(共95张PPT)
4．能源与可持续发展
第十二章
电能 能量守恒定律
整体感知·自我新知初探
[学习任务] 1．知道不同形式的能量可以相互转化，在转化的过程中能量总量保持不变。
2．知道什么是能量耗散和品质降低，认识自然界中能量转移或转化的方向性。
3．了解可再生能源和不可再生能源的分类，认识能源的过度开发和利用对环境的影响。
4．认识当前的环境问题，增强环保和可持续发展的意识。
[问题初探] 问题1．内能不会自发地从凉水向热鸡蛋转移，这说明了什么？
问题2．耗散的能量损失了吗？那为什么还要节约能源呢？
[提示] 问题1．能量的转移具有方向性：如热量可以自发地从高温物体传给低温物体，但不能自发地从低温物体传给高温物体。
问题2．耗散的能量没有损失，以整体为研究对象的话，整体的能量保持不变。因为能量的品质降低了，所以要节约能源。
[自我感知] 经过你认真的预习，结合你对本节课的理解和认识，请画出本节课的知识逻辑体系。
探究重构·关键能力达成
1．能量守恒定律：能量既不会__________，也不会__________，它只能从一种形式______为其他形式，或者从一个物体______到别的物体，在______和______过程中，能量的总量保持______。
2．能量转化的不可逆性：大量研究发现，一切与________有关的宏观自然过程都是________的。
知识点一 能量转移或转化的方向性
凭空产生
凭空消失
转化
转移
转化
转移
不变
热现象
不可逆
3．能量的耗散
(1)定义：电池中的________转化为电能，电能又通过灯泡转化为______和______，热和光被其他物质吸收之后变成周围环境的______，我们很难把这些内能收集起来重新利用，这种现象叫作能量的耗散。
(2)能量的耗散表明：能量的数量是______的，但是能量可利用的品质______了。
(3)能量的耗散从能量转化的角度反映出自然界中宏观过程具有________。
化学能
内能
光能
内能
守恒
降低
方向性
如图所示是小型汽油机模型，通过燃烧气缸内的燃料，产生动能，驱动发动机气缸内的活塞往复的运动，由此带动连在活塞上的连杆和与连杆相连的曲柄围绕曲轴中心做往复的圆周运动，从而输出动力。
问题1．汽油机在工作过程中能量是怎样转化的？
提示：汽油燃烧时化学能转化为内能，汽油释放出来的内能转化为飞轮的机械能。
问题2．内燃机工作时可以把内能全部转化为机械能吗？
提示：不能，因为内燃机工作时总有内能损失，不可能全部转化为机械能。
1．能量的存在形式及相互转化
(1)各种运动形式都有对应的能：机械运动有机械能，分子的热运动有内能，还有电磁能、化学能、原子能等。
(2)各种形式的能，通过某种力做功可以相互转化。例如，利用电炉取暖或烧水，电能转化为内能；煤燃烧，化学能转化为内能；列车刹车后，车轮温度升高，机械能转化为内能。
2．能量守恒的两种表达
(1)某种形式的能减少，一定有其他形式的能增加，且减少量和增加量一定相等。
(2)某个物体的能量减少，一定存在其他物体的能量增加，且减少量和增加量一定相等。
3．应用能量转化与守恒解题的步骤
(1)首先分析研究对象的受力情况、做功情况、能量的转化方向及初、末状态能量的具体形式。
(2)分别列出减少的能量ΔE减和增加的能量ΔE增的表达式。
(3)依据ΔE减＝ΔE增列式求解。
【典例1】 (对能量转化的理解)市面上出售一种装有太阳能电扇的帽子(如图所示)。在阳光的照射下，小电扇快速转动，能给炎热的夏季带来一丝凉爽。该装置的能量转化情况是( )
A．太阳能→电能→机械能
B．太阳能→机械能→电能
C．电能→太阳能→机械能
D．机械能→太阳能→电能
√
A [帽子上的太阳能电池板将太阳能转化为电能，供小电扇工作，小电扇工作时消耗电能，将电能转化为扇叶的机械能，故A正确。]
【典例2】 (能量转化与守恒的应用)某台风力发电机，它的叶片转动时可形成半径为20 m的圆面。某时间内该地区的风速是6 m/s，风向恰好跟叶片转动的圆面垂直。已知空气的密度为1.23 kg/m3，假如这个风力发电机能将此圆内10%的空气动能转化为电能，则此风力发电机发电的功率约为( )
A．3 kW B．16 kW
C．30 kW D．160 kW
√
1．能源的分类
(1)不可再生能源：像煤炭、______和天然气这类无法在短时间内再生的能源。
(2)可再生能源：像水能、风能、潮汐能这类在自然界可以再生的能源。
知识点二 能源的分类与应用 能源与社会发展
石油
2．我国能源的开发
(1)太阳能发电。(2)水力发电。(3)风能发电。(4)______发电。
3．人类利用能源的三个时期：______时期、煤炭时期、石油时期。
4．利用不可再生能源带来的危害
(1)改变大气的成分，加剧气候的变化，如______效应。
(2)形成“酸雨”，腐蚀建筑物，______土壤。
(3)产生________烟雾，产生浮尘。
核能
柴薪
温室
酸化
光化学
问题1．自然界物质的运动有许多不同的形式，每种运动形式都有对应的能量。机械运动、热运动、电荷的定向移动分别对应何种形式的能量？
提示：机械运动对应的能量形式是动能；热运动对应的能量形式是内能；电荷的定向移动对应的能量形式是电能。
问题2．考察你的家庭与学校，你在生活和学习中必须用到哪些形式的能量？
提示：内能、电能、光能和机械能。
1．能量与能源的区别
(1)能量是守恒的，既不会增加也不会减少。
(2)能源是可以提供可利用能量的物质。
2．解决能源危机的措施
(1)能量使用时，能量的品质降低，所以应节约能源。
(2)化石能源的大量消耗会带来很多环境问题，开发新能源势在必行。
3．常规能源和新能源的转化途径
4．能源可持续发展
(1)对常规能源合理有效地利用，保护环境与生态平衡。
(2)开发清洁的新能源和可再生能源。
(3)积极研发节能的新技术，提高能源利用效率。
【典例3】 (能源的分类)(多选)以下说法正确的是( )
A．煤、石油、天然气等燃料的最初来源可追溯到太阳能
B．汽油是一种清洁能源
C．水能是可再生能源
D．煤、石油等常规能源是取之不尽、用之不竭的
√
√
AC [煤、石油、天然气等是动植物转化成的，其最初来源可追溯到太阳能，选项A对；汽油燃烧会引起一些化合物的产生，导致有毒气体的生成，选项B错；水能是可再生能源，选项C对；煤、石油、天然气等储量是有限的，是不可再生能源，选项D错。]
【典例4】 (能源的开发和利用)(多选)关于能源的开发和利用，下列观点正确的是( )
A．能源是有限的，无节制地使用常规能源，是一种盲目的短期行为
B．根据能量守恒定律，能源是取之不尽、用之不竭的
C．能源的开发和利用，必须同时考虑其对生态环境的影响
D．不断开发新能源，是缓解能源危机、加强环境保护的重要途径
√
√
√
ACD [能源是有限的，比如常规能源，所以无节制地使用常规能源是一种盲目的短期行为，故A正确；能量会转化为不能利用或不易利用的能源，所以这样会减少可利用资源的数量，因此应该节约能源，故B错误；能源的开发和利用，必须同时考虑其对生态环境的影响，故C正确；不断开发新能源是缓解能源危机、加强环境保护的重要途径，故D正确。]
【教用·备选例题】
针对工厂烟囱向空中排放大量废气的现象，下列说法错误的是( )
A．排放废气不仅浪费能源，而且严重违反能量守恒定律
B．排放废气引起能量的耗散，但并没有违反能量守恒定律
C．当前存在着环境恶化和能源短缺问题，所以必须加强废气排放等污染治理
D．能量守恒定律揭示出了各种自然现象之间的相互联系与转化
√
A [排放废气浪费能源，引起能量的耗散，但不违反能量守恒定律，故A错误，B正确；当前存在着环境恶化和能源短缺问题，所以必须加强废气排放等污染治理，故C正确；能量守恒定律揭示出了各种自然现象之间的相互联系与转化，故D正确。本题选错误的，故选A。]
应用迁移·随堂评估自测
1．有人设想在夏天用电冰箱来降低房间的温度，他的办法是先关好房间门窗，然后打开冰箱的所有门，最后让冰箱运转。不考虑房间内外热量的传递，则开机后，室内的温度将( )
A．升高 B．保持不变
C．开机时降低，停机时又升高 D．降低
√
2
4
3
题号
1
A [由能量守恒定律可知，在门窗关闭的房间中，冰箱将消耗的电能转化为室内空气的内能，使室内温度升高。]
2．关于能源的利用和节约，下列说法正确的是( )
A．根据能量守恒定律知，能源的利用率应该是100%
B．由于能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，总是守恒的，所以节约能源的意义不大
C．节约能源只要提高节能意识就行，与科学进步无关
D．在能源的利用中，总会有一部分能源未被利用而损失掉
2
3
题号
1
4
√
D [能源的使用在任何情况下都不可能达到理想状态，做到没有任何损失，虽然遵从能量守恒定律，但它指的是损失部分和被利用部分总和与原来的能量总量相等，选项A错误，D正确；根据能量转化的方向性可知，能量经转化后，可利用的能量只可能减少，不可能增加，因此节能的意义重大，同时，只有节能意识是不够的，必须利用科技手段来提高能源的利用率，不断开发新能源，以满足人类社会可持续发展的需要，选项B、C错误。]
2
3
题号
1
4
3．(多选)关于“温室效应”，下列说法正确的是( )
A．太阳能源源不断地辐射到地球上，由此产生了“温室效应”
B．石油和煤炭燃烧时产生的二氧化碳增加了大气中二氧化碳的含量，由此产生了“温室效应”
C．“温室效应”使得地面气温上升，两极冰雪融化
D．“温室效应”使得土壤酸化
2
3
题号
4
1
√
√
BC [“温室效应”的产生是由于石油和煤炭燃烧时产生的二氧化碳增加了大气中二氧化碳的含量。它的危害是使地面气温上升、两极冰雪融化、海平面上升、淹没沿海城市、海水河流倒灌、耕地盐碱化等，故B、C正确。]
2
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题号
4
1
4．如图所示是某工程师的轻轨车站设计方案，与站台前后连接的轨道都有一个小坡度，列车进站时要上坡，出站时要下坡。假设站台高度比途中轨道高出 2 m，列车在途中轨道进站前的速度为 29.2 km/h。
(1)此时切断电源，不考虑阻力，列车能否“冲”上站台？如果能，到达站台上的速度是多大？(g取10 m/s2，结果保留三位有效数字)
(2)你认为工程师这样设计的意图是什么？
2
4
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题号
1
2
4
3
题号
1
(2)工程师的设计意图：车到站要停车，车此时有很大动能，若刹车就会把车的动能转化成内能，若车利用上坡，就把车的动能转化成重力势能储存起来；车出站由静止开始运动，需要电机启动，若车利用下坡，则可以把重力势能转化成动能，便于启动，也节省了电能，起到节能的作用。
2
4
3
题号
1
[答案] (1)能冲上站台 5.08 m/s (2)见解析
回归本节知识，完成以下问题：
1．把刚刚煮的鸡蛋拿出来放在冷水中，过一会儿后，鸡蛋和水的温度会怎么变化？
提示：鸡蛋的温度降低，水的温度升高。
2．过一段时间水和鸡蛋的温度会相同。试问是否可能发生这样的现象：再过一会儿后，水的温度自发降低，鸡蛋的温度重新上升？
提示：不会。
3．既然能量是守恒的，不会凭空消失，那我们还需要节约能源吗？
提示：能量的耗散虽然不会使能量的总量减少，却会导致能量品质的降低，从便于利用的能源变成不便于利用的能源。因此，自然界的能量虽然是守恒的，我们还是要节约能源。
?题组一 能量转移或转化的方向性
1．(多选)关于能量和能源，下列说法正确的是 ( )
A．由于自然界的能量守恒，所以不需要节约能源
B．人类在不断地开发新能源，所以能量可以被创造
C．氢能源是清洁能源
D．能量可以从一种形式转化为另一种形式
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题号
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√
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课时分层作业(十五) 能源与可持续发展
√
CD [自然界的能量守恒，但能源需要节约，故A错误；为了提高生活质量，人类在不断地开发和利用新能源，但能量不能被创造，也不会消失，故B错误；氢燃烧的产物是水，所以氢能源是清洁能源，故C正确；能量可以从一种形式转化为另一种形式，故D正确。]
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2．从能量的转化与守恒的角度理解，太阳能草坪节能灯( )
A．创造了电能
B．草坪节能灯白天储存太阳能，晚上再把太阳能释放
C．创造了太阳能
D．把太阳能转化成了电能，电能再转化为光能
√
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D [根据能量守恒定律，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其他形式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中其总量不变。草坪节能灯把太阳能转化成了电能，电能又转化为光能，故D正确，A、B、C错误。]
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3．如图是城市照明中常使用的“风光互补”景观照明灯。它“头顶”小风扇，“肩扛”光电池板，“腰挎”照明灯，“脚踩”蓄电池。下列解释合理的是( )
A．光电池板是将电能转化为光能
B．照明灯是将内能转化为电能
C．小风扇利用风力发电，将机械能转化为电能
D．蓄电池夜晚放电，将电能转化为化学能
√
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C [这种新能源的路灯，“肩扛”太阳能电池板可以把太阳能转化为电能，选项A错误；照明灯消耗电能而发光，是将电能转化为光能，选项B错误；“头顶”的小风扇可以把风能转化为电能，这样只要有风，这种路灯也可以发电，填补了阴天和晚上不能发电的空白，有利于路灯晚上照明使用，选项C正确；蓄电池在夜晚放电时，将化学能转化为电能，选项D错误。]
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4．(多选)电冰箱能够不断地把热量从温度较低的冰箱内部传给温度较高的外界空气，这说明了( )
A．热量能自发地从低温物体传到高温物体
B．在一定条件下，热量可以从低温物体传到高温物体
C．热量的传递过程不具有方向性
D．在自发的条件下热量的传递过程具有方向性
√
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√
BD [一切与热现象有关的自发过程都有方向性，如热传导，热量总是由高温物体自发地传向低温物体；在一定条件下，热量可以从低温物体传向高温物体，电冰箱就是借助外界做功把热量从低温物体传向高温物体。故B、D正确。]
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?题组二 能源的分类与应用 能源与社会发展
5．关于能源、能量，下列说法正确的是( )
A．可再生能源是未来理想能源的一个重要发展方向
B．核能的利用会造成放射性污染，所以应该关闭核电站
C．能量是守恒的，不会发生能源危机
D．化石能源、水能、核能，不能在短期内从自然界得到补充，这类能源称为不可再生能源
√
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A [可再生能源足够清洁、无污染，可以保证不会严重影响环境，是未来理想能源的一个重要发展方向，选项A正确；核电站的建设与运行若有疏漏会造成环境污染，同时核废料具有放射性，但不应该关闭核电站，应该合理地利用，选项B错误；由于能量的转化具有方向性，所以无节制地消耗能源会造成能源危机，选项C错误；化石能源、核能不可能在短期内从自然界得到补充，所以它们属于不可再生能源；而水能可以从自然界不断地得到，属于可再生能源，选项D错误。]
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6．低碳生活是一种绿色又环保的新型生活方式，日常生活中注意节电、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的理解正确的是( )
A．能量是守恒的，没有必要提倡节约能源
B．能量的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、潮汐能等可再生的新能源
√
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D [在能源的利用过程中，虽然能量在数量上并未减少，但可利用的品质越来越差，故仍需节约能源，故A错误；能量的耗散表明自然界的能量在转化的过程中可利用的品质越来越差，但总量不会减小，故B错误；自然界中石油、煤炭指的是亿万年前的大量生物的遗体在地层中经过一系列生物化学变化而生成的，在短时间内不能再生，是不可再生能源，故C错误；风能、太阳能、潮汐能是可再生能源，人类应多开发与利用，故D正确。]
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7．使用家电时，以下做法中，有利于节约用电的是( )
A．停用空调时，只通过遥控器关机
B．使用空调时总将其自动温度控制器设定在16 ℃
C．看完电视不是通过遥控器关机，而是及时关闭电源总开关
D．使用电风扇时，不管温度多高，都将风扇开到最高风速挡
√
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C [停用空调时，可以通过遥控器关机，但对节约用电无作用，因为待机状态要消耗电能，故A错误；使用空调时总将其自动温度控制器设定在16 ℃会多耗电，故B错误；看完电视不是通过遥控器关机，而是及时关闭电源总开关，待机电路断电，可以节约用电，故C正确；使用电风扇时，不管温度多高，都将风扇开到最高风速挡，这将导致耗电较多，故D错误。]
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8．(多选)为了减缓大气中CO2浓度的增加，可以采取的措施有( )
A．禁止使用煤、石油和天然气
B．开发利用核能、太阳能
C．将汽车燃料由汽油改为液化石油气
D．植树造林
√
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BD [能源与环境是相互制约的，在目前能源比较短缺的情况下还不能禁止使用常规能源，选项A、C错误，B正确；通过植树造林，可以把太阳辐射到地球的能量转化为生物的能量储存起来，又能吸收大气中的CO2，释放出O2，选项D正确。]
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9．构建和谐型、节约型社会深得民心，遍布于生活的方方面面。自动充电式电动车就是很好的一例，电动车的前轮装有发电机，发电机与蓄电池连接。当骑车者用力蹬车或电动自行车自动滑行时，自行车就可以通过发电机向蓄电池充电，将其他形式的能转化成电能储存起来。某人骑车以500 J的初动能在粗糙的水平路面上滑行，电动车在运动过程中的摩擦力大小不变，第一次关闭自动充电装置，让车自由滑行，其动能随位移变化的关系如图中图线①所示；第二次启动自动充电装置，其动能随位移变化的关系如图中图线②所示，则第二次向蓄电池所充的电能是( )
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A．200 J B．250 J
C．300 J D．500 J
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10．水能是可再生能源，可持续地利用水能来发电，为人类提供“清洁”的能源。若一水力发电站水流的平均流量为Q(m3/s)，落差为h(m)，发电效率为η，则该电站一年的发电量(kW·h)是多少？(一年按365天计算，g取10 m/s2，水的密度ρ＝1×103 kg/m3)
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题号
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[答案] 8.76×104ηQh(kW·h)
11．如图所示是一种太阳能草坪节能灯，太阳能电池板供一只“10 V 9 W”的电子节能灯工作，若太阳能电池板接收太阳能的有效面积为0.3 m2，平均1小时得到的太阳辐射能为4×105 J，太阳光平均一天按8小时计算，恰好可以供电子节能灯工作10小时。问：(结果保留整数)
(1)太阳能节能灯的能量转化情况；
(2)太阳能电池板单位面积上接收太阳能的功率大约是
多少？
(3)太阳能节能灯利用太阳能的效率大约是多少？
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[答案] (1)见解析 (2)370 W (3)10%
12．(2022·浙江6月选考)风力发电已成为我国实现“双碳”目标的重要途径之一。如图所示，风力发电机是一种将风能转化为电能的装置。某风力发电机在风速为9 m/s时，输出电功率为405 kW，风速在5～10 m/s范围内，转化效率可视为不变。该风机叶片旋转一周扫过的面积为A，空气密度为ρ，风场风速为v，并保持风正面吹向叶片。下列说法正确的是( )
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一、选择题(共10小题，1～7题为单选题，8～10题为多选题。)
1．下列说法正确的是( )
A．随着科技的发展，可以制造出一种机器，使其不消耗任何能量但能源源不断地对外做功
B．太阳照射到地球上的光能转化成了其他形式的能量，但照射到宇宙空间的能量都消失了
C．“既要马儿跑，又让马儿不吃草”违背了能量守恒定律，因而是不可能的
D．有种“全自动”手表，不用上发条，也不用任何形式的电源，却能一直走动，说明能量可以凭空产生
章末综合测评(四)
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C [任何机器都不能违背能量守恒定律，A错误；太阳辐射大量的能量，地球只吸收了极少的一部分，但辐射到宇宙空间的能量也没有消失，一定是转化成了其他形式的能量，B错误；马和其他动物，包括人要运动，必须消耗能量，动物的能量来源是食物中储存的生物能，C正确；所谓的“全自动”手表内部是有能量转化装置的，只有当人戴着手表活动时，才能不断补充能量，维持手表的运行，如果把表放在桌面上静置一段时间，它一定会停摆的，D错误。]
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4．如图所示，当滑动变阻器的滑片P向右移动时，三个灯泡亮度的变化情况是( )
A．L1变亮，L2和L3均变暗
B．L1变亮，L2不能确定，L3变暗
C．L1变暗，L2和L3均变亮
D．L1变亮，L2变亮，L3变暗
题号
4
2
3
5
6
8
7
9
10
11
12
13
1
14
15
C [当滑片P向右移动时，滑动变阻器接入电路的电阻减小，则总电阻减小，总电流增大，所以L3变亮。内电压增大，路端电压减小，因为U3变大，且路端电压变小，所以L1变暗。总电流变大，流过L1的电流变小，所以流过L2的电流增大，L2变亮，故C正确。]
题号
2
4
5
3
6
8
7
9
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13
1
√
14
15
5．人体含水量约70%，水中有钠离子、钾离子等离子存在，因此容易导电，脂肪则不容易导电。某脂肪测量仪如图甲所示，其原理就是根据人体电阻的大小来判断脂肪所占比例，其内部电路可简化为图乙所示，不计电源内阻。测量时，闭合开关，测试者两手分别握手柄A、B，体型相近的两人相比，脂肪含量高者握着手柄时( )
A．电流表的读数更大
B．电压表的读数更大
C．定值电阻R两端的电压更大
D．电压表的读数与电流表的读数的比值更小
题号
2
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5
3
6
8
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1
14
15
B [由题可知脂肪含量高者不容易导电，则电阻较大，所以脂肪含量高者握着手柄，电流较小，则定值电阻R两端的电压更小，电压表示数更大， 电压表的读数与电流表的读数的比值更大，故B正确。]
题号
2
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6
8
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1
√
14
15
6．在研究微型电动机的性能时，应用如图所示的实验电路。闭合开关S，当调节滑动变阻器R使电动机停止转动时，电流表和电压表的示数分别为0.50 A和2.0 V，重新调节R使电动机恢复正常运转，此时电流表和电压表的示数分别为2.0 A和24.0 V，电压表、电流表均为理想电表，则这台电动机正常运转时的输出功率为( )
A．32 W B．44 W
C．47 W D．48 W
题号
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√
14
15
8．在如图甲所示的电路中，电源电动势为3.0 V，内阻不计，L1、L2、L3为3个相同规格的小灯泡，这种小灯泡的伏安特性曲线如图乙所示。当开关闭合后，下列判断正确的是( )
A．灯泡L1的电阻为12 Ω
B．通过灯泡L1的电流为灯泡L2电流的2倍
C．灯泡L1消耗的电功率为0.75 W
D．灯泡L2消耗的电功率为0.30 W
√
√
题号
2
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√
14
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√
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题号
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√
14
15
10．如图甲所示电路中滑动变阻器滑片从最右端向最左端滑动，过程中记录下多组对应的电表读数并画出电压表读数U和电流表读数I的关系图像，如图乙。已知电路中所有电表均为理想表，根据图像信息，下列说法中正确的是( )
A．电源电动势为3 V
B．电源内阻为6 Ω
C．滑动变阻器阻值为6 Ω时，其电功率最大
D．滑动变阻器接入电路的最大阻值为12 Ω
√
题号
9
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题号
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15
二、实验题
11．(1)电阻表的内部电路如图甲所示。
题号
9
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1
14
15
已知电流计的电阻为Rg，滑动变阻器接入电路的阻值为R0，电源的电动势和内阻分别为E、r。下列说法正确的是________。
A．电阻表的工作原理是闭合电路的欧姆定律
B．电路图中左侧的表笔为黑表笔
C．电阻表表盘的最左端为欧姆“0”刻度
D．电阻表表盘的中间刻度值为R中＝r＋Rg＋R0
AD
题号
9
2
4
5
3
8
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7
10
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12
13
1
14
15
(2)如图乙所示是把量程为3 mA 的电流表改装成电阻表的示意图，其中电源电动势E＝1.5 V。改装后若将原电流表3 mA刻度处定为零阻值位置，则1.5 mA刻度处应标________ Ω，1 mA刻度处应标________ Ω。
500
1 000
题号
9
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4
5
3
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1
14
15
(1)测量的结果如图1乙、丙，则电压表的读数为________ V，电阻箱的读数为________ Ω；
2.50
86.3
题号
9
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3
8
6
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13
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2.94
1.47
题号
9
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题号
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15
三、计算题
13．在如图所示的电路中，当S闭合时，电压表和电流表(均为理想电表)的示数分别为1.6 V和0.4 A；当S断开时，它们的示数分别改变0.1 V和0.1 A，求电源的电动势和内电阻。
题号
9
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15
[答案] 2 V 1 Ω
题号
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15
14．一台直流电动机所加电压U＝110 V，通过的电流I＝5.0 A。若该电机在10 s内把一个质量m＝50 kg的物体匀速提升了h＝9.0 m，不计摩擦及空气阻力，取重力加速度g＝10 m/s2。求：
(1)电动机的输入功率P；
(2)在提升重物的10 s内电动机线圈产生的热量Q；
(3)电动机线圈的电阻R。
题号
9
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14
15
[解析] (1)电动机的输入功率P＝UI
解得P＝550 W。
(2)由能量守恒定律知Q＝Pt－mgh
解得Q ＝1 000 J。
(3)由焦耳定律Q＝I2Rt
解得R＝4 Ω。
[答案] (1)550 W (2)1 000 J (3)4 Ω
题号
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15．在如图所示的电路中R1＝4 Ω，R2＝R3＝8 Ω，C＝40 μF。当开关S接1时，R2上消耗的电功率为8 W，当开关S接2时，理想电压表示数为9 V，试求：
(1)开关S接1时，通过电源的电流和电源两端的电压；
(2)电源的电动势和内阻；
(3)开关S接3直到电路稳定时，通过R3的电荷量。
题号
9
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14
15
[答案] (1)1 A 8 V (2)12 V 4 Ω (3)2.4×10-4 C4．能源与可持续发展
[学习任务] 1．知道不同形式的能量可以相互转化，在转化的过程中能量总量保持不变。
2．知道什么是能量耗散和品质降低，认识自然界中能量转移或转化的方向性。
3．了解可再生能源和不可再生能源的分类，认识能源的过度开发和利用对环境的影响。
4．认识当前的环境问题，增强环保和可持续发展的意识。
[问题初探] 问题1．内能不会自发地从凉水向热鸡蛋转移，这说明了什么？
问题2．耗散的能量损失了吗？那为什么还要节约能源呢？
[提示] 问题1．能量的转移具有方向性：如热量可以自发地从高温物体传给低温物体，但不能自发地从低温物体传给高温物体。
问题2．耗散的能量没有损失，以整体为研究对象的话，整体的能量保持不变。因为能量的品质降低了，所以要节约能源。
[自我感知] 经过你认真的预习，结合你对本节课的理解和认识，请画出本节课的知识逻辑体系。
能量转移或转化的方向性
1．能量守恒定律：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其他形式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化和转移过程中，能量的总量保持不变。
2．能量转化的不可逆性：大量研究发现，一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的。
3．能量的耗散
(1)定义：电池中的化学能转化为电能，电能又通过灯泡转化为内能和光能，热和光被其他物质吸收之后变成周围环境的内能，我们很难把这些内能收集起来重新利用，这种现象叫作能量的耗散。
(2)能量的耗散表明：能量的数量是守恒的，但是能量可利用的品质降低了。
(3)能量的耗散从能量转化的角度反映出自然界中宏观过程具有方向性。
如图所示是小型汽油机模型，通过燃烧气缸内的燃料，产生动能，驱动发动机气缸内的活塞往复的运动，由此带动连在活塞上的连杆和与连杆相连的曲柄围绕曲轴中心做往复的圆周运动，从而输出动力。
问题1．汽油机在工作过程中能量是怎样转化的？
提示：汽油燃烧时化学能转化为内能，汽油释放出来的内能转化为飞轮的机械能。
问题2．内燃机工作时可以把内能全部转化为机械能吗？
提示：不能，因为内燃机工作时总有内能损失，不可能全部转化为机械能。
1．能量的存在形式及相互转化
(1)各种运动形式都有对应的能：机械运动有机械能，分子的热运动有内能，还有电磁能、化学能、原子能等。
(2)各种形式的能，通过某种力做功可以相互转化。例如，利用电炉取暖或烧水，电能转化为内能；煤燃烧，化学能转化为内能；列车刹车后，车轮温度升高，机械能转化为内能。
2．能量守恒的两种表达
(1)某种形式的能减少，一定有其他形式的能增加，且减少量和增加量一定相等。
(2)某个物体的能量减少，一定存在其他物体的能量增加，且减少量和增加量一定相等。
3．应用能量转化与守恒解题的步骤
(1)首先分析研究对象的受力情况、做功情况、能量的转化方向及初、末状态能量的具体形式。
(2)分别列出减少的能量ΔE减和增加的能量ΔE增的表达式。
(3)依据ΔE减＝ΔE增列式求解。
【典例1】 (对能量转化的理解)市面上出售一种装有太阳能电扇的帽子(如图所示)。在阳光的照射下，小电扇快速转动，能给炎热的夏季带来一丝凉爽。该装置的能量转化情况是( )
A．太阳能→电能→机械能
B．太阳能→机械能→电能
C．电能→太阳能→机械能
D．机械能→太阳能→电能
A [帽子上的太阳能电池板将太阳能转化为电能，供小电扇工作，小电扇工作时消耗电能，将电能转化为扇叶的机械能，故A正确。]
【典例2】 (能量转化与守恒的应用)某台风力发电机，它的叶片转动时可形成半径为20 m的圆面。某时间内该地区的风速是6 m/s，风向恰好跟叶片转动的圆面垂直。已知空气的密度为1.23 kg/m3，假如这个风力发电机能将此圆内10%的空气动能转化为电能，则此风力发电机发电的功率约为( )
A．3 kW B．16 kW
C．30 kW D．160 kW
B [依题意，风力发电机把空气动能转化为电能，根据能量守恒定律有Pt＝Ek×10%，又因为Ek＝mv2＝(ρ·πr2·vt)·v2＝ρπr2v3t，两式联立，代入题中相关数据求得此风力发电机发电的功率P≈16 kW。]
能源的分类与应用 能源与社会发展
1．能源的分类
(1)不可再生能源：像煤炭、石油和天然气这类无法在短时间内再生的能源。
(2)可再生能源：像水能、风能、潮汐能这类在自然界可以再生的能源。
2．我国能源的开发
(1)太阳能发电。(2)水力发电。(3)风能发电。(4)核能发电。
3．人类利用能源的三个时期：柴薪时期、煤炭时期、石油时期。
4．利用不可再生能源带来的危害
(1)改变大气的成分，加剧气候的变化，如温室效应。
(2)形成“酸雨”，腐蚀建筑物，酸化土壤。
(3)产生光化学烟雾，产生浮尘。
问题1．自然界物质的运动有许多不同的形式，每种运动形式都有对应的能量。机械运动、热运动、电荷的定向移动分别对应何种形式的能量？
提示：机械运动对应的能量形式是动能；热运动对应的能量形式是内能；电荷的定向移动对应的能量形式是电能。
问题2．考察你的家庭与学校，你在生活和学习中必须用到哪些形式的能量？
提示：内能、电能、光能和机械能。
1．能量与能源的区别
(1)能量是守恒的，既不会增加也不会减少。
(2)能源是可以提供可利用能量的物质。
2．解决能源危机的措施
(1)能量使用时，能量的品质降低，所以应节约能源。
(2)化石能源的大量消耗会带来很多环境问题，开发新能源势在必行。
3．常规能源和新能源的转化途径
4．能源可持续发展
(1)对常规能源合理有效地利用，保护环境与生态平衡。
(2)开发清洁的新能源和可再生能源。
(3)积极研发节能的新技术，提高能源利用效率。
【典例3】 (能源的分类)(多选)以下说法正确的是( )
A．煤、石油、天然气等燃料的最初来源可追溯到太阳能
B．汽油是一种清洁能源
C．水能是可再生能源
D．煤、石油等常规能源是取之不尽、用之不竭的
AC [煤、石油、天然气等是动植物转化成的，其最初来源可追溯到太阳能，选项A对；汽油燃烧会引起一些化合物的产生，导致有毒气体的生成，选项B错；水能是可再生能源，选项C对；煤、石油、天然气等储量是有限的，是不可再生能源，选项D错。]
【典例4】 (能源的开发和利用)(多选)关于能源的开发和利用，下列观点正确的是( )
A．能源是有限的，无节制地使用常规能源，是一种盲目的短期行为
B．根据能量守恒定律，能源是取之不尽、用之不竭的
C．能源的开发和利用，必须同时考虑其对生态环境的影响
D．不断开发新能源，是缓解能源危机、加强环境保护的重要途径
ACD [能源是有限的，比如常规能源，所以无节制地使用常规能源是一种盲目的短期行为，故A正确；能量会转化为不能利用或不易利用的能源，所以这样会减少可利用资源的数量，因此应该节约能源，故B错误；能源的开发和利用，必须同时考虑其对生态环境的影响，故C正确；不断开发新能源是缓解能源危机、加强环境保护的重要途径，故D正确。]
【教用·备选例题】
针对工厂烟囱向空中排放大量废气的现象，下列说法错误的是( )
A．排放废气不仅浪费能源，而且严重违反能量守恒定律
B．排放废气引起能量的耗散，但并没有违反能量守恒定律
C．当前存在着环境恶化和能源短缺问题，所以必须加强废气排放等污染治理
D．能量守恒定律揭示出了各种自然现象之间的相互联系与转化
A [排放废气浪费能源，引起能量的耗散，但不违反能量守恒定律，故A错误，B正确；当前存在着环境恶化和能源短缺问题，所以必须加强废气排放等污染治理，故C正确；能量守恒定律揭示出了各种自然现象之间的相互联系与转化，故D正确。本题选错误的，故选A。]
1．有人设想在夏天用电冰箱来降低房间的温度，他的办法是先关好房间门窗，然后打开冰箱的所有门，最后让冰箱运转。不考虑房间内外热量的传递，则开机后，室内的温度将( )
A．升高
B．保持不变
C．开机时降低，停机时又升高
D．降低
A [由能量守恒定律可知，在门窗关闭的房间中，冰箱将消耗的电能转化为室内空气的内能，使室内温度升高。]
2．关于能源的利用和节约，下列说法正确的是( )
A．根据能量守恒定律知，能源的利用率应该是100%
B．由于能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，总是守恒的，所以节约能源的意义不大
C．节约能源只要提高节能意识就行，与科学进步无关
D．在能源的利用中，总会有一部分能源未被利用而损失掉
D [能源的使用在任何情况下都不可能达到理想状态，做到没有任何损失，虽然遵从能量守恒定律，但它指的是损失部分和被利用部分总和与原来的能量总量相等，选项A错误，D正确；根据能量转化的方向性可知，能量经转化后，可利用的能量只可能减少，不可能增加，因此节能的意义重大，同时，只有节能意识是不够的，必须利用科技手段来提高能源的利用率，不断开发新能源，以满足人类社会可持续发展的需要，选项B、C错误。]
3．(多选)关于“温室效应”，下列说法正确的是( )
A．太阳能源源不断地辐射到地球上，由此产生了“温室效应”
B．石油和煤炭燃烧时产生的二氧化碳增加了大气中二氧化碳的含量，由此产生了“温室效应”
C．“温室效应”使得地面气温上升，两极冰雪融化
D．“温室效应”使得土壤酸化
BC [“温室效应”的产生是由于石油和煤炭燃烧时产生的二氧化碳增加了大气中二氧化碳的含量。它的危害是使地面气温上升、两极冰雪融化、海平面上升、淹没沿海城市、海水河流倒灌、耕地盐碱化等，故B、C正确。]
4．如图所示是某工程师的轻轨车站设计方案，与站台前后连接的轨道都有一个小坡度，列车进站时要上坡，出站时要下坡。假设站台高度比途中轨道高出 2 m，列车在途中轨道进站前的速度为 29.2 km/h。
(1)此时切断电源，不考虑阻力，列车能否“冲”上站台？如果能，到达站台上的速度是多大？(g取10 m/s2，结果保留三位有效数字)
(2)你认为工程师这样设计的意图是什么？
[解析] (1)选地面为重力势能的参考平面，由机械能守恒定律有mgh′＝mv2
解得h′＝≈3.29 m
因为h′≈3.29 m>2 m，列车能冲上站台；
设列车到达站台上的速度是v′，由机械能守恒定律有mv2＝mgh＋mv′2
v′＝≈5.08 m/s。
(2)工程师的设计意图：车到站要停车，车此时有很大动能，若刹车就会把车的动能转化成内能，若车利用上坡，就把车的动能转化成重力势能储存起来；车出站由静止开始运动，需要电机启动，若车利用下坡，则可以把重力势能转化成动能，便于启动，也节省了电能，起到节能的作用。
[答案] (1)能冲上站台 5.08 m/s (2)见解析
回归本节知识，完成以下问题：
1．把刚刚煮的鸡蛋拿出来放在冷水中，过一会儿后，鸡蛋和水的温度会怎么变化？
提示：鸡蛋的温度降低，水的温度升高。
2．过一段时间水和鸡蛋的温度会相同。试问是否可能发生这样的现象：再过一会儿后，水的温度自发降低，鸡蛋的温度重新上升？
提示：不会。
3．既然能量是守恒的，不会凭空消失，那我们还需要节约能源吗？
提示：能量的耗散虽然不会使能量的总量减少，却会导致能量品质的降低，从便于利用的能源变成不便于利用的能源。因此，自然界的能量虽然是守恒的，我们还是要节约能源。
课时分层作业(十五) 能源与可持续发展
?题组一 能量转移或转化的方向性
1．(多选)关于能量和能源，下列说法正确的是 ( )
A．由于自然界的能量守恒，所以不需要节约能源
B．人类在不断地开发新能源，所以能量可以被创造
C．氢能源是清洁能源
D．能量可以从一种形式转化为另一种形式
CD [自然界的能量守恒，但能源需要节约，故A错误；为了提高生活质量，人类在不断地开发和利用新能源，但能量不能被创造，也不会消失，故B错误；氢燃烧的产物是水，所以氢能源是清洁能源，故C正确；能量可以从一种形式转化为另一种形式，故D正确。]
2．从能量的转化与守恒的角度理解，太阳能草坪节能灯( )
A．创造了电能
B．草坪节能灯白天储存太阳能，晚上再把太阳能释放
C．创造了太阳能
D．把太阳能转化成了电能，电能再转化为光能
D [根据能量守恒定律，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其他形式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中其总量不变。草坪节能灯把太阳能转化成了电能，电能又转化为光能，故D正确，A、B、C错误。]
3．如图是城市照明中常使用的“风光互补”景观照明灯。它“头顶”小风扇，“肩扛”光电池板，“腰挎”照明灯，“脚踩”蓄电池。下列解释合理的是( )
A．光电池板是将电能转化为光能
B．照明灯是将内能转化为电能
C．小风扇利用风力发电，将机械能转化为电能
D．蓄电池夜晚放电，将电能转化为化学能
C [这种新能源的路灯，“肩扛”太阳能电池板可以把太阳能转化为电能，选项A错误；照明灯消耗电能而发光，是将电能转化为光能，选项B错误；“头顶”的小风扇可以把风能转化为电能，这样只要有风，这种路灯也可以发电，填补了阴天和晚上不能发电的空白，有利于路灯晚上照明使用，选项C正确；蓄电池在夜晚放电时，将化学能转化为电能，选项D错误。]
4．(多选)电冰箱能够不断地把热量从温度较低的冰箱内部传给温度较高的外界空气，这说明了( )
A．热量能自发地从低温物体传到高温物体
B．在一定条件下，热量可以从低温物体传到高温物体
C．热量的传递过程不具有方向性
D．在自发的条件下热量的传递过程具有方向性
BD [一切与热现象有关的自发过程都有方向性，如热传导，热量总是由高温物体自发地传向低温物体；在一定条件下，热量可以从低温物体传向高温物体，电冰箱就是借助外界做功把热量从低温物体传向高温物体。故B、D正确。]
?题组二 能源的分类与应用 能源与社会发展
5．关于能源、能量，下列说法正确的是( )
A．可再生能源是未来理想能源的一个重要发展方向
B．核能的利用会造成放射性污染，所以应该关闭核电站
C．能量是守恒的，不会发生能源危机
D．化石能源、水能、核能，不能在短期内从自然界得到补充，这类能源称为不可再生能源
A [可再生能源足够清洁、无污染，可以保证不会严重影响环境，是未来理想能源的一个重要发展方向，选项A正确；核电站的建设与运行若有疏漏会造成环境污染，同时核废料具有放射性，但不应该关闭核电站，应该合理地利用，选项B错误；由于能量的转化具有方向性，所以无节制地消耗能源会造成能源危机，选项C错误；化石能源、核能不可能在短期内从自然界得到补充，所以它们属于不可再生能源；而水能可以从自然界不断地得到，属于可再生能源，选项D错误。]
6．低碳生活是一种绿色又环保的新型生活方式，日常生活中注意节电、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的理解正确的是( )
A．能量是守恒的，没有必要提倡节约能源
B．能量的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、潮汐能等可再生的新能源
D [在能源的利用过程中，虽然能量在数量上并未减少，但可利用的品质越来越差，故仍需节约能源，故A错误；能量的耗散表明自然界的能量在转化的过程中可利用的品质越来越差，但总量不会减小，故B错误；自然界中石油、煤炭指的是亿万年前的大量生物的遗体在地层中经过一系列生物化学变化而生成的，在短时间内不能再生，是不可再生能源，故C错误；风能、太阳能、潮汐能是可再生能源，人类应多开发与利用，故D正确。]
7．使用家电时，以下做法中，有利于节约用电的是( )
A．停用空调时，只通过遥控器关机
B．使用空调时总将其自动温度控制器设定在16 ℃
C．看完电视不是通过遥控器关机，而是及时关闭电源总开关
D．使用电风扇时，不管温度多高，都将风扇开到最高风速挡
C [停用空调时，可以通过遥控器关机，但对节约用电无作用，因为待机状态要消耗电能，故A错误；使用空调时总将其自动温度控制器设定在16 ℃会多耗电，故B错误；看完电视不是通过遥控器关机，而是及时关闭电源总开关，待机电路断电，可以节约用电，故C正确；使用电风扇时，不管温度多高，都将风扇开到最高风速挡，这将导致耗电较多，故D错误。]
8．(多选)为了减缓大气中CO2浓度的增加，可以采取的措施有( )
A．禁止使用煤、石油和天然气
B．开发利用核能、太阳能
C．将汽车燃料由汽油改为液化石油气
D．植树造林
BD [能源与环境是相互制约的，在目前能源比较短缺的情况下还不能禁止使用常规能源，选项A、C错误，B正确；通过植树造林，可以把太阳辐射到地球的能量转化为生物的能量储存起来，又能吸收大气中的CO2，释放出O2，选项D正确。]
9．构建和谐型、节约型社会深得民心，遍布于生活的方方面面。自动充电式电动车就是很好的一例，电动车的前轮装有发电机，发电机与蓄电池连接。当骑车者用力蹬车或电动自行车自动滑行时，自行车就可以通过发电机向蓄电池充电，将其他形式的能转化成电能储存起来。某人骑车以500 J的初动能在粗糙的水平路面上滑行，电动车在运动过程中的摩擦力大小不变，第一次关闭自动充电装置，让车自由滑行，其动能随位移变化的关系如图中图线①所示；第二次启动自动充电装置，其动能随位移变化的关系如图中图线②所示，则第二次向蓄电池所充的电能是( )
A．200 J B．250 J
C．300 J D．500 J
A [从题图看出，第二次的位移是第一次的。故没被摩擦力做功转化为内能的能量为初动能的，由能量守恒定律得所充的电能为Ek0＝×500 J＝200 J，A正确。]
10．水能是可再生能源，可持续地利用水能来发电，为人类提供“清洁”的能源。若一水力发电站水流的平均流量为Q(m3/s)，落差为h(m)，发电效率为η，则该电站一年的发电量(kW·h)是多少？(一年按365天计算，g取10 m/s2，水的密度ρ＝1×103 kg/m3)
[解析] 每秒钟水能转化为电能为E＝ηQρgh，也就是发电功率，所以一年内的发电量
E′＝365×24×3 600××10-6ηQρgh(kW·h)
＝8.76×104ηQh(kW·h)。
[答案] 8.76×104ηQh(kW·h)
11．如图所示是一种太阳能草坪节能灯，太阳能电池板供一只“10 V 9 W”的电子节能灯工作，若太阳能电池板接收太阳能的有效面积为0.3 m2，平均1小时得到的太阳辐射能为4×105 J，太阳光平均一天按8小时计算，恰好可以供电子节能灯工作10小时。问：(结果保留整数)
(1)太阳能节能灯的能量转化情况；
(2)太阳能电池板单位面积上接收太阳能的功率大约是多少？
(3)太阳能节能灯利用太阳能的效率大约是多少？
[解析] (1)能量转化：太阳能→电能→光能(热能)。
(2)太阳能电池板单位面积上接收太阳能的功率：
P＝ W≈370 W。
(3)节能灯利用太阳能的效率：
η＝×100%≈10%。
[答案] (1)见解析 (2)370 W (3)10%
12．(2022·浙江6月选考)风力发电已成为我国实现“双碳”目标的重要途径之一。如图所示，风力发电机是一种将风能转化为电能的装置。某风力发电机在风速为9 m/s时，输出电功率为405 kW，风速在5～10 m/s范围内，转化效率可视为不变。该风机叶片旋转一周扫过的面积为A，空气密度为ρ，风场风速为v，并保持风正面吹向叶片。下列说法正确的是( )
A．该风力发电机的输出电功率与风速成正比
B．单位时间流过面积A的流动空气动能为ρAv2
C．若每天平均有1.0×108 kW的风能资源，则每天发电量为2.4×109 kW·h
D．若风场每年有5 000 h风速在6～10 m/s范围内，则该发电机年发电量至少为6.0×105 kW·h
D [单位时间流过面积A的流动空气体积为V0＝Av，单位时间流过面积A的流动空气质量为m0＝ρV0＝ρAv，单位时间流过面积A的流动空气动能为m0v2＝ρAv3，风速在5～10 m/s范围内，转化效率可视为不变，可知该风力发电机的输出电功率与风速的三次方成正比，A、B错误；由于风力发电存在转化效率，若每天平均有1.0×108 kW的风能资源，则每天发电量应满足E<1.0×108×24 kW·h＝2.4×109 kW·h，C错误；若风场每年有5 000 h风速在6～10 m/s的风能资源，当风速取最小值6 m/s时，该发电机年发电量具有最小值，根据题意，风速为9 m/s时，输出电功率为405 kW，风速在5～10 m/s范围内，转化效率可视为不变，可知风速为6 m/s时，输出电功率为P＝63× kW＝120 kW，则该发电机年发电量至少为E＝Pt＝120×5 000 kW·h＝6.0×105 kW·h，D正确。]
章末综合测评(四)
一、选择题(共10小题，1～7题为单选题，8～10题为多选题。)
1．下列说法正确的是( )
A．随着科技的发展，可以制造出一种机器，使其不消耗任何能量但能源源不断地对外做功
B．太阳照射到地球上的光能转化成了其他形式的能量，但照射到宇宙空间的能量都消失了
C．“既要马儿跑，又让马儿不吃草”违背了能量守恒定律，因而是不可能的
D．有种“全自动”手表，不用上发条，也不用任何形式的电源，却能一直走动，说明能量可以凭空产生
C [任何机器都不能违背能量守恒定律，A错误；太阳辐射大量的能量，地球只吸收了极少的一部分，但辐射到宇宙空间的能量也没有消失，一定是转化成了其他形式的能量，B错误；马和其他动物，包括人要运动，必须消耗能量，动物的能量来源是食物中储存的生物能，C正确；所谓的“全自动”手表内部是有能量转化装置的，只有当人戴着手表活动时，才能不断补充能量，维持手表的运行，如果把表放在桌面上静置一段时间，它一定会停摆的，D错误。]
2．有关电压与电动势的说法正确的是( )
A．电压与电动势的单位都是伏特，所以电动势与电压是同一物理量的不同叫法
B．电动势是电源两极间的电压
C．电动势公式E＝中W与电压公式U＝中的W是一样的，都是静电力做的功
D．电动势是反映电源把其他形式的能转化为电能的本领的物理量
D [电压与电动势是两个不同的概念，其中电动势公式E＝中W是非静电力做的功，电动势反映了电源把其他形式的能转化为电能的本领。而电压U＝中W则是静电力做的功，电动势也不一定等于电源两极间的电压，故D正确，A、B、C错误。]
3．两根同种材料的电阻丝分别连在两个电路中，甲电阻丝长为l，直径为d；乙电阻丝长为2l，直径为2d，要使两电阻丝消耗的功率相等，则应满足( )
A．＝ B．＝
C．＝ D．＝2
C [由R＝ρ可得＝。要使P甲＝P乙，由P＝可得＝。选项C正确。]
4．如图所示，当滑动变阻器的滑片P向右移动时，三个灯泡亮度的变化情况是( )
A．L1变亮，L2和L3均变暗
B．L1变亮，L2不能确定，L3变暗
C．L1变暗，L2和L3均变亮
D．L1变亮，L2变亮，L3变暗
C [当滑片P向右移动时，滑动变阻器接入电路的电阻减小，则总电阻减小，总电流增大，所以L3变亮。内电压增大，路端电压减小，因为U3变大，且路端电压变小，所以L1变暗。总电流变大，流过L1的电流变小，所以流过L2的电流增大，L2变亮，故C正确。]
5．人体含水量约70%，水中有钠离子、钾离子等离子存在，因此容易导电，脂肪则不容易导电。某脂肪测量仪如图甲所示，其原理就是根据人体电阻的大小来判断脂肪所占比例，其内部电路可简化为图乙所示，不计电源内阻。测量时，闭合开关，测试者两手分别握手柄A、B，体型相近的两人相比，脂肪含量高者握着手柄时( )
A．电流表的读数更大
B．电压表的读数更大
C．定值电阻R两端的电压更大
D．电压表的读数与电流表的读数的比值更小
B [由题可知脂肪含量高者不容易导电，则电阻较大，所以脂肪含量高者握着手柄，电流较小，则定值电阻R两端的电压更小，电压表示数更大， 电压表的读数与电流表的读数的比值更大，故B正确。]
6．在研究微型电动机的性能时，应用如图所示的实验电路。闭合开关S，当调节滑动变阻器R使电动机停止转动时，电流表和电压表的示数分别为0.50 A和2.0 V，重新调节R使电动机恢复正常运转，此时电流表和电压表的示数分别为2.0 A和24.0 V，电压表、电流表均为理想电表，则这台电动机正常运转时的输出功率为( )
A．32 W B．44 W
C．47 W D．48 W
A [电动机停止转动时，线圈的电阻r＝＝4 Ω，电动机恢复正常运转时，电功率P＝UI＝48 W，热功率为P热＝I2r＝16 W，电动机输出的机械功率P机＝P－P热＝32 W，选项A正确。]
7．太阳能汽车是利用太阳能电池板将太阳能转化为电能工作的一种新型汽车。已知太阳辐射的总功率约为4×1026 W，太阳到地球的距离约为1.5×1011 m，假设太阳光传播到达地面的过程中约有40%的能量损耗，某太阳能汽车所用太阳能电池板接收到的太阳能转化为机械能的转化效率约为15%。如果驱动该太阳能汽车正常行驶所需的机械功率为5 kW，且其中的来自太阳能电池，则所需的太阳能电池板的面积至少约为( )
A．2 m2 B．6 m2
C．8 m2 D．12 m2
C [根据题意，设太阳能电池板的面积为S，则太阳能电池板接收太阳能的功率为P＝×S×60%，又有P×15%＝×5 kW，联立解得S≈ 8 m2，故选C。]
8．在如图甲所示的电路中，电源电动势为3.0 V，内阻不计，L1、L2、L3为3个相同规格的小灯泡，这种小灯泡的伏安特性曲线如图乙所示。当开关闭合后，下列判断正确的是( )
A．灯泡L1的电阻为12 Ω
B．通过灯泡L1的电流为灯泡L2电流的2倍
C．灯泡L1消耗的电功率为0.75 W
D．灯泡L2消耗的电功率为0.30 W
ACD [当开关闭合后，灯泡L1两端的电压U1＝3 V，由题图乙读出其电流I1＝0.25 A，则灯泡L1的电阻R1＝＝12 Ω，功率P1＝U1I1＝0.75 W，故A、C正确；灯泡L2、L3串联，电压U2＝U3＝1.5 V，由题图乙读出其电流I2＝I3＝0.20 A，灯泡L2、L3的功率P＝1.5×0.20 W＝0.30 W，故B错误，D正确。]
9．如图甲所示，定值电阻R0＝2 Ω，闭合开关S，改变电阻箱R阻值，得到多组R、I值，并作出了如图乙所示的R-图线，则( )
A．电源电动势为5.0 V
B．电源内阻为2.5 Ω
C．从系统误差角度看，利用该装置测得的电动势大于其真实值
D．从系统误差角度看，利用该装置测得的内阻大于其真实值
AD [根据闭合电路欧姆定律I＝，解得R＝E×－(r＋R0)，根据题图乙，E＝ V＝5.0 V，r＋R0＝2.5 Ω，解得r＝0.5 Ω，A正确，B错误；该装置电流表内阻未知，实际的欧姆定律可得I＝，整理R＝E×－(r＋R0＋RA)，因此可发现斜率不变则测量的电动势和真实电动势一样，C错误；该装置测得的内阻是定值电阻、电源内阻、电流表内阻的串联值，由于电流表内阻未知，所以内阻测量值大于真实值，D正确。]
10．如图甲所示电路中滑动变阻器滑片从最右端向最左端滑动，过程中记录下多组对应的电表读数并画出电压表读数U和电流表读数I的关系图像，如图乙。已知电路中所有电表均为理想表，根据图像信息，下列说法中正确的是( )
A．电源电动势为3 V
B．电源内阻为6 Ω
C．滑动变阻器阻值为6 Ω时，其电功率最大
D．滑动变阻器接入电路的最大阻值为12 Ω
AC [根据闭合电路的欧姆定律有E＝I(r＋R0)＋U，变式得U＝E－I(r＋R0)，即图像与纵轴的截距表示电源的电动势。结合图像可知，图像得斜率为k＝－(R0＋r)＝－6 Ω，即U＝E－6I(V)，而k＝，解得E＝3 V，而图线斜率的绝对值表示电源内阻与定值电阻R0之和，根据以上分析可得r＝6 Ω－R0，故A正确，B错误；将定值电阻并入电源内阻，记为r′，则电源端的输出功率P出＝I2R＝＝，显然，当r′＝R时电源的输出功率最大，即当R＝6 Ω时电阻R消耗的功率最大，故C正确；滑动变阻器接入电路最大阻值为9 Ω，故D错误。]
二、实验题
11．(1)电阻表的内部电路如图甲所示。
已知电流计的电阻为Rg，滑动变阻器接入电路的阻值为R0，电源的电动势和内阻分别为E、r。下列说法正确的是________。
A．电阻表的工作原理是闭合电路的欧姆定律
B．电路图中左侧的表笔为黑表笔
C．电阻表表盘的最左端为欧姆“0”刻度
D．电阻表表盘的中间刻度值为R中＝r＋Rg＋R0
(2)如图乙所示是把量程为3 mA 的电流表改装成电阻表的示意图，其中电源电动势E＝1.5 V。改装后若将原电流表3 mA刻度处定为零阻值位置，则1.5 mA刻度处应标________ Ω，1 mA刻度处应标________ Ω。
[解析] (1)电阻表是根据闭合电路的欧姆定律制成的，A正确；电流从红表笔进，黑表笔出，B错误；“∞”刻度在电阻表表盘的最左端，C错误；当电阻表指针指在中间刻度值时，＝，Ig＝，所以Rx＝Rg＋R0＋r，即中间刻度值为R中＝r＋Rg＋R0，D正确。
(2)电阻表内阻R内＝＝ Ω＝500 Ω
电流为1.5 mA时，I＝
则R＝R内＝500 Ω
电流为1 mA时
I′＝＝＝0.001 A
解得R′＝1 000 Ω。
[答案] (1)AD (2)500 1 000
12．小华同学新买了两节同一型号的干电池，并用这两节干电池串联起来组成一个电源给手电筒供电，他利用如图1甲所示的电路对这个电源的电动势和内阻进行了测量。所选用的器材有：待测电源，电阻箱R(最大阻值999.9 Ω)，电压表V(量程为0～3 V，内阻很大)，定值电阻R0＝10.0 Ω，开关，导线若干，正确完成实验操作后利用取得的多组数据得到了如图2所示的-图像，并比较准确地测得了电源的电动势和内阻。
(1)测量的结果如图1乙、丙，则电压表的读数为________ V，电阻箱的读数为________ Ω；
(2)根据如图2所示的图像，求出电源电动势E＝________ V，内阻r＝______ Ω。(计算结果保留三位有效数字)
[解析] (1)由题图1乙知电压表的分度值是0.1 V，读数要估读到分度值的下一位，则电压表的读数为2.50 V；电阻箱不需要估读，由题图1丙知电阻箱的读数为0×100 Ω＋8×10 Ω＋6×1 Ω＋3×0.1 Ω＝86.3 Ω。
(2)由闭合电路欧姆定律有E＝U＋(R0＋r)，可得＝，由题图2可知，图线的纵轴截距的倒数等于该电源的电动势值，则E＝2.94 V；由图线的斜率可求得r＝1.47 Ω。
[答案] (1)2.50 86.3 (2)2.94 1.47
三、计算题
13．在如图所示的电路中，当S闭合时，电压表和电流表(均为理想电表)的示数分别为1.6 V和0.4 A；当S断开时，它们的示数分别改变0.1 V和0.1 A，求电源的电动势和内电阻。
[解析] S断开，R外增大，由I＝知电流表示数减小，即I′＝0.3 A，U＝E－Ir，故电压表表示数增大
即U′＝1.7 V
由闭合电路欧姆定律知
S闭合时E＝U＋Ir
S断开时E＝U′＋I′r
联立解得E＝2 V，r＝1 Ω。
[答案] 2 V 1 Ω
14．一台直流电动机所加电压U＝110 V，通过的电流I＝5.0 A。若该电机在10 s内把一个质量m＝50 kg的物体匀速提升了h＝9.0 m，不计摩擦及空气阻力，取重力加速度g＝10 m/s2。求：
(1)电动机的输入功率P；
(2)在提升重物的10 s内电动机线圈产生的热量Q；
(3)电动机线圈的电阻R。
[解析] (1)电动机的输入功率P＝UI
解得P＝550 W。
(2)由能量守恒定律知Q＝Pt－mgh
解得Q ＝1 000 J。
(3)由焦耳定律Q＝I2Rt
解得R＝4 Ω。
[答案] (1)550 W (2)1 000 J (3)4 Ω
15．在如图所示的电路中R1＝4 Ω，R2＝R3＝8 Ω，C＝40 μF。当开关S接1时，R2上消耗的电功率为8 W，当开关S接2时，理想电压表示数为9 V，试求：
(1)开关S接1时，通过电源的电流和电源两端的电压；
(2)电源的电动势和内阻；
(3)开关S接3直到电路稳定时，通过R3的电荷量。
[解析] (1)开关S接1时，R1被短路，由
P2＝I2R2
得通过电源的电流I＝＝1 A
电源两端的电压等于R2的两端电压U＝IR2＝8 V。
(2)由闭合电路欧姆定律可知，当开关S接1时，有
E＝U＋Ir
代入得E＝8＋r(V)
当开关S接2时，电压表示数为9 V，有
I′＝＝0.75 A
代入得E＝9＋0.75r(V)
联立以上两式解得E＝12 V，r＝4 Ω。
(3)当开关S接3时，R1和R2串联，电压
U2＝·R2＝6 V
则电容器充电的电荷量Q＝UC＝2.4×10-4 C，即通过R3的电荷量为2.4×10-4 C。
[答案] (1)1 A 8 V (2)12 V 4 Ω (3)2.4×10-4 C
