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．关于能量转化与守恒，下列说法中正确的是（　　）
A．摩擦生热的过程是不可逆的
B．凡是能量守恒的过程就一定会发生
C．空调既能制热又能制冷，说明热传递不存在方向性
D．由于能的转化过程符合能量守恒定律，所以不会发生能源危机
2．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
3．以下说法中正确的是（　　）
A．只有摩擦才能使物体的内能增加
B．由于能量守恒，所以物体的能量总是不变的
C．任何系统无法依靠自身的作用自动回到原先的能量状态
D．内能是一种较高品质的能
4．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
5．在伽利略理想斜面实验中,小球停下来的高度h2与它出发时的高度h1相同,我们把这一事实说成是“有某一量守恒”,下列说法中正确的是
A．小球运动过程中速度是守恒的
B．小球运动过程中高度是守恒的
C．小球运动过程中动能是守恒的
D．小球运动过程中能量是守恒的
6．如图所示，半径为R的光滑竖直半圆弧与粗糙水平面平滑连接，轻弹簧一端与墙壁连接，另一端与可视为质点、质量为m的小滑块接触但不连接，小滑块在水平向右的外力作用下静止于P点，P点与圆弧最低点A的间距为R．某时刻将小滑块由静止释放，小滑块到达A点之前已与弹簧分离，此后恰好能到达圆弧最高点C．已知小滑块和水平面间的动摩擦因数为0.5，重力加速度为g．上述过程中弹簧对小滑块做的功为（　　）
A．2mgR
B．2.5 mgR
C．3 mgR
D．3.5 mgR
7．下列操作符合安全用电规范的是（　　）
A．电冰箱插头有三个齿，墙上的插口只有两个孔，掰掉一个齿插入使用
B．用铁棒插入电风扇叶片之间，卡住，然后再打开风扇
C．早读前离开宿舍，把电热毯开着，并捂上被子，晚上回来好暖和
D．以上都是作死
8．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
9．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
10．如图所示，竖直固定一半径为R=0.5m表面粗糙的四分之一圆弧轨道，其圆心O与A点等高。一质量m=1kg的小物块在不另外施力的情况下，能以速度m/s沿轨道自A点匀速率运动到B点，圆弧AP与圆弧PB长度相等，重力加速度g=10m/s2。则下列说法不正确的是（　　）
A．在从A到B的过程中合力对小物块做功为零
B．小物块经过P点时，重力的瞬时功率为5W
C．小物块在AP段和PB段产生的内能相等
D．运动到B点时，小物块对圆弧轨道的压力大小为11N
11．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
12．风能是一种新能源，国内外都很重视利用风力来发电。某风力发电机的发电效率，其风轮机旋转过程中接收风能的有效面积S=400m2，某高山顶部年平均风速为v=10m/s，一年内有效的发电时间约为5500小时（合），已知空气密度，该风力发电机一年的发电量约为（　　）
A． B． C． D．
13．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
14．在一个与外界没有热交换的房间里打开冰箱门，冰箱正常工作，过一段时间房间内的温度将如何变化（　　）
A．降低 B．升高 C．不变 D．无法确定
15．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)
二、填空题
16．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_________。
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．能量守恒定律：__________________________ .
19．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_____．
三、解答题
20．如图为某一直流电动机提升重物的装置，重物质量为，稳定电压为，不计各处摩擦，当电动机以的恒定速度向上提升物体时，电路中电流为，试求：
（1）电动机的机械效率是多少？
（2）电动机的内阻r为多少？
21．2022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。
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．如图所示，是利用电力传送带装运麻袋包的示意图。传送带长l=20 m，倾角θ=37°，麻袋包与传送带间的动摩擦因数μ=0.8，传送带的主动轮和从动轮半径R相等，传送带不打滑，主动轮顶端与货车车箱底板间的高度差为h=1.8 m，传送带匀速运动的速度为v=2 m/s。现在传送带底端（传送带与从动轮相切位置）由静止释放一只麻袋包（可视为质点），其质量为100 kg，麻袋包最终与传送带一起做匀速运动，到达主动轮时随轮一起匀速转动。如果麻袋包到达主动轮的最高点时，恰好水平抛出并落在货车车箱底板中心，重力加速度g=10 m/s2，sin 37°=0.6，cos 37°=0.8，求：
(1)主动轮轴与货车车箱底板中心的水平距离x及主动轮的半径R；
(2)麻袋包在传送带上运动的时间t；
(3)该装运系统每传送一只麻袋包需额外消耗的电能。
24．如图所示，物块B静止在水平面上，物块A以大小为v0的速度水平向右正对B物块运动并与之发生弹性碰撞，碰撞时间很短可不计，碰撞后B物块运动2m的位移停止。已知 A、B两物块质量分别为mA＝1kg，mB＝4kg，两物块与水平面的滑动摩擦系数均为μ＝0.4，两物块可视为质点，重力加速度g＝10m/s2。求：
（1）碰撞前瞬间A物块的速度大小v0；
（2）最终A、B物块间的距离。
试卷第1页，共3页
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参考答案：
1．A
【详解】
摩擦生热是由机械能转化为内能的过程，是自发的过程，而内能不能自发的变为机械能，所以摩擦生热的过程是不可逆的，故A正确；根据“热力学第二定律”可知，宏观热现象具有方向性，故能量守恒的过程不一定都会发生，故B错误；热传递存在方向性的含义是指热量可以自发的从高温物体传递到低温物体，而不能自发的从高温物体传递到低温物体，但若有其它影响也可以将热量从低温物体传递到高温物体，空调机制冷时必须通过压缩机做功才能实现热量从低温物体传递到高温物体，因此热传递仍然存在方向性，故C错误；能量的转化过程尽管符合能量守恒定律，高品质的能量能够自发的变为内能耗散到空中，但耗散的低品质的能量不能再集中利用，所以会发生能源危机，故D错误；故选A．
2．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.
3．C
【详解】
A．改变内能的方式有两种，一种是做功，另外一种是热传递，而摩擦属于做功手段，还可以通过热传递来增加物体的内能，A错误；
B．物体的能量可以减小（物体的能量转移到外界）或者增大（外界的能量转移到物体上），但整个世界能量是守恒的，B错误；
C．根据能量守恒定律和热力学第二定律，某个系统无法依靠自身的作用回到原先的能量状态，C正确；
D．任何可以利用的能量最后都是变化为内能而耗散，故内能的可利用的品质较低，D错误。
故选C。
4．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。
5．D
【详解】
A、在物体运动过程中物体的速度随时间发生变化，故速度不守恒，故选项A错误；
B、小球停下来的高度与出发时的高度相同，但运动过程中高度是变化的，故选项B错误；
C、小球沿斜面向下运动时动能增大，沿斜面向上运动时动能减小，可知动能不守恒，故选项C错误；
D、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，故选项D正确．
6．C
【详解】
小滑块恰好能到达圆弧最高点C，则在C点
从释放到C点，由动能定理得
代入已知量即可得到
故选C。
7．D
【详解】
A．为避免人体接触用电器金属外壳引起触电，用电器的金属外壳必须保持良好接地。所以“插头无法插入两孔插座便掰断了中间的那根”做法不符合安全用电要求，A错误；
B．用铁棒卡住电风扇叶片，会造成电风扇无法正常工作，可能引起电风扇的损坏，不符合安全用电要求，B错误；
C．离开宿舍，把电热毯开着，并捂上被子可能会引起用电器使用不当的火灾，不符合安全用电要求，C错误；
D．ABC均不符合安全用电要求，故D正确；
故选D。
8．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。
9．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。
10．C
【详解】
A．由于小物块从A到B做匀速圆周运动，由动能定理可知，合力对小物块做功为0，故A正确；
B．小物块经过P点时，重力的瞬时功率为
故B正确；
C．由能量守恒可知，小物块在AP段产生的内能为
小物块在BP段产生的内能为
故C错误；
D．在B点由牛顿第二定律有
得
由牛顿第三定律可知，小物块对圆弧轨道的压力大小为11N，故D正确。
本题选不正确的，故选C。
11．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．
12．C
【详解】
风力发电过程，由动能转化为电能，满足
其中
联立代入数据解得
故选C。
13．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。
14．B
【详解】
冰箱消耗电能使冰箱内外发生热交换而达到内部制冷，把冰箱与房间看成一个系统，打开冰箱门后，冰箱与房间内的热交换发生在系统内，系统内部无法使系统总能量发生变化。但系统消耗电能增加了系统的总能量，根据能量守恒定律，系统增加的能量转化为内能使房间的温度升高。
故选B。
15．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。
16．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。
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．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． 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
20．（1）82.8%；（2）
【详解】
（1）输入功率有
P入=UI=110×5W=550W
输出功率有
P出=Fv=mgv=500×0.9W=450W
则电动机的机械效率有
η==82.8%
（2）根据能量守恒有
所以有
解得
21．（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
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．(1)1.2 m，0.4 m；(2)12.5 s；(3)15400 J
【详解】
(1)设麻袋包平抛运动时间为t，则竖直方向
水平方向
联立解得
麻袋包在主动轮的最高点时，恰好水平抛出，则
解得
(2)对麻袋包，设匀加速运动时间为t1，匀速运动时间为t2，对麻袋包受力分析，根据牛顿第二定律有
加速运动阶段，根据匀变速直线运动公式
匀速运动阶段
联立以上各式解得
(3)设麻袋包匀加速运动时间内相对传送带的位移为，每传送一只麻袋包需额外消耗的电能为，有
由能量守恒定律得
解得
24．（1）10m/s；（2）6.5m。
【详解】
（1）对碰后物块B由动能定理：
解得
AB碰撞动量守恒：
由能量关系：
联立解得
（2）A碰后运动的距离：
解得
sA=4.5m
则最终两物块相距
s=sA+sB=6.5m
答案第1页，共2页
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