第四章 能源与可持续发展 章末综合提升-【名师导航】2025-2026学年高中物理必修第三册教师用书word（教科版）

该高中物理讲义通过表格梳理与典例解析系统构建能量与做功知识体系，主题1聚焦滑动摩擦力做功特点及摩擦生热公式，结合木块小车相对运动情境解析做功与能量转化，主题2以对比表格呈现重力、弹力等不同力做功与能量变化的关系，突出能量观念与科学推理的内在联系。 讲义亮点在于“情境化典例+分层测评”设计，如典例1通过木块在小车滑动的具体过程，引导学生分析摩擦力对系统做功及机械能变化，培养科学推理能力。综合测评题涵盖选择、计算等题型，搭配解题步骤指导，基础学生可掌握方法，优秀学生能深化理解，助力教师实施精准化复习教学。

主题1　滑动摩擦力做功与“热” 1．滑动摩擦力做功的特点 (1)滑动摩擦力可以对物体做正功，也可以对物体做负功，还可以不做功。 (2)一对滑动摩擦力做功的过程中，能量的转化有两种情况：一是相互摩擦的物体之间机械能的转移；二是机械能转化为内能，即摩擦生热。 (3)相互摩擦的系统内，一对滑动摩擦力所做的总功总是负值，其绝对值恰等于系统损失的机械能。其意义是系统损失的这些机械能转化成了系统的内能。 2．摩擦生“热”公式 因摩擦而产生的热等于一对滑动摩擦力所做的总功的绝对值，恰等于滑动摩擦力与相对位移的乘积，即Q＝Ffl相对。 【典例1】　如图所示，表面粗糙的小车足够长，小车放在光滑的水平地面上，一木块以一定速度由小车左端滑上小车，当小车与木块相对静止时，木块相对小车的位移为d，小车相对地面的位移为l，木块与小车间的滑动摩擦力为Ff，求： (1)滑动摩擦力对木块做的功； (2)滑动摩擦力对小车做的功； (3)两滑动摩擦力做功之和； (4)系统机械能的变化量及系统产生的热量。 [解析]　(1)由题意可知木块的位移x＝l＋d，所以滑动摩擦力对木块做的功 W木＝－Ff(d＋l)。 (2)滑动摩擦力对小车做的功 W车＝Ffl。 (3)两滑动摩擦力做功之和 W＝W木＋W车＝－Ffd。 (4)由动能定理知 小车动能的增量为ΔEk车＝Ffl 木块动能的增量为ΔEk木＝－Ff(d＋l) 系统机械能的变化量即为小车、木块动能增量之和 ΔE＝ΔEk车＋ΔEk木＝－Ffd 由能量守恒知，系统损失的机械能等于系统产生的热量Q＝|ΔE|＝Ffd。 [答案]　(1)－Ff(d＋l)　(2)Ffl　(3)－Ffd (4)－Ffd　Ffd 　(1)滑动摩擦力对物体做的功W＝Ff·l地·cos α，(l地为物体相对地的位移)。 (2)摩擦生热Q＝Ff·l相对(l相对为两物体间的相对位移)。 主题2　常见功能关系的理解 功能关系 表达式 物理意义 正功、负功含义 重力做功与重力势能 W＝－ΔEp 重力做功是重力势能变化的原因 W＞0 势能减少 W＜0 势能增加 W＝0 势能不变 弹簧弹力做功与弹性势能 W＝－ΔEp 弹力做功是弹性势能变化的原因 W＞0 势能减少 W＜0 势能增加 W＝0 势能不变 合力做功与动能 W＝ΔEk 合外力做功是物体动能变化的原因 W＞0 动能增加 W＜0 动能减少 W＝0 动能不变 除重力或系统内弹力外其他力做功与机械能 W＝ΔE 除重力或系统内弹力外其他力做功是机械能变化的原因 W＞0 机械能增加 W＜0 机械能减少 W＝0 机械能守恒 【典例2】　(多选)如图所示，假设质量为m的跳伞运动员，由静止开始下落，在打开伞之前受恒定阻力作用，下落的加速度为g，在运动员下落h的过程中，下列说法正确的是(　　) A．运动员的重力势能减少了mgh B．运动员克服阻力所做的功为mgh C．运动员的动能增加了mgh D．运动员的机械能减少了mgh CD　[在运动员下落h的过程中，重力势能减少了mgh，故A错误；根据牛顿第二定律得，物体所受的合力为F合＝ma＝mg，则根据动能定理得，合力做功为mgh，则动能增加了mgh，故C正确；合力做功等于重力做功与阻力做功的代数和，因为重力做功为mgh，则克服阻力做功为mgh，故B错误；重力势能减少了mgh，动能增加了mgh，故机械能减少了mgh，故D正确。] 　应用功能关系解题的步骤 (1)明确研究对象，研究对象是一个物体或是几个物体组成的系统。 (2)隔离研究对象，分析哪些力对它做功，它的哪些能量发生变化。 (3)根据能量的变化类型确定用哪一类功能关系去求解。 (4)根据相应的功能关系列方程、求解。 模块综合测评 (满分：100分) 一、单项选择题：本题共7个小题，每小题4分，共28分，每小题只有一个选项符合题目要求。 1．下列关于能量守恒定律的认识不正确的是(　　) A．某种形式的能减少，一定存在其他形式的能增加 B．某个物体的能量减少，必然有其他物体的能量增加 C．不需要任何外界的动力而持续对外做功的机械——永动机不可能制成 D．石子从空中落下，最后静止在地面上，说明机械能消失了 D　[根据能量守恒定律可知，能量既不会凭空产生，也不会凭空消失。能量只能从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到其他物体，A、B对，D错；永动机违背了能量守恒定律，故它不可能制造出来，C对。D符合题意。] 2．如图所示，同在一个平面内的彼此绝缘的两个圆环A、B，大圆环A中通有方向如图所示的电流I，小圆环B的一半面积在A环内、一半面积在A环外，则下列说法正确的是(　　) A．穿过小圆环B的磁通量为0 B．穿过小圆环B的磁通量不为0，且磁通量指向纸面内 C．穿过小圆环B的磁通量不为0，且磁通量指向纸面外 D．以上判断均错误 B　[小圆环B在A环内外部分的磁场强弱不同。根据安培定则可知整个A环上的电流在其内部的磁场均向里，磁场在B环内左半圆环向里、右半圆环向外，则小圆环B在A环内部分的磁场比外部强，应用磁通量概念可知小圆环B在A环内部分的磁通量(向里)大于环外部分的磁通量(向外)，总体表现A环内的磁通量，故A、C、D错误，B正确。故选B。] 3．甲、乙、丙、丁是四个长度、横截面积均相同的金属导体，某同学对它们各进行了一次测量，把每个导体中通过的电流和两端的电压在I-U坐标系中描点，如图所示，四个导体中电阻率最大的是(　　) A．甲　　　B．乙　　　C．丙　　　D．丁 A　[根据电阻定律R＝ρ可知，导体的电阻率ρ＝。分别把甲、乙、丙、丁所在的位置与坐标原点O连接，I-U图线的斜率表示电阻的倒数，由题图可知甲导体的电阻最大，丁导体的电阻最小。因甲、乙、丙、丁四个导体的长度、横截面积均相同，则甲的电阻率最大，A正确。] 4．先后在磁场中A、B两点引入长度相等的短直导线，导线与磁场方向垂直。如图所示，图中a、b两图线分别表示在磁场中A、B两点导线所受的力F与通过导线的电流I的关系。下列说法中正确的是(　　) A．A、B两点磁感应强度相等 B．A点的磁感应强度大于B点的磁感应强度 C．A点的磁感应强度小于B点的磁感应强度 D．无法比较磁感应强度的大小 B　[导线受到的磁场力F＝BIL，对于题图给出的F-I图线，直线的斜率k＝BL，由题图可知ka＞kb，又因A、B两点导线的长度L相同，故A点的磁感应强度大于B点的磁感应强度，故B正确。] 5．A、B是某电场中一条电场线上的两点，一正电荷仅在静电力作用下，沿电场线从A点运动到B点，其速度－时间图像如图所示，则(　　) A．EA＞EB B．EA＜EB C．φA＝φB D．φA＞φB A　[根据v-t图像可知，此正电荷速度减小且加速度越来越小，说明正电荷逆着电场线运动，由电势低的点移向电势高的点，且静电力越来越小，即电场变弱，故A正确，B、C、D错误。] 6．四根通电长直导线A、B、C、D外层涂有绝缘物质，固定在水平面上且四个交点的连线构成一正方形，其中四根导线中通有大小相等的电流，方向如图所示，a、b、c、d为正方形对角延长线上的四点。则关于a、b、c、d处的磁场，下列说法正确的是(　　) A．a、b两点的磁场方向垂直纸面向外 B．a、c两点的磁场方向垂直纸面向外 C．b、d两点的磁场方向垂直纸面向里 D．a、d两点的磁场方向垂直纸面向里 A　[a、b、c、d四点的磁场由四根通电导线在该位置形成的磁场叠加而成。对a点，导线A在a点的磁场方向垂直纸面向里，导线B在a点的磁场方向垂直纸面向外，且大小相等可抵消，导线C在a点的磁场方向垂直纸面向外，导线D在a点的磁场方向垂直纸面向外，因此a点的磁场方向垂直纸面向外；同理b点的磁场方向垂直纸面向外，c、d两点的磁场方向均垂直纸面向里，故选A。] 7．如图所示的电路中，U＝90 V，滑动变阻器R2的最大阻值为200 Ω，R1＝100 Ω。当滑片P滑至R2的中点时，a、b两端的电压为(　　) A．30 V B．45 V C．60 V D．75 V A　[P位于中点时R并＝50 Ω，干路中电流I＝＝ A＝0.6 A，Uab＝IR并＝0.6×50 V＝30 V，A正确。] 二、多项选择题：本题共3个小题，每小题6分，共18分，每小题有多个选项符合题目要求，全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分。 8．如图所示，虚线表示某点电荷Q所激发电场的等势线，已知a、b两点在同一等势线上，c、d两点在另一个等势线上。甲、乙两个带电粒子以相等的速率，沿不同的方向从同一点a射入电场，在电场中分别沿acb曲线、adb曲线运动，则下列说法正确的是(　　) A．两粒子电性相反 B．甲粒子经过c点时的速率大于乙粒子经过d点时的速率 C．两个粒子的电势能都是先减小后增大 D．经过b点时，两粒子的动能一定相等 AB　[从甲、乙两个带电粒子的运动轨迹可知，两粒子的电性不相同，故A正确；甲粒子受的是吸引力，电场力先做正功，电势能先减小，则到达c点时速率增大，乙粒子受的是排斥力，电场力先做负功，电势能先增大，则到达d点时速率减小，由于在a点时甲、乙两个带电粒子的速率相等，因此甲粒子经过c点时的速率大于乙粒子经过d点时的速率，故B正确，C错误；由于不知道甲、乙两个带电粒子的质量关系，所以无法比较它们的动能，故D错误。故选AB。] 9．如图所示，平行金属板A、B之间有加速电场，C、D之间有偏转电场，M为荧光屏。今有质子、氘核和α粒子均从A板由静止开始经加速电场加速后垂直于电场方向进入偏转电场，最后打在荧光屏上。已知质子、氘核和α粒子的质量之比为1∶2∶4，电荷量之比为1∶1∶2，则下列判断正确的是(　　) A．三种粒子从B板运动到荧光屏经历的时间相同 B．三种粒子打到荧光屏上的位置相同 C．加速电场的静电力对三种粒子做功之比为1∶2∶4 D．偏转电场的静电力对三种粒子做功之比为1∶1∶2 BD　[设加速电场的电压为U1，偏转电场的电压为U2，偏转极板的长度为L，板间距离为d。在加速电场中，静电力做的功W＝qU1，故加速电场的静电力对三种粒子做功之比等于电荷量之比，即1∶1∶2，故C错误；由qU1＝可知，粒子经加速电场获得的速度v0＝，三种粒子从B板运动到荧光屏的过程，在水平方向做速度为v0的匀速直线运动，由于三种粒子的比荷不同，则v0不同，所以三种粒子从B板运动到荧光屏经历的时间不同，故A错误；根据y＝可知，y与粒子的种类、质量、电荷量无关，故三种粒子偏转距离相同，打到荧光屏上的位置相同，故B正确；偏转电场中静电力做功为W＝，则W与q成正比，三种粒子的电荷量之比为1∶1∶2，则偏转电场的静电力对三种粒子做功之比为1∶1∶2，故D正确。] 10．如图所示，电路中定值电阻阻值R大于电源内阻阻值r。闭合开关K后，将滑动变阻器滑片向下滑动，理想电压表V1、V2、V3示数变化量的绝对值分别为ΔU1、ΔU2、ΔU3，理想电流表示数变化量的绝对值为ΔI，则(　　) A．ΔU2＝ΔU1＋ΔU3 B．＝R＋r C．和保持不变 D．电源输出功率先增大后减小 BC　[V2测量路端电压，V1测量R的电压，V3测量滑动变阻器的电压，将滑动变阻器滑片向下滑动，滑动变阻器阻值减小，总电阻减小，则总电流增大，内电压增大，U2变小，U1变大，U3变小，U2减小量小于U1增大量和U3减小量之和，所以ΔU2<ΔU1＋ΔU3，A错误；根据闭合电路欧姆定律得U3＝E－I(r＋R)，则有＝R＋r，B正确；根据欧姆定律得＝R，不变，根据闭合电路欧姆定律得U2＝E－Ir，则有＝r，不变，C正确；当外电路电阻等于内阻时，电源输出功率最大，而电路中定值电阻阻值R大于电源内阻阻值r，所以将滑动变阻器滑片向下滑动，电源输出功率一直变大，D错误。故选BC。] 三、非选择题：本题共5小题，共54分。 11．(8分)小明想测额定电压为2.5 V的小灯泡在不同电压下的电功率，设计了如图甲所示的电路。 甲　　　　　　　　　乙 (1)在实验过程中，调节滑动片P，电压表和电流表均有示数但总是调不到零，其原因是________的导线没有连接好(图中用数字标记的小圆点表示接线点，空格中请填写图中的数字，如“7点至8点”)； (2)正确连好电路，闭合开关，调节滑动片P，当电压表的示数达到额定电压时，电流表的指针如图乙所示，则电流为________ A，此时小灯泡的功率为________ W； (3)做完实验后，小明发现在实验报告上漏写了电压为1.00 V时通过小灯泡的电流，但在草稿纸上记录了下列数据，你认为最有可能的是________。 A．0.08 A　　　　B．0.12 A C．0.20 A [解析]　(1)1点至4点未连接好时，滑动变阻器处于限流式接法，电压表和电流表不能调节为0。 (2)由题图乙可知电流为0.30 A；小灯泡功率 P＝UI＝0.75 W。 (3)电压为2.5 V时，小灯泡电阻为R＝＝ Ω≈8.3 Ω；由于热效应，电压为1.00 V时，小灯泡电阻小于8.3 Ω，根据欧姆定律I＝，电流大于 A≈0.12 A，即选C。 [答案]　(1)1点至4点　(2)0.30　0.75　(3)C 12．(10分)在“测定电源的电动势和内阻”的实验中： (1)现备有以下器材： A．干电池1节； B．滑动变阻器(0～50 Ω)； C．滑动变阻器(0～10 kΩ)； D．电压表(0～3 V)； E．电压表(0～15 V)； F．电流表(0～0.6 A)； G．电流表(0～3 A)； H．开关、导线若干 其中滑动变阻器应选________，电流表应选________，电压表应选________。 (2)为了最大限度地减小实验误差，请在虚线框内画出该实验最合理的电路图。 (3)某同学记录的实验数据如下表所示，试根据这些数据在图中画出U-I图像，根据图像得到被测电池的电动势E＝________ V，内电阻r＝________________Ω。 (结果均保留两位小数) 序号 1 2 3 4 5 6 I/A 0.05 0.10 0.20 0.25 0.30 0.40 U/V 1.45 1.40 1.32 1.27 1.22 1.13 [解析]　(1)滑动变阻器应选阻值较小的B；电流表应选量程为0.6 A的F；电压表应选3 V量程的D。 (2)实验最合理的电路图如图所示。 (3)根据这些数据在图中画出U-I图像如图所示。 根据图像得到被测电池的电动势E＝1.50 V；内电阻r＝＝ Ω≈0.94 Ω。 [答案]　(1)B　F　D　(2)见解析图　(3)见解析图　1.50(1.48～1.52)　0.94(0.92～0.96) 13．(10分)如图所示，电源电动势E＝12 V，电源内阻r＝0.5 Ω。定值电阻R1＝5.5 Ω，R2＝12.0 Ω。 (1)闭合开关S后，求流过电源的电流； (2)若在ab之间接一个C＝200 μF的电容器，闭合开关S，电路稳定后，求电容器上所带的电量。 [解析]　(1)闭合开关S后，根据闭合电路的欧姆定律，流过电源的电流为 I＝≈0.67 A。 (2)闭合开关S，电路稳定后电阻R2两端的电压为 U2＝IR2＝8.0 V 电容器上所带电量Q＝CU2＝1.6×10-3C。 [答案]　(1)0.67 A　(2)1.6×10-3C 14．(12分)如图所示，M为一线圈电阻RM＝0.4 Ω的电动机，R＝24 Ω，电源电动势E＝40 V。当开关S断开时，理想电流表的示数I1＝1.6 A，当开关S闭合时，理想电流表的示数为I2＝4.0 A。求： (1)电源内阻r； (2)开关S闭合时，通过电动机的电流及电动机消耗的总功率。 [解析]　(1)开关S断开时，电源与定值电阻构成串联回路，E＝I1(R＋r)，电源内阻r＝－R＝1 Ω。 (2)开关S闭合后，定值电阻与电动机构成并联电路，电流表测干路电流，路端电压U＝E－I2r＝36 V 通过定值电阻的电流I2′＝＝1.5 A 通过电动机的电流I2″＝I2－I2′＝2.5 A 电动机消耗的总功率即电动机的电功率 P＝UI2″＝90 W。 [答案]　(1)1 Ω　(2)2.5 A　90 W 15．(14分)如图，等边三角形ABC位于竖直平面内，AB边水平，顶点C在AB边上方，3个点电荷分别固定在三角形的三个顶点上。已知AB边中点M处的电场强度方向竖直向下，BC边中点N处的电场强度方向竖直向上，A点处点电荷的电荷量的绝对值为q。 (1)求B点处点电荷的电荷量的绝对值并判断3个点电荷的正负； (2)求C点处点电荷的电荷量。 [解析]　(1)M处的电场强度方向竖直向下，所以位于A、B两点处的点电荷在M处产生的电场强度等大反向，即A、B两点处的点电荷电性相同，且EAM＝EBM，即＝， 又因为M为AB边的中点，即AM＝BM，所以qB＝q 分析可知，C点处点电荷在M处产生的电场强度方向竖直向下，所以C点处点电荷为正电荷。 N处的电场强度方向竖直向上，沿BC方向与垂直BC方向(AN方向)分解，如图所示， 因为C点处为正电荷，ECN沿CB向下，所以B点处点电荷在N处产生的电场强度方向沿BC向上，即B点处点电荷为正电荷，故A点处点电荷也为正电荷。 (2)设等边三角形边长为L，由以上分析可知 EBC＝EBN－ECN，＝tan 60°， 联立并根据电场强度与库仑定律的关系得 tan 60°＝－， 解得qC＝q。 [答案]　(1)q　A、B、C都为正电荷　(2)q 13 / 13 学科网（北京）股份有限公司 $