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．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
2．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
3．19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
4．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
5．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
6．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
7．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
8．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
9．关于能量和能源，下列表正确的是（　　）
A．能量可以从一种形式转化为另一种形式
B．能量不能从一个物体转移到另一个物体
C．自然界的能量是守恒的，所以人类可以利用的能源永不枯竭
D．能源在利用过程中存在能量耗散现象，这表明自然界的能量不守恒
10．由能量守恒定律可知
A．能量可以被消灭，也可以被创生
B．因为能量是守恒的，所以不可能发生能源危机
C．因为能量是守恒的，所以不需要节约能源
D．不同形式的能量之间可以相互转化
11．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
12．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
13．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
14．如图，一个木块放在光滑的水平面上，一子弹射入木块中（未穿出），射入深度为d，平均阻力为f，在两物体达到共速时，木块的位移为s，则下列说法正确的是（　　）
A．子弹损失的动能为fd
B．子弹对木块所做的功为f(s+d)
C．整个过程中的摩擦生热为fd
D．整个过程中系统的总动能损失为f(s+d)
15．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
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．我国自古有“昼涨称潮，夜涨称汐”的说法。潮汐主要是由太阳和月球对海水的引力造成的，以月球对海水的引力为主。
(1)世界两大观潮胜地，一处是亚马孙河北河口，另一处是我国的___________入海口。
(2)图中，a、b是某些潮汐发电示意图。涨潮时开闸门（图a），水由通道进入海湾水库蓄水，待水面升至最高点时关闭闸门，当落潮时，开闸放水发电（图b）。设海湾水库面积为5.0×108m2，平均潮差为3.0m，一天涨落潮两次，发电的平均能量转化率为10%，则一天内发电的平均功率约为（ρ水取1.0×103kg/m3，g取10m/s2）___________。
A．2.6×104kW B．5.2×104kW C．2.6×105kW D．5.2×105kW
三、解答题
20．2020年第38届美国公开赛单板滑雪形场地比赛在美国结束，中国选手蔡雪桐夺得冠军，这是中国运动员首次获得美国公开赛金牌。单板滑雪形池如图所示，由两个完全相同的圆弧滑道、和水平滑道构成，圆弧滑道的半径为，、分别为圆弧滑道的最低点，一质量为45kg的运动员从轨道处由静止滑下，由于在到向下滑行过程中运动员做功，运动员在点竖直向上滑出轨道上升的最高点离点高度为10m，滑板的质量为5kg，不计轨道摩擦和空气阻力，重力加速度取，求
(1)在圆弧滑道的点对轨道的压力；
(2)从到的过程中运动员所做的功。
21．电动汽车（electricvehicle）指使用电能作为动力源，通过电动机驱动行驶的汽车，属于新能源汽车。由于其对环境影响相对传统汽车较小，因而发展前景被广泛看好，但技术尚不成熟。某汽车公司研发出以蓄电池为驱动能源的环保汽车，技术人员正在进行加速性能测试。试简要回答下列问题：
（1）该环保汽车以最大速度匀速行驶的过程中受到哪些外力作用？
（2）环保汽车由静止开始刚好加速到最大速度的过程中消耗的电能分别转化为哪些形式的能量？
（3）假如你是设计师，还可以通过怎样设计来提高电动汽车的加速性能？（至少写出两条）
22．下列各物体或人具有哪些形式的能量。
（1）被拉长的橡皮筋
（2）被拦河坝挡住的河水
（3）正在空中下落的伞兵
（4）在路上行走的人
（5）被拧紧的钟表发条
（6）被抽水机抽到高处的水
23．一个小水电站所在河流的上、下游水位高度差是3m，每秒有的水流过发电机的水轮机，从水轮机流出的水的速度是3m/s，上游的水的流速不计.设水流的能量的70%可以转化为电能，求这个小水电站的发电功率.（g取）
24．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？
试卷第1页，共3页
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参考答案：
1．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。
2．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。
3．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.
4．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。
5．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。
6．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。
7．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。
8．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。
9．A
【详解】
A、根据能量守恒定律，能量可以从一种形式转化为另一种形式，故A正确；
B、根据能量守恒定律，能量可以从一个物体转移到另一个物体，故B错误；
C、能量与能源不同；能量是守恒的，但随着能量的耗散，能量可以利用的品质会下降，故依然要节约能源，故C错误；
D、能源在利用过程中有能量耗散，但能量是守恒的，故D错误；
10．D
【详解】
ABC.自然界的总能量是守恒的，能量既不能被消灭，也不能被创生，但随着能量的耗散，能源可以利用的品质降低了，可利用的能源减少了，所以可发生有能源危机，所以我们要节约能源．故ABC错误；
D.不同形式的能量之间可以相互转化，如动能与势能之间可以发生相互转化，故D正确；
11．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。
12．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．
13．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．
14．C
【详解】
B．木块的位移为s，子弹对木块所做的功为，B错误；
ACD．在整个过程中，系统克服阻力做功为，根据功能关系可知，产生的内能为，系统损失的动能为，AD错误C正确。
故选C。
15．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。
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． 钱塘江 B
【详解】
(1)[1]钱塘江是世界著名的观潮胜地，有“八月十八潮，壮观天下无”的说法。
(2)[2]发电时水减少的势能
ΔEp=mgΔh=ρ水ShgΔh
其中
Δh=
一天发电两次，转化成的电能
E=2ΔEp×10%，P=
代入数值得
P=5.2×104kW
故选B。
20．(1)2000N；(2)5000J
【详解】
(1)从最低点点到最高点的过程中，由机械能守恒定律
在最低点对运动员
解得
由牛顿第三定律得运动员对滑板的压力为2000N。
(2)从到的过程中以人和滑板为研究对象，设此过程中人做的功为，根据动能定理有
解得从到的过程中运动员所做的功
21．（1）重力、支持力、牵引力和阻力；（2）机械能（或动能）和内能；（3）提高发动机的功率，改善外观设计减少空气阻力，保证功率的情况下选用更轻更坚固的新型材料减轻车身重量等。
【详解】
（1）受力分析可知，环保汽车自身重力、地面支持力、发动机牵引力和阻力作用；
（2）根据能量守恒定律可知，电池的电能一部分转化为汽车的机械能（或动能），另外一部分转化为内能；
（3）提高发动机的功率，改善外观设计减少空气阻力，保证功率的情况下选用更轻更坚固的新型材料减轻车身重量等。
22．见解析
【详解】
（1）被拉长的橡皮筋具有弹性势能；
（2）被拦河坝挡住的河水具有重力势能；
（3）正在空中下落的伞兵具有动能和重力势能；
（4）在路上行走的人具有动能；
（5）被拧紧的钟表发条具有弹性势能；
（6）被抽水机抽到高处的水具有重力势能。
23．
【详解】
每秒钟水流机械能减少量
；
转化为电能为
发电功率为
24．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．
答案第1页，共2页
答案第1页，共2页