道放射性及其应用 1．原子核的裂变和聚变都会产生一些放射性物质，如α射线、γ射线、X 射线、β射线等。 2．大量放射线对人畜会造成很大的伤害。如：建造核电站通常要修建很厚的水泥防护 层，防止放射线外泄。 3．较小量的射线可以为人类做许多事。如：利用γ射线探伤；育种；放射线治疗肿瘤等 疾病。 考点 9 知道核电站是利用核裂变的原理来工作的 1．核电站原理：________。 五、能量的转化与守恒 考点 10 举例说出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________为其他形式，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________，这就是________。 2．能量的转化和守恒定律是自然科学最基本的规律。“永动机”是不可能成功的，因为 它违背了___________________________________________________________________。 考点 11 举例说出能量的转化与传递有一定的方向性 能量的转化与传递有一定的________：例如热能可以从高温物体转移到低温物体，而不 能自发地从低温物体转移到高温物体；可燃物可以通过燃烧将化学能转化成内能，但不可能 将内能自发地转化成化学能。 考点 12 知道能量利用效率和节能的关系 1．能量利用效率是指有效利用的能与总能量之比。 2．提高能量利用效率的方法：减少能量浪费和损失；改进机械设备。 考点 1 电能 核能 考点 2 1.无规则运动 任何物质 2.越高 越大 考点 3 1.增加 减少 2.增加 减少 传递 等效 考点 4 热量 增加 减少 考点 5 1.化学变化 2.内能 考点 6 1.化学能 机械能 2.压缩 做功 排气 考点 7 2.核裂变 核聚变 考点 9 1.原子核裂变 2.内能 电能 考点 10 1.转化 转移 总量保持不变 能量转化和守恒定律 2.能量的转化和守恒 定律 考点 11 方向性 【例题精析】 例 1．（2020•宁波）如图为一种自热火锅的构件图。该自热火锅的发热包内有铁粉、铝粉、 炭粉、生石灰等物质，将发热包放到水中，会放出大量的热。有关该自热火锅的说法不 合理的是（ ） A．生石灰与水反应，会放出大量的热 B．设计出气孔的目的是避免使用时盒内气压过高 C．遇水能放出热量的物质都能作为发热包的内容物 D．使用过的发热包即使干燥后也不能重复使用 【解答】解： A、由化学知识可知，生石灰与水发生化学反应，会释放出大量的热量，故 A 正确； B、盒盖上有出气孔，这样会避免使用时盒内气压过高，能防止危险的发生；故 B 正确； C、发热包用于自热食品，要注意发热材料不能有强腐蚀性和毒性，所以不是遇水能放出 热量的物质都能作为发热包的内容物，故 C 错误； D、使用过的发热包发生了化学变化，干燥后不能重复使用，故 D 正确。 本题选错误的；故选：C。 例 2．（2020•衢州）将冰块放在泡沫箱中可制成简易“冰箱”，把一瓶饮料放入“冰箱”后，冰 块和饮料的温度随时间变化的曲线如图所示，在两物体温度达到相同之前，下列说法正 确的是（ ） A．甲是冰块 B．乙吸收热量 C．甲内能增加 D．乙内能减少 【解答】解：由图可知，物体甲的温度是降低的，即物体甲放出热量，内能减小；物体 乙的温度是升高的，即物体乙吸收热量，内能变大；所以物体甲是饮料，乙是冰块；故 B 正确，ACD 错误。 故选：B。 例 3．（2019•宁波）2019 年 1 月 3 日（农历十一月二十八），我国“嫦娥四号”探测器在月球 背面软着陆，这是人类探测器首次成功登陆月球背面。下列关于“嫦娥四号”探测器在月 球背面着陆前后的分析，符合实际的是（ ） A．着陆时，探测器和月球位于图中的 c 点附近 B．探测器要有防水设计，因为环形山上有水 C．探测器着陆前要减速，因为与大气摩擦会生热 D．探测器在月球的着陆点能拍到地球的照片 【解答】解： A、由图可知月球转动方向，由于探测器需要登陆月球背面，所以探测器应在月球的后面 a 或 c 点附近，但由于 a 点时月球背面没有太阳光照射，所以，适合的着陆时机是在探测 器和月球位于右图中的 c 点附近，故 A 正确； B、由于月球上没有水，所以探测器不需要有防水设计，故 B 错误； C、探测器着陆前会减速，由于月球上没有空气，所以不会与大气摩擦会生热，故 C 错 误； D、探测器登陆月球背面，所以在月球的背面是看不到地球的，故没法拍到地球的照片， 故 D 错误。 故选：A。 例 4．（2020•衢州）下列用电器把电能主要转化为机械能的是（ ） A．电风扇 B．电灯 C．电饭煲 D．电熨斗 【解答】解：电灯在工作时将电能转化为光能和内能，电熨斗和电饭锅在工作时将电能 转化为内能，故 BCD 不符合题意；而电风扇可以将电能转化为机械能，故 A 符合题意。 故选：A。 例 5．（2018•温州）某智能百叶窗的叶片上贴有太阳能板，在光照时发电，给电动机供电以 调节百叶窗的开合。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 【解答】解：太阳能板，在光照时发电，即把太阳能转化为电能；电能供给电动机，转 化为机械能，调节百叶窗的开合；故该过程中发生的能量转换是光能→电能→机械能。 故选：C。 例 6．（2018•绍兴）2018 年 5 月 14 日，川航 3U8633 航班客机驾驶舱右侧风挡玻璃突然破 裂，机长在低压、极寒、缺氧、巨大噪声的恶劣条件下操纵飞机成功降落，被誉为一次“世 界级”的备降。 （1）飞机玻璃破裂的瞬间，强大的气流损坏仪器面板，此时气流的方向是 从驾驶舱到 外界 （选填“从外界到驾驶舱”或“从驾驶舱到外界”）。 （2）此事件中的雷达观察员被媒体称为幕后英雄。太阳活动增强时会影响雷达等短波通 讯，常见的太阳活动有太阳黑子、 耀斑（或太阳风） 、日珥等。 （3）高空中虽然气温极低，但飞机上的空调一般是制冷的，这是因为机外的冷空气吸人 飞机后需要压缩，使空气的温度升到 50℃以上，这种改变内能的途径属 做功 。 【解答】解：（1）飞机在空中飞行时，玻璃破裂，由于外界气体的流速大于飞机驾驶舱 内部气体的流速，故外界气压要小于驾驶舱内部的气压，此时气流的方向是从驾驶舱到 外界； （2）常见的太阳活动有太阳风、太阳黑子、耀斑、日珥等； （3）机外的冷空气吸人飞机后需要压缩，对空气做功使空气的内能增加，温度升高。 故答案为：（1）从驾驶舱到外界；（2）耀斑（或太阳风）；（3）做功。 例 7．（2018•温州）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）蜡烛对铜制容器底部加热导致容器内水温升高，这是通过 热传递 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 物体间力 的作用是相互的 。 【解答】解： （1）蜡烛燃烧放出热量被水吸收而增大水的内能，这是通过热传递的方式改变水内能的； （2）由图可知，水沸腾时产生大量的水蒸气，水蒸气从铜管喷出时是内能转化为机械能， 喷出时给空气一个力，由于物体间力的作用是相互的，空气给水蒸气一个大小相等，方 向相反的力推动蒸汽船前行。 故答案为：热传递；物体间力的作用是相互的。 例 8．（2019•台州）某电子打火机打火原理如图，压电陶瓷受到撞击时表面电荷重新分布， 产生高电压，发出电火花点燃气体。撞击时，通过压电陶瓷实现的能量转化是 机械能 转化为电能 ；放电时，两块压电陶瓷的连接方式是 并 联。 【解答】解：由压电陶瓷的工作过程可知，压电陶瓷受到撞击时产生高电压，发出电火 花，因此撞击时，通过压电陶瓷实现的能量转化是机械能转化为电能； 由图可知，两块压电陶瓷的正极、负极分别并列连在一起，因此是并联的。 故答案为：机械能转化为电能；并。 例 9．（2017•义乌市）排球充气后，让排球从手上自由落下，排球每次弹回的高度都低于落 下时的高度。 （1）解释整个过程中能量是否守恒。 （2）排球从接触地面到形变最大的过程中，速度 v 与形变大小△V 之间的关系大致如图， 请说明该过程中，排球受力情况与机械能变化的关系。 【解答】答：（1）整个过程中能量守恒。排球从手上自由落下，排球每次弹回的高度都 低于落下时的高度，是因为由于空气的摩擦，有一部分机械能逐渐转化为内能，但能量 的总量是守恒的。 （2）排球从接触地面到形变最大的过程中，受到重力和地面给予的弹力的作用，开始时 重力大于弹力，速度逐渐增大；当重力等于弹力时，速度达到最大值；最后重力小于弹 力，速度逐渐减小，直至速度为零。整体过程中可以认为是动能转化为排球的弹性势能。 例 10．（2016•绍兴）光滑斜面甲与水平面 AB 平滑连接，从斜面甲高 H 处静止释放小球， 小球运动到 B 点静止，如图甲，在 AB 上的 C 点平滑拼接另一光滑斜面乙。已知 AB＝ 3AC，如图乙，回答下列问题： （1）如果小球从斜面甲高 H 处静止释放，说明小球在乙斜面到达的最大高度 h 与 H 的 数量关系及理由。 （2）要使小球在乙斜面上到达的最大高度变为 2h，小球应在甲斜面上多高处静止释放， 并说明理由。 【解答】答：（1）从释放点到 B 点静止，减少的机械能等于在 AB 水平面上由于摩擦而 损失的机械能，因为 AB＝3AC，所以在 AC 上损耗的机械能是 AB 上的三分之一，所以 乙斜面上时机械能比甲斜面上时的机械能少三分之一，故上升的高度 h H； （2）小球在乙斜面上升高度为 2h，即 H，因为 AC 段上消耗的机械能与第一次相同， 即消耗 高度的机械能，所以原来小球在甲斜面上的释放高度是：2h H； 【习题巩固】 一．选择题（共 11 小题） 1．2019 年 7 月 19 日，中国“天宫二号”目标飞行器受控坠落于南太平洋，“天宫二号”穿越大 气层时，大部分被焚毁，像一颗流星划过天空。以下四个事例中，能量转化与之相同的 是（ ） A．甲、丙 B．甲、丁 C．乙、丙 D．乙、丁 【解答】解： “天宫二号”穿越大气层时，克服摩擦做功，机械能转化为内能，使“天宫二号”内能增加， 温度升高，发生剧烈燃烧； 甲、用力将活塞压下，活塞对空气做功，筒内空气的内能增大、温度升高，达到了棉花 的着火点，棉花就会燃烧，此过程中机械能转化为内能，故正确； 乙、汽油机做功冲程中，高温高压的燃气对外做功，此过程中内能转化为机械能，故错 误； 丙、试管内气体对瓶塞做功，气体的内能转化为瓶塞的机械能，故错误； 丁、钻木取火属于摩擦生热现象，克服摩擦做功，机械能转化为内能，故正确。 故选：B。 2．能量转化是非常普遍的现象，下列关于能量转化的叙述正确的是（ ） A．洗衣机甩干衣服时，将内能转化为机械能 B．电池放电的过程，将电能转化为化学能 C．炉灶中烘焙燃烧时，将内能转化为化学能 D．用电热水器烧水时，将电能转化为内能 【解答】解：A、洗衣机甩干衣服，消耗电能使脱水桶转动，将电能转化为机械能，故 A 错误； B、电池放电的过程，将化学能转化为电能，故 B 错误； C、炉灶中烘焙燃烧时，将化学能转化为内能，故 C 错误； D、用电热水器烧水时，消耗电能，将电能转化为水的内能，故 D 正确； 故选：D。 3．下列关于能量及其转化的说法中正确的是（ ） A．白炽灯通电发热是光能转化为内能 B．在电磁感应现象中电能转化为机械能 C．太阳能电池将太阳能转化为电能 D．坠落陨石在空中划过一道亮光时内能转化为机械能 【解答】解：A、白炽灯通电发热是电能转化为内能和光能，不是光能转化为内能，故 A 错误； B、在电磁感应现象中是机械能转化为电能，不是电能转化为机械能，故 B 错误； C、太阳能电池将太阳能转化为电能，故 C 正确； D、坠落陨石在空中划过一道亮光时机械能转化为内能，不是内能转化为机械能，故 D 错误。 故选：C。 4．用打桩机打桩，打桩锤从 5m 高处自由落下时，锤与桩因冲击力作用表面温度升高，这 说明（ ） A．机械能守恒 B．动能守恒 C．热能守恒 D．能量守恒 【解答】解：打桩时，锤和桩温度升高说明有内能产生，而锤的机械能减小，故发生了 机械能和内能的转化，故只能说明是能量守恒。 故选：D。 5．已知运动速度为 v、质量为 m 的物体的动能为 Ek mv2，质量为 m 的物体由于举高 h 而具有的重力势能为 Ep＝mgh，其中 g＝9.8N/kg。如图所示，在设计某些电车车站时， 站台往往建的高一些，这是为了有效地提高能量利用率。设站台高 h＝1.6m，进站的电 车到达坡的下端 A 点时速度为 25.2km/h，此后即关闭电动机的电源。由于车站的这种小 坡度设计，电车进站时所具有的机械能中，有百分之几的能量可供出站时利用（ ） A．100% B．80% C．64% D．36% 【解答】解：电车到达坡的下端 A 点时的动能为：Ek mv2， 此时电车的速度为：v＝25.2km/h＝7m/s ， 可利用的是电车的重力势能：Ep＝Gh＝mgh， 则电车进站时所具有的机械能中可供出站时利用的百分比： η ㌳䁣 ㌳䁣 Ǥͺ㌳Ǥ䁡 ͹ 64%； 故选：C。 6．为缓解电力紧张的状况，我国陆续建造了一些核电站。关于核电站，下列说法正确的是 （ ） A．核反应堆中发生的是核聚变 B．核电站使用的核燃料是石油或天然气 C．放射性元素放出的射线有α射线、β射线和γ射线 D．核电站发电的能量转化过程是：核能﹣机械能﹣内能﹣电能 【解答】解：A、核在裂变和聚变时都能释放能量，但是由于核聚变不容易控制，故核反 应堆中发生的是可控的核裂变，故 A 错误； B、核电站使用的就是核燃料，而不是石油或天然气，故 B 错误； C、放射性元素主要是放出α射线、β射线和γ射线三种射线，故 C 正确； D、核电站中将核能先转化为介质的内能，再推动发电机的转子转动，转化为机械能，并 在发电机中最终转化为电能，故 D 错误。 故选：C。 7．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，下列说法正确的 是（ ） A．核反应堆将核能转化为电能 B．蒸汽轮机将机械能转化为内能 C．发电机将机械能转化为电能 D．各种用电器将其他形式的能转化为电能 【解答】解： A、核反应堆是通过裂变反应来释放核能的，将核能转化为内能，故 A 错误； B、水受热以后温度上升会产生大量的水蒸气，水蒸气会推动蒸汽轮机转动，将内能转化 为机械能，故 B 错误； C、蒸汽轮机又带动发电机转动，最后发电机将机械能转化为电能，故 C 正确； D、用电器是将电能转化为其他形式的能，故 D 错误。 故选：C。 8．以下事例在改变物体内能的方式上与其他三项不同的是（ ） A．冬天，通过搓手来取暖 B．划火柴时，火柴燃烧 C．把袋装牛奶放在热水中加热 D．铁丝反复弯折，弯折处变热 【解答】解： A、寒冷的冬天，搓手取暖，要克服摩擦做功，将机械能转化为内能，是通过做功的方式 改变物体的内能； B、划火柴时，要克服摩擦做功，将机械能转化为内能，是通过做功的方式改变物体的内 能； C、用热水加热牛奶，牛奶吸收热量，是通过热传递的方式改变物体的内能； D、反复弯折铁丝，弯折处变热，将机械能转化为内能，是通过做功的方式改变物体的内 能； 所以，C 与 ABD 改变物体内能的方式不同，C 符合题意。 故选：C。 9．下列事例中，物体间因发生热传递而导致内能改变的是（ ） A．夏天双手紧紧捂住冰袋感觉凉爽 B．冬天两手相互摩擦感到暖和 C．用力将“摔炮”扔在地上而爆炸 D．用锯条锯木头，锯条会发热 【解答】解： A、夏天双手捂住冰袋感觉凉爽，这里没有能量的转化，而是能量的转移，是通过热传递 改变物体内能的，故 A 符合题意； B、两手相互摩擦时，机械能转化为手的内能，手的内能增大、温度升高，是通过做功改 变了物体的内能，故 B 不符合题意； C、用力将“摔炮”扔在地上时，使鞭炮与地面发生碰撞，机械能转化为内能，即通过做功 的方式改变物体的内能，故 C 不符合题意； D、用锯条锯木头，锯条会发热，机械能转化为内能，是通过做功改变了物体的内能，故 D 不符合题意。 故选：A。 10．关于温度、热量、内能，以下说法正确的是（ ） A．0℃的冰没有内能 B．物体的温度越低，所含的热量越多 C．一个物体吸收热量时，温度不一定升高 D．物体的内能与温度有关，只要温度不变，物体的内能就一定不变 【解答】解：A、因为一切物体的分子都在不停地做无规则运动，所以一切物体都具有内 能，0℃的冰具有内能。故 A 说法错误。 B、热量是过程量，描述它的术语只能用”吸收“和”放出“，不能用“含有”。故 B 说法错误。 C、一个物体吸收热量时，温度不一定升高，例如晶体熔化过程中，吸收热量，温度不变， 故 C 说法正确。 D、内能的多少与物体的质量、温度、状态有关，温度不是决定物体内能大小的唯一因素， 故 D 说法错误。 故选：C。 11．下列说法正确的是（ ） A．同一物体，温度升高，内能增加 B．物体的内能增加，一定是吸收了热量 C．一个物体举得越高，内能一定增大 D．一个物体内能越大，机械能也越大 【解答】解：A、对于同一物体，其温度升高了，其内能一定增加了，故 A 正确； B、改变物体内能的方式有两种：做功和热传递；物体内能增加可能是吸收了热量，也可 能是外界对物体做功，故 B 错误； C、一个物体举得越高，其具有的重力势能就会越大，但机械能与内能是无必然联系的， 故 C 错误； D、内能与物体内部分子的热运动和分子间的相互作用情况有关，而与整个物体机械能无 关，故 D 错误。 故选：A。 二．多选题（共 1 小题） 12．下列关于能量转化的分析错误的是（ ） A．水果电池：化学能→电能 B．植物的光合作用：电磁能→化学能 C．电磁感应现象：电能→机械能 D．核电站发电过程：核能→内能→机械能→电能 【解答】解：A、水果电池通过化学反应得到了电能，故将化学能转化为了电能，故 A 正确； B、光合作用，在光照的条件下，发生了化学反应，因此将光能转化为了化学能，故 B 错误； C、电磁感应，闭合电路中的部分导体切割磁感线运动，得到了电流，故将机械能转化为 电能，故 C 错误； D、核电站发电的过程是先将核能转化为内能，而后再将内能转化为机械能，最后将机械 能转化为电能的，故该选项正确，故 D 正确。 故选：BC。 三．填空题（共 3 小题） 13．电动独轮车是一种具有自我平衡能力的交通工具。在社会飞速发展的今天，交通拥堵也 成了最终现象，一款时尚的电动独轮车，让您享受穿梭于闹市的轻松与快乐。电动独轮 车的兴起，即将引发一场新的交通革命。请回答下列问题： （1）该电动独轮车在行驶过程中的全部能量转化是 化学能→电能→机械能 （用“→” 表示转化）； （2）电动独轮车的脚踏板材料是一种密度小、强度高和抗腐蚀性能好的合金。你认为下 列材料中最适合的是 C （填字母）； A．锰钢 B．青铜 C．硬铝 D．不锈钢 【解答】解：（1）电动独轮车行驶的过程，电池放电时化学能转化为电能，电动机工作 时电能再转化为机械能； （2）硬铝的特点是密度小、强度高和抗腐蚀性能好，故选 C； 故答案为：（1）化学能→电能→机械能；（2）C。 14．2018 年 4 月 1 日，武汉“光谷量子号”有轨电车开始载客试运营，开通了交路 1 和交路 2 两条线路。交路 2 全长约 20km，若电车某次跑完全程需要 50min。 （1）“光谷量子号”采用了能量回收系统，例如电车下坡时为了保持匀速运动，采用带动 发电机发电进行“刹车”，则在此过程中是将机械能转化为 电 能，并储存起来后供电 车重新使用，所以更加节能环保； （2）如果电车下坡时为了保持匀速运动，或进站时采用的是与普通汽车同样的刹车方式， 机械能转化为内能，就无法重新供电车使用，说明能量转化具有一定的 方向性 。 【解答】解： （1）当电车下坡时，会带动发电机发电进行“刹车”，发电机工作时，将机械能转化为电 能供电车使用，更加节能环保； （2）电车下坡制动刹车时消耗的机械能转化为内能，而这些内能却不能再次转化为汽车 的机械能，说明能量的转移和转化具有方向性。 故答案为：（1）电；（2）方向性。 15．在如图所示的四幅图中，甲、乙是两个演示实验示意图；丙、丁是四冲程汽油机工作过 程中的两个冲程示意图。其中丙图是 做功 冲程，它与 甲 图所示的演示实验原理 相同。现有一种单缸汽油机在原有四冲程的基础上增加两个冲程，成为六冲程汽油机， 也就是在原有四冲程汽油机完成排气冲程后向气缸内喷水，水在气缸内汽化成水蒸气， 水蒸气膨胀对外做功，这种汽油机一个工作循环有六个冲程。这种汽油机这样设计的目 的是 提高了热机的效率 。 【解答】解： （1）甲图对试管中的水加热，使试管中水的内能增大，水蒸气体积膨胀，对外做功，使 塞子飞出去，水蒸气的内能转化为塞子的机械能； 乙图是用力将活塞压下，活塞对空气做功，空气的内能增大，温度升高，达到了棉花的 着火点，棉花就会燃烧。是通过对物体做功来增大物体内能的，即是将机械能转化为内 能的过程。 丙图中两气门都关闭，活塞下行，汽缸容积变大，是做功冲程，做功冲程将内能转化为 机械能。它与图甲所示的演示实验原理相同。 （2）由题知，六冲程汽油机比原有的四冲程汽油机多做一次功，因此一个工作循环中共 做功两次，因为利用了排气冲程后的余热，所以大大的提高了热机的效率，节约了能源。 故答案为：做功；甲；提高了热机的效率。 四．实验探究题（共 1 小题） 16．风能是一种潜在的新能源，风力发电机可以将获得的风能转化为化学能储存在蓄电池中， 风力发电机都有一定的能量转化效率。为了研究“风力发电机的能量转化效率是否与风轮 叶片数量有关？”小明利用电风扇、秒表、风力发电机模型、电量表（可准确测量蓄电池 充电百分比）按照图甲方式进行如下实验。 ①将图乙中单叶式风轮安装在风力发电机模型上； ②闭合电风扇开关，调节电风扇挡位使其风速最大，计时 20 分钟，测量并记录蓄电池电 量变化；重复 3 次实验并计算蓄电池电量变化平均值； ③分别换用图乙中双叶式、三叶式风轮，重复步骤②； ④处理相关数据得到“蓄电池含量与时间的关系”如图丙。 （1）本实验通过观察并记录 相同时间内蓄电池电量变化量 来比较风力发电机的能量 转化效率。 （2）分析图丙，解释我国大型风力发电厂均采用三叶式风轮发电，其依据是 当风速相 同时，使用三叶式风轮能量转化效率较高 。 （3）“叶尖速比”为风轮叶片尖端运动速度与风速之比，叶尖速比会影响风力发电机的能 量转化效率。当单叶式风轮的叶尖速比为λ时，其能量转化效率达到最大值，已知该风轮 半径为 r（如图丁），风轮每秒钟转动 2 圈，应将风速控制在 风 时能使该单叶 式风力发电机能量转化效率达到最大值（用字母λ、r 表示）。 【解答】解： （1）根据实验方案可知，本实验通过观察并记录相同时间内蓄电池电量变化量来比较风 力发电机的能量转化效率。 （2）根据图丙可知，在 20min 内，三个叶片的转化效率为 20%，此时最高，那么得到结 论：当风速相同时，使用三叶式风轮能量转化效率较高，因此我国石油三叶式风轮发电； （3）风轮转动一周经过的距离为 2πr，那么风轮尖端的速度为：v 尖 ； 根据公式叶尖速比 尖 风 得到， 风 ； 解得： 风 。 故答案为：（1）相同时间内蓄电池电量变化量；（2）当风速相同时，使用三叶式风轮能 量转化效率较高；（3） 风 。 五．计算题（共 1 小题） 17．某同学准备参加玩具赛车比赛。他需要选择一只能量转化效率高的电动机。设电池电压 恒定不变为 U，他先用手捏住电动机的转轴，使其不转动，闭合开关后电流表的读数为 I1，然后放手，当电动机正常转动时，电流表的读数为 I2 （1）求该电动机的内阻为多少？ （2）该玩具电动机正常转动时将电能转化为机械能的效率为多少？（写出计算过程，用 给定已知字母表示） 【解答】解：（1）电动机不转动时为纯电阻用电器， 由 I 可得，电动机线圈的电阻：R ； （2）当电动机正常转动时，消耗的电功率： PM＝UI2， 电动机线圈的热功率： P 热＝I22R＝I22 ， 输出机械功的功率： P 机械＝PM﹣P 热＝UI2 ， 该玩具电动机正常转动时将电能转化为机械能的效率： η 机械 100% 100% 100%。 答：（1）该电动机的内阻为 R ； （2）该玩具电动机正常转动时将电能转化为机械能的效率为 100%。 六．解答题（共 3 小题） 18．如图是我国西部某地区风力发电的外景。该地区空气密度为 1.3kg/m3，一台风车的轮叶 转动时可以形成面积为 100m2 的圆面。下表给出了在不同风速下一台风车获得的能量。 平均风速（m/s） 5 10 15 20 25 30 1s 内获得的能量（×104J） 4 8 12 16 20 24 （1）对表格进行分析，你发现风车获得的能量与风速有什么关系？ （2）若此地平均风速为 15m/s，1 台这样的风车 10 分钟获得的风能是多少？这么多能量 若有 42%被 80kg 初温为 20℃的水吸收，水温可达到多少℃？（一个标准大气压下） （3）若某时间内风速为 10m/s，一台风车工作 1 小时所产生的电能供 10 只“220V100W” 灯泡正常工作 8h，求这台风车发电的效率。 【解答】解： （1）由表中数据可知，风车获得的能量随风速的增大而增大，并且成倍数的增加，所以 风车获得的能量与风速成正比关系； （2）10 分钟获得的风能： W＝12×104J×10×60s＝7.2×107J， 由题知，Q 吸＝W×42%＝7.2×107J×42%， ∵Q 吸＝cm△t， 即：7.2×107J×42%＝4.2×103J/（kg•℃）×80kg×△t， 解得： △t＝90℃， ∵一个标准大气压下水的沸点为 100℃ ∴水的末温： t＝100℃； （3）风车工作 1 小时获得的能量： W 总＝8×104J/s×3600s＝2.88×108J； 风车工作 1 小时产生的电能： W＝Pt＝10×100W×8×3600s＝2.88×107J； 故风车发电的效率： η 总 Ǥ͹ Ǥ 10%。 答：（1）风车获得的能量与风速成正比关系； （2）1 台这样的风车 10 分钟获得的风能是 7.2×107J，水温可达到 100℃； （3）这台风车发电的效率为 10%。 19．某同学观察到气象站每日放飞探空气球，如图甲，气球下吊有测量仪器，气球和仪器一 起匀速上升，他认为它们的机械能增加了，增加的机械能是什么能量转化来的呢？ （1）首先排除了气球增加的机械能是由空气的内能转化而来，理由是 在探空气球上升 的过程中，由于克服空气摩擦，其内能增加；所以探空气球机械能的增加不是内能转化 来的 。 （2）那么增加的机械能究竟是什么能量转化而来的呢？老师做了以下实验：先把木块压 入水中，当撤去压力时，木块上浮。木块升高了，同时会有一部分水下去填补木块原来 占据的位置，当木块最终漂浮后，水面有所下降。气球在空气中的上升和木块在水中的 上浮原理是相同的，从能量转化和守恒角度分析该同学提出的问题 与木块在水中上升 相似，探空气球在空气中上升，其机械能增加。气球上升后，周围有一部分空气流过来 填补气球原来占据空间的空缺，所以空气下降，其机械能减小。所以探空气球的机械能 是由空气的机械能转化而来 。 【解答】解：（1）首先排除了气球增加的机械能是由空气的内能转化而来，理由是：在 探空气球上升的过程中，由于克服空气摩擦，其内能增加；所以探空气球机械能的增加 不是内能转化来的； 。 ݐ ݐ 总 有 ∴η W 有＝W 总﹣Q＝UIt﹣I2Rt＝It（U﹣IR）， 线圈产生的热量：Q＝I2Rt 【解答】证明：电动机消耗的电能：W 总＝UIt 。 的效率η 动机工作时两端的电压为 U，通过电动机的电流为 I，请推导此电动机电能转化为机械能 能，还有一部分能量在线圈中以热量的形式散失掉。如果某电动机线圈的电阻为 R，电 20．电动机是一种使用广泛地动力机械。从能量转化的角度看，它主要是把电能转化为机械 所以探空气球的机械能是由空气的机械能转化而来。 围有一部分空气流过来填补气球原来占据空间的空缺，所以空气下降，其机械能减小。 （2）与木块在水中上升相似，探空气球在空气中上升，其机械能增加。气球上升后，周 气球机械能的增加不是内能转化来的； 故答案为：（1）在探空气球上升的过程中，由于克服空气摩擦，其内能增加；所以探空 所以探空气球的机械能是由空气的机械能转化而来。 围有一部分空气流过来填补气球原来占据空间的空缺，所以空气下降，其机械能减小。 与木块在水中上升相似，探空气球在空气中上升，其机械能增加。气球上升后，周（2）