第十章 热和能、能源

1 能和能量守恒 一、中考解读 高频考点 常考题型 复习提示 机械能 选择、简答、实验探究 识别动能、重力势能和弹性势能，知道动能大小跟质量、速度的定性关系，重力势能大小与质量、被举高度的定性关系，弹性势能大小与弹性形变的定性关系，举例说出动能和势能的相互转化，描述机械能守恒的含义，利用机械能守恒解释简单的现象 内能 选择、简答 知道克服摩擦做功与物体内能改变的关系，做功和热传递是改变内能的两种途径，在热传递过程中用热量来量度内能变化，举例说出化学能与内能的转化，说明人体能量来源及其转化，生物体能量的来源和转化 核能 选择、简答 知道裂变和链式反应，知道聚变和热核反应，知道放射性及其应用，核电站是利用核裂变的原理来工作的 能量的转化和守恒 选择、简答 列举能的多种形式。举例说出能量的转化与守恒定律和能量的转化与转移有一定方向性，知道提高能量利用效率和节能的关系，通过对能量转化守恒定律发现史的学习，领悟科学思想和科学精神 二、考点聚焦 考点1 机械能 1．物体由于运动而具有的能叫动能。物体的动能与质量和速度有关。质量相同，速度越大，动能越大；速度相同，质量越大，动能越大。 2．物体由于被举高而具有的能叫重力势能。重力势能的大小与质量和高度有关，质量相同，高度越大，重力势能越大；高度相同，质量越大，重力势能越大。 3．物体由于发生了弹性形变而具有的能叫弹性势能，物体发生弹性形变程度越大，弹性势能越大。重力势能和弹性势能统称为势能。 4．机械能及其转化：动能和势能统称为机械能。 ①动能和势能可以相互转化，在一定条件下，动能可以转化为势能，势能也可以转化为动能。 ②机械能守恒：在动能和势能的相互转化过程中，若没有机械能的损失，机械能的总量保持不变。 [提醒要点] 在探究动能、势能的影响因素时要控制变量。 例1：(2011·绍兴)如图甲所示，质量不计的弹簧竖直固定在一压力传感器上，压力传感器是电阻阻值随受到压力的增大而减小的变阻器(压力不超过最大值)，压力传感器、电流表、定值电阻和电源组成一电路。压力传感器不受力时电流表示数是I0。t＝0时刻，将一金属小球从弹簧正上方某一高度由静止释放，小球落到弹簧上压缩弹簧到最低点，然后又被弹起离开弹簧，上升到一定高度后再下落，如此反复。整个过程中，不计能量损失，电流表示数I随时间t变化的图像如图乙所示，则( )

A．t1时刻，小球动能最小 2

B．t2时刻，弹簧的弹性势能最小 C．t2～t3这段时间内，弹簧的弹性势能先增加后减少 D．t2～t3这段时间内，小球增加的动能小于弹簧减少的弹性势能 【解析】本题借自由落体与电路图像相结合，考查机械能及转化。0～t1时刻，球自由下落，动能逐渐增大，t1时刻动能最大；t1～t2时刻，球接触弹簧，动能和重力势能逐渐转化为弹性势能，t2时刻弹性势能达到最大，动能最小；t2～t3时刻，弹簧恢复形变，弹性势能转化为动能和重力势能，因不计能量损失，且图像变化均匀没有衰减，据能量守恒，球得到的动能小于减少的弹性势能。

例2：了解到“重力势能”知识的小东同学，想用身边的器材(铅球)，来探究影响重力势能大小的因素，其探究程序如下： (1)猜想：影响重力势能大小的因素可能有： A．重力势能大小可能与物体的质量有关 B．重力势能大小可能与物体的高度有关 (2)实验提供的实心铅球有2 kg、2 kg、3 kg各一个，细沙(足够多)、刻度尺、两个相同大纸盒，请你利用上述器材，帮他设计实验方案、验证猜想、完成实验步骤： A．将适量的沙子放进大纸盒里拨平； B．取质量为________________的铅球各一个，将两球分别对准纸盒位置提高到相同高度然后放手，用刻度尺量出铅球所砸沙坑的深度进行比较； C．取质量为________________的铅球各一个，将两球分别对准纸盒位置提高到不同高度然后放手，用刻度尺量出铅球所砸沙坑的深度进行比较。 (3)通过对该实验的探究，B步骤得到的结论是：重力势能跟________有关；C步骤得出的结论是：重力势能跟________有关。 [点拨] 高度相同时，应控制铅球的质量不同；高度不同时，应控制质量相同。这就是实验探究中的控制变量法。 考点2 内能 知识点一 分子热运动 1．物质是由分子组成，一切物质的分子都在不停地做无规则运动，这种运动和温度有关，又叫做分子的热运动。温度越高，分子热运动越剧烈。 2．扩散现象：不同物质相互接触时，彼此进入对方的现象叫扩散。扩散现象说明：(1)分子间有间隙；(2)一切物质的分子都在不停地做无规则运动。 3．影响扩散快慢的主要因素是温度，温度越高，扩散越剧烈。 例：在日常生活中，我们把蔬菜放进冰箱的冷藏室储存时，通常用保鲜膜封装，目的是防止蔬菜中的水分因发生________(填物态变化名称)而散失，达到保鲜的目的。如果把吃剩的饭菜直接放进冷藏室，食物之间往往相互“串味”，使食物失去原有的口味，因此，通常也需要用保鲜膜封装，这里的“串味”是因为食物之间发生了分子的______现象。 3

【解析】水在常温下就会变成水蒸气，即发生汽化(或蒸发)，蔬菜用保鲜膜封装后再放进冰箱，可以防止水分汽化而散失，达到保鲜的目的；由于构成物质的分子在永不停息地做无规则运动，把吃剩的饭菜直接放进冷藏室，由于分子的无规则运动使不同食物间的分子相互渗入，导致放进冰箱里的各种食物“串味”，这种由于分子的无规则运动而产生的现象称为扩散现象。

知识点二 内 能 1．一切物体都有内能，内能的单位是焦耳。内能是物体内部所有分子具有的能量总和，对单个分子或部分分子内能没有意义。 同一物体，温度越高，内能越大；同种物质，温度相同时，质量越大，内能越大。 2．内能和机械能的区别：内能是能量的又一种形式，内能与物体内部分子的无规则运动和分子间的相互作用情况有关；而机械能与整个物体的机械运动有关。一个物体可以不具有机械能，但必定具有内能。 3．改变内能的方法有做功和热传递两种方式。 (1)热传递 ①开始条件：物体间有温度差；结束条件：物体间温度相同； ②实质：内能从高温物体传到低温物体，或者从同一物体的高温部分传到低温部分的过程，即内能的转移。 ③热传递传递的是内能，而不是温度； ④物体吸收热量，内能增加；物体放出热量，内能减少。 (2)做功 ①对物体做功，物体的内能增加；物体对外做功，内能减少； ②实质：内能与其他形式能量之间的转化； ③做功和热传递对于改变物体内能是等效的。 例：关于温度、内能和热量，以下说法正确的是( ) A．温度越高的物体所含的热量一定越多 B．温度相同的两个物体间会发生热传递 C．0 ℃的冰变成0 ℃的水，温度不变，内能不变 D．任何物体都具有内能，通过摩擦可增大冰块的内能 【解析】热量是热传递过程中内能的改变量，不能说一个物体含有多少热量；发生热传递的条件是两个物体间存在温度差，温度相同的两个物体间不会发生热传递；0 ℃的冰变为0 ℃的水需要从外界吸收热量，尽管温度不变，但内能依然是增加的；一切物体在任何温度下都具有内能，做功和热传递是改变物体内能的两种方式，故通过摩擦力做功可以增加冰块的内能。

知识点三 热 量 1．热量：在热传递过程中，传递能量的多少叫热量。 2．比热容：单位质量的某种物质，温度升高(或降低)1℃所吸收(或放出)的热量，叫做这种 4

物质的比热容，符号为c，单位为焦/(千克·摄氏度)。比热容是物体的一种特性，大小与物质的种类、状态有关，与物质的质量、温度变化多少等因素无关。水的比热容是4.2×103J/(kg·℃)，物理意义：1kg水温度升高1℃吸收的热量是4.2×103J。 3．热量的计算： (1)吸热公式：Q吸＝cm(t－t0)；

(2)放热公式：Q放＝cm(t0－t)； 热平衡关系式：Q吸＝Q放(没有热损失)。 例1：搓手能使手的温度升高，这是用______的方法使手的内能增加；使用电热水器给水加热，这是用______的方式使水的内能增加，把质量为2kg，初温是30℃的水加热到80℃，这些水吸收的热量是_______J(水的比热容是4.2×103J/(kg·℃)) [点拨] 改变内能的两种方式是热传递和做功。 例2：人类的祖先钻木取火，为人类文明揭开了新的一页。钻木取火的一种方法如图所示，将削尖的木棒伸到木板的洞里，用力压住木棒来回拉动钻弓。木棒在木板的洞里转动时，板与棒互相摩擦，机械能转化为内能，而热集中在洞内，不易散发，提高了木棒尖端的温度，当达到约260 ℃时木棒便开始燃烧。因木头是热的不良导体，故受热厚度很薄，木棒受热部分的质量只有0.25克。已知：来回拉一次钻弓需1.0秒，弓长为s＝0.25米，人拉弓的力为16牛顿，木头比热c＝2×103 焦/(千克·℃)，室温为20 ℃。问：

(1)人来回拉一次钻弓克服摩擦力所做的功为多少？ (2)人克服摩擦力做功使机械能转化为内能，若其中有25%被木棒尖端吸收，则1秒内可使木棒尖端温度提高多少℃？ (3)请你估算用多长时间才能使木棒燃烧起来？

考点3 核能 1．获得核能的途径：裂变和聚变。 (1)重核裂变：质量较大的原子核在中子轰击下分裂成2个新原子核，并释放出能量的过程。 (2)链式反应：裂变过程释放出新的中子，这些中子若继续轰击其它重核，导致其他重核继续裂变。 (3)应用：在原子弹和核反应堆上，原子弹是将核能瞬间释放，而核反应堆是核能在人为控制的情况下逐渐释放，可用于核电站、潜艇和航空母舰。 (4)轻核聚变：在超高温度下，2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。聚变需要很高的温度，所以也叫热核反应。氢弹是根据轻核聚变的原理制造的。 2．核能和平利用——核电站 (1)工作流程：利用原子核裂变时产生的大量热量，使水变成水蒸气，推动汽轮机运转，再带动发电机发电。 (2)核电站中发生的能量转化：核能→内能→机械能→电能。