备战2023新中考二轮科学专题导练 考点25 能量的转化与守恒

考点精讲

一、能量的形式

1.能：一个物体能够做功，就说这个物体具有能量(能)，它是表示物体做功本领大小的物理量，其单位与功的单位相同，也是焦(J)。

2.能量有多种形式，如：机械能、电能、电磁能、化学能、内能、核能、太阳能……

①核能

1．原子、原子核：原子由原子核和电子(带负电)组成，原子核由中子(不带电)和质子(带正电)组成。

2．核能：原子核分裂或聚合时释放出的能量。

3．核裂变：用中子轰击较重的原子核，使其裂变为较轻原子核的一种核反应。

4．核聚变：使较轻原子核结合成为较重的原子核从而释放巨大核能的一种核反应。

5．核能的优点和可能带来的问题。

(1)核能的优点：核能将是继石油、煤和天然气之后的主要能。利用核能发电不仅可以节省大量的煤、石油等能，而且用料省，运输方便。核电站运行时不会产生二氧化碳、二氧化硫和粉尘等对大气和环境有污染的物质，核电是一种比较清洁的能。

(2)利用核能可能带来的问题：如果出现核泄漏会造成严重的放射性环境污染。

二、机械能

1.功和能的关系

(1)一个物体具有能量，可以用来做功，反过来，一个物体能够做功，它就具有能量。可用做功的多少来衡量物体具有能量的大小。

(2)功是能量转化的量度，做功过程一定伴随能量转化，做了多少功，就有多少能量发生了转化。

(3)具有能的物体只表示物体可以做功，但不一定“正在做功”或“已经做功”。

2.动能：物体由于运动而具有的能叫动能，其大小与质量和运动速度有关，一切运动的物体都具有动能。

3.重力势能：物体由于被举高而具有的能叫重力势能，其大小与质量和被举的高度有关。

4．弹性势能：物体发生弹性形变而具有的能叫弹性势能，同一物体发生弹性形变越大，具有的弹性势能越大。

5.机械能：动能和势能统称为机械能。

6.机械能的转化与守恒：动能和势能在一定条件下可以相互转化，若只有动能和势能之间的转化(不计各种阻力)，机械能的总量不变，或者说机械能是守恒的。如考虑阻力的影响，机械能的总量减小。总机械能守恒(不计能量损失，物体质量不变).

三、燃料的热值

(1)燃料燃烧过程中的能量转化：燃料燃烧是一种化学反应，燃烧过程中，储存在燃料中的化学能被释放，物体的化学能转化为周围物体的内能。

(2)燃料的热值

①定义：燃料完全燃烧放出的热量与燃料的质量之比，叫做这种燃料的热值。用符号“q”表示。

②热值的单位是J/kg，读作焦耳每千克。还要注意，气体燃料有时使用J/m3，读作焦耳每立方米。

(3)热效率

(1)用来做有用功的那部分热量与燃料完全燃烧放出的热量之比。

(2)η＝。

知识点三：能量的转化和守恒

1.能量的转化和守恒定律的内容：能量既不会凭空消灭，也不会凭空产生，它只会从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到另一个物体，而在转化和转移的过程中，能量的总量保持不变。

2.能量的转移和转化的方向性。能量的转移和转化有一定的方向性。我们是在能量转移或转化过程中利用能量的。

3.“永动机”永远不可能实现，因为它违背了能量守恒定律。

真题解析

例题

1．撑竿跳高是一项对压竿和起跳技术要求很高的体育运动。如图所示是运动员在一次比赛中的情景，从竿处于最大弹性形变到运动员松开竿的过程中（不考虑空气阻力）（　　）

A．竿的弹性势能增大，运动员的机械能减小

B．竿的弹性势能增大，运动员的机械能增大

C．竿的弹性势能减小，运动员的机械能减小

D．竿的弹性势能减小，运动员的机械能增大

答案

1．D

【解析】

【详解】

图示中，不计空气阻力，竿从弹性形变最大到运动员松开竿的过程中，竿逐渐恢复原状，则竿的弹性势能减小，减小的弹性势能转化为运动员的机械能，所以运动员的机械能增大，故ABC不符合题意，D符合题意。

故选D。

2．麻糍是仙居的一道传统美食。如图，师傅手握大锤，高高举起，然后落下，糯米团在不断的捶打下变得更有韧性，而后成为好吃的麻糍。

（1）糯米的主要营养物质是淀粉，淀粉在消化道内被消化的最终产物是________。

（2）捣麻糍第一步：师傅手握大锤，高高举起。此时可以把大锤和木柄看作杠杆，把师傅下方手的握点看成支点O，请判断此杠杆的类型为________杠杆。（选填“省力”、“等臂”或“费力”）

（3）捣麻糍第二步：大锤在最高点，然后落下（未接触麻糍）。在下落过程中大锤的重力势能主要转化为________。

答案

2．     葡萄糖     费力     动能

【解析】

【分析】

（1）淀粉的消化从口腔开始，口腔中的唾液淀粉酶能够将部分淀粉分解为麦芽糖，当淀粉和麦芽糖进入小肠后，由于小肠中的胰液和肠液中含有消化糖类、脂肪和蛋白质的酶，因此，淀粉等糖类物质在小肠内被彻底消化为葡萄糖。

（2）动力臂大于阻力臂的杠杆为省力杠杆，动力臂小于阻力臂的杠杆为费力杠杆，动力臂等于阻力臂的杠杆为等臂杠杆。

（3）动能大小的影响因素：质量、速度；重力势能大小的影响因素：质量、高度。

【详解】

（1）淀粉在人体消化道内被彻底消化为葡萄糖才能被人体吸收。

（2）由图知，挥动大锤捣糯米团时，动力臂小于大锤重力的力臂，所以大锤可以看作一个费力杠杆。

（3）在下落过程中，大锤的质量不变，高度变小，重力势能变小，速度变大，动能变大，重力势能主要转化为动能。

3．能量转化和守恒定律是许多科学家经过长期探索才建立起来的，是科学史上重大发现之一。

材料一：十七至十八世纪，多位科学家对能量的量度提出了不同的观点。1644年，笛卡尔用物体的质量（单位kg）和其速度（单位m/s）的乘积来表示“能量”1686年，莱布尼兹用物体的质量和其速度平方的乘积来表示“能量”；1743年，达朗贝尔用“活力”（即物体受力作用通过一定距离）来表示“能量”。

材料二：温度计的不断改进给热与功研究的精确化提供了必要条件。

材料三：焦耳通过400多次的实验，为能量守恒定律的确立奠定了定量的实验基础。

（1）材料一中，笛卡尔所表示的“能量”的单位是________。

（2）如图所示是焦耳实验的装置，通过重物的上下运动，带动叶片转动，这个过程中________（填能的一种形式）转化为水的内能。

（3）结合材料分析，以下观点正确的是________。

A．伟大科学家的观点都是正确的

B．测量工具的发展有助于科学理论的研究

C．对科学的认识是一个不断修正完善的过程

答案

3．     kg·m/s     机械能     BC

【解析】

【详解】

（1）[1]笛卡尔用物体的质量（单位kg）和其速度（单位m/s）的乘积来表示“能量”，所以“能量”的单位是kg·m/s。

（2）[2]焦耳实验的装置中，重物的上下运动，重物具有机械能，带动叶片转动，这个过程中机械能转化为水的内能。

（3）[3]A．伟大科学家的观点不一定都是正确的，故A错误；

B．测量工具的发展有利于实验数据的精确获得，有助于科学理论的研究，故B正确；

C．对科学的认识是一个不断修正完善的过程，故C正确。

故选BC。

4．2021年4月日本政府决定将福岛核污染废水排入太平洋，引起了全球公愤。核电站发电时能量所释放的核能来自___________。（填“核聚变”或“核裂变”）

答案

4．核裂变

【解析】

【详解】

核电站发电时能量所释放的核能来自核裂变。

5．2021年9月17日，神舟十二号搭载三名航天员并在轨道运行3个月后，平安降落在东风着陆场预定区域。如图所示是返回舱落入大气层时，与空气剧烈摩擦的情形，返回舱表面温度升高，这是通过________的方式改变物体内能。返回舱加速下落的过程中，它的机械能________（选填“增大”、“减小”或“不变”）。

答案：

5．     做功     减小

【解析】

【详解】

[1]返回舱落入大气层时，与空气剧烈摩擦，克服摩擦做功，内能变大，这是通过做功的方式改变其内能的。

[2]返回舱加速下落的过程中，克服摩擦做功，一部分机械能转化为内能，所以它的机械能变小。

突破提升

一、选择题

1．截止2021年底，中国高铁里程数达3.96万公里，动力足、速度快，是中国展现给全世界的一张金名片。某列高铁在牵引电动机（功率不变）的作用下，经有坡度的引桥行驶上水平的高架轨道，都匀速前进。以下分析正确的是（　　）

A．牵引电动机可将电能完全转化为机械能

B．该列高铁行驶在引桥上和高架轨道上所需摩擦力相同

C．行驶在高架轨道上的高铁只具有重力势能

D．该列高铁由引桥驶上高架轨道后机械能变大

2．如图所示，光滑轨道ABC固定在竖直平面内，BC段水平，一小球从A点由静止释放运动到C点的过程中，动能和势能变化情况是（　　）

A．A到B的过程，小球的动能增大，势能不变

B．A到B的过程，小球的动能增大，势能减小

C．B到C的过程，小球的动能不变，势能减小

D．B到C的过程，小球的动能增大，势能不变

3．2020年12月17日“嫦娥五号返回器”成功着陆。如图是“返回器”通过大气层返回地球时“打水漂”过程示意图，“返回器”跃出大气层后不再受摩擦阻力。下列关于“返回器”能量变化的说法正确的是（　　）

A．从A到B点内能增大，势能增大

B．从B点到C点动能增大，势能减小

C．从C点到D点动能先减小后增大，机械能不变

D．从C点到D点势能先增大后减小，机械能变小

4．一位摄影爱好者采用在同一张底片上多次曝光的方法，拍摄了极限跳伞运动员从悬崖上跳下的过程。从运动员离开悬崖时开始，每隔0.3s曝光一次，得到了一张记录运动员在打开降落伞之前的一段下落情况的照片，如图。已知运动员从a点到d点可视为沿竖直方向运动，通过ab、bc和cd的时间间隔均为0.6s，空气阻力不能忽略。对于运动员从a点到d点的下落过程，下列分析中正确的是（　　）

A．运动员下落过程中速度的大小保持不变

B．运动员所受的重力在ab段所做的功等于在cd段所做的功

C．运动员所受的重力在ab段做功功率比在cd段做功功率小

D．运动员在下落过程中减少的重力势能全部转化为动能

5．2021年8月，全红婵在奥运会跳水项目的完美表现引起国人关注。图①是她站在跳板上压缩跳板至最低点，随后完成②③④动作。不考虑空气阻力，下列选项中能表示全红婵从起跳到即将入水的过程中，其机械能变化的图像是（　　）

A． B． C． D．

6．如图所示是蹦极运动的简化示意图，弹性绳一端固定在。点，另一端系住运动员，运动员从o点自由下落，a点处弹性绳自然伸直，c点是运动员到达的最低点，最后静止时运动员停在b点，运动过程中忽略空气阻力，则下列说法正确的是（　　）

A．从a至c运动员一直在克服重力做功

B．在下落过程中，运动员经过b点时受到的是平衡力

C．从o至a运动员机械能不守恒，从a至c运动员机械能守恒

D．从o至a运动员速度增大，从a至c运动员速度减小

7．在某次演习中，解放军某部在海拔6000米的高空空投重达8吨的新型履带式伞兵战车，如图所示。空投下来的战车在后阶段可认为与降落伞一起匀速竖直掉向地面。下列观点正确的是（　　）

A．伞兵战车出机舱后在水平方向仍会向前运动，这是由于战车受到惯性的作用

B．后阶段匀速下降的过程中机械能守恒

C．空投战车后，若飞机仍在原高度水平飞行，则飞机的势能比空投前减小

D．伞兵战车从出机舱到地面的整个过程中，重力做功焦

8．如图所示，小球在一定高度由静止落下，接触弹簧后再被弹起，每次弹起的高度都低于落下时的高度。则小球从刚接触弹簧到将弹簧压缩到最低点时，下列图像能反应小球的动能或弹簧的弹性势能随时间变化的是（　　）

A． B．

C． D．

9．下列有关如图所示四幅图的点中（不计摩擦），分析错误的是（　　）

A．图甲中，起跳离开地面后，人只受到重力的作用

B．图乙中，在下降过程中，滚摆的动能逐渐减小

C．图丙中，卫星在近地点的速度最大

D．图丁中，小球运动到③位置时速度不为零

二、填空题

10．核电站是利用核反应堆提供能量，使水变成蒸汽，再利用高温高压的蒸汽推动汽轮发电机发电的。甲是核电站的原理示意图，乙是两种核反应示意图。

（1）核电站核反应堆利用的是__________所示的核反应（填“A”或“B”）；

（2）根据核电站原理图，请在方框内完成核电站发电过程中能量转化流程图）____：

（3）核电站在运行过程中会产生大量的热，常用水作冷却剂，这是利用了水__________的性质，所以核电站一般建在海边。