5.3能量的转化与守恒 同步练习（Word版含解析）

粤教版（2019）必修三 5.3 能量的转化与守恒
一、单选题
1．低碳生活是一种绿色而又环保的新型生活方式，日常生活注意节电、节油、节气、节水，从点滴做起，保护环境，保护地球．下列关于能源与能量理解正确的是( )
A．能量是守恒，没有必要提倡节约能源
B．能量耗散表明自然界的能量在利用过程中正在不断地消失
C．自然界中石油、煤炭等能源取之不尽，用之不竭，只需不断开发
D．人类应积极开发与利用风能、太阳能、潮汐能等能再生的新能源
2．19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
3．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
4．自然界存在多种能为人类提供生活、生产所需能量的能源，在下列几组能源中，属于可再生能源的一组是（　　）
A．水能、石油、核燃料
B．风能、煤炭、天然气
C．煤炭、石油、天然气
D．风能、水能、太阳能
5．关于功和能，下列说法正确的是（　　）
A．功有正负，功是矢量 B．功有正负，单位是焦耳（J），是标量
C．能量的单位是焦耳，功的单位是瓦特 D．能量既可以消失，也可以创生
6．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
7．如图所示，足够长粗糙斜面倾角为θ，固定在水平面上，物块a通过平行于斜面的轻绳跨过光滑轻滑轮与物块b相连，b的质量为m。开始时，a、b均静止且a刚好不受斜面摩擦力作用。现对b施加竖直向下的恒力F，使a、b做加速运动。则在b下降h高度过程中（　　）
A．a的加速度等于
B．a的重力势能增加mghsinθ
C．绳的拉力对a做的功等于a机械能的增加
D．F对b做的功与摩擦力对a做的功之和等于a、b动能的增加
8．下列说法正确的是（　　）
A．在无人自助加油站给汽车加油时，由于没有人员看管，可接打手机
B．发电厂的变压器发生火灾时，应先断开电源再灭火
C．随着科技的发展，电荷是可以消灭的
D．太阳发出的能量射到地球上转化为其他能量射到宇宙中的能量则会消失
9．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
10．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
11．到2022年绍兴城将开通地铁，某工地上工人将地面下15m深处的一重为5000N的泥土装箱吊起。箱子在绳的拉力作用下由静止开始竖直向上运动，运动过程中箱子的机械能E与其位移x的关系图象如图所示，其中-10m到地面过程的图线为直线，以地面为重力势能零势能面，根据图象可知（　　）
A．-15m至-10m过程中箱子所受的拉力在逐渐减小
B．-10m到地面过程中箱子做匀加速运动
C．-10m到地面过程中合外力做功等于50000J
D．移到-10m位置时拉力F大于5000N
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．关于能源的开发和利用下列说法正确的是（　　）
A．能源是无限的，地下煤、石油、天然气是足够人们开采的
B．根据能量守恒定律，担心能源枯竭就是杞人忧天
C．能源的开发和利用不必考虑对环境的影响
D．通过核裂变和平利用核能是目前开发新能源的一种途径
14．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
15．关于能源的利用中，下列说法不正确的是（ ）
A．自然界的能量守恒，所以不需要节约能源
B．煤炭和石油产品燃烧会造成空气污染和温室效应
C．能量耗散表明能源的利用是有条件的，也是有代价的
D．一座城市的能量耗散使其环境温度略高于周围农村的温度
二、填空题
16．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________。
17．一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．( )
18．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：______。
19．能量既不能_______，也不能_______，它只能从一种形式_______为另一种形式，或者从一个物体_______到另一个物体，其总量_______.
三、解答题
20．如图所示，在光滑桌面上放着长木板，其长度为m，在长木板的左上端放一可视为质点的小金属块，它的质量和木板的质量相等，最初它们是静止的．现让小金属块以m/s的初速度向右滑动，当滑动到长木板的右端时，滑块的速度为m/s，取m/s2，求：
（1）滑块与长木板间的动摩擦因数；
（2）小金属块滑到长木板右端经历的时间t。
21．如图所示，河道中的水在稳恒地流淌（各处的水流速度不随时间改变），设截面A1B1的面积为S1，流速与截面垂直，速度为V1；截面A2B2的面积为S2，速度为V2，通过观察和分析，本题中位于A1B1A2B2区域中的水的体积是否为一个守恒量？若是的话，你可以推断出S1、S2、V1、V2满足什么规律？
22．轻质弹簧原长为0. 4m，将弹簧竖直放置在地面上，在其顶端将一质量为m=0. 3kg的物体由静止释放，当弹簧被压缩到最短时，弹簧长度为0. 2m。现将该弹簧水平放置，一端固定在A点，另一端与物块P接触但不连接。AB是长度为0. 5m的水平轨道，B端与半径r=0. 15m的光滑半圆轨道BCD相切，半圆的直径BD竖直，如图所示。物块P与AB间的动摩擦因数μ=0. 5.用外力推动物块P，将弹簧压缩至长度为0. 2m，然后放开，P开始沿轨道运动。重力加速度大小为g=10m/s2.：
(1)用外力推动物块P，将弹簧压缩至长度0. 2m时，弹簧的弹性势能Ep是多少；
(2)若P的质量M=0. 1kg，求P到达D点时对轨道的压力大小；
(3)若P能滑上圆轨道，且仍能沿圆轨道滑下，求P的质量的取值范围。
23．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。
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】
A、在能源的利用过程中,虽然能量在数量上并未减少,但可利用率越来越小,故仍需节约能源.故A错误.
B、能量耗散表明自然界的能量在转化的过程中可利用率越来越小，但总量不会减小，故B错误；
C、自然界中石油、煤炭指的是亿万年前的大量生物经过地壳变化,被埋藏在地下,受地层压力和温度的影响,缓慢地形成的可以燃烧的矿物质,在短时间内不能再生,是不可再生能源,故C错误；
D、太阳能、风能是可再生能源,人类应多开发与利用,故D正确
故选D
点睛：能量的转化是有方向性的,故即使能量符合守恒定律,某些能量也是在短期内无法再生的;太阳能不但丰富而且无污染,如现在的太阳能电池就是将太阳能转化为电能的装置;煤、石油和天然气是目前使用的主要能源;
2．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.
3．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．
4．D
【详解】
煤炭、石油、天然气属于不可再生能源，风能、水能、太阳能属于可再生能源，故选项D正确，ABC错误。
故选D。
5．B
【详解】
AB．功的单位是焦耳（J），功虽然有正负，但是不表示方向，是标量，故A错误，B正确；
CD．能量的单位是焦耳，能量既不会消失，也不会创生，只会从一个物体转移到另外一个物体，或者从一种形式转变为另一种形式，故CD错误。
故选B。
6．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。
7．D
【详解】
A．a、b两物块均静止，根据平衡条件有
解得
施加恒力F后，分别对物块a、b应用牛顿第二定律，对物块a有
对物块b有
联立解得
故A错误；
B．物块a重力势能的增量为
故B错误；
C．根据能量守恒定律，轻绳的拉力对物块a做的功等于物块a机械能的增加量和克服摩擦力做功产生的内能之和，所以轻绳的拉力对物块a做的功大于物块a增加的机械能，故C错误；
D．对物块a、b及轻绳组成的系统应用动能定理有
即
故D正确。
故选D。
8．B
【详解】
A．在自助加油站给汽车加油时，静止接打移动电话，避免因接打移动电话产生的静电火花引起火灾，故A错误；
B．发电厂的变压器发生火灾时应先断开电源，防止触电，然后再灭火，故B正确；
C．根据电荷守恒定律可知电荷不能被创造和消灭，只能发生转移或得失，故C错误；
D．根据能量守恒定律可知能量即不会消灭，也不会创生，只能从一种形式转化为另一种形式，或从一个物体转移到另一个物体上， 故太阳发出光射到射到宇宙中的能量也转化成了其它形式的能而并没有消失，故D错误。
故选B。
9．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。
10．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。
11．A
【详解】
A．在本题中，机械能的增量等于拉力做的功，从-15m至-10m过程中，由图象可知，运动相同的高度，机械能的增量逐渐减少，故拉力逐渐减少，A正确；
BCD．从-10m到地面过程中，图象为直线，可知拉力大小保持不变，在这个过程中，由图像可知拉力做功
因此拉力大小
由于土方重为5000N，因此在这个过程中，箱子做匀速运动，故B错误，C错误，D错误。
故选A。
【点睛】
机械能地增量等于除重力以处其它力做的功。
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．D
【详解】
能源是有限的，如果无节 制地开采，能源终有一日会枯竭的；在能源开发过程中必须考虑对环境的影响；通过核裂变和平利用核能是目前开发新能源的一种新途径。
故选D.
14．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；
15．A
【详解】
能源不是能量，自然界的能量是守恒的，但是能源是有限的，故需要节约能源，A错误；根据能源消耗后是否造成环境污染可分为污染型能源和清洁型能源，污染型能源包括煤炭、石油等，燃烧后产生的大量含硫化合物和二氧化碳，会造成空气污染和温室效应，B正确；能量耗散表明能源的利用是有条件的，也是有代价的，C正确；能量耗散使除内能外的其他能转化为内能，故一座城市的能量耗散使其环境温度略高于周围农村的环境温度，D正确．
16． 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。
17．√
【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．
18．
【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
19． 产生 消失 转化 转移 保持不变
【详解】
[1][2][3][4][5]根据能量守恒定律可知，能量既不能产生，也不能消失，它只会从一种形式转化为其它形式，或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。
20．（1） 0.1 （2）1s
【详解】
（1）设小金属块和木板的质量均为m，根据系统动量守恒得：
根据系统能量守恒得：
解得：
（2）对木板，根据牛顿第二定律有：
根据速度时间公式有：
解得：t=1s.
21．S1V1= S2V2
【详解】
由于水不可压缩，单位时间内流入A1B1的水的体积应等于流出A2B2面的体积，因此位于A1B1A2B2区域中的水的体积是一个守恒量．考查很短的时间Δt，流入A1B1的水的体积为ΔV1=S1V1Δt，流出A2B2面的的水的体积ΔV2=S2V2Δt，所以S1V1= S2V2，截面积越小的地方，水的流速越大．
22．(1)0. 6J；(2)1N；(3)0. 2kg≤M＜0. 4kg
【详解】
（1）依题意，当弹簧竖直放置，从放上质量为0.3kg的物体到被压缩至最短的过程，由机械能守恒定律：
解得
（2）对物块P从放开到D点的过程，由能量守恒定律：
对物块P在D点时由牛顿第二定律
得
根据牛顿第三定律得，物块P对轨道的压力大小也为1N
（3）为使P能滑上圆轨道，它到达B点时的速度不能小于零。对物块P从放开到B点的过程，有
要使P仍能沿圆轨道滑回，P在圆轨道的上升高度不能超过半圆轨道的中点C．由机械能守
恒定律有
联立上面两式得
23．（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
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
答案第1页，共2页
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