第24課能量的轉(zhuǎn)換與守恒（原卷版）

第24課能量的轉(zhuǎn)換與守恒學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)習(xí)目標(biāo)課程標(biāo)準(zhǔn)學(xué)習(xí)目標(biāo)了解能量轉(zhuǎn)換掌握能量守恒定律理解能量轉(zhuǎn)換的方向性能量之間相互轉(zhuǎn)換能量守恒定律與永動機能量轉(zhuǎn)換的方向性002預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué)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(zhuǎn)化1.能量有機械能、內(nèi)能、化學(xué)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(zhuǎn)移，能量形式也可以轉(zhuǎn)化（1）太陽能的轉(zhuǎn)化：能量轉(zhuǎn)化的現(xiàn)象在我們周圍經(jīng)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(zhì)，將電磁能（光能）轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能儲存在植物里；太陽光照射到大氣中使大氣產(chǎn)生對流，將電磁能轉(zhuǎn)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(zhuǎn)變?yōu)樗膬?nèi)能；太陽光照射到電池板上，將電磁能轉(zhuǎn)化為電能。（2）人體能量的來源及轉(zhuǎn)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(zhì)從血液輸送到人體各處，食物的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為人體的內(nèi)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(chǎn)生的驅(qū)動渦輪機轉(zhuǎn)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?shù)礁鞯氐挠脩?，對于燃煤發(fā)電廠，電能是由化學(xué)能經(jīng)過一系列能量轉(zhuǎn)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(zhuǎn)化，能量也會在不同的物體間相互轉(zhuǎn)移。各種形式的能量之間的轉(zhuǎn)化是非常普遍的現(xiàn)象，自然界中的物質(zhì)運動形式的變化總伴隨著能量的相互轉(zhuǎn)化。平常我們所說的“消耗能量”、“利用能量”或者“獲得能量”，實質(zhì)上就是能量相互轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程。1.能量轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(yīng)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(yīng)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(zhuǎn)化為另一種形式，或者從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體。而在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的過程中，能的總量保持不變。2.能量轉(zhuǎn)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。“永動機”不可能成功的事實告訴我們，違反能量的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移是有一定的方向性的。我們是在能量的轉(zhuǎn)移或轉(zhuǎn)化的過程中利用能量的。040401強化訓(xùn)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(xué)能全部轉(zhuǎn)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(zhì)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(zhuǎn)化為電能，這種能量通過再次轉(zhuǎn)化儲存在大容量蓄電池內(nèi)，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(zhuǎn)化為電能C．白天給蓄電池充電時將化學(xué)能轉(zhuǎn)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(guān)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(zhuǎn)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(jīng)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(shù)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(nèi)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(zhuǎn)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(nèi)能轉(zhuǎn)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(guān)閉。太陽能板的作用是將太陽能轉(zhuǎn)化為（）A．電能 B．內(nèi)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(yīng)工作的是（）A．吸塵器B．電飯煲C．電風(fēng)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(zhuǎn)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?zé)岚l(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(jīng)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(guān)于流程中各裝置的能量轉(zhuǎn)換，正確的是（

）A．核反應(yīng)堆：核能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能 B．蒸汽輪機：化學(xué)能轉(zhuǎn)化為機械能C．發(fā)電機：電能轉(zhuǎn)化為機械能 D．電風(fēng)扇：電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)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(nèi)能 C．化學(xué)能 D．機械能11．如右圖，小球在A點由靜止釋放后向右側(cè)擺動，B點是小球擺動的最低點，C點是小球擺到右側(cè)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(zhuǎn)化D．在A到C的過程中，有部分機械能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能12．如圖所示，在光滑的水平面上，一輕質(zhì)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(chǎn)生數(shù)萬伏的高壓靜電，通過電子轉(zhuǎn)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(xué)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(guān)課本中各圖內(nèi)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(zhuǎn)化與守恒定律C．丙圖：核電站反應(yīng)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(guān)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(zhuǎn)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(zhuǎn)化為內(nèi)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(yīng)該是。17．我們學(xué)習(xí)了能的轉(zhuǎn)化和守恒定律后，用學(xué)過的知識回答下列問題。（1）當(dāng)雜技演員沿竹竿下滑時，演員的重力勢能有一部分轉(zhuǎn)化為手和竹竿的內(nèi)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(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)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(zhuǎn)移”或“轉(zhuǎn)化”）。18．如圖是東海塘風(fēng)力發(fā)電的外景，風(fēng)力發(fā)電是將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為能，且風(fēng)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(shè)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(yīng)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(zhuǎn)化和守恒定律是許多科學(xué)家經(jīng)過長期探索才建立起來的，是科學(xué)史上重大發(fā)現(xiàn)之一。材料一：十七至十八世紀(jì)，多位科學(xué)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(zhì)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(zhì)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(chǔ)。（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(zhuǎn)動，這個過程中（填能的一種形式）轉(zhuǎn)化為水的內(nèi)能。（3）結(jié)合材料分析，以下觀點正確的是。A．偉大科學(xué)家的觀點都是正確的B．測量工具的發(fā)展有助于科學(xué)理論的研究C．對科學(xué)的認(rèn)識是一個不斷修正完善的過程四、簡答題21．在科學(xué)發(fā)展不同時期，人們對“熱”有不同的認(rèn)識。材料一：18世紀(jì)末，普利斯特利在實驗的基礎(chǔ)上提出“熱質(zhì)說”，認(rèn)為熱是一種稱為“熱質(zhì)”的物質(zhì)，是一種無質(zhì)量的氣體。自然界熱質(zhì)的總量不變，不會產(chǎn)生也不會消失，熱質(zhì)會由高溫物體流到低溫物體。材料二：19世紀(jì)中期，焦耳提出：自然界根本不存在熱質(zhì)，熱只是一種能量的形式，其它形式的能量也可以轉(zhuǎn)化為熱能。如燃燒能產(chǎn)生熱，導(dǎo)體通電也會產(chǎn)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(zhuǎn)軸帶動水中的葉輪轉(zhuǎn)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(fù)實驗，最終確認(rèn)熱與其它能量之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系。（1）焦耳實驗中水溫升高t1℃，將水改為等質(zhì)量的油，重復(fù)相同實驗，油溫升高t2℃，則與的大小關(guān)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(zhì)說”證據(jù)的是。A．導(dǎo)體通電會產(chǎn)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(xué)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(jù)國際原子能機構(gòu)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(shù)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(nèi)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?！庇媱潯Ｕ埜鶕?jù)以上信息分析：（1）U—235和U—238在原子結(jié)構(gòu)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(xué)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