5.3能量的转化与守恒（Word版含答案）

粤教版（2019）必修三 5.3 能量的转化与守恒
一、单选题
1．利用能源的过程实质上是(　　)
A．能量的消失过程
B．能量的创造过程
C．能量不守恒的过程
D．能量转化或转移并且耗散的过程
2．有一种地下铁道，车站的路轨建的比较高，车辆进展要上坡，出战要下坡．如图所示，设坡高为1.8m，车辆进站到达A点时，具有的速度是v，下列v的大小刚好使车辆冲上坡的是？忽略摩擦和各种损耗（g取10m/s2）
A．2 m/s B．4 m/s C．6 m/s D．8 m/s
3．画作《瀑布》如图所示，有人对此画作了如下解读：水流从高处倾泻而下，推动水轮机发电，又顺着水渠流动，回到瀑布上方，然后再次倾泻而下，如此自动地周而复始。这一解读违背了(　　)
A．库仑定律
B．欧姆定律
C．电荷守恒定律
D．能量守恒定律
4．如图所示，一演示用的“永动机”转轮由5根轻杆和转轴构成，轻杆的末端装有用形状记忆合金制成的叶片。轻推转轮后，进入热水的叶片因伸展而“划水”，推动转轮转动，离开热水后，叶片形状迅速恢复，转轮因此能较长时间转动。下列说法正确的是（　　）
A．转轮依靠自身惯性转动，不需要消耗外界能量
B．转轮转动所需能量来自形状记忆合金自身
C．转动的叶片不断搅动热水，水温升高
D．转轮的叶片在热水中吸收的热量一定大于在空气中释放的热量
5．关于功和能，下列说法正确的是（ ）
A．功有正负，因此功是矢量
B．能量的单位是焦耳，功的单位是瓦特
C．能量可以转化与转移，但是总量不变
D．物体发生1 m位移的过程中，作用在物体上大小为1 N的力对物体做的功一定为1J
6．如图甲所示，滑沙运动是一项惊险刺激的娱乐活动，可简化为如图乙所示的模型。点是斜面与水平地面的连接处，质量为的物块（可视为质点）从斜面上的点由静止释放，最后停在点。物块与斜面、地面之间的动摩擦因数均为。不计物块经过点时的能量损失；已知，物块在斜面上做匀加速直线运动过程的正中间的位移为，、两点的连线与地面的夹角，重力加速度，，，下列说法正确的是（　　）
A．物块沿斜面下滑的加速度大小为
B．物块与接触面间的动摩擦因数为0.8
C．物块的重力势能的减少量小于
D．物块从运动到，因摩擦产生的热量为
7．诺贝尔物理奖获得者费恩曼曾说：有一个事实，如果你愿意也可以说是一条定律，支配者至今所知的一切现象……这条定律就是 （ ）
A．牛顿第一定律 B．牛顿第二定律
C．牛顿第三定律 D．能量守恒定律
8．守恒定律是自然界中某种物理量的值恒定不变的规律，它为我们解决许多实际问题提供了依据．在实际生活中经常看到这种现象，从水龙头中流出的水柱越来越细，如图所示．若垂直于水柱的横截面可视为圆，在水柱上分别取A、B 两个直径为d1、d2的横截面，已知 d1: d2 = 3 : 2 ，经过A、B 处水流的速度大小之比为
A．3 : 2 B．2 : 3 C．9 : 4 D．4 : 9
9．关于“节约能源”下列说法正确的是（　　）
A．由于自然界的能量的总和是守恒的，所以节约能源是毫无意义的
B．浪费能源只是浪费个人金钱，对整个社会和自然界是无关紧要的，因为能量是守恒的
C．从能量转化的角度看，自然界中宏观过程是有方向性的，能量的利用受这种方向性的制约，所以“节约能源”对人类社会发展有很大影响
D．上述说法都是错误的
10．如图所示，A、B是两个完全相同的铁球，A放在绝热板上，B用绝热绳悬挂。现只让它们吸收热量，当它们升高相同的温度时，它们所吸收的热量分别为QA、QB，则（　　）
A．QA=QB B．QAQB D．无法确定
11．下列说法中正确的是（　　）
A．能就是功，功就是能
B．做功越多，物体的能量就越大
C．外力对物体不做功，这个物体就没有能量
D．能量转化的多少可以用做功来量度
12．以下关于物理学史实的说法正确的是（ ）
A．伽利略通过理想斜面实验指出“力不是维持物体运动的原因”
B．牛顿提出了万有引力定律，并指出万有引力常量
C．英国剑桥大学的学生亚当斯和法国年轻的天文学家勒维耶根据天王星的观测资料，各自独立地利用万有引力定律计算出了后来被命名为“海王星”的行星，并由勒维耶在1846年在预言的位置附近发现了这颗行星．
D．能量守恒定律的建立是由不同国家、不同领域的十几位科学家以不同的形式各自独立提出的，其中迈尔、焦耳、法拉第的工作最有成效．
13．19世纪40年代前后,不同国家、不同领域的十几位科学家,以不同的方式,各自独立地提出:能量既不会凭空产生,也不会凭空消失,它只能从一种形式转化为另一种形式,或者从一个物体转移到别的物体,在转化或转移的过程中,能量的总量保持不变.这个规律叫做能量守恒定律.其中,工作最有成效的三个人是（ ）
A．迈耳、焦耳、亥姆霍兹
B．牛顿、迈耳、焦耳
C．牛顿、焦耳、亥姆霍兹
D．牛顿、迈耳、亥姆霍兹
14．如图所示，木板静止在光滑水平面上，一木块以某一初速度滑上木板，由于木块与木板之间存在摩擦力，木块在木板上滑行一段距离后相对静止，下列说法正确的是（　　）
A．木块减少的动能等于木板增加的动能
B．木块减少的机械能等于木板增加的机械能
C．木块减少的机械能等于木板增加的动能与木板增加的内能之和
D．木块减少的动能等于木板增加的动能与木块和木板增加的内能之和
15．某型号电动自行车的电动机铭牌如下：两次都将蓄电池充足电，第一次以15km/h的速度匀速行驶，第二次以20km/h的速度匀速行驶．若行驶时所受阻力与速度成正比，且电动自行车行驶时热损耗与输出功率比值保持不变，则两次行驶的最大里程之比及此自行车所配置的电动机的内阻为（ ）
后轮驱动直流永磁毂电机
额定工作电压、电流：36 V/5 A
额定输出功率：175 W
A． 0.2Ω
B． 0.2Ω
C． 7.2Ω
D． 7.2Ω
二、填空题
16．人类经过长期探索，确立了______定律：能量既不能______，也不能______，只能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，在转化或转移过程中______不变。
17．能量既不会消灭，也不会创生，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_________。
18．开发利用太阳能，将会满足人类长期对大量能源的需求。太阳能的光热转换是目前技术最为成熟、应用最广泛的形式。太阳能热水器的构造示意图如图甲所示，下方是日光灯管似的集热管，由导热性能良好的材料制成，在黑色管和外面透明管间有空隙，并抽成真空，集热管的下方是一块光亮的铝合金板子，做成凹凸状的曲面。
试分析下列有关太阳能的利用问题：
(1)说明太阳能热水器哪些结构与其功能相适应，水箱为何安装在顶部而非下部？( )
(2)图中A是集热器，B是储水容器，在阳光直射下水将沿________时针方向流动，这是因为________。C是辅助加热器，其作用是________。请在图中适当位置安上进水阀门和出水阀门，并说明选择位置的理由________。
19．能量守恒定律：__________________________ .
三、解答题
20．称出自己的质量，量出两层楼梯的垂直高度，手拿计时器，以正常速度匀速地向上跑完这两层楼梯，记下所用的时间。
（1）求出你在跑楼梯时体内输出的有用能量，这中间发生了什么样的能量转化？
（2）求出以瓦为单位的输出功率。如果这些能量转化为电能，可同时点亮几盏的灯泡？
21．如图所示，半径为R=0.8m的光滑圆弧轨道BC固定在竖直平面内，轨道的上端点B和圆心O的连线与水平方向的夹角，下端点C为轨道的最低点且与粗糙水平面相切，一根轻质弹簧右端固定在竖直挡板上，质量m=0.2kg的小物块（可视为质点）从空中A点以v空=1m/s的速度被水平抛出，恰好从B点沿轨道切线方向进入轨道，经过C点后沿水平面向右运动到D点时，弹簧被压缩至最短，C、D两点间的水平距离L=1m，小物块与水平面间的动摩擦因数，g=10m/s2，求∶
（1）小物块经过圆弧轨道上B点时速度vB的大小；
（2）小物块经过圆弧轨道上C点时对轨道的压力大小；
（3）弹簧的弹性势能的最大值Emax。
22．如图所示，光滑水平面上有质量为m1的长木板，木板的右端离竖直挡板距离为L0，某时，可看作质点的小滑块以vo的水平速度从左端滑上长木板，小滑块的质量为m2，滑块与木板之间的动摩擦因数为，木板与挡板的碰撞是弹性的，L0足够大．
（1）若m1：m2=2:1 ,要确保小滑块最终不从木板上掉下，求木板长度L的最小值
（2）若m1：m2=1:2，小滑块最终不从木板上掉下，求从滑块滑上木板到最后稳定的过程中，长木板所走过的路程S
23．如图所示，底部带有挡板的固定光滑斜面，倾角为θ＝30°，上有质量为m的足够长木板A，其下端距挡板间的距离为L，质量也为m的小物块B置于木板A的顶端，B与木板A之间的动摩擦因数为。无初速释放二者，当木板滑到斜面底端时，与底部的挡板发生弹性碰撞，且碰撞时间极短。可认为最大静摩擦力等于滑动摩擦力。重力加速度为g，求：
(1)木板A与挡板第一次碰撞后沿斜面上滑的过程中物块B的加速度大小；
(2)木板A从开始到第二次与挡板碰撞过程中运动的总路程；
(3)从开始到A、B最后都静止的过程中，系统因摩擦产生的热量。
24．如图，小滑块A与木板B均静止于粗糙水平地面上，A与B左端的距离为x0=4.5 m，小滑块C静止于木板B的右端，A、B与地面间的动摩擦因数均为μ1=0.1，C与B间的动摩擦因数μ2=0.2。现给A一个方向水平向右、大小v0=5 m/s的初速度。已知A、B、C的质量分别为mA=1 kg、mB =3 kg、mC=l kg，A、B间的碰撞为弹性碰撞且碰撞时问极短，滑块C始终未离开木板B，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，重力加速度g=10 m/s2.求：
（l）碰前瞬间A的速度大小和碰后瞬间B的速度大小；
（2）碰后瞬间B、C的加速度大小；
（3）从碰后到木板B最终停止，B与地面间因摩擦而产生的热量。
试卷第1页，共3页
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参考答案：
1．D
【详解】
能量是不能被创造和消失的，只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体上转移到另一个物体上，能量的利用过程实质上是能量的转化和转移过程。
故选D。
2．C
【详解】
刚好冲上坡，所以汽车到坡上速度为0，则动能全部转化为势能，根据
得
v=6m/s
故选C。
3．D
【详解】
水流在重力作用下，从高处倾泻而下，推动水轮机发电，重力势能转化为电能。由于重力的作用，水流不可能自己从低处流到高处，水流要回到瀑布上方，必须借助外力，使水流的重力势能增加，因此这一解读违背了能量守恒定律，ABC错误，D正确。
故选D。
4．D
【详解】
A．转轮转动的过程中克服摩擦力做功，转轮的速度越来越小，所以要维持转轮转动需要外力做功，故A错误；
B．要维持转轮转动需要外力做功，转轮转动所需能量不能由转轮自己提供，故B错误；
C．转动的叶片不断搅动热水的过程是水对转轮做功的过程，同时水会向四周放出热量，根据热力学第一定律可知水的内能减小，故水温降低，故C错误；
D．根据热力学第二定律，物体不可能从单一热源吸收能量全部用来对外做功而不引起其变化，故叶片在热水中吸收的热量一定大于在空气中释放的热量，故D正确。
故选D。
5．C
【详解】
A. 功有正负，但功是标量，故A错误；
B. 能量的单位是焦耳，功的单位是焦耳，故B错误；
C. 根据能量守恒定律可知，能量可以转化与转移，但是总量不变，故C正确；
D. 物体发生1 m位移的过程中，作用在物体上大小为1 N的力对物体做的功不一定为1J，因为力有可能能与位移不在一条直线上，故D错误；
6．D
本题通过滑沙运动考查考生的认识理解能力、建立模型能力和分析综合能力。
本题考查的知识有匀变速直线运动规律、平均速度、动能定理、能量守恒定律等，需要考生正确分析物块的运动过程，选用相应的规律解题。
【详解】
A．设物块沿斜面下滑的加速度为，正中间的位移为，则正中间的平均速度，正中间的平均速度也是物块沿斜面下滑的平均速度，由初速度为0的匀加速直线运动规律有
综合解得
A错误；
B．如图所示，为在地面上的投影，设斜面的倾角为，
物块从到，由动能定理有
由几何关系有
综合可得
又因为
则
B错误；
C．设为物块在段因摩擦产生的热量，由、可得，在物块沿斜面下滑过程中，由能量守恒定律有
可得重力势能的减小量为
即物块重力势能的减少量大于，C错误；
D．物块从运动到，设为物块在段因摩擦产生的热量，由能量守恒定律有
D正确。
故选D。
7．D
【详解】
牛顿定律只适用于宏观物体的低速运动，具有局限性；物理学家从千差万别的自然现象中抽象出一个贯穿其中的物理量：能量，在自然界经历的多种多样的变化中它不变化，支配着至今所知的一切现象，这条定律即能量守恒定律；
A．牛顿第一定律，与结论不相符，选项A错误；
B．牛顿第二定律，与结论不相符，选项B错误；
C．牛顿第三定律，与结论不相符，选项C错误；
D．能量守恒定律，与结论相符，选项D正确；
故选D．
【点睛】
本题考查物理学史，是常识性问题，对于物理学上重大发现、发明、著名理论及其适用范围要加强记忆，这也是考试内容之一．
8．D
【详解】
流量表示单位时间内水流过的体积，水的流量恒定不变，则单位时间内水流体积相等，水流的体积V=vS，其中，比较可知，A、B处水流的速度大小之比为4：9，故D正确．
9．C
【详解】
ABCD．能量虽然守恒，但能量耗散现象表明能量的转化具有方向性，在利用能量的过程中能量的品质降低了，故需要节约能源，ABD错误C正确。
故选C。
10．C
【详解】
A、B升高相同的温度，根据
可知，升温需要的能量是相同的。由于受热膨胀，A的重心升高，重力势能增加，吸收的热量QA一部分用于升温，剩余部分用于增加重力势能，即
B受热膨胀重心降低，重力势能减小，吸收的热量QB和减少的重力势能共同用于升温，即
显然
故C正确，ABD错误。
故选C。
11．D
【详解】
A．能是状态量，功是过程量，功和能是两个不同的概念，所以不能说功就是能，能就是功，故A错误；
B．若阻力对物体做负功，做的负功越多，物体的能量反而就越小，故B错误；
C．外力对物体不做功，只是说明物体的能量不变化，不能说明物体没有能量，故C错误；
D．因功是过程量，能是状态量，所以能量转化的多少可用功来量度，故D正确。
故选D。
12．A
【详解】
伽利略通过理想斜面实验推出力不是维持物体运动的原因，而是改变物体运动的原因，A正确；万有引力常量是卡文迪许测得的，牛顿发现万有引力定律，B错误；德国的伽勒在勒维耶预言的位置附近发现了“海王星”，C错误；能量守恒定律是不同国家、不同领域的十几位科学家各自独立提出的，其中迈尔、焦耳、亥姆霍兹的工作最有成效，D错误．
13．A
【详解】
19世纪40年代前后，迈尔、焦耳、亥姆霍兹等科学家以不同的方式，各自独立地提出能量守恒定律，故A正确；故选A.
14．D
【详解】
A BCD．木块所受摩擦力方向与其运动方向（相对水平面）相反，向右做匀减速运动，动能减少，木板所受摩擦力方向与其运动方向（相对水平面）相同，向右做初速度为零的匀加速运动，动能增加，木块减少的动能一部分转化为木板的动能，一部分克服摩擦力做功转化为系统的内能，ABC错误D正确。
故选D。
15．A
【详解】
设阻力
匀速运动时
则由
可知
故功率与速度平方成正比，因此功率之比为
行驶里程
因电池的输出的总功相同，故
因此时间之比为
则里程之比为
根据功率关系可知
代入数据可得
解得
故BCD错误A正确。
故A正确。
16． 能量守恒 凭空产生 凭空消失 能量总量
【详解】
由能量守恒内容：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，只能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，在转化或转移过程中能量总量保持不变。
17．保持不变
【详解】
根据能量守恒定律可知，能量的总量是保持不变的。
18． 日光灯管似的集热管面积较大，便于吸收较多的太阳能；外有透明玻璃管，内有黑色管子，使阳光能直射入玻璃管而不易被反射；在黑色管和外面透明管间有空隙，并抽成真空，减少两管间因空气对流引起的热损失，减少热传导；集热管的下方是一块光亮的铝合金板子，做成凹凸一定的曲面，使周围及穿过管隙的阳光尽量聚集在水管内；水箱安装在顶部而非下部，便于水的对流。 顺 集热器中的水被太阳光晒热后密度变小，受浮力作用沿管向右上方运动 在阴天用电加热的方式使水温升高 在封闭的环形管道的左下方安上进水阀门，在贮水容器下方竖直管道上安上出水阀门，可使热水流出，冷水得以补充。
【详解】
（1）[1] 日光灯管似的集热管面积较大，便于吸收较多的太阳能；外有透明玻璃管，内有黑色管子，使阳光能直射入玻璃管而不易被反射；在黑色管和外面透明管间有空隙，并抽成真空，减少两管间因空气对流引起的热损失，减少热传导；集热管的下方是一块光亮的铝合金板子，做成凹凸一定的曲面，使周围及穿过管隙的阳光尽量聚集在水管内；水箱安装在顶部而非下部，便于水的对流。
（2）[2] 图中A是集热器，B是储水容器，在阳光直射下水将沿顺时针方向流动。
[3] 集热器中的水被太阳光晒热后密度变小，受浮力作用沿管向右上方运动。
[4] C是辅助加热器，其作用是在阴天用电加热的方式使水温升高。
[5] 在封闭的环形管道的左下方安上进水阀门，在贮水容器下方竖直管道上安上出水阀门，可使热水流出，冷水得以补充。
19．能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，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其它物体，而能量的总量保持不变．
【详解】
能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，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其它物体，而能量的总量保持不变．
20．（1）2000J，食物的化学能转化成运动所需的机械能和维持体温的内能；（2）200W，2盏
【详解】
解：（1）假设自己的质量为50kg，两层楼梯的垂直高度为4m，匀速上楼时，动能没有改变，体内输出的有用能量转化为自己的重力势能。那么有用能量为
Ep=mgh=50×10×4J=2000J
这中间能量转化为食物的化学能转化成运动所需的机械能和维持体温的内能。
（2）假设上楼需要时间10s，那么输出功率为
如果这些能量转化为电能，可同时点亮盏=2盏100W的灯泡。
21．（1）2m/s；（2）9N；（3）2J
【详解】
（1）小物块恰好从B点沿切线方向进入轨道，据几何关系有
（2）小物块由B运动到C，根据机械能守恒定律有
在C点处，根据牛顿第二定律有
解得
根据牛顿第三定律，小物块经过圆弧轨道上C点时对轨道压力大小为9N；
（3）小物块从B运动到D，根据能量守恒定律有：
代入数据解得
22．（1） （2）
【详解】
（1）若m1：m2=2:1，为L0足够大，所以木板先与小滑块达到共同速度，再与挡板相碰撞，设此时的共同速度为，根据动量守恒定律得：
解得：
木板与挡板发弹性碰撞，木板的速度大小不变，方向反向，小滑块的速度不变，当它们再次达到共同速度时，小滑块恰好不从木板上掉下，设此时共同速度为，根据动量守恒定律有：
解得：
根据能量守恒定律有：
解得板长的最小值为：
（2）若m1：m2=1:2，为L0足够大，所以木板先与小滑块达到共同速度，再与挡板相碰撞，设此时的共同速度为，根据动量守恒定律得：
解得：
木板与挡板碰撞后，速度大小不变，方向反向，向左减速动到零，设位移为，根据动能定理得：
解得：
之后木板向右加速至小滑块共速，设此时共同速度为，根据动量守恒定律有：
解得：
当木板与挡板碰撞后，速度大小不变，方向反向；向左减速动到零，设位移为，根据动能定理得：
解得：
以此类推，当木板第n次与挡板碰撞后，向左减速至零的位移为：
所以木板的路程为：
因为，则有：
又：
代入解得：
23．(1)；(2)；(3)3mgL
【详解】
(1) 木板A与挡板第一次碰撞前，系统相对静止，之间无摩擦，系统加速度为
a=gsin30°
由运动学公式，第一次碰时系统速度
碰后，对B有
方向沿斜面向上
(2)碰后，对A有
方向沿斜面向下，可见，A、B均做减速运动，A先减速至零。
第一次碰后，A沿斜面上滑的距离为
从开始到第二次碰，A的总路程为
(3)A最后静止于斜面底部。设B相对A下滑位移为Δx，由系统功能关系，有
mgLsinθ+mg（L+Δx）sinθ=μmgΔx cosθ
可得
Δx=4L
因此，系统因摩擦产生的热量为
Q=μmgΔx cosθ=3mgL
24．（1）4m/s， 2m/s ；（2），；（3）5J
【详解】
（1）从A物体开始运动到与B物体碰撞，由动能定理可得
代入数据解得A碰前的速度为
A、B间的碰撞为弹性碰撞且碰撞时问极短，故A、B间的碰撞动量守恒，动能守恒，
解得，碰后瞬间B的速度大小为
（2）C物体速度为0，故C物体受到水平向右的摩擦力，由牛顿第二定律
代入数据得，C物体的加速度为
方向向右；
B物体受到地面向左的摩擦力和C物体对它向左的摩擦力，故由牛顿第二定律
代入数据解得
方向向左。
（3）碰后B物体向右减少运动，C物体向右加速运动，当两者速度达到相等时有
解得，，此过程中，B物体的位移为
B与地面摩擦产生的热量为
B、C共速后，两物体一起向右做减速运动直到速度减为0，此过程中两物体加速度为
两物体速度减为0时的位移为
故B与地面摩擦产生的热量为
故B与地面 摩擦产生的总热量为
答案第1页，共2页
答案第1页，共2页