5.3能量的转化与守恒 练习（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．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
2．如图所示，有两个物块，质量分别为、，是的两倍，用轻绳将两个物块连接在滑轮组上，滑轮的质量不计，轻绳与滑轮的摩擦也不计，现将两滑块从静止释放，上升一小段距离h高度，在这一过程中，下列说法正确的是（　　）
A．和重力势能之和不变
B．上升到h位置时的速度为
C．轻绳的拉力大小为
D．轻绳对和的功率大小不相等
3．下列四幅图中，动能与势能没有发生相互转化的是（　　）
A．水平面上匀速行驶的汽车
B．上升的滚摆
C．从高处滚下的小球
D．向近地点运动的卫星
4．如图所示，有两个物块，质量分别为、，是的两倍，用轻绳将两个物块连接在滑轮组上，滑轮的质量不计，轻绳与滑轮的摩擦也不计，现将两滑块从静止释放，上升一小段距离h高度，在这一过程中，下列说法正确的是（　　）
A．和重力势能之和不变
B．上升到h位置时的速度为
C．轻绳的拉力大小为
D．轻绳对和的功率大小不相等
5．如图所示，木块A放在木板B的左端，AB间接触面粗糙，用恒力F将木块A拉到木板B的右端，第一次将B固定在水平地面上，第二次将B放在光滑水平地面上，则前后两个过程中相同的量是（ ）
A．物块A达B右端时的速度
B．物块A的运动时间
C．力F对物块A做的功
D．系统产生的摩擦热
6．伽利略的斜面实验反映了一个重要的事实：如果空气阻力和摩擦力小到可以忽略，小球必将准确地到达同它出发时相同高度的点，绝不会更高一点，也不会更低一点。这说明，小球在运动过程中有一个“东西”是不变的，这个“东西”应是（　　）
A．弹力 B．势能 C．能量 D．动能
7．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
8．下列四幅图中，动能与势能没有发生相互转化的是（　　）
A．水平面上匀速行驶的汽车
B．上升的滚摆
C．从高处滚下的小球
D．向近地点运动的卫星
9．下列关于能量转化或转移过程的说法中正确的是（ ）.
A．所有能量守恒的过程都能自发地发生
B．摩擦生热的过程是不可逆过程
C．人们对太阳能的开发和利用，说明能量可以凭空产生
D．能的转化过程符合能量守恒定律，因此不会发生能源危机
10．下列关于能量转化的现象的说法中，正确的是（　　）
A．用太阳灶烧水是太阳能转化为电能
B．电灯发光是电能转化为光能
C．核电站发电是电能转化为内能
D．生石灰放入盛有凉水的烧杯里，水温升高是动能转化为内能
11．下列对于功和能说法正确的是（　　）
A．重力做的功的大小等于重力势能的变化量的多少
B．物体重心离参考平面距离越大则重力势能越大
C．作用力做正功，反作用力可能不做功，但滑动摩擦力不可能不做功
D．功有正负，能量没有正负
12．下列供热方式最有利于环境保护的是（ ）
A．用煤做燃料供热 B．用石油做燃料供热
C．用天然气或煤气做燃料供热 D．用太阳能灶供热
13．一个质子()和一个α粒子()原来相隔一定距离，若同时从静止释放它们，它们仅在相互间的电场力作用下开始运动，则在它们的运动过程中不发生变化的物理量是
A．它们的总动量 B．各自的加速度
C．它们的总动能 D．它们的电势能
14．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
15．我国的传统文化和科技是中华民族的宝贵精神财富，四大发明促进了科学的发展和技术的进步，对现代仍具有重大影响，下列说法正确的是（　　）
A．春节有放鞭炮的习俗，鞭炮炸响的瞬间，动量守恒但能量不守恒
B．火箭是我国的重大发明，现代火箭发射时，火箭对喷出气体的作用力大于气体对火箭的作用力
C．装在炮弹中的火药燃烧爆炸时，化学能全部转化为弹片的动能
D．指南针的发明促进了航海和航空，静止时指南针的N极指向北方
二、填空题
16．小明高一以来一直想测出他书桌表面的动摩擦因数，这天学习了“探究弹性势能的表达式”这个实验后，小明回到家迫不及待的拿出来一根轻质弹簧开始他的实验探究。如图，轻质弹簧的左端固定，右端连接一个质量为m的小物块，开始时小物块静止在粗糙水平桌面的A点，弹簧恰好处于原长，小明将物块缓慢的向左推动s后松手，压缩弹簧将物块弹回，运动到A点恰好静止，已知弹簧的劲度系数为k，弹性势能表达式为EP=kx2， 重力加速度为g，弹簧未超出弹性限度。则：
(1)小明书桌的动摩擦因数为： ______；
(2)向左推动物块过程中，小明做的功：______；
(3)弹回过程中，物块的最大速度：______。
17．能量既不会凭空_____，也不会凭空消失，它只能从一种形式_____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_____．
18．能量守恒定律：__________________________ .
19．一切运动变化无论属于什么运动形式，反映什么样的物质特性，都要满足一定的守恒定律．( )
三、解答题
20．如图所示，倾角为37°的光滑导轨，顶端A点高H=1.45m，下端通过一小段光滑圆弧与薄壁细管做成的玩具轨道相接于最低端B。玩具轨道由长度为x0的水平轨道BC、半径为R =0.5m圆轨道、足够长的水平轨道CE组成，整个玩具轨道固定在竖直平面内，整个轨道水平部分动摩擦因数μ＝0.20，其它全部光滑。一个质量m =0.50kg的小球在倾斜导轨顶端A以v0＝2.0m/s速度水平发射，在落到倾斜导轨上P点（P点在图中未画出）时速度立即变成大小vP＝3.0m/s，方向沿斜面向下，小球经过BC，并能恰好经过圆的最高点。取g＝10m/s2，求：
(1)求P点离A点的距离；
(2)x0的大小；
(3)小球最终停留位置与B的距离。
21．如图，半径为R的光滑半圆形轨道ABC在竖直平面内与水平轨道CD相切于C点，D端有一被锁定的轻质压缩弹簧，弹簧左端连接在固定的挡板上，弹簧右端Q到C点的距离为2R。质量为m的滑块（视为质点）从轨道上的P点由静止滑下，刚好能运动到Q点，并能触发弹簧解除锁定，然后滑块被弹回，且刚好能通过圆轨道的最高点A。已知∠POC=60°，当地的重力加速度为g。计算：
（1）滑块第一次滑至圆形轨道最低点C时，轨道对滑块支持力N的大小；
（2）滑块与水平轨道间的动摩擦因数；
（3）弹簧被锁定时具有的弹性势能。
22．如图所示是一皮带传输装载机械示意图．井下挖掘工将矿物无初速放置于沿图示方向运行的传送带A端，被传输到末端B处，再沿一段竖直面内的圆形轨道后，从轨道的最高点C处水平抛出到货台（图中未画出）上．已知圆形轨道的半径为R＝0.5m，与传送带在B点相切，O点为圆心，BO、CO分别为圆形轨道的半径，矿物视作质点，传送带与水平面间的夹角θ＝37O，矿物与传送带间的动摩擦因数μ＝0.8，传送带匀速运行的速度为v0＝8m/s，传送带A、B点间的长度为L＝45m．如果矿物被传送到B点后沿圆形轨道运动，恰好能通过最高点C，矿物质量m＝50kg，sin37°＝0.6，cos37°＝0.8，重力加速度g取10m/s2，不计空气阻力．求：
（1）矿物被传到B点时的速度大小．
（2）矿物由B点到达C点的过程中，克服摩擦阻力所做的功．
（3）由于运送这块矿物而使电动机多输出的机械能．
23．当翠鸟发现鱼儿露出水面时，翠鸟就蹬开苇秆，像箭一样飞过去，叼起小鱼贴着水面往远处飞走，只见苇秆还在摇晃，水波还在荡漾。请说出翠鸟在这一系列动作中涉及哪些能量转化。
24．2022年世界冬奥会将在北京举行，如图所示，是高山滑雪运动示意图。滑雪运动员与滑雪板总质量m=75kg，以2m/s的初速度从A点开始沿滑道滑下，在5s时间内滑下的路程为60m到达B点，然后由C点水平飞出，最后落在斜坡上的D点。已知AB、CD连线与水平方向夹角θ都等于，B点和C点都平滑连接，C、D两点间的距离s=75m，（g取10m/s2，sin=0.6，cos=0.8）求：
（1）运动员在斜坡AB上滑行过程中斜坡受到的压力大小；
（2）运动员从A滑到B的过程中受到的摩擦力大小；
（3）运动员由C点水平飞出时的速度大小；
（4）运动员由A点滑到C点克服阻力所做的功。
试卷第1页，共3页
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参考答案：
1．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．
2．B
【详解】
A．根据能量守恒可知，减小的重力势能全部转化为的重力势能和两物体的动能，选项A错误；
B．根据动滑轮的特点可知，的速度为速度的2倍，根据机械能守恒定律可得
解得
选项B正确；
C．根据动滑轮的特点可知，的加速度为的加速度的一半，根据牛顿第二定律可知
联立解得
选项C错误；
D．绳子的拉力相同，故轻绳对做功的功率
轻绳对做功的功率
由于，故轻绳对做功的功率与轻绳对做功的功率大小相等，选项D错误。
故选B。
3．A
【详解】
A．匀速行驶的汽车，动能不变，重力势能不变，所以动能与势能没有发生相互转化，故A合题意；
B．上升的滚摆高度变大，重力势能变大，但是速度变小，动能变小，是动能转化重力势能，故B不合题意；
C．从高处滚下的小球，高度减小，重力势能变小，但是速度变大，动能变大，是重力势能转化为动能，故C不合题意；
D．向近地点运动的卫星，高度减小，重力势能变小，但是速度变大，动能变大，是重力势能转化为动能，故D不合题意；
故选A。
4．B
【详解】
A．根据能量守恒可知，减小的重力势能全部转化为的重力势能和两物体的动能，选项A错误；
B．根据动滑轮的特点可知，的速度为速度的2倍，根据机械能守恒定律可得
解得
选项B正确；
C．根据动滑轮的特点可知，的加速度为的加速度的一半，根据牛顿第二定律可知
联立解得
选项C错误；
D．绳子的拉力相同，故轻绳对做功的功率
轻绳对做功的功率
由于，故轻绳对做功的功率与轻绳对做功的功率大小相等，选项D错误。
故选B。
5．D
【详解】
AB．不管木板B是否固定，木块A受到重力、支持力、拉力F和滑动摩擦力f，根据牛顿第二定律有
因
可解得
因此两种情况下的加速度相同，当木板固定时由
得
当木板放在光滑的水平地面上时，由于A对B摩擦力作用，木板B将向右加速滑动，此时木块A滑到B右端时，A对地面的位移为
x=L+s
其中s是木板发生的位移，由
可得
故两种情况下木块A的运动时间不同。根据
v=at
可知物块A达B右端时的速度不同，故AB错误；
C．根据
W=Fx
可知，由于两种情况下木块A位移不同，故做的功不同，故C错误；
D．根据“摩擦生热”公式
Q=fs相对
可知，两种情况下滑动摩擦力f相同，相对位移相同，所以系统产生的热量相同，故D正确。
故选D。
6．C
【详解】
A．因为在物体运动的过程中，改变斜面的倾角不同，物体受到的支持力不同，但物体仍能达到相同的高度，故力不是守恒量，故A错误；
BCD．伽利略理想斜面实验中，如果空气阻力和摩擦力小到可以忽略，则在物体运动的过程只有重力做功，则物体的机械能守恒。故这个不变量应该是能量，也就是动能和势能的总和，故BD错误，C正确。
故选C。
7．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。
8．A
【详解】
A．匀速行驶的汽车，动能不变，重力势能不变，所以动能与势能没有发生相互转化，故A合题意；
B．上升的滚摆高度变大，重力势能变大，但是速度变小，动能变小，是动能转化重力势能，故B不合题意；
C．从高处滚下的小球，高度减小，重力势能变小，但是速度变大，动能变大，是重力势能转化为动能，故C不合题意；
D．向近地点运动的卫星，高度减小，重力势能变小，但是速度变大，动能变大，是重力势能转化为动能，故D不合题意；
故选A。
9．B
【详解】
A. 并非所有能量守恒的过程都能自发的进行，如没有在引起其它变化的情况下，热量不能自发地从低温向高温传递，故A错误；
B. 根据热力学第二定律可知，摩擦生热的过程是不可逆过程，故B正确；
C. 能量是不能凭空产生的，此说法违背了能量守恒定律，故C错误。
D. 能的转化过程虽然符合能量守恒定律，但是在转化过程中存在着“能量耗散”和“品质降低”，能量向品质低的大气内能转化，不能再重复利用，因此会发生能源危机，故D错误。
10．B
【详解】
A．用太阳灶烧水是光能转化为内能，故A错误；
B．电灯发光是电能转化为光能，故B正确；
C．核电站发电是核能转化为电能，故C错误；
D．生石灰放入盛有凉水的烧杯里，水温升高是化学能转化为内能，故D错误；
故选B。
11．A
【详解】
A．重力做正功，重力势能减小，重力做负功，重力势能增加；重力做的功大小等于重力势能的变化量的多少，故A正确；
B．重心如果在参考平面的上方则距离越大，重力势能越大，若在参考平面下方情况则相反，B错误；
C．作用力做正功，反作用力可以做正功，可以做负功，也可以不做功；滑动摩擦力的方向与物体相对运动方向相反，但与运动方向可以相同，也可以相反，还可以与运动方向垂直，故可能做负功，也可能做正功，也可以不做功，故C错误；
D．功和能量都有正负，功的正负表示动力和阻力，能量正负表示大小，比如说重力势能就有负值，故D错误。
故选A。
12．D
【详解】
常见的有利于环境保护的能源包括风能，水能，太阳能，潮汐等．供热过程释放出各种碳氧化物，硫化物的都不利于保护环境．
A.煤做燃料供热会释放二氧化碳，提高温室效应，不利于环境保护；
B.石油作燃料释放碳氧化物和硫化物，可形成酸雨，不利于环境保护；
C.天然气或煤气燃烧都会释放碳氧化物，不利于环境保护；
D.太阳能是利用光能转化为电能供热，是清洁能源，有利于环境保护；
故选：D。
13．A
【详解】
A.两粒子组成的系统所受合外力为零，系统动量守恒，在运动过程中系统总动量不变;故A正确.
B.随两粒子间距离的增大，粒子间的库仑力减小，两粒子的加速度大小都减小;故B错误.
C.质子与α粒子在库仑力作用下都做加速运动，两粒子动能都增大，系统总动能增大;故C错误.
D.两粒子运动过程中库仑力做正功，系统电势能减小;故D错误.
14．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。
15．D
【详解】
鞭炮炸响的瞬间，因内力远大于外力，故系统动量守恒，同时在爆炸过程中，总能量是守恒的，A错误；现代火箭发射时，火箭对喷出气体的作用力和气体对火箭的作用力为作用力和反作用力，根据牛顿第三定律可知，二者大小相等，方向相反，B错误；装在炮弹中的火药燃烧爆炸时，化学能转化为弹片的动能和周围物体的内能，C错误；指南针的发明促进了航海和航空，因地磁场南极处在地理北极处，故指南针静止时指南针的N极指向北方，D正确．
16．
【详解】
(1)[1]小明将物块缓慢的向左推动s后松手，压缩弹簧将物块弹回，运动到A点恰好静止，根据功能关系可得
求得
(2)[2]向左推动物块过程中，由功能关系可得，小明做的功
(3)[3]弹回过程中，当弹簧弹力与物块受到的摩擦力相等时，物块速度最大，设此时物块与A点距离为，则有
由能量守恒定律可得
联立求得
17． 产生 转化 保持不变
【详解】
[1][2][3]能量既不会凭空产生，也不会凭空消失．它总是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．在转化和转移的过程中，能量的总量保持不变．
【点评】
不变本题考查了能量守恒定律的内容，属于基础题
18．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．
19．√
【详解】
一切运动变化无论属于什么运动形式，反映什么样的物质特性，都要满足一定的守恒定律；故正确．
20．(1)；(2)；(3) 7.25m
(1)平方向做匀速运动，竖直方向做自由落体运动，联立两个公式，即可求出落到斜面上的落点离斜面顶端的距离；
(2)通过竖直放置的圆轨道时，只要通过最高点的速度为即可，然后结合动能定理即可求出x0；
(3)求出小球通过的总路程，然后结合几何关系求出小球最终停止的位置。
【详解】
(1)小球从A做平抛运动，经过时间t落到倾斜导轨上的P点，水平位移x，竖直位移y，有，
由上述式子得
P点位置，即距抛出点
(2)由恰好经过圆的最高点D，D点时有
得
由P到D，由能量守恒定律可得
得
1m
(3)从到停止水平距离x，由能量守恒定律可得
得
x=7.25m
21．（1）2mg；（2）0.25；（3）3mgR
【详解】
（1）设滑块第一次滑至C点时的速度为，对过程，由机械能守恒有
解得
在C点处有
解得
（2）对过程，由功能关系有
解得
（3）滑块在A点时，由牛顿第二定律有
对过程，由功能关系有
解得弹性势能
22．（1）6m/s（2）325J（3）38400J
先假设矿物在AB段始终加速，根据动能定理求出矿物到达B点时的速度大小，将此速度与送带匀速运行的速度v0=8m/s进行比较，确定假设是否合理；矿物被传送到B点后沿圆形轨道运动恰好能通过最高点C，说明重力提供向心力，根据牛顿第二定律求得在C点的速度；矿物由B到C过程中，重力和阻力做功，由动能定理求解克服阻力所做的功；带动传送带的电机要多输出的机械能等于滑块机械能的增加量与摩擦生热的和；
【详解】
(1)假设矿物在AB段始终处于加速状态，由动能定理可得：
代入数据得
由于，故假设成立，矿物到B处时的速度为6m/s
(2)设矿物通过轨道最高点C处时的速度为vC，由牛顿第二定律有
对矿物由B到C过程，由动能定理有
解联立方程并代入数据可得矿物由B点到达C点的过程中，摩擦阻力所做的功为
所以克服摩擦阻力做功为
(3) 矿物在AB段运动时间为
传送带与物体运动的相对位移
摩擦生热
带动传送带的电机要多输出的能量等于滑块机械能的增加量与摩擦生热的和，则有：
23．见解析
【详解】
这一系列动作中，翠鸟身体内的化学能转化为翠鸟的动能和势能、芦苇的动能和势能、水的动能和势能、小鱼的动能和势能。
24．（1）600N（2）150N（3）20m/s（4）12150J
【详解】
(1)设斜坡AB受到的支持力为N，则
N=mgcosθ=750N×0.8=600N
设AB斜坡受到的压力大小为F压，根据那顿第三定律，
F压=600N
(2)设运动员从A滑到B的过程中受到的摩擦力大小为Ff，加速度为a，则
x=v0t+at2，a=
解得
a=4.0m/s2
根据牛顿第二定律
mgsinθ-Ff=ma
解得
Ff=150N
(3)设运动员由C点水平飞出时的速度大小为vc，从C点落到D的竖直高度为h，水平距离为x则
h=ssin=45m，xscos=60m
由h=gt2和vc=解得
vc=20m/s
(4)设水平滑道BC处为重力势能零点，运动员由A点滑到C点克服阻力所做的功为Wf，根据功能关系有：
mghA+mvA2=Wf+mvc2
解得
Wf=12150J
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