2020年浙江中考科学总复习课件：讲义 第三篇 第14课时　能的转化与守恒 41页

第 14 课时　能的转化与守恒 第三篇 物质科学（物理部分） 一、机械能 (a) 1 ．动能和势能 (1) 动能是物体由于运动而具有的能。动能的大小与物体的质量和运动速度有关，物体的质量越大，运动速度越快，其动能越大。 (2) 重力势能是物体由于被举高而具有的能。重力势能的大小与物体的重力和被举高的高度有关，物体的重力越大 ( 质量越大 ) ，被举高的高度越高，其重力势能越大。 (3) 弹性势能是物体由于发生弹性形变而具有的能。同一物体在一定限度内弹性形变越大，弹性势能越大。在相同的形变程度下，不同的物体弹性势能不同。 (4) 动能和势能之和称为机械能。 (2) 动能和弹性势能的转化 弹簧的一端固定，另一端带着小球做弹性运动时，弹簧的弹性势能和小球的动能之间可以相互转化。 (3) 探究动能与重力势能的大小可利用控制变量法设计对照实验。比较动能和重力势能的大小可利用转化法进行观察。 (4) 机械能守恒：一个物体在动能和势能转化过程中，若不考虑因摩擦等因素引起的能量损失，则机械能守恒。 无规则 间隔 相互作用力 做功 热传递 Q ＝ cm Δ t 4.2 × 10 3 J/(kg· ℃ ) 3 ． 热值与热机 (1) 热值 ___________________________________ 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/m 3 ) 。热值计算时可用： Q ＝ mq ( 气体燃料计算时用： Q ＝ Vq ) 1kg 某种燃料完全燃烧时放出的热量 (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： _______ 冲程、 _______ 冲程、 _________ 冲程、 _________ 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，该冲程将内能转化为机械 能；排气冲程将燃烧后的废气排出汽油机。 吸气 压缩 做功 排气 【 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。 重核裂变 轻核聚变 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，能量的总量保持不变 方向性 类型一　能的转化与守恒定律 典例 1 [2019 · 台州 ] 立定跳远时的动作分解如图，在此过程中运动员 ( 　　 ) A ．上升时，动能减小，势能减小 B ．上升时，动能增大，势能增大 C ．下落时，势能增大，动能减小 D ．下落时，势能减小，动能增大 【 解析 】 立定跳远的过程中，运动员上升时，动能减小，重力势能增大；下落 时，动能增大，重力势能减小。 D 图 14 － 1 跟踪训练 1 [2019 · 杭州富阳区期中 ] 如图所示，小球在 A 点由静止开始释放向右侧摆动， B 点是小球摆动的最低点， C 点是小球摆到右侧的最高点，且 A 、 C 两点到 B 点的竖直距离 h A ＞ h C 。下列说法中不正确的是 ( 　　 ) A ． A 点的机械能最大 B ．小球的机械能总量逐渐变小 C ．小球的机械能总量保持不变 D ．小球的动能和重力势能可以相互转化 C 图 14 － 2 类型二　探究动能大小的影响因素 典例 2 [2019 · 杭州押题 ] 某同学在探究 “ 物体动能大小与哪些因素有关 ” 的实验 中，所用的实验装置如下图所示。 A 为小球， B 为木块。 图 14 － 3 (1) 根据该同学设计的实验数据表格，可以看出，他的猜想是：物体动能大小与 _________ 有关。 (2) 本实验中，小球下落的高度 h 都放置为 h 0 的目的是 ________________________________________________ 。 (3) 如果第 1 次实验中，木块运动到了长木板的末端之外，在不更换实验器材的条件下，解决的办法是： _____________________________ 。 质量 控制小球刚进入水平面时的 ( 初 ) 速度相同 降低小球开始下落时的高度 ( h ) Ⅱ. 将质量为 m 的小球从光滑斜面的 B 处由静止释放，滚下后与放在水平面上的木块相碰，木块在水平面上移动一段距离后静止，如图乙所示。 Ⅲ. 将质量为 2 m 的小球从光滑斜面的 B 处由静止释放，滚下后与放在水平面上的木块相碰，木块在水平面上移动一段距离后静止，如图丙所示。 根据上述三次实验，回答下列问题： (1) 本实验采用转换法，实验中是通过观察 __________________ 来判断小球的动能大小。 (2) 选用甲、乙两图来分析，是为了探究动能大小与 _________ 的关系。 (3) 分析乙、丙两图，得到的实验结论是 ______________________________ 。 小木块移动的距离 速度 速度相等时，质量越大动能越大 类型三　探究势能大小的影响因素 典例 3 [2019 · 金华校级一模 ] 某学校 “ 牛顿小组 ” 的同学在探究重力势能的实验中用到三个体积相同的小球，它们的质量关系为 m 1 ＜ m 2 ＝ m 3 ，实验的情景如图所示 ( h 1 ＝ h 2 ＜ h 3 ) 。 图 14 － 5 (1) 通过观察小球陷入细沙的深度来反映重力势能的大小，应用的科学方法是 _________ ( 选填 “ 转换法 ” 或 “ 类比法 ” ) 。 (2) 分析甲、乙两种情况可知，重力势能的大小与物体的 _________ 有关。 (3) 小铁球 m 3 落入细沙后，速度不断减小直至静止，它的机械能转化为 _________ 能。 (4) 同学们还发现小球离地面越高，下落到地面所用的时间越长，他们测出了小球自由下落高度 h 和下落时间的平方 t 2 的数据如下表，分析数据，写出 h 与 t 2 的关系式为 _________ 。 转换法 质量 内 h ＝ 4.9 t 2 实验次数 1 2 3 4 5 6 h (m) 2.45 4.9 7.35 9.8 12.25 14.7 t 2 (s 2 ) 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 猜想二：弹性势能的大小与弹簧的材料有关。 为此，小明选用长度和粗细分别相同，但材料不同的两根弹簧 A 和 B 、小球、木块等器材，利用如图所示的实验装置进行实验。 实验数据记录如表： 序号 弹簧簧长度 (cm) 被压缩后弹木块移动距离 s (cm) ① 弹簧 A 5 ② 弹簧 A 8 ③ 弹簧 B 5 ④ 弹簧 B 8 为探究猜想二，可选用实验序号②和 _________ 记录的数据进行比较。 ____________________________ ，则说明弹性势能的大小与弹簧的材料有关。 小金认为为了减小木块与水平面之间的摩擦，应该尽可能用光滑的材料做实验，你认为他的观点对吗？为什么？答： ______________________________________________________________ 。 若在第①、②次实验中采用了质量不同的光滑的小球，能得到正确的实验结论 吗？为什么？答： ___________________________________________________________________________________________________________________________ 。 ④ 两次木块移动的距离不同 不对，因为光滑水平面上木块不能停止运动，得不到实验结果 能，因为小球的动能是由弹簧的弹性势能转化来的，所以小球的动能大小取决于弹簧的弹性势能，与小球的质量大小无关 (1) 若货物对 AB 的压力小于对 BC 的压力，则货物在 AB 上减小的机械能 _________ ( 选填 “ 大于 ”“ 等于 ” 或 “ 小于 ” ) 在 BC 上减小的机械能。 (2) 若机械手臂每隔 3s 取走一件货物，传送带运动的速度为 0.8m/s ，为防止货物的碰撞与堆积，货物之间的距离 d 至少为 _________m 。 【 解析 】 (1) 货物对 AB 压力小于对 BC 的压力，所以货物在 AB 段受到的摩擦力小于在 BC 段受到的摩擦力， AB ＝ BC ，根据 W ＝ fs 可知，货物在 AB 段克服摩擦做的功小于 BC 段，即货物在 AB 上减小的机械能小于在 BC 上减小的机械能。 (2) 货物之间的间距至少为 3s 内传送带移动的距离， d ＝ v t ＝ 0.8m/s × 3s ＝ 2.4m 。 小于 2.4 2 mgl D 类型五　内能的转化 典例 5 [2019 · 宁波 ] 下列都是教材中的实验，其中为了说明 “ 对物体做功，物体内能增加 ” 的是 ( 　　 ) A ．图甲：手帕摩擦塑料丝后，塑料丝散开 B ．图乙：缝衣针与磁铁摩擦后，有了磁性 C ．图丙：加热后，水蒸气把木塞冲出试管 D ．图丁：迅速下压活塞后，浸过乙醚的棉花燃烧 【 解析 】 C 项水蒸气把木塞冲开，水蒸气对木塞做功，水蒸气内能减小。 D 项活塞对内部空气做功，空气内能增加，温度达到可燃物的着火点，可燃物燃烧。 D 图 14 － 9 跟踪训练 5 [2019 · 杭州萧山区模拟 ] 关于物体的内能，下列说法中正确的是 ( 　　 ) A ．物体的内能增加，不一定是从外界吸收了热量 B ． 0℃ 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 A 类型六　热机与热值 典例 6 [2019 · 湖州 ] 我们经常会看到一边行驶一边向空中喷雾的汽车，人们形象地将它称为雾炮车 ( 如图 ) 。喷向空中的水雾能使尘埃粒子快速沉降到地面，起到净化空气的作用。 图 14 － 10 (1) 喷向空中的水雾，有许多在掉向地面之前已经在空中散失了，还能起到降温作用。其原理是 ________________ 。 (2) 该雾炮车的发动机是柴油机。柴油机四个冲程中的 _________ 冲程实现了内能转化为机械能，从而驱动雾炮车前进。 【 解析 】 (1) 水雾散失了，说明变为气态的水蒸气留存在空气中，因此发生的是水的蒸发，蒸发需要吸收热量，起到降温效果。 (2) 做功冲程中，柴油燃烧释放热 量，汽缸内气体膨胀，推动活塞做功，属于内能向机械能的转化。 汽化 ( 蒸发 ) 吸热 做功 D 【 解析 】 比热容是物质的一种特性，只与物质的种类和状态有关，与其他因素无关。 1 ． [2019 · 湖州南浔区一模 ] 2018 年 3 月 2 日，电影 《 厉害了，我的国 》 在全国各大影院火爆上映。特别是作为大国工程 “ 一带一路 ” 国家名片的 “ 华龙一号 ” 核电机组 ( 如图 ) ，代表创新成果的人造太阳，在影片中亮相，再次彰显了大国实力。下列关于 “ 华龙一号 ” 核电中核能说法正确的是 ( 　　 ) A ．核能直接转化为电能 B ．该原理与太阳释放能量的原理相同 C ．利用核裂变原理 D ．核能是原子内部的化学反应释放出来的能量 C 图 14 － 11 2 ． [2019 · 杭州校级模拟 ] 下列关于温度、内能和热量的说法，正确的是 ( 　　 ) A ．在物体与外界没有热传递的情况下，一个物体对外做了功，内能可能不变 B ．物体温度越高，所含热量越多 C ．物体的机械能越多，其内能就越多 D ．相同质量的两个物体，升高相同的温度，内能的增量不一定相同 D 3 ． [2019 · 德清模拟 ] 网球落到水平地面后又会跳起来。如图是用频闪照相机拍摄的记录一只网球落地后运动过程的照片，照片中位置 1 和位置 2 高度相等，位置 3 高于位置 1 和 2 。则 ( 　　 ) A ．该网球在位置 1 、 2 和 3 的机械能相等 B ．该网球在位置 1 、 2 和 3 时，位置 3 的动能最小 C ．该网球在位置 1 、 2 和 3 时，位置 3 的重力势能最小 D ．该网球在位置 1 、 2 的机械能相等，在位置 3 的机械能最大 B 图 14 － 12 4 ． [2019 · 杭州滨江区二模 ] 在水平地面上铺一张纸，将皮球表面涂黑，使其分别从不同高度处自由下落，在纸上留下黑色圆斑 A 、 B ，如图所示。若要判断哪一个圆斑是皮球从较高处落下形成的，正确、合理的分析思路是 ( 　　 ) ①球在和地面接触的过程中动能转化成的弹性势能较大 ②球的形变量较大，在地面上形成的圆斑较大 ③球下落过程中重力势能转化为动能 ④球在较高处具有较大的重力势能 ⑤球在接触地面前具有较大的动能 A ．②①⑤④③ B ．②④③⑤① C ．④③⑤①② D ．④⑤③①② C 图 14 － 13 5 ． [2019 · 黄冈 ] 非物质文化遗产 —— 画 “ 糖人 ” ，是我国的一种民间艺术。其作画过程是：艺人先将红 ( 白 ) 糖放在热锅里，由于 _________ ( 选填 “ 做功 ” 或 “ 热传 递 ” ) ，糖的内能增大，温度升高而熔化。然后用小勺子将糖汁淋在玻璃上或刻画有戏曲人物、小动物等的造型模板上，待糖汁 _________ ( 填物态变化名称 ) 后，栩栩如生的 “ 糖人 ” 就制成了。 热传递 凝固 图 14 － 14 6 ． [2019 · 金华模拟 ] 某实验小组的同学用如图所示的装置探究 “ 质量对物体动能大小的影响 ” 。他们将钢球用绳系着，从某一高度由静止释放。钢球摆到竖直位置时，撞击水平木板上的木块，将木块撞出一段距离。经过实验，获得三组数 据，如下表： 实验次数 钢球质量 (g) 钢球下摆高度 (cm) 木块滑行距离 (cm) 1 20 20 30 2 40 20 58 3 60 20 (1) 钢球动能的大小是通过观察 _________________________ _________ 来判断的。 (2) 在第 3 次实验中，木块被撞后滑出木板，需要改进方案并只重做第 3 次实验。下面有几种建议，你认为可行的是 _________ 。 A ．甲同学建议换用一块更长的同样木板 B ．乙同学建议换一个较大的木块 C ．丙同学建议降低钢球下摆的高度 D ．丁同学建议换用适当质量的钢球 木块在水平木板上运动的距离 A (3) 通过本实验可得出的结论是： ________________________________ _________ 。 (4) 科学研究方法有许多，如 “ 控制变量法 ”“ 模型法 ”“ 类比法 ”“ 转换法 ” 和 “ 等效替代法 ” 等，本实验采用的研究方法有控制变量法和转换法，下列实验也同时采用这两种科学方法的有 _________ 。 A ．研究影响导体电阻大小的因素 B ．研究影响压力作用效果的因素 C ．研究电流与电压、电阻的关系 D ．研究电流产生的热量与哪些因素有关 当速度相同时，质量越大，动能也越大 ABD