1、第第 17 讲讲 内能、核能的利用内能、核能的利用 能的转化与守恒能的转化与守恒 课标要求 考试细则 【课程内容】 1.描述克服摩擦做功与物体内能改变的关系， 知道改变内能的途径，知道用热量来量度内 能的变化。 2.通过实验了解比热容， 尝试用比热容解释有 关自然现象。 3.能举例说明化学能与内能的转化， 认识燃料 的热值，说明生物体能量的来源和转化。 4.以汽油机为主例， 了解热机的工作原理， 知 道内能的利用在人类社会发展史上的重要意 义。 5.知道核能及其应用， 知道放射性的应用与防 护。 6.能举出能量的转化与转移有一定的方向性 的实例。 7.通过实例认识能的转化的普遍性。 知道能量
2、守恒定律，初步了解“永动机”是不可能实 现的。 【活动建议】 1.探究改变物体内能的途径。 2.观察化学反应中化学能与内能的转化。 3.讨论人体能量来源及其转化。 4.多媒体展示或网上查询链式反应和热核反 应；查阅有关放射性发现的史料；查阅核反 应堆、原子弹、氢弹发明的史料。 1.内能 (1)理解热运动和内能的含义。 (2)知道物体内大量分子无规则运动跟温度的 关系。 (3)会对内能和机械能进行区别。 2.改变物体内能的方法 (1)知道用热传递和做功的办法可以改变物体 的内能。 (2)知道用热传递和做功改变物体内能的机 理。 3.汽油机 (1)说出汽油机的工作过程。 (2)知道汽油机的能量转化
3、。 4.化学能 (1)了解化学能。 (2)了解燃料的燃烧值，并会简单计算。 5.热量和比热容 (1)理解比热容的概念。 (2)会用比热容解释有关自然现象。 (3)会用公式 Qcm(tt0)进行简单计算。 6.能的转化和守恒定律 (1)知道各种形式的能可以相互转化，并能举 出实例。 (2)知道能的转化和守恒定律。 (3)能用简单事例解释能量的转化与传递有一 定的方向性。 7.通过对能的转化和守恒定律发现史的学习， 领悟科学思想和科学精神。 1热传递的概念与方式 (1)热量从高温物体传递到低温物体，或从物体的高温部分传递到低温部分的现象，叫作 热传递。没有做功而使内能改变的物理过程叫作热传递。 (
4、2)热传递的三种方式：热传导、热对流和热辐射。 热传导热量通过接触物体由高温部分向低温部分传递。 热对流通过液体或气体(流体)自身的流动由高温部分向低温部分传递。 热辐射热量不通过物体媒介，直接由高温物体发射到低温物体的传递。 (3)热传递的实质：热传递实质上传递的是能量，结果是改变了系统的内能。传递能量的 多少用热量来量度。 (4)热传递具有方向性，热量从高温物体传递到低温物体，或从物体的高温部分传递到低 温部分，不会自发地从低温物体传递到高温物体或从物体的低温部分传递到高温部分。 2热传递改变物体内能 (1)热传递使物体内能发生改变的实质是：同一种形式的能量(内能)发生了转移。其转移的 规
5、则是内能从高温物体转移到低温物体，或从物体的高温部分转移到低温部分。 (2)传递的热量与内能改变的关系 在单纯热传递中，系统从外界吸收多少热量，系统的内能就增加多少，即 UQ吸。 在单纯热传递中， 系统向外界放出多少热量， 系统的内能就减少多少， 即 Q放U。 3比热容的概念及其计算 (1)单位质量的某种物质温度升高 1吸收的热量叫作这种物质的比热容，简称比热。 比热容是通过比较单位质量的某种物质升温 1时吸收的热量，来表示各种物质的不同性 质。 (2)比热容的单位：在国际单位制中，比热容的单位是 J/(kg )，读作焦每千克摄氏度。 水的比热容是 4.2103J/(kg )。它的物理意义是
6、1 千克水，温度升高 1，吸收的热量 是 4.2103焦耳。 单位质量的某种物质温度升高 1吸收的热量和它温度降低 1放出的热量相等，也是它 的比热容。 (3)比热容表 比热容是物质的一种特性，各种物质都有自己的比热容。物理学中，常把由实验测定的物 质的比热容，列成表格，便于查找。 物质 水 冰 酒精 煤油 蓖麻油 汞 比热容 103J/(kg ) 4.2 2.1 2.4 2.1 1.8 0.14 物质 铝 砂石 干泥土 铁、钢 铜 铅 比热容 103J/(kg ) 0.88 0.92 0.84 0.46 0.39 0.13 从表中还可以看出，各物质中，水的比热容最大。这就意味着，在同样受热或
7、冷却的 情况下，水的温度变化要小些。水的这个特征对气候的影响很大。在受太阳照射条件相同时， 白天沿海地区比内陆地区升温慢，夜晚沿海地区温度降低也少。所以一天之中，沿海地区温度 变化小，内陆地区温度变化大。在一年之中，夏季内陆比沿海炎热，冬季内陆比沿海寒冷。 (4)水比热容大的特点，在生产、生活中也经常利用。如汽车发动机、发电机等机器，在 工作时要发热，通常要用循环流动的水来冷却。冬季也常用热水取暖。 4内燃机的四个冲程 内燃机是热机的一种，是燃料在汽缸内燃烧的热机。内燃机分为汽油机和柴油机。 (1)汽油机的工作原理：燃料在汽缸中燃烧时，将存储的化学能转变为高温高压的燃气(蒸 汽)的内能，又通过
8、燃气(蒸汽)推动活塞做功，由内能转变为机械能。 (2)汽油机的工作流程：内燃机通过吸气、压缩、做功、排气四个冲程不断循环来保证连 续工作，如图： 吸气冲程：进气门打开，排气门关闭，活塞由上端向下端运动，汽油和空气组成的燃 料混合物从进气门吸入汽缸。 压缩冲程：进气门和排气门都关闭，活塞向上运动，压缩汽缸内燃料混合物，温度升 高。 做功冲程：在压缩冲程末尾，火花塞产生电火花，使燃料猛烈燃烧，产生高温高压的 燃气，高温高压气体推动活塞向下运动，带动曲轴转动，对外做功。 排气冲程：进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，把废气排出汽缸。 (3)工作过程中能量的转化： 压缩冲程：机械能内能； 做功冲程：
9、先是化学能 内能，再由内能机械能。 (4)柴油机是以柴油为燃料的内燃机，在工作时与汽油机工作原理相同。 区别： 柴油机在吸气冲程里吸进汽缸的只有空气，而汽油机吸进的是汽油和空气的混 合物； 柴油机在压缩冲程里， 活塞把空气的体积压缩得很小， 空气的压强更大， 温度更高； 点火方式：柴油机压燃式；汽油机点燃式。 5核电站发电过程中的能量转化 (1)核电站中能量转化过程是：通过核反应堆把核能转化为内能，得到高温的水蒸气；利 用水蒸气推动汽轮机转动，把内能又转化为机械能；汽轮机再带动发电机发电，得到电能。 (2)能量转化顺序为：核能内能机械能电能。 1. (2017 杭州)将一高温物体与一低温物体接
10、触达到相同温度(两物体与外界没有热量交 换)，则有( B ) A高温物体放出的热量一定大于低温物体吸收的热量 B高温物体放出的热量一定等于低温物体吸收的热量 C高温物体降低的温度一定大于低温物体升高的温度 D高温物体降低的温度一定等于低温物体升高的温度 【试题解析】 将一高温物体与一低温物体接触达到相同温度， 由于不知它们的初始温度， 故无法判定温度的高低，故 C、D 错误；高温物体放出热量，低温物体吸收热量，放出的热量 等于吸收的热量，故 B 正确，A 错误。 【命题意图】 本题考查对温度、热量、内能的区分，要从宏观和微观两个角度的表现来 认识： 宏观的温度的升高是指微观的分子运动更剧烈；宏
11、观的物态变化是指微观的分子间作用 力变化；内能是指二者之和。理解热量是指在热传递过程中传递的能量，只有在热传递过程中 才涉及热量。 2. (2020 杭州)如图所示，一只瓶子内装一些铁屑。我们既可以 通 过 振 荡，也可以通过加热，使铁屑的温度升高，内能增大。从改变物体内 能 的 方 法来看， 前者是通过_做功_方法， 后者是通过_热传递_方法来增 大 铁 屑 的内能。如果你没有看到内能改变的过程，仅凭铁屑温度的改变，能 否 确 定 采用了什么方法改变了铁屑的内能？_不能_(填“能”或“不能”)， 这是 因为_二者效果相同_。 【试题解析】使铁屑内能增加的方法： 用力晃动瓶子，对瓶子和铁屑做功
12、，将机械能 转化为内能，使铁屑的内能增加，温度升高； 将装铁屑的瓶子加热，铁屑的温度升高，这 是通过热传递的方式改变铁屑的内能。如果没有看到内能改变的过程，单凭铁屑温度的升高， 不能判断出具体的方法，因为做功与热传递两种方法对改变物体的内能是等效的。 【命题意图】 本题考查了改变物体内能有两种方式，对物体做功，物体内能增加，温度 升高；物体吸收热量，内能增加，温度升高。理解做功与热传递两种方法对改变物体的内能是 等效的。 3. (2019 杭州)对于同一物态的某种物质，根据 c得知( D ) A比热容跟热量成正比 B比热容跟质量成反比 C比热容跟温度变化成反比 D吸收或放出的热量跟质量与温度变
13、化的乘积之比是个恒量 【试题解析】 比热容是物质的一种特性，是物质本身固有的属性。与物质的种类有关、 与物质的状态有关。对同一物态的某种物质而言，吸收或放出的热量跟质量与温度的变化的乘 积之比是一衡量，即比热容。故 A、B、C 不正确，D 正确。 【命题意图】 此题通过定性思想考查学生对于比热容的理解，知道比热容只与物质的种 类和状态有关，与其他因素无关。 4. (2020 杭州)夏日晴朗的白天，在太阳光照射下，某海边城市陆地与海面之间空气流动 示意图(图中箭头表示空气流动方向)如下所示，其中合理的是( A ) A. B. C. D. 【试题解析】 因为水的比热容比泥土、沙石的比热容大，白天，
14、太阳照射下陆地和海水 吸收相同的热量，海水温度上升慢；陆地吸热后，温度上升快，热空气上升，空气从海洋吹向 陆地，形成海风，高空的空气从陆地吹向海洋，故 A 图正确。 【命题意图】 本题主要考查学生对水的比热容较大的应用的了解和掌握，涉及海陆风的 形成，根据水的比热容比泥土、沙石的比热容大的特点来分析海陆风和陆海风的形成过程，难 度不大。 5. (2017 杭州)如图为汽油机工作过程中某一冲程的示意图，此冲程的名称及能量转化是 ( A ) A压缩冲程，机械能转化为内能 B压缩冲程，内能转化为机械能 C做功冲程，机械能转化为内能 D做功冲程，内能转化为机械能 【试题解析】 如图，进气门和排气门都是
15、关闭的，活塞上行，因此是压缩冲程，压缩冲 程中机械能转化为内能。 【命题意图】 本题考查了汽油机四冲程的判定方法和其中的能量转化。由进气门和排气 门的关闭和打开情况、活塞的上行和下行情况来判断是哪个冲程。汽油机四个冲程中压缩冲程 是机械能转化为内能，做功冲程是内能转化为机械能，排气和吸气冲程没有能的转化。 6. 如图为核电站发电流程图。在核电站发电过程中，从核能到电能，图中所示的转化顺 序正确的是( A ) A核能内能机械能电能 B核能化学能机械能电能 C核能机械能内能电能 D核能内能化学能电能 【试题解析】 根据核电站的发电过程可知，核能发电的能量传递和转化过程是：核能 水和蒸汽的内能发电机转子的机械能电能。 【命题意图】 此题考查核电站的工作原理和核电站发电过程中的能量转化。核电站的核 心是核反应堆，它以铀为燃料，在裂变过程中释放出核能，再通过热交换器变为高温高压的蒸 汽，然后利用蒸汽去驱动蒸汽轮机，蒸汽轮机的旋转带动发电机发电。