第24課能量的轉換與守恒（原卷版）

第24課能量的轉換與守恒學習目標學習目標課程標準學習目標了解能量轉換掌握能量守恒定律理解能量轉換的方向性能量之間相互轉換能量守恒定律與永動機能量轉換的方向性002預習導學觀察下列能量變化高空跳傘湍急的瀑布003知識梳理一．能量的相互轉化1.能量有機械能、內能、化學能、電能、核能等多種形式，各種形式的能量不是孤立的，而是相互聯(lián)系的。2.能量可以在兩個物體之間轉移，能量形式也可以轉化（1）太陽能的轉化：能量轉化的現(xiàn)象在我們周圍經常發(fā)生。太陽光照射到綠色植物的葉片上，葉片通過光合作用把水和二氧化碳合成為淀粉等有機物質，將電磁能（光能）轉變?yōu)榛瘜W能儲存在植物里；太陽光照射到大氣中使大氣產生對流，將電磁能轉變?yōu)榭諝獾膭幽?；太陽光照射到太陽能熱水器上，使水的的溫度升高，將電磁能轉變?yōu)樗膬饶埽惶柟庹丈涞诫姵匕迳?，將電磁能轉化為電能。（2）人體能量的來源及轉化：人的生命活動和人體完成的各種動作，都需要能量。所有這些能量都來自于食物。人吃進各種食物，食物消化后被吸收的營養(yǎng)物質從血液輸送到人體各處，食物的化學能轉化為人體的內能、電能、機械能等。我們每天都在使用電能，電能由發(fā)電廠提供。在火力發(fā)電廠中，燃燒煤或者天然氣來加熱水，水沸騰后產生的驅動渦輪機轉動，渦輪機帶動發(fā)電機，發(fā)電機發(fā)出的電通過輸電線傳輸到各地的用戶，對于燃煤發(fā)電廠，電能是由化學能經過一系列能量轉化后得到的。大量事實表面，自然界中各種形式的能量都不是孤立的，不同形式的能量之間會發(fā)生相互轉化，能量也會在不同的物體間相互轉移。各種形式的能量之間的轉化是非常普遍的現(xiàn)象，自然界中的物質運動形式的變化總伴隨著能量的相互轉化。平常我們所說的“消耗能量”、“利用能量”或者“獲得能量”，實質上就是能量相互轉化或轉移的過程。1.能量轉化和守恒定律：大量事實告訴我們，在能量的形式發(fā)生相互轉化的過程中，某種形式的能量減少了多少，另一種形式的能量一定會相應的增加多少。同樣。某種形式的能量增加了多少，另一種形式的能量就相應的減少了多少，而能的總量保持不變。也就是說：能量既不會消滅，也不會創(chuàng)生，它只會從一種形式轉化為另一種形式，或者從一個物體轉移到另一個物體。而在轉化和轉移的過程中，能的總量保持不變。2.能量轉化和守恒定律是自然界最普遍、最重要的基本定律只有。無論是機械運動，還是生命運動；無論是宇宙天體還是微觀粒子，都遵循這個定律?！坝绖訖C”不可能成功的事實告訴我們，違反能量的轉化和守恒定律的事件是不可能發(fā)生的。那么，遵循能量的轉化和守恒定律的事件是否一定會發(fā)生呢？2.大量的現(xiàn)象都表面，能量的轉化和轉移是有一定的方向性的。我們是在能量的轉移或轉化的過程中利用能量的。040401強化訓練一、選擇題1．2023年5月11日，天舟六號貨運飛船與空間站完成對接。這是我國改進型貨運飛船首發(fā)船，其發(fā)射成功意義重大。下列說法正確的是（）A．起飛時，燃料的化學能全部轉化為火箭的機械能B．對接完成后，以空間站為參照物，飛船是靜止的C．貨物從地面運到空間站，其質量與重力都保持不變D．完成對接后，空間站繞地球運動時運動狀態(tài)保持不變2．如圖是太陽能電池路燈，白天太陽能電池板將太陽能轉化為電能，這種能量通過再次轉化儲存在大容量蓄電池內，夜晚蓄電池給路燈供電，下列說法正確的是（）A．路燈的塑料和鋁合金燈柱都屬于有機合成材料B．夜晚蓄電池給路燈供電時將光能轉化為電能C．白天給蓄電池充電時將化學能轉化為電能D．路燈的燈柱用合金材料制成是因為合金比純金屬具有更好的性能3．小科自制了一個“電池秋千”，如圖所示，他用銅線圈做一個秋千，線圈下方放一塊永久磁鐵，線圈通電后，輕推線圈，線圈就能不停地擺動。下列有關敘述正確的是（）A．該電池秋千的工作原理和電動機類似B．電池秋千擺動過程中機械能轉化為電能C．電池秋千擺動到最低點時動能為零D．改變磁體的兩極可以使電池秋千擺動得更快4．汽車已經成為現(xiàn)代生活中不可缺少的一部分，現(xiàn)代家庭用汽車多數采用汽油機作為發(fā)動機，如圖是四沖程汽油機的一個沖程，下列對汽油機和該沖程判斷正確的是（）A．該沖程汽油機氣缸內只有空氣B．該沖程活塞運動是靠飛輪的慣性來完成的C．若該四沖程汽油機機飛輪轉速為1800r/min，它1s完成了15個沖程，做了15次功D．該沖程為壓縮沖程，內能轉化為機械能5．2022年11月13日，“洞察”號火星探測器的太陽能板因積灰過多而被關閉。太陽能板的作用是將太陽能轉化為（）A．電能 B．內能 C．動能 D．勢能6．如圖所示的四種家用電器中，主要利用電流熱效應工作的是（）A．吸塵器B．電飯煲C．電風扇D．洗衣機7．現(xiàn)在開發(fā)的智能公路可以利用路面上的光伏發(fā)電板給行駛的車輛充電，該過程中發(fā)生的能量轉換是（）A．電能→機械能→光能 B．光能→機械能→電能C．光能→電能→機械能 D．機械能→電能→光能8．下列現(xiàn)象中，利用了自然界的機械能直接發(fā)電的是（）A．北方沼氣池發(fā)電 B．三峽水電站水力發(fā)電C．新疆地熱發(fā)電 D．硅光電池板發(fā)電9．繼高鐵之后，華龍一號核電裝置成為了我國的另一“國之重器”，目前已經和多個國家簽訂了核能發(fā)電項目。如圖是核電站工作流程圖，關于流程中各裝置的能量轉換，正確的是（

）A．核反應堆：核能轉化為內能 B．蒸汽輪機：化學能轉化為機械能C．發(fā)電機：電能轉化為機械能 D．電風扇：電能轉化為化學能10．溫州市文成縣珊溪水利工程發(fā)電廠的總裝機容量達20萬千瓦，年發(fā)電量約3.55億千瓦時，這些能量來自大壩攔截的水所具有的（

）A．電能 B．內能 C．化學能 D．機械能11．如右圖，小球在A點由靜止釋放后向右側擺動，B點是小球擺動的最低點，C點是小球擺到右側的最高點，且A、C兩點到B點的豎直距離hA>hC，下列說法中不正確的是（）A．B點時，小球受力不平衡B．A到B的過程中，重力對小球做功，拉力沒有做功C．小球的動能和重力勢能可以相互轉化D．在A到C的過程中，有部分機械能轉化為化學能12．如圖所示，在光滑的水平面上，一輕質彈簧左端固定，右端連接一個金屬小球，O是彈簧保持原長時小球的位置。開始時通過小球壓縮彈簧到A位置（已知AO=BO），釋放小球，研究小球在水平方向上的受力和運動情況，則（）A．小球從A運動到O的過程中所受彈力方向向右，速度先增大后減小B．小球從O運動到B的過程中所受彈力方向向左，速度不斷減小C．小球運動到B點時將停止運動并保持靜止D．小球在運動過程中所受彈力的方向保持不變13．如圖所示，運動員在進行蹦床比賽。運動員離開蹦床豎直向上運動到一定高度又落在蹦床上，直至最低點的過程中，不計空氣阻力和碰撞時的能量損失，下列說法正確的是（）A．運動員彈離蹦床以后，蹦床對運動員做了功B．到達最高點時運動員的速度為零，受力平衡C．運動員從最高點下落到最低點過程中，其機械能守恒D．下落過程中，運動員的重力做功先變快后變慢14．核酸檢測采樣時使用的“采樣拭子”，其頂端是如圖所示的植絨拭子，安全、無毒。有一種植絨方式是：植絨機產生數萬伏的高壓靜電，通過電子轉移讓噴頭中的絨毛帶上負電荷，然后在被植絨物體表面噴涂上膠粘劑，移動噴頭靠近被植絨物體，絨毛在高壓靜電作用下從噴頭中飛升到被植絨物體表面，呈垂直狀植在涂有膠粘劑的物體表面。上述植絨過程中蘊含了許多科學知識，下列描述不合理的是（）A．噴頭中的絨毛帶上負電荷，是由于絨毛得到了電子B．以移動的噴頭為參照物，被植絨物體是運動的C．絨毛能在高壓靜電作用下運動，是由于能量可以創(chuàng)生D．絨毛從噴頭中飛升到被植絨物體表面，是由于力能改變物體的運動狀態(tài)15．下列有關課本中各圖內容的分析正確的是（）A．甲圖：使用杠桿既能省力，又能省功B．乙圖：這種“永動機”不可能實現(xiàn)，因為它必須遵守能的轉化與守恒定律C．丙圖：核電站反應堆里進行的是核裂變，現(xiàn)在人類可以和平利用核聚變的能量D．丁圖：研究電熱與電阻的關系，只需要控制通電電流相等二、填空題16．馬丁噴氣背包是“世上操作最簡單的飛行器”，它很好駕馭，你只要系好安全帶，旋轉操作桿，它就會帶你離開地面，如圖所示。（1）飛行背包發(fā)動燃料為汽油，則汽油燃燒時將能轉化為內能；（2）噴氣飛行背包向下快速噴氣，使人騰空而起，說明物體間；（3）要使“火箭人”懸停在空中，背包噴出氣體的方向應該是。17．我們學習了能的轉化和守恒定律后，用學過的知識回答下列問題。（1）當雜技演員沿竹竿下滑時，演員的重力勢能有一部分轉化為手和竹竿的內能，使竹竿和手的溫度升高。但是，相反的過程也不會自發(fā)地發(fā)生，即手和竹竿不可能自發(fā)地降低溫度，而使人的位置升高，這個現(xiàn)象表明，能量的轉移和轉化有一定的。（2）如圖所示A物體上升，B物體下降，這過程能量發(fā)生了（填“轉移”或“轉化”）。18．如圖是東海塘風力發(fā)電的外景，風力發(fā)電是將風能轉化為能，且風能是清潔的（選填“可再生”或“不可再生”）能源。

三、探究題19．如圖是中國自主設計的“人造太陽”實驗裝置——東方超環(huán)，它在1億度超高溫度下運行了近10秒；（1）核能的釋放有重核裂變和輕核聚變兩種途徑，“人造太陽”的反應原理與太陽相似，通過的途徑釋放出巨大能量，從而獲得高溫；（2）人造太陽加熱功率超過瓦，若利用人造太陽發(fā)電，發(fā)電效率為60%，則每小時發(fā)電量達J。20．能量轉化和守恒定律是許多科學家經過長期探索才建立起來的，是科學史上重大發(fā)現(xiàn)之一。材料一：十七至十八世紀，多位科學家對能量的量度提出了不同的觀點。1644年，笛卡爾用物體的質量（單位kg）和其速度（單位m/s）的乘積來表示“能量”1686年，萊布尼茲用物體的質量和其速度平方的乘積來表示“能量”；1743年，達朗貝爾用“活力”（即物體受力作用通過一定距離）來表示“能量”。材料二：溫度計的不斷改進給熱與功研究的精確化提供了必要條件。材料三：焦耳通過400多次的實驗，為能量守恒定律的確立奠定了定量的實驗基礎。（1）材料一中，笛卡爾所表示的“能量”的單位是。（2）如圖所示是焦耳實驗的裝置，通過重物的上下運動，帶動葉片轉動，這個過程中（填能的一種形式）轉化為水的內能。（3）結合材料分析，以下觀點正確的是。A．偉大科學家的觀點都是正確的B．測量工具的發(fā)展有助于科學理論的研究C．對科學的認識是一個不斷修正完善的過程四、簡答題21．在科學發(fā)展不同時期，人們對“熱”有不同的認識。材料一：18世紀末，普利斯特利在實驗的基礎上提出“熱質說”，認為熱是一種稱為“熱質”的物質，是一種無質量的氣體。自然界熱質的總量不變，不會產生也不會消失，熱質會由高溫物體流到低溫物體。材料二：19世紀中期，焦耳提出：自然界根本不存在熱質，熱只是一種能量的形式，其它形式的能量也可以轉化為熱能。如燃燒能產生熱，導體通電也會產生熱。材料三：焦耳利用如圖裝置進行實驗，重物下降時通過定滑輪和轉軸帶動水中的葉輪轉動，使容器中水的熱能增大，溫度升高，并計算出水增加的熱能約等于重物做的功。改用水銀、油重復實驗，最終確認熱與其它能量之間的轉換關系。（1）焦耳實驗中水溫升高t1℃，將水改為等質量的油，重復相同實驗，油溫升高t2℃，則與的大小關系是；（2）焦耳的實驗中存在多處摩擦，其中一處的摩擦力增大可提高實驗精確度，該摩擦力為；（3）下列事實可作為否定“熱質說”證據的是。A．導體通電會產生熱B．木炭燃燒放出大量的熱C．鐵片放在火焰上灼燒，溫度上升D．熱水在室溫下熱量會逐漸散失溫度降低22．“鈾（元素符號為U）”是存在于自然界中的一種稀有化學元素，最常見的兩種同位素為U—235和U—238，其中U—235具有放射性，根據國際原子能機構的定義，豐度為3%的U—235為核電站發(fā)電用低濃縮鈾，U—235豐度大于80%的鈾為高濃縮鈾，其中豐度大于90%的稱為武器級高濃縮鈾，主要用于制造核武器。鈾礦中U—235含量極低，只占0.64%，絕大部分是U—238，占了99.2%。目前從鈾礦中提取U—235的主要方法是“氣體擴散法”，即讓這兩種原子處于氣體狀態(tài)，利用U—235原子和U—238原子運動速度略有不同而逐漸分離。分離次數越多，U—235的濃度就越大。受2011年發(fā)生的大地震及海嘯影響，日本福島第一核電站1至3號機組堆芯熔毀。截至目前，已儲存了125萬噸核污水。喪心病狂的日本政府，不顧國內外反對聲浪，在其它手段沒有用盡的前提下，堅持決定在2023年夏開啟“核廢水排?！庇媱?。請根據以上信息分析：（1）U—235和U—238在原子結構上的主要區(qū)別是。（2）用氣體擴散法分離U—235和U—238的方法，屬于（選填“物理變化”、“化學變化”、“原子核裂變”）。在氣體狀態(tài)時，U—235的運動速度U—238（選填“大于”、“等于”或“小于