12.4 能源与可持续发展（5大题型）-2024-2025学年高二物理同步题型分类讲与练（人教版2019必修第三册）

12.4 能源与可持续发展 知识点 1 能量转化与守恒 1、能量及转化 （1）能量：一个物体能够对外做功，就说这个物体具有能量。 （2）能量的转化：各种不同形式的能量可以相互转化，而且在转化过程中总量保持不变。 （3）能量的转化是通过做功来实现的。力对物体做了多少功，就有多少能量发生了转化，即功是能量转化的量度。 2、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，能量的总量保持不变。 【注】前面学过的机械能守恒定律是有适用条件的，但能量守恒定律是贯穿物理学的基本规律，是各种自然现象中普遍适用的一条规律。 知识点2 能量转移或转化的方向性 1、与热现象有关的能量转移和转化的方向性 虽然能量是守恒的，但是在自然界中，能量的转化过程有些是可以自然发生的，有些则不能。一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的。 （1）内能转化的方向性 机 械能可以自发地不依赖任何外界的影响或帮助全部转化为内能，但内能不能自发地全部转化为机械能而不引起其他变化。 （2）内能转移的方向性 内能总是自发地从高温物体向低温物体传递，而不能自发地从低温物体向高温物体传递。 2、能量耗散 （1）概念：在能量的转化过程中，一部分能量转化为内能流散到周围环境中，我们无法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）与能量守恒的关系 能量的耗散是不可避免的，但仍遵守能量守恒定律。 （3）意义 能量耗散表明，在能源的利用过程中，即在能量的转化过程中，能量在数量上虽未减少，但在可利用的品质上降低了，从便于利用的变成不便于利用的了。这是能源危机的深层次的含义，也是自然界的能量虽然守恒，但还是要节约能源的根本原因。 能量的耗散是从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程具有方向性。能源的利用受这种方向性的制约，所以，能源的利用是有条件的，也是有代价的。 知识点3 能源的分类与应用 能源指能够提供可利用能量的物质，它是人类社会活动的物质基础。 1、能源分类 （1）按人类开发能源的历史划分 ①常规能源：已被广泛应用的能源，如煤、石油、天然气、水力等。 ②新能源：指目前尚未被人类大规模利用而有待进一步研究、开发和利用的能源，如核能、太阳能、风能、地热能、海洋能等。 （2）按使用方式划分 ①一次能源：未经人工加工的能源，如煤、石油、天然气、水能、风能、生物质能、海洋能等。 ②二次能源：从一次能源直接或间接转化来的能源，如电能、氢能、焦炭等。 （3）按能否再生划分 ①可再生能源：水能、风能、太阳能、潮汐能等。 ②不可再生能源：煤、石油、天然气、核能等。 （4）按对环境的影响分类 ①清洁能源：太阳能、风能等。 ②非清洁能源：煤、石油、天然气等。 2、常规能源和新能源的转化方法 知识点4 能源与社会发展 1、能源与人类社会发展 能源是社会存在与发展的必需品，是国民经济运行的物质基础。它与材料、信息构成现代社会的三大支柱能源科技的每一次突破，都会带来生产力的巨大飞跃和社会的进步 2、能源与环境 石油和煤的燃烧增加了大气中二氧化碳的含量，造成了“温室效应”，引发了一系列问题。目前的任务是采用环境能源技术，解决突出的环境污染问题。 3、开发新能源 ①化石能源的短缺及带来的环境污染，使得新能源的开发成为当务之急。 ②新能源主要有下列几种：太阳能、生物质能、风能、水能等。太阳能、风能、水能是清洁能源也是“可再生能源”。 4、节约能源 能量耗散虽然不会使能量减少。却会导致能量品质的降低。它实际上将能量从高度有用的形式降级为不大可用的形式。它实际上将能量从高度有用的形式降级为不大可用的形式。由于可供人类消耗的能源越来越少。所以要节约能源。 1、功能关系与能量守恒 功是力在空间上的积累，是过程量。能反映了物体能够对外做功的一种本领，是状态量。不同形式的能量之间的转化是通过做功来实现的。做功的过程就是各种形式的能量之间转化（或转移）的过程，且做了多少功，就有多少能量发生转化（或转移）。 ①只有重力和弹簧弹力做功，机械能守恒，。 ②除重力或系统内弹力外，只有摩擦力做功，机械能转化为系统内能，包括内能在内的总能量守恒，。 ③除重力或系统内弹力外，只有电场力做功，机械能与电势能相互转化。包括电势能在内的总能量守恒，。 ④电源中非静电力做功，其他形式的能（化学能）转化为电能，。 ⑤电路中电流做功，电能转化为其他形式的能。。 2、运用能量守恒定律求解问题 ①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列出减少的能量和增加的能量的表达式。 ③依据列式求解。 题型1 能量的转化与守恒 【例1】（23-24高一上·江西赣州·开学考试）如图所示是常见的家用电器，工作时主要将电能转化为机械能的是（　　） A．电饭锅 B．电熨斗 C．电视机 D．电风扇 【变式1-1】（24-25高二上·全国·课后作业）自行车、电动自行车、普通汽车消耗的能量的分类是（　　） ①生物能　②核能　③电能　④太阳能　⑤化学能 A．①④⑤ B．①③⑤ C．①②③ D．①③④ 【变式1-2】（24-25高三上·山西吕梁·开学考试）现代生活中共享电动车已成为一种新型的短途交通工具，通过扫码开锁，循环共享，方便快捷。一辆共享电动车所用电池是锂电池，骑行在一段倾角不太大的坡路上加速上坡过程中，在此过程中电能向其他形式能量转化，下列说法正确的是（　　） A．电能转化为动能和重力势能 B．电能转化为重力势能和内能 C．电能转化成动能和内能 D．电能转化为机械能和内能 【变式1-3】（23-24高一上·四川内江·开学考试）从能量转化的角度来看，下列说法正确的是（　　） A．电暖气正常工作时，主要是将电能转化为机械能 B．核电站工作时主要将电能转化为核能 C．电动汽车在行驶过程中，发生的能量转化主要是将机械能转化为电能 D．人造卫星展开太阳能电池板，把太阳能转化为电能供给卫星用电器 【变式1-4】（24-25高二上·全国·课后作业）能量守恒定律的建立是人类认识自然的一次大飞跃，它是最普遍、最重要、最可靠的自然规律之一。下列说法正确的是（　　） A．因为能量守恒，所以不需要节约能源 B．因为能量不会消失，所以不可能有能源危机 C．不同形式的能量之间可以相互转化 D．能量可以被消灭，也可以被创生 【变式1-5】（23-24高二上·广东佛山·月考）有关能量守恒定律，下列说法正确的是（　　） A．从广州开往深圳的动车停了下来，说明能量会凭空消失 B．按照能量守恒定律，能量总和不会增减 C．一块石头从罗浮山上滚下，其机械能没有变化 D．珠江的水能是用之不竭的 题型2 能量转化方向性的判断 【例2】（21-22高二·全国·课后作业）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．热量不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 【变式2-1】（21-22高二上·上海奉贤·期中）下列关于能量转移和转化的方向性的说法中，不正确的是 （　　） A．在自然界中不是所有能量都能利用 B．能量的利用是有条件的，也是有代价的 C．物体发生热传递时，热传递的方向从高温物体到低温物体 D．物体发生热传递时，热传递的方向从内能多的物体到内能少的物体。 【变式2-2】（23-24高一下·江苏南通·期末）能源是人类社会活动的基础，节约能源应成为公民的行为习惯．下列说法中正确的是（    ） A．太阳能转化为电能过程中能量增加 B．能量耗散过程中能量在不断减少 C．能量耗散会降低能源的利用品质 D．能量转化在宏观上没有方向性 题型3 能源的分类与应用 【例3】（24-25高二上·全国·课后作业）可燃冰是一种天然气水合物的俗称，每立方米可燃冰可释放164立方米甲烷。可燃冰虽好，但开采不易。2017年我国突破了这一开采技术。那么可燃冰所含有的能量形式是（　　） A．核能 B．化学能 C．风能 D．太阳能 【变式3-1】（24-25高一上·湖南·开学考试）以下交通工具中，动力装置所用能源属于可再生能源的是（　　） A．飞机 B．太阳能汽车 C．燃油汽车 D．蒸汽火车 【变式3-2】（23-24高二上·新疆阿克苏·月考）下列关于能源的说法中，正确的是（　　） A．水能是不可再生能源 B．由于能量不会凭空消失，也不会凭空产生，总是守恒的，所以节约能源意义不大 C．节约能源只要提高节能意识就行，与科技进步无关 D．煤、石油、天然气等燃料的最初来源可追溯到太阳能 【变式3-3】（多选）（24-25高二上·全国·单元测试）下列措施有助于缓解能源危机、保证可持续发展的有（　　） A．用木材代替煤，进行火力发电 B．将高能耗企业从发达地区转移到欠发达地区 C．少开汽车，多骑自行车或搭乘公共交通工具出行 D．大力开发风力发电，减少火力发电 【变式3-4】（多选）（24-25高二上·全国·单元测试）能源短缺和环境恶化指的是（    ） A．煤炭和石油的开采与技术有关，在当前技术条件下，煤炭和石油的开采是有限的，这叫能源短缺 B．煤炭和石油资源是有限的，短时间内不能再次生成，这叫能源短缺 C．煤炭和石油具有很大的气味，在开采，存放和使用过程中这些气味会聚集在空气中污染空气，使环境恶化 D．大量煤炭和石油产品在燃烧时排出的有害气体污染了空气，改变了大气成分，使环境恶化 【变式3-5】（23-24高二上·全国·课前预习）关于能源的开发和利用，下列说法错误的是（　　） A．能源是有限的，无节制地利用常规能源，如石油之类，是一种盲目的短期行为 B．根据能量守恒定律，担心能源枯竭是一种杞人忧天的表现 C．能源的开发和利用，必须要同时考虑其对环境的影响 D．通过核裂变和平利用核能是目前开发新能源的一种新途径 题型4 对功能关系的理解 【例4】（23-24高二上·福建莆田·单元测试）下列判断错误的是（　　） A．古代的钻木取火是通过摩擦力做功将其他能转化为内能 B．举重运动员把重物举起来，体内的一部分化学能转化为重力势能 C．跳高运动员起跳时，通过体内肌肉做功，体内的部分化学能转化为人的动能 D．人走路时，没有力做功所以没有能量转化 【变式4-1】（21-22高一下·福建厦门·月考）韩晓鹏是我国首位在冬奥会雪上项目夺冠的运动员。他在一次自由式滑雪空中技巧比赛中沿“助滑区”保持同一姿态下滑了一段距离，重力和阻力对他做功的情况如图所示。韩晓鹏在此过程中（　　） A．动能增加了 B．重力势能减小了 C．内能增加了 D．机械能减小了 【变式4-2】（24-25高一下·全国·随堂练习）质量为m的物体，从距地面h高处由静止开始以加速度a＝g竖直下落到地面。在此过程中（　　） A．物体的动能增加了mgh B．物体的重力势能减少了mgh C．物体的机械能减少了mgh D．物体的机械能保持不变 【变式4-3】（多选）（24-25高三上·北京·开学考试）某同学将一个质量为m的小球竖直向上抛出，小球上升的最大高度为H。设上升过程中空气阻力F大小恒定。则在上升过程中（    ） A．小球的动能减小了mgH B．小球机械能减小了FH C．小球重力势能增加了mgH D．小球克服空气阻力做功（F+mg）H 【变式4-4】（多选）（24-25高三上·重庆沙坪坝·开学考试）质量为的跳伞运动员由静止开始下落，在打开降落伞之前受恒定阻力作用，下落的加速度为，重力加速度恒为。在运动员下落高度的过程中（　　） A．运动员的动能增加了 B．运动员的重力势能减少了 C．运动员的机械能减少了 D．阻力对运动员所做的功为 【变式4-5】（24-25高三上·北京·开学考试）如图所示，一个质量为m的物体以某一速度从A点冲上一个倾角为30°的斜面，其运动的加速度。这个物体在斜面上上升的最大高度为h，则在这过程（    ） A．物体的重力势能增加了 B．物体的机械能损失了mgh C．物体的动能损失了mgh D．物体的重力势能增加了mgh 【变式4-6】（23-24高一下·江苏连云港·期中）一长木板静止于光滑水平面上，一小物块（可视为质点）从左侧以某一速度滑上木板，最终和木板相对静止一起向右做匀速直线运动。在物块从滑上木板到和木板相对静止的过程中，物块的位移是木板位移的4倍，设板块间滑动摩擦力大小不变，则（　　） A．物块动能的减少量等于木板动能的增加量 B．摩擦力对木板做的功大于木板动能的增加量 C．因摩擦而产生的内能是木板动能增量的3倍 D．因摩擦而产生的内能等于物块克服摩擦力所做的功 题型5 功能关系与能量守恒定律的应用 【例5】（23-24高二下·浙江·期末）如图所示，轻弹簧上端悬挂在铁架台横杆上，下端悬挂质量为m的重物，弹簧和重物组成的系统处于静止状态。某时刻在重物上施加一方向竖直向下的恒力F，重物下降的最大高度为h，在重物下降到最大高度过程中下列说法正确的是（　　） A．下降过程中系统机械能守恒 B．弹簧的弹性势能增加为 C．重物的动能增加量为Fh D．重物重力势能增加mgh 【变式5-1】（23-24高一下·天津和平·期末）如图，水平光滑地面上停放着一辆质量为M的小车，其左侧有半径为R的四分之一光滑圆弧轨道AB，轨道最低点B与水平轨道BC相切，整个轨道处于同一竖直平面内。将质量为m的物块（可视为质点）从A点无初速释放，物块沿轨道滑行至轨道末端C处恰好没有滑出。设重力加速度为g，物块与轨道BC之间的滑动摩擦因数为，空气阻力可忽略不计。关于物块从A位置运动至C位置的过程，下列说法中正确的是（　　） A．小车和物块构成的系统机械能守恒 B．物块在BC上运动时，摩擦力对物块和小车做功的代数和为零 C．水平轨道BC的长度为 D．如果小车被锁定在地面上，物块仍从A点静止释放，则也能恰到达C点 【变式5-2】（23-24高三上·黑龙江哈尔滨·期末）如图所示，光滑水平面AB与竖直面上的半圆形固定轨道在B点衔接，轨道半径为R，BC为直径，一可看成质点、质量为m的物块在A点处压缩一轻质弹簧（物块与弹簧不拴接）。由静止释放物块，物块被弹簧弹出后，经过半圆形轨道B点时对轨道的压力为其重力的7倍，之后沿半圆轨道向上运动，恰能通过该轨道最高点C，重力加速度大小为g，不计空气阻力，则（　　） A．物块从B点到C点过程中物块机械能的减少等于克服重力所做的功 B．从释放物块至弹簧恢复原长过程中物块与弹簧组成系统动量守恒 C．物块从B点到C点过程中克服摩擦阻力所做的功为0.5mgR D．刚开始弹簧被压缩时的弹性势能为3.5mgR 【变式5-3】（24-25高二上·黑龙江大庆·开学考试）如图所示，与水平面成θ角的传送带，在电动机的带动下以恒定的速率v顺时针运行。现将质量为m的小物块从传送带下端A点无初速度地放到传送带上，经时间t1物块与传送带达到共同速度，再经时间t2物块到达传送带的上端B点，已知A、B间的距离为L，重力加速度为g，则在物块从A运动到B的过程中，以下说法正确的是（　　） A．在t1时间内摩擦力对物块做的功等于 B．在t1时间内物块和传送带间因摩擦而产生的内能小于物块机械能的增加量 C．在时间内因摩擦而产生的内能等于 D．在时间内因运送物块，电动机多消耗的电能小于2mgLsinθ＋mv2 【变式5-4】（24-25高二上·浙江·开学考试）如图甲所示，为机场、火车站和地铁站等场所的安全检查仪，其传送装置可简化为如图乙所示模型：绷紧的传送带始终保持的恒定速率运行。旅客把质量为10kg的行李无初速度地放在A处，行李可视为质点，与传送带之间的动摩擦因数，AB间的距离为，g取。则（    ） A．从A到B的运动时间是3s B．摩擦产生的内能是10J C．摩擦力对行李做的功是40J D．电动机运输行李多输出的能量为40J 【变式5-5】（多选）（24-25高一下·全国·随堂练习）如图所示，质量为M、长度为L的小车静止在光滑水平面上，质量为m的小物块（可视为质点）放在小车的最左端。现用一水平恒力F作用在小物块上，使小物块从静止开始做匀加速直线运动。小物块和小车之间的摩擦力为f，小物块滑到小车的最右端时，小车运动的距离为x。此过程中，以下结论正确的是（　　） A．小物块到达小车最右端时具有的动能为（F－f）（L＋x） B．小物块到达小车最右端时，小车具有的动能为fx C．小物块克服摩擦力所做的功为f（L＋x） D．小物块和小车增加的机械能为Fx 【变式5-6】（多选）（23-24高一下·湖北·期末）如图，一质量为的木板静止在光滑水平桌面上，另一质量为的小物块（可视为质点）从木板上的左端以速度开始运动并从右端滑下，该过程中，物体的动能减少量为，长木板的动能增加量为，间摩擦产生的热量为（不考虑空气阻力），关于，的数值，下列数值可能的是（　　） A． B． C． D． 【变式5-7】（23-24高一下·北京顺义·期末）如图所示，质量M=2kg、长L=0.6m的木板静止放置于光滑水平地面上，一质量为m=1kg的物块（可看成质点）以速度从左端冲上木板，物块与木板间的滑动摩擦力大小为f=5N。当物块滑至木板最右端时，两者恰好达到共同速度，此过程中木板的位移为x=0.2m。求： （1）共同速度v； （2）摩擦力对物块做的功W； （3）由于物块与木板的摩擦产生的热量Q。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$ 12.4 能源与可持续发展 知识点 1 能量转化与守恒 1、能量及转化 （1）能量：一个物体能够对外做功，就说这个物体具有能量。 （2）能量的转化：各种不同形式的能量可以相互转化，而且在转化过程中总量保持不变。 （3）能量的转化是通过做功来实现的。力对物体做了多少功，就有多少能量发生了转化，即功是能量转化的量度。 2、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，能量的总量保持不变。 【注】前面学过的机械能守恒定律是有适用条件的，但能量守恒定律是贯穿物理学的基本规律，是各种自然现象中普遍适用的一条规律。 知识点2 能量转移或转化的方向性 1、与热现象有关的能量转移和转化的方向性 虽然能量是守恒的，但是在自然界中，能量的转化过程有些是可以自然发生的，有些则不能。一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的。 （1）内能转化的方向性 机 械能可以自发地不依赖任何外界的影响或帮助全部转化为内能，但内能不能自发地全部转化为机械能而不引起其他变化。 （2）内能转移的方向性 内能总是自发地从高温物体向低温物体传递，而不能自发地从低温物体向高温物体传递。 2、能量耗散 （1）概念：在能量的转化过程中，一部分能量转化为内能流散到周围环境中，我们无法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）与能量守恒的关系 能量的耗散是不可避免的，但仍遵守能量守恒定律。 （3）意义 能量耗散表明，在能源的利用过程中，即在能量的转化过程中，能量在数量上虽未减少，但在可利用的品质上降低了，从便于利用的变成不便于利用的了。这是能源危机的深层次的含义，也是自然界的能量虽然守恒，但还是要节约能源的根本原因。 能量的耗散是从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程具有方向性。能源的利用受这种方向性的制约，所以，能源的利用是有条件的，也是有代价的。 知识点3 能源的分类与应用 能源指能够提供可利用能量的物质，它是人类社会活动的物质基础。 1、能源分类 （1）按人类开发能源的历史划分 ①常规能源：已被广泛应用的能源，如煤、石油、天然气、水力等。 ②新能源：指目前尚未被人类大规模利用而有待进一步研究、开发和利用的能源，如核能、太阳能、风能、地热能、海洋能等。 （2）按使用方式划分 ①一次能源：未经人工加工的能源，如煤、石油、天然气、水能、风能、生物质能、海洋能等。 ②二次能源：从一次能源直接或间接转化来的能源，如电能、氢能、焦炭等。 （3）按能否再生划分 ①可再生能源：水能、风能、太阳能、潮汐能等。 ②不可再生能源：煤、石油、天然气、核能等。 （4）按对环境的影响分类 ①清洁能源：太阳能、风能等。 ②非清洁能源：煤、石油、天然气等。 2、常规能源和新能源的转化方法 知识点4 能源与社会发展 1、能源与人类社会发展 能源是社会存在与发展的必需品，是国民经济运行的物质基础。它与材料、信息构成现代社会的三大支柱能源科技的每一次突破，都会带来生产力的巨大飞跃和社会的进步 2、能源与环境 石油和煤的燃烧增加了大气中二氧化碳的含量，造成了“温室效应”，引发了一系列问题。目前的任务是采用环境能源技术，解决突出的环境污染问题。 3、开发新能源 ①化石能源的短缺及带来的环境污染，使得新能源的开发成为当务之急。 ②新能源主要有下列几种：太阳能、生物质能、风能、水能等。太阳能、风能、水能是清洁能源也是“可再生能源”。 4、节约能源 能量耗散虽然不会使能量减少。却会导致能量品质的降低。它实际上将能量从高度有用的形式降级为不大可用的形式。它实际上将能量从高度有用的形式降级为不大可用的形式。由于可供人类消耗的能源越来越少。所以要节约能源。 1、功能关系与能量守恒 功是力在空间上的积累，是过程量。能反映了物体能够对外做功的一种本领，是状态量。不同形式的能量之间的转化是通过做功来实现的。做功的过程就是各种形式的能量之间转化（或转移）的过程，且做了多少功，就有多少能量发生转化（或转移）。 ①只有重力和弹簧弹力做功，机械能守恒，。 ②除重力或系统内弹力外，只有摩擦力做功，机械能转化为系统内能，包括内能在内的总能量守恒，。 ③除重力或系统内弹力外，只有电场力做功，机械能与电势能相互转化。包括电势能在内的总能量守恒，。 ④电源中非静电力做功，其他形式的能（化学能）转化为电能，。 ⑤电路中电流做功，电能转化为其他形式的能。。 2、运用能量守恒定律求解问题 ①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列出减少的能量和增加的能量的表达式。 ③依据列式求解。 题型1 能量的转化与守恒 【例1】（23-24高一上·江西赣州·开学考试）如图所示是常见的家用电器，工作时主要将电能转化为机械能的是（　　） A．电饭锅 B．电熨斗 C．电视机 D．电风扇 【答案】D 【解析】A．电饭锅把电能转化成内能，故A错误； B．电熨斗把电能转化成内能，故B错误； C．电视机主要是电能转化为声能和光能，故C错误； D．电风扇工作时转动，主要是电能转化成机械能，故D正确。 故选D。 【变式1-1】（24-25高二上·全国·课后作业）自行车、电动自行车、普通汽车消耗的能量的分类是（　　） ①生物能　②核能　③电能　④太阳能　⑤化学能 A．①④⑤ B．①③⑤ C．①②③ D．①③④ 【答案】B 【解析】自行车需要人力，故需要消耗体内的生物能；电动车要充电，消耗电能；汽车要燃烧汽油，消耗化学能。 故选B。 【变式1-2】（24-25高三上·山西吕梁·开学考试）现代生活中共享电动车已成为一种新型的短途交通工具，通过扫码开锁，循环共享，方便快捷。一辆共享电动车所用电池是锂电池，骑行在一段倾角不太大的坡路上加速上坡过程中，在此过程中电能向其他形式能量转化，下列说法正确的是（　　） A．电能转化为动能和重力势能 B．电能转化为重力势能和内能 C．电能转化成动能和内能 D．电能转化为机械能和内能 【答案】D 【解析】电动平衡车在一段倾角不太大的坡路上加速上坡过程中，电动平衡车速度增大，动能增大，电动平衡车的高度升高，重力势能增大，且电动平衡车在运动过程中克服摩擦力做功产生热量，故根据能量守恒可知电能转化为机械能和内能。 故选D。 【变式1-3】（23-24高一上·四川内江·开学考试）从能量转化的角度来看，下列说法正确的是（　　） A．电暖气正常工作时，主要是将电能转化为机械能 B．核电站工作时主要将电能转化为核能 C．电动汽车在行驶过程中，发生的能量转化主要是将机械能转化为电能 D．人造卫星展开太阳能电池板，把太阳能转化为电能供给卫星用电器 【答案】D 【解析】A．电暖气正常工作时，利用电流的热效应将电能转化为内能使周围温度升高，故A错误； B．核电站工作时主要通过‌核反应堆中的核裂变反应释放出热量，将水加热产生蒸汽，然后蒸汽推动‌汽轮发电机发电，是将核能转化为电能，故B错误； C．电动汽车在行驶过程中，将电能转化为机械能，故C错误； D．人造卫星展开太阳能电池板，将光能转化为电能供给卫星用电器，故D正确。 故选D。 【变式1-4】（24-25高二上·全国·课后作业）能量守恒定律的建立是人类认识自然的一次大飞跃，它是最普遍、最重要、最可靠的自然规律之一。下列说法正确的是（　　） A．因为能量守恒，所以不需要节约能源 B．因为能量不会消失，所以不可能有能源危机 C．不同形式的能量之间可以相互转化 D．能量可以被消灭，也可以被创生 【答案】C 【解析】ABD．自然界的总能量是守恒的，能量既不能凭空产生，也不能凭空消失，但随着能量耗散，能量可以利用的品质降低了，可利用的能源减少了，所以会有能源危机，我们要节约能源，故ABD错误； C．不同形式的能量之间可以相互转化，故C正确。 故选C。 【变式1-5】（23-24高二上·广东佛山·月考）有关能量守恒定律，下列说法正确的是（　　） A．从广州开往深圳的动车停了下来，说明能量会凭空消失 B．按照能量守恒定律，能量总和不会增减 C．一块石头从罗浮山上滚下，其机械能没有变化 D．珠江的水能是用之不竭的 【答案】B 【解析】A．从广州开往深圳的动车停了下来，只是能量从一种形式的能转化为另一种形式的能，并不是能量会凭空消失，故A错误； B．按照能量守恒定律，能量总和不会增减，故B正确； C．一块石头从罗浮山上滚下，由于受到各种阻力的影响，其机械能会减小，故C错误； D．受各种自然和社会因素的影响，水能并不是用之不竭的，故D错误。 故选B。 题型2 能量转化方向性的判断 【例2】（21-22高二·全国·课后作业）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．热量不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 【答案】D 【解析】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。 故选D。 【变式2-1】（21-22高二上·上海奉贤·期中）下列关于能量转移和转化的方向性的说法中，不正确的是 （　　） A．在自然界中不是所有能量都能利用 B．能量的利用是有条件的，也是有代价的 C．物体发生热传递时，热传递的方向从高温物体到低温物体 D．物体发生热传递时，热传递的方向从内能多的物体到内能少的物体。 【答案】D 【解析】A．在自然界中不是所有能量都能利用，例如雷电带来的能量，还不能被人类所利用，故A正确； B．能量的利用是有条件的，也是有代价的，例如利用核能来发电，一旦核泄漏造程度的后果将不堪想象，故B正确； CD．物体发生热传递时，热传递的方向从高温物体到低温物体，而不一定是从内能多的物体到内能少的物体，选项C正确，D错误。 此题选择不正确的选项，故选D。 【变式2-2】（23-24高一下·江苏南通·期末）能源是人类社会活动的基础，节约能源应成为公民的行为习惯．下列说法中正确的是（    ） A．太阳能转化为电能过程中能量增加 B．能量耗散过程中能量在不断减少 C．能量耗散会降低能源的利用品质 D．能量转化在宏观上没有方向性 【答案】C 【解析】A．太阳能转化为电能过程中能量总和不变，故A错误； B．能量耗散说明能量在转化的过程中能量的可利用率越来越小，但总量不会减少，故B错误； C．能量耗散说明能量在转化的过程中能量的可利用率越来越小，可利用的品质降低了，故C正确； D．能量耗散说明能量在转化过程中具有方向性，故D错误。 故选C。 题型3 能源的分类与应用 【例3】（24-25高二上·全国·课后作业）可燃冰是一种天然气水合物的俗称，每立方米可燃冰可释放164立方米甲烷。可燃冰虽好，但开采不易。2017年我国突破了这一开采技术。那么可燃冰所含有的能量形式是（　　） A．核能 B．化学能 C．风能 D．太阳能 【答案】B 【解析】可燃冰在燃烧的时候释放出内能，故可燃冰含有化学能。 故选B。 【变式3-1】（24-25高一上·湖南·开学考试）以下交通工具中，动力装置所用能源属于可再生能源的是（　　） A．飞机 B．太阳能汽车 C．燃油汽车 D．蒸汽火车 【答案】B 【解析】AC．燃油为不可再生能源，故AC错误； B．太阳能是可再生能源，故B正确； D．蒸汽机燃料为不可再生能源，故D错误。 故选B。 【变式3-2】（23-24高二上·新疆阿克苏·月考）下列关于能源的说法中，正确的是（　　） A．水能是不可再生能源 B．由于能量不会凭空消失，也不会凭空产生，总是守恒的，所以节约能源意义不大 C．节约能源只要提高节能意识就行，与科技进步无关 D．煤、石油、天然气等燃料的最初来源可追溯到太阳能 【答案】D 【解析】A．水能可以重复利用，是可再生能源，故A错误； B．能量是守恒的，但能量的品质可能会降低，由便于利用的变成不便于利用的，所以需要节约能源，故B错误； C．科技进步能提高能源的利用率，更充分的利用有限的能源，故C错误； D．煤、石油、天然气等属于化石燃料，最初来源可追溯到太阳能，故D正确。 故选D。 【变式3-3】（多选）（24-25高二上·全国·单元测试）下列措施有助于缓解能源危机、保证可持续发展的有（　　） A．用木材代替煤，进行火力发电 B．将高能耗企业从发达地区转移到欠发达地区 C．少开汽车，多骑自行车或搭乘公共交通工具出行 D．大力开发风力发电，减少火力发电 【答案】CD 【解析】A．用木材代替煤，进行火力发电，不能减少电能的消耗，也不能减少化石燃料的使用，不能做到节能减排，无助于缓解能源危机、保证可持续发展，故A错误； B．将高能耗企业从发达地区转移到欠发达地区，不能减少化石燃料的使用，也不能做到节能减排，无助于缓解能源危机、保证可持续发展，故B错误； C．少开汽车，多骑自行车或搭乘公共交通工具，可减少污染物的排放，减少化石能源的使用，有助于缓解能源危机、保证可持续发展，故C正确； D．大力开发风力发电，减少火力发电，可减少污染物的排放，减少化石能源的使用，有助于缓解能源危机、保证可持续发展，故D正确。 故选CD。 【变式3-4】（多选）（24-25高二上·全国·单元测试）能源短缺和环境恶化指的是（    ） A．煤炭和石油的开采与技术有关，在当前技术条件下，煤炭和石油的开采是有限的，这叫能源短缺 B．煤炭和石油资源是有限的，短时间内不能再次生成，这叫能源短缺 C．煤炭和石油具有很大的气味，在开采，存放和使用过程中这些气味会聚集在空气中污染空气，使环境恶化 D．大量煤炭和石油产品在燃烧时排出的有害气体污染了空气，改变了大气成分，使环境恶化 【答案】BD 【解析】煤炭和石油都是由几亿年以前的生物遗体形成的，这些能源短时间内不能再次生成，它们的储量是有限的，并不是取之不尽，用之不竭的，这是能源短缺；大量化石能源在使用时会排出有害气体污染空气，这是环境恶化。故BD正确，AC错误。 故选BD。 【变式3-5】（23-24高二上·全国·课前预习）关于能源的开发和利用，下列说法错误的是（　　） A．能源是有限的，无节制地利用常规能源，如石油之类，是一种盲目的短期行为 B．根据能量守恒定律，担心能源枯竭是一种杞人忧天的表现 C．能源的开发和利用，必须要同时考虑其对环境的影响 D．通过核裂变和平利用核能是目前开发新能源的一种新途径 【答案】B 【解析】A．能源是有限的，无节制地利用常规能源，如石油之类，是一种盲目的短期行为，故A正确； B．能量虽然守恒，但有的资源容易利用，有的资源难以利用，资源短缺成为社会发展的阻碍，因而要合理开发利用，故B错误。 C．能源的开发和利用，必须要同时考虑其对环境的影响，故C正确； D．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D正确。 此题选择不正确的，故选B。 题型4 对功能关系的理解 【例4】（23-24高二上·福建莆田·单元测试）下列判断错误的是（　　） A．古代的钻木取火是通过摩擦力做功将其他能转化为内能 B．举重运动员把重物举起来，体内的一部分化学能转化为重力势能 C．跳高运动员起跳时，通过体内肌肉做功，体内的部分化学能转化为人的动能 D．人走路时，没有力做功所以没有能量转化 【答案】D 【解析】A．古代的钻木取火是通过摩擦力做功将其他能转化为内能。故A正确，与题意不符； B．举重运动员把重物举起来，体内的一部分化学能转化为重力势能。故B正确，与题意不符； C．跳高运动员起跳时，通过体内肌肉做功，体内的部分化学能转化为人的动能。故C正确，与题意不符； D．人走路时，通过体内肌肉做功，体内的部分化学能转化为人的动能。故D错误，与题意相符。 本题选错误的故选D。 【变式4-1】（21-22高一下·福建厦门·月考）韩晓鹏是我国首位在冬奥会雪上项目夺冠的运动员。他在一次自由式滑雪空中技巧比赛中沿“助滑区”保持同一姿态下滑了一段距离，重力和阻力对他做功的情况如图所示。韩晓鹏在此过程中（　　） A．动能增加了 B．重力势能减小了 C．内能增加了 D．机械能减小了 【答案】D 【解析】A．根据动能定理可得动能增加了 A错误； B．重力势能的变化用重力做功衡量，则有 故重力势能减小了，B错误； CD．除重力外，其他做功用来衡量机械能的变化，则有 可知机械能减小了，减少的机械能变成了内能，即内能增加了，C错误，D正确； 故选D。 【变式4-2】（24-25高一下·全国·随堂练习）质量为m的物体，从距地面h高处由静止开始以加速度a＝g竖直下落到地面。在此过程中（　　） A．物体的动能增加了mgh B．物体的重力势能减少了mgh C．物体的机械能减少了mgh D．物体的机械能保持不变 【答案】A 【解析】A．物体动能的增加等于合外力做的功，即 W＝mah＝mgh 故A正确； B．物体的重力势能的减少量等于重力做的功，即 WG＝mgh 故B错误； CD．除重力以外的其他力对物体做功为 WF＝－(mg－ma)h＝－mgh 因此机械能的减少量为mgh ，故CD错误。 故选A。 【变式4-3】（多选）（24-25高三上·北京·开学考试）某同学将一个质量为m的小球竖直向上抛出，小球上升的最大高度为H。设上升过程中空气阻力F大小恒定。则在上升过程中（    ） A．小球的动能减小了mgH B．小球机械能减小了FH C．小球重力势能增加了mgH D．小球克服空气阻力做功（F+mg）H 【答案】BC 【解析】A. 根据功能关系，小球的动能减小了mgH+FH，A错误； B. 根据功能关系，小球机械能减小了FH，B正确； C. 根据功能关系，小球重力势能增加了mgH，C正确； D. 根据功的定义，小球克服空气阻力做功为FH，D错误。 故选BC。 【变式4-4】（多选）（24-25高三上·重庆沙坪坝·开学考试）质量为的跳伞运动员由静止开始下落，在打开降落伞之前受恒定阻力作用，下落的加速度为，重力加速度恒为。在运动员下落高度的过程中（　　） A．运动员的动能增加了 B．运动员的重力势能减少了 C．运动员的机械能减少了 D．阻力对运动员所做的功为 【答案】AC 【解析】A．物体动能的增加量等于合外力所做的功，即 故A正确； B．重力对运动员做功为 可知运动员的重力势能减少了 ，故B错误； CD．由牛顿第二定律可得 解得阻力大小为 由阻力所做的功等于机械能的变化量，可得 则阻力对运动员所做的功为，运动员的机械能减少了， 故C正确，D错误。 故选AC。 【变式4-5】（24-25高三上·北京·开学考试）如图所示，一个质量为m的物体以某一速度从A点冲上一个倾角为30°的斜面，其运动的加速度。这个物体在斜面上上升的最大高度为h，则在这过程（    ） A．物体的重力势能增加了 B．物体的机械能损失了mgh C．物体的动能损失了mgh D．物体的重力势能增加了mgh 【答案】D 【解析】AD．物体的重力势能增加了mgh，选项A错误，D正确；     C．物体的动能损失了 选项C错误； B．物体的机械能损失了 选项B错误。 故选D。 【变式4-6】（23-24高一下·江苏连云港·期中）一长木板静止于光滑水平面上，一小物块（可视为质点）从左侧以某一速度滑上木板，最终和木板相对静止一起向右做匀速直线运动。在物块从滑上木板到和木板相对静止的过程中，物块的位移是木板位移的4倍，设板块间滑动摩擦力大小不变，则（　　） A．物块动能的减少量等于木板动能的增加量 B．摩擦力对木板做的功大于木板动能的增加量 C．因摩擦而产生的内能是木板动能增量的3倍 D．因摩擦而产生的内能等于物块克服摩擦力所做的功 【答案】C 【解析】A．根据能量守恒可知，物块动能减少量等于木板动能增加量与因摩擦产生的内能之和，故A错误； B．根据动能定理可知，摩擦力对木板做的功等于木板动能的增加量，故B错误； CD．设物块与木板之间的摩擦力为，木板的位移为，则物块的位移为；物块克服摩擦力所做的功为 对木板，根据动能定理可得木板动能的增加量为 因摩擦产生的内能为 可知因摩擦而产生的内能小于物块克服摩擦力所做的功；因摩擦而产生的内能是木板动能增量的3倍；故C正确，D错误。 故选C。 题型5 功能关系与能量守恒定律的应用 【例5】（23-24高二下·浙江·期末）如图所示，轻弹簧上端悬挂在铁架台横杆上，下端悬挂质量为m的重物，弹簧和重物组成的系统处于静止状态。某时刻在重物上施加一方向竖直向下的恒力F，重物下降的最大高度为h，在重物下降到最大高度过程中下列说法正确的是（　　） A．下降过程中系统机械能守恒 B．弹簧的弹性势能增加为 C．重物的动能增加量为Fh D．重物重力势能增加mgh 【答案】B 【解析】A．下降过程中，恒力F对系统做功，系统的机械能发生变化，故A错误； B．由能量守恒定律，弹簧的弹性势能增加为 故B正确； C．整个过程重物初末速度均为0，动能均为0，故C错误； D．重物重力势能减少mgh，故D错误。 故选B。 【变式5-1】（23-24高一下·天津和平·期末）如图，水平光滑地面上停放着一辆质量为M的小车，其左侧有半径为R的四分之一光滑圆弧轨道AB，轨道最低点B与水平轨道BC相切，整个轨道处于同一竖直平面内。将质量为m的物块（可视为质点）从A点无初速释放，物块沿轨道滑行至轨道末端C处恰好没有滑出。设重力加速度为g，物块与轨道BC之间的滑动摩擦因数为，空气阻力可忽略不计。关于物块从A位置运动至C位置的过程，下列说法中正确的是（　　） A．小车和物块构成的系统机械能守恒 B．物块在BC上运动时，摩擦力对物块和小车做功的代数和为零 C．水平轨道BC的长度为 D．如果小车被锁定在地面上，物块仍从A点静止释放，则也能恰到达C点 【答案】D 【解析】A．由于物块在轨道BC之间滑行时，因摩擦会产生内能，所以小车和物块构成的系统机械能不守恒，故A错误； B．物块在BC上运动时，根据功能关系可在，摩擦力对物块和小车做功的代数和的绝对值等于系统产生的内能，所以摩擦力对物块和小车做功的代数和不为零，故B错误； C．物块从A位置运动至C位置的过程，小车和物块构成的系统满足水平方向动量守恒，由于初动量为0，则物块到达C处时，刚好小车和物块共同的速度为0；根据能量守恒可得 解得水平轨道BC的长度为 故C错误； D．如果小车被锁定在地面上，物块仍从A点静止释放，根据能量守恒可得 解得 可知物块也能恰到达C点，故D正确。 故选D。 【变式5-2】（23-24高三上·黑龙江哈尔滨·期末）如图所示，光滑水平面AB与竖直面上的半圆形固定轨道在B点衔接，轨道半径为R，BC为直径，一可看成质点、质量为m的物块在A点处压缩一轻质弹簧（物块与弹簧不拴接）。由静止释放物块，物块被弹簧弹出后，经过半圆形轨道B点时对轨道的压力为其重力的7倍，之后沿半圆轨道向上运动，恰能通过该轨道最高点C，重力加速度大小为g，不计空气阻力，则（　　） A．物块从B点到C点过程中物块机械能的减少等于克服重力所做的功 B．从释放物块至弹簧恢复原长过程中物块与弹簧组成系统动量守恒 C．物块从B点到C点过程中克服摩擦阻力所做的功为0.5mgR D．刚开始弹簧被压缩时的弹性势能为3.5mgR 【答案】C 【解析】AC．设物块经过半圆轨道B点、C点的速度为vB，vC物块在B点、C点时根据牛顿第二定律分别有 物块从B点到C点的过程，由动能定理有 联立解得 即物块从B点到C点过程中物块机械能的减少等于克服阻力所做的功，克服摩擦阻力所做的功为0.5mgR，只有重力做功时物体机械能守恒，故A错误，C正确； B．动量守恒条件是系统不受外力或所受合外力为零，从释放物块至弹簧恢复原长过程中物块与弹簧组成系统受左侧墙壁的弹力，故动量不守恒，故B错误； D．从刚开始弹簧被压缩时到B点过程，由功能关系 故D错误。 故选C。 【变式5-3】（24-25高二上·黑龙江大庆·开学考试）如图所示，与水平面成θ角的传送带，在电动机的带动下以恒定的速率v顺时针运行。现将质量为m的小物块从传送带下端A点无初速度地放到传送带上，经时间t1物块与传送带达到共同速度，再经时间t2物块到达传送带的上端B点，已知A、B间的距离为L，重力加速度为g，则在物块从A运动到B的过程中，以下说法正确的是（　　） A．在t1时间内摩擦力对物块做的功等于 B．在t1时间内物块和传送带间因摩擦而产生的内能小于物块机械能的增加量 C．在时间内因摩擦而产生的内能等于 D．在时间内因运送物块，电动机多消耗的电能小于2mgLsinθ＋mv2 【答案】D 【解析】A．在t1时间内，根据动能定理有 解得 故A错误； B．在t1时间内物块和传送带间的相对位移 物块的位移 摩擦产生的内能 物块机械能的增加量 故B错误； C．物块先向上做匀加速直线运动，摩擦力大于重力沿皮带向下的分力，达到相等速度后，物块向上做匀速直线运动，匀速过程没有相对位移，也没有摩擦生热，结合上述可知，在时间内因摩擦而产生的内能等于 结合上述有 解得 故C错误； D．在时间内因运送物块，根据能量守恒定律，电动机多消耗的电能为 由于 解得 故D正确。 故选D。 【变式5-4】（24-25高二上·浙江·开学考试）如图甲所示，为机场、火车站和地铁站等场所的安全检查仪，其传送装置可简化为如图乙所示模型：绷紧的传送带始终保持的恒定速率运行。旅客把质量为10kg的行李无初速度地放在A处，行李可视为质点，与传送带之间的动摩擦因数，AB间的距离为，g取。则（    ） A．从A到B的运动时间是3s B．摩擦产生的内能是10J C．摩擦力对行李做的功是40J D．电动机运输行李多输出的能量为40J 【答案】D 【解析】A．行李先做匀加速直线运动，由牛顿第二定律可得 则行李匀加速过程所需时间为 联立，解得 该过程行李的位移为 行李匀速阶段时间为 则从A到B的运动时间是 故A错误； B．摩擦产生的内能是 故B错误； C．摩擦力对行李做的功是 故C错误； D．电动机运输行李多输出的能量为 故D正确。 故选D。 【变式5-5】（多选）（24-25高一下·全国·随堂练习）如图所示，质量为M、长度为L的小车静止在光滑水平面上，质量为m的小物块（可视为质点）放在小车的最左端。现用一水平恒力F作用在小物块上，使小物块从静止开始做匀加速直线运动。小物块和小车之间的摩擦力为f，小物块滑到小车的最右端时，小车运动的距离为x。此过程中，以下结论正确的是（　　） A．小物块到达小车最右端时具有的动能为（F－f）（L＋x） B．小物块到达小车最右端时，小车具有的动能为fx C．小物块克服摩擦力所做的功为f（L＋x） D．小物块和小车增加的机械能为Fx 【答案】ABC 【解析】A．小物块水平方向受到拉力F和摩擦力f的作用，根据动能定理 故A正确； B．小车相对地面的位移为x，水平方向仅受小物块对小车的摩擦力，根据动能定理 故B正确； C．小物块相对地面的位移为，则克服摩擦力做的功为 故C正确； D．根据能量守恒可知，外力做的功转化为了系统的机械能还有摩擦产生的内能，所以小物体和小车增加的机械能为 故D错误。 故选ABC。 【变式5-6】（多选）（23-24高一下·湖北·期末）如图，一质量为的木板静止在光滑水平桌面上，另一质量为的小物块（可视为质点）从木板上的左端以速度开始运动并从右端滑下，该过程中，物体的动能减少量为，长木板的动能增加量为，间摩擦产生的热量为（不考虑空气阻力），关于，的数值，下列数值可能的是（　　） A． B． C． D． 【答案】AB 【解析】设物体与木板间的摩擦力大小为，木块的位移为，木板的位移为，对有 对有 且 和运动的图像如图所示 图线与坐标轴围成的面积表示物体的位移，可看出 所以有 根据能量守恒有 故选AB。 【变式5-7】（23-24高一下·北京顺义·期末）如图所示，质量M=2kg、长L=0.6m的木板静止放置于光滑水平地面上，一质量为m=1kg的物块（可看成质点）以速度从左端冲上木板，物块与木板间的滑动摩擦力大小为f=5N。当物块滑至木板最右端时，两者恰好达到共同速度，此过程中木板的位移为x=0.2m。求： （1）共同速度v； （2）摩擦力对物块做的功W； （3）由于物块与木板的摩擦产生的热量Q。 【答案】（1）1m/s；（2）-4J；（3）3J 【解析】（1）根据牛顿第二定律有 ， 解得 ， 两者达到共同速度时有 解得 （2）对物块进行分析，根据动能定理有 解得 （3）根据能量守恒定律有 解得 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$