1、第16课时能量的转化与守恒学生用书P137一、分子的热运动与内能(a)分子运动论观点认为：物质是由大量微观粒子(包括分子、原子和离子)构成的。这些微观粒子都在不停地做_无规则运动_即热运动。微观粒子之间有_间隔 ，微观粒子之间存在着_相互作用力_(包括引力和斥力)。分子热运动的快慢宏观上表现为温度的高低，温度越高热运动越快。物体具有内能就是因为物体内部大量的微观粒子做无规则运动。温度越高，微观粒子运动越快，物体的内能越大。【知识拓展】1理论上，温度达到273.13(即绝对温度0K)时，分子才会停止运动，但实际上这个温度是不存在的。所以说，分子都在做无规则运动。特别注意“0时分子的无规则运动停止
2、”或“0时物体的内能为零”这样的说法是错 误的。2同一物体，温度越高内能越大。不同物体的内能多少无法比较。3物体吸收热量，内能一定增加，但温度不一定升高，如冰块吸热熔化过程中，内能增加，但温度不变。二、内能的改变(a)1改变物体内能的途径有_做功_和_热传递_。摩擦生热、压缩气体等都是对物体做功，可以增加物体的内能；高温气体(如水蒸气)将瓶塞冲出，是物体(气体)对外做功，物体的内能减少。对物体加热可以增加物体内能，对物体冷却可以减少物体内能。这是通过热传递改变物体的内能。【知识拓展】1热传递的形式有传导、对流和辐射三种形式，固体的热传递以传导为主，对流通常发生在液体和气体中，真空中通过辐射进行
3、热传递。2物体的热传导能力与物体的导电能力类似，导电能力越强，一般导热能力也越强。2热传递的量度热传递是物体间的能量转移，发生转移的能量称为热量，用Q表示。热量的计算公式：_Qcmt_。公式中的c是物质的比热容，简称比热，单位是J/(kg)。水的比热容是_4.2103J/(kg)_。公式中的t指物体热传递前后的温差。【知识拓展】内能和热量是完全不同的概念。内能指一个物体内部所有分子运动的动能和势能总和。热量是指热传递或能量转化过程中，转移或转化的能量多少。可以类比说明：一个水库中的总水量可看作是“内能”，而“热量”可看作是水库水坝放出来的水量。三、热值与热机(a)1热值_1kg某种燃料完全燃烧
4、时放出的热量_称为热值。热值是评价一种燃料品质的重要指标。热值可用q来表示，单位是J/kg(如果是气体燃料时，单位一般用J/m3)。热值计算时可用：Qmq(气体燃料计算时用：QVq)。2汽油机的工作过程汽油机是重要的内燃机之一。所有内燃机的能量转化方式都是将内能转化为机械能。汽油机的主要结构有汽缸、活塞、连杆、曲轴、火花塞等。汽油机工作过程一个周期分为四个冲程：_吸气_冲程、_压缩_冲程、 _做功_冲程、_排气_冲程。其中吸气冲程吸入的是经化油器而来的汽油和空气的混合气体；压缩冲程时活塞对混合气体做功，混合气体内能增大温度升高；做功冲程时火花塞点火，汽油燃烧放热，推动活塞向外运动，该冲程将内能
5、转化为机械能；排气冲程将燃烧后的废气排出汽油机。【知识拓展】1燃料的“完全燃烧”指燃料中的碳元素全部变成二氧化碳，氢元素全部变为水。燃料的热值不需要记忆。2汽油机一个工作周期，曲轴转两圈，做功一次。3从图中识别汽油机工作过程的四个冲程，要注意观察的细节是：活塞的上下运动情况、进气门和出气门的打开和关闭情况、火花塞是否点燃等。(参照习题中的汽油机工作过程示意图)四、核能的利用(a)核能指原子核在转变过程中所释放出的能量。又称为原子能等。核反应包括 _重核裂变_和_轻核聚变_两种类型。重核裂变指原子量较大的原子核裂变成若干个较小原子核，同时释放巨大能量的过程。核裂变通过_链式反应_进行，其原理是通
6、过中子轰击原子核，裂变后产生更多的中子，再由这些中子去撞击更多的原子核进行裂变的过程。目前核裂变的主要原料是铀元素和钚元素。较低浓度核裂变原料可用于核电原料，原子弹则需较高浓度的核裂变原料。目前的核电站都是采用可控条件下的 _重核裂变_方式进行的，其能量转化过程为核能内能机械能电能。轻核聚变是指若干个原子量较小的原子核在极高温度下合成为一个稍大一点的原子核，同时释放出大量能量的过程。核聚变的条件是极高温度，所以又称为_热核反应_，氢弹通常需要原子弹来引爆就是这个道理。由于人类还不能对核聚变的进程进行控制，所以目前为止，轻核聚变的民用化还在研究过程中。核反应具有放射性，主要放出、等多种射线，高强
7、度的放射线对生物具有极大的伤害，低强度的射线可以应用在医学、科研、生产实践中。五、能量的转化与守恒(a)能量可以相互转化或转移。能量的转化过程会改变能量的形式，如可燃物燃烧可将化学能转化为内能，生物通过呼吸作用将化学能转化为内能，光伏发电能将光能直接转化为电能。能量的转移过程能量的形式不变，如热量可能从高温物体通过热传递转移到低温物体。能量的转化和守恒定律：_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上，在转移和转化过程中，能的总量保持不变_。能量的转化和转移都是具有_方向性_的，不能反过来转化。从能量的转化和守恒定律可知，“永动机”是不能实现
8、的，同时提高能量利用效率和节能对人类具有重要意义。类型一内能及改变内能的方法典例 2018滨州关于分子，下列认识中正确的是(D)A红墨水在水中散开说明分子间有斥力B吸盘能牢牢吸在玻璃上，说明分子间存在引力C尘土飞扬，说明分子在不停地运动D糖在热水中溶解得快，说明温度越高，分子的热运动越剧烈【解析】 红墨水在水中散开说明分子不停地做无规则运动，并不能说明分子间有斥力；吸盘能牢牢吸在玻璃上，是因为大气压强，不能说明分子间存在引力；尘土飞扬属于宏观物体的运动，是机械运动，不属于分子运动。跟踪训练 2018绵阳2018年4月2日，天宫一号圆满完成预定任务后返回地球。8.5t重的天宫一号，在100km左
9、右的高空以约22倍音速进入大气层。其中部分器件在大气层中与大气层摩擦烧蚀销毁。最后大约1.5t残骸坠入南太平洋。在这个过程中，天宫一号的部分机械能(D)A通过热传递转化为大气的内能B通过重力做功转化为大气的内能C通过摩擦做功转化为大气的内能D通过重力做功转化为残骸的内能【解析】 天宫一号坠落烧蚀过程，主要是由于重力做功，与空气摩擦产生热量，即机械能转化为内能。类型二热传递的量度典例 比热的计算公式为c，下列有关说法是正确的(B)A物质的比热容跟它的质量成反比B比热是物质的特性之一，跟热量、质量、温度的变化等因素都无关C物质的比热容跟它的温度变化成反比D物质的比热容跟它的热量成正比【解析】 比热
10、是物质的特性之一，跟热量、质量、温度的变化等因素都无关，但需注意比热与物质的状态有关，如冰的比热是水的一半。相似的是：密度也是物质的特性，跟质量和体积无关，但与物质的状态有关。跟踪训练 2018德州在标准大气压下，用炉子将10kg的水从20加热至沸腾，燃烧了0.5kg的焦炭，已知水的比热容为4.2103J/(kg)，焦炭的热值为3.0107J/kg。求：(1)水吸收的热量。(2)0.5kg焦炭完全燃烧释放的热量。(3)炉子烧水的效率。【答案】 (1)标准大气压下，水的沸点为100，所以将水加热至100，水吸收的热量Q吸cm(tt0)4.2103J/(kg)10kg(10020)3.36106J
11、。(2)0.5kg焦炭完全燃烧释放的热量Qmq0.5kg3.0107J/kg1.5107J。(3)炉子烧水的效率100%100%22.4%。类型三燃料热值与热机原理典例 2018株洲木炭的热值为3.4107J/kg，它表示1kg木炭(D)A具有3.4107J的热量B具有3.4107J的内能C完全燃烧对外做功3.4107JD完全燃烧放出热量3.4107J【解析】 热值的定义就是1kg某种燃料完全燃烧烧时放出的热量。跟踪训练 2018滨州如图是内燃机工作循环中的一个冲程，它是(C)图161A压缩冲程，将化学能转化成内能B压缩冲程，将机械能转化成内能C做功冲程，将内能转化成机械能D做功冲程，将机械能
12、转化成内能【解析】 图中的气门关闭，活塞下行，并且电火花打火，这是做功冲程的特点；在做功冲程中，能量转化关系是气体的内能转化为机械能。类型四核能与核能的利用典例 2018益阳下列关于核能说法正确的是(B)A核反应堆中发生的链式反应是不可控制的B核电站产生的核废料仍具有放射性，一般深埋在人烟稀少的地方C核反应堆可将核能直接转化成电能D我国已建成可控核聚变反应堆【解析】 目前只有链式反应的过程是可控的，核反应堆就是利用可控的核裂变产生的能量进行发电。核反应堆发电的能量转化过程为核能内能机械能电能，不能直接从核能一步转化为电能。核聚变反应堆正在研究中，距离实际民用还有一段路要走。跟踪训练 以下对于放
13、射线的说法正确的是(B)A放射线无污染，无公害，使用时十分安全简单B利用放射线时，要进行有效的防护和防止污染C放射线对人畜伤害严重，有弊无利，难于利用D射线和射线是有益的，而射线是有害的【解析】 各种放射线达到一定的强度会对各种生物都造成严重影响，但是人们可以利用射线进行医学研究、生物学研究、科研及生产实践等多方面的应用，利用放射线时，要进行有效的剂量控制、严格防护和防止污染。类型五能量的转化与守恒典例 2018内江根据能量守恒定律，下列情形可能发生的是(B)A随着科学技术不断发展和提高，永动机是可以制成的B两个斜面相对连接，小球从左斜面滚下后冲上右斜面C电水壶里的水沸腾后断电，水的沸腾却一直
14、持续下去D出枪膛的子弹射穿木板后，以更快的速度继续运动【解析】 永动机是违反能量守恒定律的，因为任何机械工作中不可能没有能量损失，若“永动机”工作中只损失能量而不能得到补充，不可能永远工作下去。水沸腾汽化过程中需要不断吸热。出枪膛的子弹射穿木板后能量损失，速度将变慢。跟踪训练 文艺复兴时期，意大利的达芬奇设计了如图所示的装置。他设计时认为，在轮子转动过程中，右边的小球总比左边的小球离轮心更远些，在两边不平衡力的作用下会使轮子沿箭头方向转动不息，而且可以不断地向外输出能量。但实验结果却是否定的。达芬奇敏锐地由此得出结论：永动机是不可能实现的。下列有关该装置的说法中正确的是(多选)(BC)图162
15、A如果没有摩擦力和空气阻力，该装置就能永不停息地转动，并在不消耗能量的同时不断地对外做功B如果没有摩擦力和空气阻力，忽略碰撞中的能量损耗，给它一个初速度，它能永不停息地转动，但在不消耗能量的同时，并不能对外做功C右边所有小球施加于轮子的动力并不大于左边所有小球施于轮子的阻力，所以不可能在不消耗能量的同时，不断地对外做功D在现代科学技术比较发达的今天，这种装置可以永不停息地转动，在不消耗其他能量的基础上，还能源源不断地对外做功【解析】 当轮子转动时，虽然右边的小球总比左边的小球离轮心更远些，但是右边小球的个数总比左边的少，实际上右边所有小球施加于轮子的动力等于左边所有小球施于轮子的阻力，轮子在不
16、受到外力作用时将保持平衡状态。如果没有摩擦力和空气阻力，且忽略碰撞中的能量损耗，给轮子一个初速度，轮子就能依靠惯性永不停息地转动。12018广安关于物体的内能，下列说法中正确的是 (A)A物体的内能增加，可能是从外界吸收了热量B0的冰熔化成0的水内能不变C汽油机的压缩冲程是把内能转化为机械能D热量总是从内能大的物体向内能小的物体转移【解析】 物体内能增加，可能是从外界吸收了热量，也可能是外界物体对它做了功；0的冰变成0的水，需要吸收热量，尽管质量和温度不变，但内能增加；汽油机的做功冲程中，将内能转化为机械能；热量是从高温物体向低温物体传递的，内能大的物体温度不一定高。22018杭州余杭区一模如
17、图所示，对于图片中所描述的物理过程，下列分析中正确的是 (C)图163A图甲，厚玻璃内的空气被压缩时，空气的内能减少B图乙，瓶子内的空气推动塞子跳起时，空气的内能增大C图丙，试管内的水蒸气推动塞子冲出时，水蒸气的内能减少D图丁，汽缸内的气体推动活塞向下运动时，气体的内能增大【解析】 甲图是对其中的空气做功，空气的内能增大。乙图是瓶子内的空气推动塞子跳起，空气对外做功，内能减小。丁图是做功冲程，汽缸内的气体推动活塞向下运动，气体的内能减小。32018乐山下列说法中正确的是 (C)A汽油机在做功冲程中是将机械能转化成内能B物体的温度降低时内能减少，所以0冰块的水分子不做运动C沿海地区昼夜温差小，主
18、要原因是水的比热容较大D温度从热量高的物体传递给热量低的物体【解析】 汽油机在做功冲程中是将内能转化成机械能；0冰块中的水分子也在不停地做无规则运动的(理论上273.15时分子才停止运动)。热量可以从高温物体传递给低温物体，而不能说“温度从热量高的物体传递给热量低的 物体”。42018衢州改编小柯在科技馆看到许多奇思妙想和趣味实验，其中有一个是六冲程引擎。这种引擎在完成四冲程工作后，会把水注入汽缸，使水瞬间变成水蒸气，从而带动活塞运动，产生第五冲程，为汽车提供动力。第六冲程是让水蒸气进入冷凝器，变成可再次注入汽缸的水。则第五冲程相当于图中四冲程汽油机的 (C) A B C D【解析】 第五冲程
19、是水汽化后，带动活塞运动，内能转化为机械能，相当于做功冲程。5绵阳中考关于能量的转移和转化，下列判断正确的是 (A)A热量可以从低温物体转移到高温物体B能量转移和转化没有方向性C电取暖器辐射到房间里的热量可以再利用D汽车由于刹车散失的热量可以再自动地用来驱动汽车【解析】 热量不可以自发地从低温物体转移到高温物体，在外界的影响下，热量可以从低温物体转移到高温物体，如冰箱和空调就是把热量从低温物体“搬运”转移到高温物体的。在非人工条件下，能量的转移和转化是有方向性的。电取暖器辐射到房间里的热量被人和房间吸收，不可以再利用；汽车刹车时，由于摩擦，汽车的动能转化为地面、空气的内能，这些能量会散发到周围
20、的环境中，无法再回收利用，更不能驱动汽车。图1646温州中考根据能量转化和守恒定律，在与外界没有热传递的条件下，物体内能的增加量与外界对物体做功多少相等。为了验证此规律，某兴趣小组设计了如图所示的实验：在容器里装一定质量的水，中间装上带有叶片的转轴，转轴上绕上绳子，绳子另一端通过滑轮与一重物相连；当重物下降时，绳子拉动转轴转动，带动叶片旋转，使容器里的水温度升高，结合水的比热计算出水增加的内能，以此验证水内能的增加量与重物的重力做功多少是否相等。(1)为了完成此实验，除已提供测质量的电子天平外，还需要的测量工具有： _刻度尺、温度计_。(2)兴趣小组在实验过程中发现，水内能的增加量小于重物做功
21、的大小，请写出造成这种现象的一种原因：_滑轮存在摩擦(或液体会散热等，合理即可)_。(3)改进实验后，获得了如下数据，规律得到验证。实验序号重物质量(kg)下降高度(m)升高温度()12050.5220101.0320151.5410100.5530101.5640102.0若使容器内相同质量的水温度升高2.5，则25kg的重物需下降_20_m。【解析】 (1)实验中应需要用刻度尺测量重物下降的高度、用温度计测量水升高的温度。(2)在实验的过程中，由于滑轮存在摩擦、液体会散热等情况，使得水内能的增加量小于重物做功的大小。(3)由第2次实验可知：20kg的重物下降10m，升高的温度为1，则每1kg的重物下降1m，升高的温度为；使容器内相同质量水的温度升高2.5，则25kg重物需要的下降高度h2.5/(25)m20m。