第3章 能量的转化与守恒 综合练习（含解析 3.7-3.8）

3.7-3.8 综合练习
一 、选择题
1.人类对核能的开发和利用不断取得新的进展，根据目前的科研水平，你认为以下关于原子弹和核电
站的说法正确的是( )
A．核电站能控制裂变的反应速度
B．原子弹对聚变的链式反应不加控制
C．原子弹利用核裂变， 核电站利用核聚变
D．原子弹利用核聚变， 核电站利用核裂变
2.下列家用电器在工作中， 将电能转化为机械能的是( )
第 1 页（共 13 页）
A.
C.
电饭锅
电视机
(
g
)B． 电风扇
D．电热水壶
3.电影《厉害了， 我的国》自今年 3 月 2 日在全国上映来燃爆各大影院， 特别是作为大国工程和“一 带一路”国家名片的“华龙一号 ”核电机组（如图），代表创新成果的人造太阳， 在影片中亮相， 再次 彰显了大国实力，很是抢镜！以下关于核电站说法正确的是( )
A． 利用核聚变原理 B. 利用核裂变原理
C. 核能直接转化为电能 D. 核能是原子内部的化学反应释放出来的能量
4.归纳法是学习科学的重要方法， 下列图示正确的是( )
(
物质的分类
) (
B.
)A．基本反应类型
C．核裂变 D．金属的化学性质
5.下列关于能量转化和转移的实例中， 分析正确的是( )
A．燃料燃烧时发热，化学能转化为内能
B．水轮机带动发电机发电，电能转化为机械能
C．植物吸收太阳光进行光合作用，光能转化为内能
D．在热传递中，热量总是从内能多的物体传到内能少的物体
6.能量转化或转移是自然界的普遍现象， 如图所示为核电站示意图、家庭电路部分示意图及电热水壶 图，下列相关叙述正确的是( )
第 2 页（共 13 页）
A.
B.
C.
D.
7.
核反应堆进行的核裂变释放核能，直接转化为家庭电路所需的电能
发电机利用了电流磁效应发电， 电热水壶利用了电流热效应烧水
汽轮机工作、壶内水升温两过程中， 改变水的内能方式相同
手机充电和电热壶烧水时， 两者本质都是电流做功
如图所示为内燃机的能量流向图，热机效率 η等于( )
A． ×100% B． ×100%
C． ×100% D． ×100%
8.关于核能的应用，下列说法中不正确的是( )
A．人类利用核能的途径是核裂变和核聚变
B．太阳发光发热和氢弹爆炸都是轻核聚变释放能量造成的
C．原子弹是在可控的链式反应下进行的核裂变
D．a、B、 γ 三种放射线中， γ 射线可以治疗癌症
9.跳绳是大家喜爱的体育运动之一，小金的质量为 50 千克，每次跳起高度约为 6 厘米（人整体上升，
如图所示），一分钟跳 100 次，下列说法正确的是( )
A．向上起跳过程中小金的动能持续增大
B．在整个跳绳过程中小金的机械能守恒
C．小金跳一次克服重力做功约 3 焦
D．小金跳绳的功率约为 50 瓦
10.如图， 轻弹簧竖直放置， 下端固定于地面，上端位于 O 点时弹簧恰好不发生形变。现将一小球放在 弹簧上端， 再用力向下把小球压至图中 A 位置后由静止释放， 小球将竖直向上运动并脱离弹簧， 假设
小球和弹簧组成的系统机械能守恒， 则小球( )
A．运动至最高点时，受平衡力作用
B．运动至 O 点时， 动能最大
C．运动至最高点， 小球增加的重力势能等于弹簧减少的弹性势能
D．从 O 点向上运动过程中，弹簧的弹性势能转化为小球的重力势能
二 、填空题
11.在我国西藏高原，有一个羊八井地热区， 地热电厂 担负着拉萨市一部分电力供应。工作流程如图 所示， 经过地下井→汽轮机→发电机，其能量转化过程是将内能转化为 能再转化为
能。
第 3 页（共 13 页）
12.如图所示， 白炽灯的能量转化示意图表明其工作时的效率为 ；一盏工作时的效率为 30% 的节能灯， 要达到 60W 白炽灯的亮度，其功率应为 W。节能灯产生的内能散失到空气中，无
法自动转化为电能， 表明能量的转化具有 。
13.如图所示， 为两个光滑的圆弧槽和一段粗糙的水平面相连接的装置。将质量为 m 的物体从左侧圆弧 槽 A 点由静止释放，最高到达右侧圆弧槽 B 点处，然后再次滑下，最高到达左侧圆弧槽 C 点处，其中 A．B
两点距离水平面的高度分别为 H、h。 ( 忽略空气阻力)
（1）物体从 A 点滑到水平面时， 重力所做的功为 。
（2）C 点距离水平面的高度为 。
14.如图甲所示，小球从某高度静止下落到竖直放置的轻弹簧上并压缩弹簧。从小球刚接触到弹簧至弹 簧被压缩到最短的过程中，得到小球速度 v 和弹簧压缩量 Δl 之间的关系图像， 如图乙。（不计空气
阻力， 弹簧始终发生弹性形变）
（1）b 为曲线最高点， 此时小球受到的重力 弹力（选填“ ＞ ”、“＜ ”或“ ＝ ”）。
（2）请写出 b→c 时发生的能量转化过程 。
15.如图所示，高为 h 的光滑斜面上，一个质量为 m 的物块从顶端 A 点由静止自由滑到底端 B 点，在此 过程中，重力做功， 在向下运动的过程中物块机械能 （选填“守恒 ”或“不守恒 ”）；图乙
所示的图象表示该物块的 （选填“动能 ”或“重力势能 ”）随高度变化的规律。
第 4 页（共 13 页）
三 、实验题
16.小明利用如图所示的实验装置， 探究动能大小的影响因素。实验时小明让不同质量的铁球从斜面的
某一高度静止释放， 并测量长图钉被撞击后插入泡沫块的深度。实验数据如表所示。
实验次数 1 2 3 4 5
铁球质量/克 5 10 10 15 20
铁球释放高度/厘米 50 40 60 50 20
图钉插入深度/厘米 2.0 3.2 4.8 6.0 x
（1）实验中采用了转化法，即长图钉插入泡沫块的深度越深， 则表明小球的动能越大。请结合功与能
关系对其原理进行解
释：
。
（2）根据实验获得的数据，推测表格中 x 的大小为 厘米。
（3）实验过程中，小明发现长图钉插入的深度比较接近， 导致无法准确得出实验结论， 针对以上问题
可采取的改进措施
为： 。
四 、解答题
17.2020 年 12 月，“嫦娥五号”探测器在月球上采集了 1731 克月壤（其中约 900 克取自月表）。月壤中 含有的“氦－3”（He-3)被科学家们称为“完美能源”，据科学家估算 10 吨“氦－3”就能满足我国一
年所需的能源需求。
第 5 页（共 13 页）
（1）使用“氦－3”作为能源， 需通过 （选填“轻核聚变”或“重核裂变”）释放其内
部的核能。
（2）采集器把这 900 克月表的月壤放入距月表 1 米高的收集器中，采集器克服重力做了多少功？ （已
知物体在月球表面受到的重力是地球上的 1/6）
（3）在返回过程中，“嫦娥五号”上升器发动机以向上 3000 牛的力工作 6 分钟， 成功将携带样品的上 升器送入到离月球表面高度约为 15 千米的预定环月轨道。则“嫦娥五号”上升器发动机的功率至少多
大
18.为了方便高速公路通行，高速公路收费站有专门的 ETC 通道，即电子不停车收费系统，车辆在通过 ETC 车道时，在车上装有的电子标签和电子不停车收费通行卡， 与车道天线进行微波通讯，无需停车就
能自动完成进出高速公路信息读取和缴费。
（1）ETC 电子标签电路可简化成如图所示， 太阳能电池是将太阳能直接转化为 能供信号收发
器和通行卡读卡器使用。
（2）小明家的汽车油箱总容积为 50 升， 则油箱中加满密度为 0.7 千克/分米 3 的汽油时， 比不装油时
质量增加多少？
（3）2015 年起， 浙江省将在各高速收费站安装车道天线，记录汽车行车轨迹，便于按汽车实际经过路 线收费。某天小明爸爸开车去杭州， 嘉兴南湖收费站 10 时 20 分测到小明爸爸的汽车进入高速公路信 号， 11 时 10 分杭州北收费站测到此汽车到达信号。若该汽车平均速度为 100 千米/时，则嘉兴南湖入
口到杭州北出口的实际距离为多少？
（4）小明爸爸开车经过杭州北收费站时， 屏幕显示“1.5 吨， 40 元 ”。说明小明家汽车总质量为 1.5
吨。若汽车四个轮子与地接触面积共 0.1 平方米， 则汽车对地面的压强为多少帕？
第 6 页（共 13 页）
3.7-3.8 综合练习答案解析
一 、选择题
1.原子弹及核电站都是利用了原子核的裂变释放能量，只不过原子弹对于裂变的速度不加控制，而核
电站是控制裂变的速度让能量得以缓慢释放。
【解答】解： 原子弹及核电站都是利用了重核的裂变，但原子弹是让核能瞬间释放，不加以控制，而
核电站通过吸收中子而控制反应速度，从而使能量缓慢释放。
A．核电站通过对中子的控制来控制裂变的链式发应速度， 故 A 正确；
B、原子弹应用的是核裂变不是核聚变，故 B 错误；
C、核电站也是利用的核裂变， 故 C 错误；
D、原子弹是利用的核裂变，在反应过程中不加控制让能量瞬间释放，故 D 错误；
故选： A.
2.电流做功的过程实质上是电能转化为其它形式能的过程，用电器消耗了电能，获得了其它形式的能
量，就是一个电流做功的过程。
【解答】解：
A．电饭煲工作时只要把电能转化为内能， 故 A 错误；
B．电风扇工作时只要把电能转化为机械能，故 B 正确；
C．电视机工作时主要把电能转化为光能和声能，少部分电能转化为内能，故 C 错误；
D．电热水壶工作时主要把电能转化为内能，故 D 错误。
故选： B。
3.B
根据核电站的知识分析判断。
核电站利用的可控核裂变原理， 故 A 错误，B 正确；
在核电站中， 先通过核反应堆， 将核能转化为内能，再通过汽轮机将内能转化为机械能，最后通过发 电机将机械能转化为电能，故 C 错误；
核能是有原子的变化（裂变或聚变） 时释放出来的能量， 由于变化在原子层面， 没有新分子生成，所 以不属于化学变化， 故 D 错误。
故选 B。
4.D
【解析】（1）根据四种基本反应类型判断；
（2）根据物质分类的知识判断；
第 7 页（共 13 页）
（3）根据核裂变的定义判断；
（4）根据金属的性质判断。
A．基本反应类型为：分解反应， 化合反应、复分解反应和置换反应，故 A 错误；
B.纯净物分为单质和化合物，而化合物为氧化物和非氧化物， 故 B 错误；
C.核裂变为重核变成轻核，而图片为轻核变成重核，故 C 错误；
D.金属和氧气反应， 生成金属氧化物，金属氧化物和酸反应生成盐，反应了金属的化学性质，故 D 正
确。
故选 D。
5.自然界中存在不同形式的能量，各种不同的能量可以相互转化， 同种能量也可在不同物体间进行转
移，在转化和转移的过程中，能量的总量保持不变。
【解答】解：A．燃料燃烧时发热，化学能转化为内能， 故 A 正确；
B、水轮机带动发电机发电，将机械能转化为电能， 故 B 错误；
C、植物吸收太阳光进行光合作用，光能转化为化学能， 故 C 错误；
D、在热传递中，热量总是从温度高的物体传到温度低的物体， 故 D 错误。
故选： A.
6.D
根据核能发电的相关知识分析判断。
【解答】A．核反应堆进行的核裂变释放核能， 核能再对水加热，转化为水蒸气的内能， 然后水蒸气再 推动汽轮机旋转，并带动发电机旋转发出电能，即将内能转化为机械能，再将机械能转化为电能，，故 A 错误；
B．发电机利用了电磁感应现象发电，电热水壶利用了电流热效应烧水， 故 B
错误；
C．汽轮机工作是利用做功的方式改变水的内能，而电热壶内水温升高是利用热传递改变内能，故 C 错 误；
D．手机充电和电热壶烧水时，两者本质都是电流做功， 故 D 正确。
故选 D。
7.C
【解析】根据热机效率的定义分析解答。
热机所做的机械功与燃料完全燃烧释放的能量之比，叫做热机的效率。根据图片可知， 燃料释放的内
能为 E，有用的机械能为 E2 ，那么热机的效率为：
故选 C。
第 8 页（共
×100%，故 C 正确，而 A．B、D 错误。
13 页）
8.C
【解析】根据核能的知识分析判断。
A．人类利用核能的途径是核裂变和核聚变，故 A 正确不合题意；
B.太阳发光发热和氢弹爆炸都是轻核聚变释放能量造成， 故 B 正确不合题意；
C.原子弹是在不可控的链式反应下进行的核裂变 ，故 C 错误符合题意；
D.a、B、 γ 三种放射线中， γ 射线可以治疗癌症，故 D 正确不合题意。
故选 C。
9.D
【解析】（1）动能与质量和速度有关；
（2）注意克服摩擦做功，将机械能转化为内能；
（3）根据 W=Gh 计算；
（4）根据公式P = 计算跳绳的功率。
A．向上起跳过程中小金的动能转化为重力势能和内能，速度减小， 即动能减小， 故 A 错误；
B. 在整个跳绳过程中小金的机械能会部分转化为内能，即机械能减小， 故 B 错误；
C． 小金跳一次克服重力做功约：W=Gh=50kg×10N/kg×0.06m=30J，故 C 错误；
D.小金跳绳的功率约为： P = t (w) = 306 (J)0s (×100) = 50w，故 D 正确。
故选 D。
10.C
【解析】（1）如果物体受到的合力为 0，那么它受到平衡力的作用；
（2）当合力的方向与运动方向相同时，物体做加速运动； 当合力为 0 时，加速停止，此时物体的运动
速度最大；
（3）根据能量转化和守恒定律分析；
（4）弹簧的弹性势能不能直接转化为小球的重力势能， 只能先转化为小球的动能，再转化为小球的重
力势能。
A．当小球运动到最高点时，只受重力作用，此时受到的不是平衡力，故 A 错误；
B.开始的一段时间内，弹力大于小球的重力， 做加速运动；当弹簧的弹力和小球的重力相等时， 加速
停止， 此时小球的速度达到最大，动能最大。由于此时仍然有向上的弹力，所以该点肯定在 O 点下面， 第 9 页（共 13 页）
故 B 错误；
C.根据机械能守恒可知， 弹簧减小的弹性势能等于小球增加的机械能； 当小球运动到最高点时， 它只
具有重力势能， 故 C 正确；
D.从 O 点向上运动过程中，弹簧的弹性势能转化为小球的动能和重力势能， 故 D 错误。
故选 C。
二 、填空题
11.机械能；电
【解析】地热发电站的工作过程是将大地的内能经过汽轮机、发电机转化成我们普遍使用的电能。
地热发电站发电时， 先利用地下井获得地热， 将水加热成水蒸气， 水蒸气膨胀推动活塞，使汽轮机转 动工作，将水蒸气的内能转化为机械能， 汽轮机带动发电机工作， 将机械能转化为电能；所以整个过
程能量的转化是：内能→机械能→ 电能。
故答案为： 机械能 电
12.10%；20；方向性
【解析】（1）根据能量转化效率η = 电能 (光能)× 100%计算即可；
（2）根据首先根据η = 电能 (光能)× 100%计算出白炽灯的有效功率，再根据同样的公式计算出节能灯的功率。
（3）根据能量转化和转移的方向性分析解答。
（1）白炽灯的工作效率η = 电 (光)能 (能) × 100% = 100J (10J) × 100% = 10%；
（2）60W 白炽灯的发光功率为： 60W×10%=6W；
那么需要节能灯的功率为： = 20；
（3）节能灯产生的内能散失到空气中，无法自动转化为电能， 表明能量的转化具有方向性。
13.（1）mgH
（2）2h－H
【解析】（1）根据 W=Gh 计算出重力做的功；
（2）物体在水平面上损失的机械能等于物体在 A．B 两处时重力势能的差值。而物体最终达到 C 点时， 在水平面上往复两次，用 A 点的机械能减去两次消耗的机械能，得到 C 点的机械能，最后再计算 C 点
的高度即可。
第 10 页（共 13 页）
（1）物体从 A 点滑到水平面时， 重力所做的功为： W=Gh=mgH；
（2）物体在水平面上运动一次消耗的机械能： mgH-mgh=mg（H-h）；
物体再次回到 C 点时的机械能： mgH-2mg（H-h）=2mgh-mgh；
则 C 点的高度为： c = = 2 H。
14.（1）=
（2）小球的机械能转化为弹簧的弹性势能
【解析】（1）小球接触弹簧后开始一段时间内，它受到的弹力小于重力，小球在向下的方向上做加速 运动； 当弹力等于重力时，小球加速过程停止，这个时刻就是小球速度最大的时刻；接下来小球受到
的弹力大于重力，小球在竖直方向上做减速运动， 直到速度为 0，根据这个规律判断即可；
（2）b→c 的过程是小球速度减小的过程，据此判断它的能量转化。
（1）b 点的速度最大， 也就是说这点加速停止，即处于平衡状态， 那么这时小球的重力等于弹力；
（2））b→c 的过程是小球速度减小的过程，那么它的动能减小；弹簧被压缩，它的弹性势能增大，因
此发生的能量转化为：小球的机械能转化为弹簧的弹性势能。
故答案为：（1）=；（2）小球的机械能转化为弹簧的弹性势能。
15.守恒； 重力势能
【解析】（1）光滑斜面没有摩擦力， 因此物体从斜面上滑下时就没有机械能转化为内能，即机械能守
恒；
（2）动能的影响因素是速度和质量； 重力势能的影响因素是高度和质量。
（1）高为 h 的光滑斜面上，一个质量为 m 的物块从顶端 A 点由静止自由滑到底端 B 点，在此过程中，
重力做功， 在向下运动的过程中物块机械能守恒；
（2）图乙所示的图象表示该物块的重力势能随高度变化的规律。
三 、实验题
16.（1）小球动能越大，传递给长图钉的能量也越大， 克服长图钉的摩擦力做功，根据 W=fs，摩擦力
相同， W 越大， s 越大。
（2）3.2
（3）增大两球质量差、或增加小球的下落高度差、 增加撞击次数； 选用质量更大的小球
【解析】（1）根据能量转化和功的计算式 W=Fs 分析解答；
第 11 页（共 13 页）
（2）根据表格数据，确定图钉插入深度与铁球质量和高度的关系， 然后推算 X 的数值。
（3）球的质量越大，高度越大，撞击的次数越多，图钉受到的撞击能量越大，则图钉插入越深，据此
分析解答。
（1）实验中采用了转化法，即长图钉插入泡沫块的深度越深， 则表明小球的动能越大。原理为： 小球 动能越大， 传递给长图钉的能量也越大， 克服长图钉的摩擦力做功，根据 W=fs，摩擦力相同， W 越大，
s 越大。
（2）根据实验 1 和 4 可知，当高度相同时， 铁球质量增大到原来的 3 倍时，深度也增大到原来的 3 倍，
即深度与铁球质量成正比；
根据实验 2 和 3 可知，当铁球质量相同时，高度增大到原来的 1.5 倍， 深度也增大到原来的 1.5 倍，
即深度与高度成正比。
那么图钉插入深度与质量和高度关系可以表示为： h=amh 高；
根据实验 1 得到：2cm=a×5g×50cm；
根据实验 5 得到：x=a×20g×20cm；
两式作比得到： 2x (cm) = 400 (250)；
解得： x=3.2cm。
（3）实验过程中， 小明发现长图钉插入的深度比较接近，导致无法准确得出实验结论，针对以上问 题可采取的改进措施为： 增大两球质量差、或增加小球的下落高度差、 增加撞击次数； 选用质量更大
的小球。
四 、解答题
17.（1）轻核聚变
（2）解； 月壤在月球上所受重力 G= = 0.9 千克×6 (10)牛/千克 =1.5 牛
W=Gh=1.5 牛×1 米=1.5 焦
答：这个过程月壤克服重力所做的功为 1.5 焦。
第 12 页（共 13 页）
（3）
w
(
t
)p=
解； W=Fs=3000 牛×15000 米=4.5×107 焦 t=6 分钟=360 秒
(
=1.25×10
5
瓦
) (
=
)4.5×107焦
360 秒
答：“嫦娥五号”上升器 3000N 发动机的功率至少 1.25×105 瓦才能满足要求。
（1）使用“氦－3”作为能源， 需通过轻核聚变释放其内部的核能。
18.（1）电
（2） ∵ρ= ∴m=ρV=0.7 千克/分米 3 ×50 分米 3=35 千克
（3） ∵v= ∴s=vt=100 千米/时×0.833 小时＝83.3 千米
（4）p= =1.5×103 千克×10 牛/千克/0.1 米 2= 1.5×105 帕
【解析】该题主要考查能量转化问题，太阳能电池是将太阳能直接转化为电能的一种装置； 密度公式
第 13 页（共 13 页）
ρ=
(
s
v=
-
) (
t
);速度公式
;压强公式
p= 。