1. 能量 能量守恒定律（同步讲义）物理教科版必修第三册

本讲义聚焦“能量守恒定律”与“能量转化方向性”核心知识点，先系统阐释定律内容及意义，再深入分析能量耗散与品质降低，通过随学随练、题型分类构建从理解到应用的学习支架。 资料以白鹤滩水电站、风力发电机等真实案例为载体，强化能量观念，通过传送带问题、效率计算等培养科学推理能力，渗透节约能源意识与科学态度。课中实例助教师生动授课，课后分层练习（基础、素养、迁移）帮学生巩固提升，查漏补缺。

第四章 能源与可持续发展 1. 能量 能量守恒定律 课标要点 1．理解能量守恒定律。 2．理解能量转移或转化的方向性，了解什么是能量的耗散和品质降低，增强节约能源的意识。 学习重难点 重点：认识能量守恒定律的重大意义，掌握能量守恒定律的内容 难点：会用能量守恒的观点分析、解决实际问题。 写 知识点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，在转化或转移的过程中，能量的总量保持不变。 随学随练 如图所示，机场地勤人员利用传送带往飞机上运送行李，传送带与水平面间的夹角，转轴间距。地勤人员将质量的小包裹（可视为质点）轻轻放在传送带底端。已知传送带运行速率恒为，小包裹与传送带间的动摩擦因数。取重力加速度，，。求： （1）小包裹相对传送带滑动时加速度的大小a； （2）小包裹通过传送带所需的时间t； （3）因为传递小包裹电动机多消耗的能量。 知识点2 能量转移或转化的方向性 1．一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的。 2．能量的耗散 (1)定义：燃料燃烧时一旦把热量释放出去，就不会再次自动聚集起来供人类重新利用；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，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，在能源的利用过程中，能量在数量上虽未减少，但在可利用的品质上降低了，从便于利用的能源变成不便于利用的能源。 (3)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 随学随练 ．一种叫作“压电陶瓷”的电子元件，当对它挤压或拉伸时，它的两端就会形成一定的电压，这种现象称为压电效应。一种燃气打火机，就是应用了该元件的压电效应制成的。只要用大拇指压一下打火机上的按钮，压电陶瓷片就会产生10kV~20kV的高压，形成火花放电，从而点燃可燃气体。上述过程中，压电陶瓷片完成的能量转化是（　　） A．化学能转化为电能 B．内能转化为电能 C．光能转化为电能 D．机械能转化为电能 题型 能量守恒 ．．2022年12月，我国“西电东送”的国家重大工程——口鹤滩水电站全部机组投产发电，如图所示。白鹤滩水电站位于金沙江干流河段上，坝址平均流量Q=1.3×1011m3，共安装16台单机容量为100万千瓦的水轮发电机组，每台发电机组平均发电时间为3.6×103h。若白鹤滩水电站大坝蓄水水面与水轮机组位置的高度差H=200m，已知火电每发一度电大约需排放二氧化碳1kg，水的密度=1.0×103kg/m3，重力加速度g=10m/s2.，求： (1)相比于同功率的火电厂，每年可减少二氧化碳的排放量； (2)白鹤滩水电站将水能转化为电能的效率（结果保留3位有效数字）。 活学活用 1.一辆电动小车上的光伏电池，将太阳能转换成的电能全部给电动机供电，刚好维持小车以速度v匀速运动，此时电动机的效率为。已知小车的质量为m，运动过程中受到的阻力（k为常量），该光伏电池的光电转换效率为，则光伏电池单位时间内获得的太阳能为（　　） A． B． C． D． 2．如图，一固定的四分之一光滑圆弧轨道与逆时针匀速转动的水平传送带平滑连接于Q点，圆弧轨道半径为R。质量为m的小滑块自圆弧轨道最高点P由静止释放，滑块在传送带上运动一段时间后返回圆弧轨道，第一次上升的最高点距Q点高度为。重力加速度为g。下说法正确的是（    ） A．传送带匀速转动的速度大小为 B．小滑块第二次上升的最高点距Q点高度为 C．小滑块第一次与第二次经过圆弧轨道的Q点时加速度之比为 D．小滑块第一次在传送带上运动的整个过程中产生的热量为 题型 能量转化的方向 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 活学活用 1．能源是人类活动的物质基础，从某种意义上讲，人类社会的发展离不开能源。下列关于能源的理解正确的是（　　） A．根据能量守恒定律可知，人类可利用的能源是取之不尽的 B．电脑长时间不用时，使其待机比较节能 C．太阳能电池板是将光能转化为电能 D．只要能源可利用，开发时不必考虑其他因素 2．（多选）下列关于能源耗散的说法正确的是（　　） A．能量耗散使能的总量减少，违背了能量守恒定律 B．能量耗散是指耗散在环境中的内能很难被人类利用 C．各种形式的能量向内能的转化，是能够自动全额发生的 D．能量耗散导致能量品质的降低 1． 。 基础通关 1．下列家用电器工作时，电能主要转化为内能的是（　　） A．电烙铁 B．电风扇 C．洗衣机 D．电视机 2．下列做法，可节约用电的是（     ） A．将LED更换为白炽灯 B．电器长时间不用时，关闭其电源 C．频繁开关冰箱门 D．炎热夏天在办公室使用空调时，温度设置为18℃ 3．如图所示，一小孩从公园中粗糙的滑梯上自由加速滑下，其能量的变化情况是（　　）    A．重力势能减小，动能不变，机械能减小，总能量减小 B．重力势能减小，动能增加，机械能减小，总能量不变 C．重力势能减小，动能不变，机械能增加，总能量增加 D．重力势能减小，动能增加，机械能守恒，总能量不变 4．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 5．由于4月梅州连日强降雨，蕉岭县长潭水库泄洪闸孔全开泄洪。如图所示，已知泄洪流量为，水位落差100m，水的密度为泄洪时，水流的重力势能有25%转化为电能，取 ，按照以上数据估算发电站的发电功率是（　　） A． B． C． D． 6．2022年6月30日位于浙江安吉的长龙山抽水蓄能电站全部机组正式投产发电。该项目是华东地区最大的抽水蓄能电站，主要承担整个华东电网调峰、填谷的双倍调峰功能。电站在电网用电低谷时将水抽到高处，在电网用电高峰时再利用水能发电，平均用4度谷电能换3度峰电。电站每年可生产清洁电能2.435×109kwh。已知峰电价格0.50元，谷电价格0.30元。下列说法正确的是（　　） A．水能是不可再生能源 B．该电站产生的电能小于消耗的电能，从经济的角度没有实际意义 C．电站实现电能转化为势能储存，需要时再转化为电能，说明能量不仅数量上守恒，在可利用的品质上也不变 D．电站每年发电直接产生的经济效益约为2.435×104万元 7．如图所示为某地一风力发电机，它的叶片转动时可形成半径为20m的圆面。某时间内该地区的风速是，风向恰好跟叶片转动的圆面垂直，已知空气的密度为，假如这个风力发电机能将此圆内的空气动能转化为电能，取3。下列说法正确的是（　　） A．图中A点的线速度与B点的线速度相等 B．此风力发电机发电的功率为 C．若叶片半径变为原来的2倍，则风力发电机发电的功率变为原来的2倍 D．若风速变为原来的2倍，则风力发电机发电的功率变为原来的4倍 8．嘉兴火车站被誉为“森林中的火车站”，还是一座会发电的火车站。车站屋顶铺设了1.2万块面积均为0.72m2的光伏组件，发电总功率最大约为1.2×106W。已知太阳辐射的总功率约为4×1026J/s，太阳与地球之间的距离约为1.5×1011m，因大气的影响，阳光垂直射到地面附近的能量约为太阳辐射到地球能量的一半，则（　　） A．一块光伏组件接收到的太阳辐射功率约为100W B．单位时间内太阳垂直射到地面附近单位面积的能量约为2800J C．该光伏组件的光电转换效率约为20% D．一块光伏组件工作一天可发电约2.4kWh 9．如图甲所示，某海湾水面面积较大，现利用这个海湾修建一座水坝。若涨潮后关上水坝下方通道的闸门，可使水位保持在20m不变。返潮时，坝外水位降至16m。假如利用此水坝建水力发电站（水流经通道即可带动发电机工作），且重力势能转化为电能的效率是25%，每天有两次涨潮、两次退潮，海水的密度约为1.0103kg/m3。如图乙所示，涨潮和退潮时水流都能推动水轮机发电，该电站一天大约能发电9.61010J，取g=10m/s2，则该海湾水面面积约为（　　） A．1.0106m2 B．1.2106m2 C．2.4106m2 D．4.8106m2 10．（多选）细绳一端固定在天花板上，另一端拴一质量为m的小球，如图所示。使小球在竖直平面内摆动，经过一段时间后，小球停止摆动，下列说法正确的是（　　） A．小球机械能不守恒 B．小球能量正在消失 C．小球摆动过程中，只有动能和重力势能在相互转化 D．总能量守恒，但小球的机械能减少 素养提升 1．（24-25高二上·湖南·月考）如图所示，水平传送带长L = 2.5 m，其右端与一半径r = 0.5 m的光滑半圆轨道平滑相接，传送带以v = 6 m/s的速度顺时针转动，某时刻轻放一质量m = 1 kg的小物块（可视为质点）于传送带最左端，小物块经过圆弧轨道最低点A后恰好能达到最高点B，g = 10 m/s2。在上述过程中，下列说法正确的是（　　） A．小物块在A点受到的支持力为50 N B．摩擦力对小物块做的功为18 J C．小物块与传送带之间的动摩擦因数为0.6 D．整个系统产生的热量为17.5 J 2．（2023高一下·福建莆田·期中）如图所示，竖直平面内四分之一圆弧轨道AP和水平传送带PC相切于P点，圆弧轨道的圆心为O，半径为R=2m。小耿同学让一质量为m=1kg的小物块从圆弧顶点A由静止开始沿轨道下滑，再滑上传送带PC，传送带以速度v=4m/s沿逆时针方向的转动。小物块与传送带间的动摩擦因数为，滑块第一次滑到传送带上离P点2.5m处速度为零，不计物体经过圆弧轨道与传送带连接处P时的机械能损失，重力加速度g取。则（　　） A．滑块从A开始下滑到P点过程机械能守恒 B．滑块再次回到P点时的速度为4m/s C．滑块第一次在传送带上运动由于摩擦产生的热量为31.5J D．滑块第一次在传送带上运动而使电动机额外多做的功为36J 3．（22-23高三上·河北沧州·期末）为了保证乘客的安全，通常情况下在进入火车站前应对旅客携带的物品安检，安检时将物品无初速度地放到沿水平方向向右传送的运输带一端，已知运输带以恒定的速度匀速传动，如图甲所示，整个过程中物品的速度随时间的变化规律如图乙所示。物品可视为质点，且质量为，运输带两端相距，经测量该物品在运输带上留下了一条长为的划痕，重力加速度g取。则下列说法正确的是（　　） A．整个过程中，物品始终受到向右的摩擦力 B．物品与运输带间的动摩擦因数为0.25 C．运输带对物品摩擦力的冲量大小为 D．整个过程因传送该物品多消耗的电能为 4.（多选）如图为装在屋顶上的太阳能电池板，每块电池板的面积为2m2。晴天时，电池板每平方米每分钟接收到的太阳能为6×104J，电池板的光电转化效率为25%。以下说法不正确的是（　　） A．太阳能为可再生能源 B．电池板的光电转化效率25%表示此过程能量不守恒 C．晴天时太阳照射2h，每块电池板的产生的电能1.44×107J D．晴天时的一天，一块电池板产生的电能可以提供十盏60W的白炽灯正常工作20小时 5．（2026·广东·一模）图甲是风力发电机的发电原理简化图，水平风力推动叶片转轴a低速旋转，通过齿轮升速箱使转轴b高速旋转，驱动发电机的线圈同步转动，实现将机械能转化为电能的过程。某型号的风力发电机叶片旋转半径为40m，调整其叶尖速比（叶片尖端线速度与自然风速的比值），可以优化发电效率。 (1)已知自然风速为20m/s，叶尖速比为4时，转轴b的转速为，求齿轮升速箱使转轴b的转速提高到a的多少倍； (2)线圈发电功率与自然风速的关系如图乙，自然风可认为垂直叶片组所在平面吹入，叶片旋转一圈所扫过的面积为风吹入的有效面积，已知空气密度为，取。当风速为10m/s时，求： ①1min内通过有效面积的风的总动能； ②该风力发电机的发电效率。 迁移创新 1．如图为位于竖直平面内的弹射装置示意图，装置的中间是与水平面成θ=37°角的斜面，斜面左端是足够长的光滑水平面，在B点水平面与斜面平滑对接，右端是半径R=m的光滑圆弧轨道，轨道最高点D切线水平，最低点与斜面最高点相切于C点。图中轻质弹簧左端固定，右端放一质量m=0.2kg的物块，已知物块与斜面之间的动摩擦因数μ=0.2，斜面顶端C点在水平面上的投影点为E，BE长L=m。开始时将物块压缩弹簧至A点由静止释放，物块经过圆弧最高点D，恰好落在斜面底端B点。不计空气阻力，物块可视为质点，g取10m/s2，sin37°=0.6，cos37°=0.8。 （1）求物块运动到圆弧最高点D时对轨道的压力大小。 （2）求弹簧在A点的弹性势能（保留到小数点后一位）。 （3）若圆弧轨道上的F点与圆心的连线与水平半径成θ=37°角，更换弹簧后同样将物块弹出，物块经过圆弧轨道上的F点恰好脱离轨道，则弹簧在A点的弹性势能为多少? 2．太阳能电池发出的电储存在蓄电池中，每节蓄电池的电动势为6V，内阻为1Ω，若用蓄电池组对一用电器（额定电压为24V，额定电流为0.6A）供电，求： (1)用电器的额定功率P额； (2)若用6节蓄电池串联供电，电路中还需要一个定值电阻来分压，求这个电阻的阻值R； (3)若太阳能电池板面积为，中午正对太阳光时发电功率为，电池板将太阳能转化为电能的效率为，太阳光经过大气层时，约一半的能量能够到达地面，已知日地距离为r，求太阳辐射的总功率P。球的面积公式，球的体积公式 学科网（北京）股份有限公司1 / 10 学科网（北京）股份有限公司 $ 第四章 能源与可持续发展 1. 能量 能量守恒定律 课标要点 1．理解能量守恒定律。 2．理解能量转移或转化的方向性，了解什么是能量的耗散和品质降低，增强节约能源的意识。 学习重难点 重点：认识能量守恒定律的重大意义，掌握能量守恒定律的内容 难点：会用能量守恒的观点分析、解决实际问题。 写 知识点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，在转化或转移的过程中，能量的总量保持不变。 随学随练 如图所示，机场地勤人员利用传送带往飞机上运送行李，传送带与水平面间的夹角，转轴间距。地勤人员将质量的小包裹（可视为质点）轻轻放在传送带底端。已知传送带运行速率恒为，小包裹与传送带间的动摩擦因数。取重力加速度，，。求： （1）小包裹相对传送带滑动时加速度的大小a； （2）小包裹通过传送带所需的时间t； （3）因为传递小包裹电动机多消耗的能量。 【答案】（1）；（2）；（3） 【详解】（1）开始时，小包裹的速度为零，则摩擦力方向向上，由牛顿第二定律得 代入数据解得 （2）设经过时间与传动带共速，则有 此段时间内小包裹的位移 小包裹与传送带共速后，由于 小包裹相对于传动带静止，两者一起向上匀速运动，则位移为 时间为 小包裹通过传送带所需的时间 （3）传递小包裹电动机多消耗的能量为开始滑动产生的热量和小包裹增加的机械能。开始滑动时产生的热量等于摩擦力所做的功，则 小包裹增加的机械能为 传递小包裹电动机多消耗的能量为 知识点2 能量转移或转化的方向性 1．一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的。 2．能量的耗散 (1)定义：燃料燃烧时一旦把热量释放出去，就不会再次自动聚集起来供人类重新利用；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，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，在能源的利用过程中，能量在数量上虽未减少，但在可利用的品质上降低了，从便于利用的能源变成不便于利用的能源。 (3)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 随学随练 ．一种叫作“压电陶瓷”的电子元件，当对它挤压或拉伸时，它的两端就会形成一定的电压，这种现象称为压电效应。一种燃气打火机，就是应用了该元件的压电效应制成的。只要用大拇指压一下打火机上的按钮，压电陶瓷片就会产生10kV~20kV的高压，形成火花放电，从而点燃可燃气体。上述过程中，压电陶瓷片完成的能量转化是（　　） A．化学能转化为电能 B．内能转化为电能 C．光能转化为电能 D．机械能转化为电能 【答案】D 【详解】压电陶瓷片能量转化前要消耗机械能（大拇指压一下打火机上的按钮），转化后得到了电能（产生10kV~20kV的高压，形成火花放电），故ABC错误，D正确。 故选D。 题型 能量守恒 ．．2022年12月，我国“西电东送”的国家重大工程——口鹤滩水电站全部机组投产发电，如图所示。白鹤滩水电站位于金沙江干流河段上，坝址平均流量Q=1.3×1011m3，共安装16台单机容量为100万千瓦的水轮发电机组，每台发电机组平均发电时间为3.6×103h。若白鹤滩水电站大坝蓄水水面与水轮机组位置的高度差H=200m，已知火电每发一度电大约需排放二氧化碳1kg，水的密度=1.0×103kg/m3，重力加速度g=10m/s2.，求： (1)相比于同功率的火电厂，每年可减少二氧化碳的排放量； (2)白鹤滩水电站将水能转化为电能的效率（结果保留3位有效数字）。 【答案】(1) (2) 【分析】本题主要分析清楚能量的转化过程，即水的重力势能转化为电能，以及转化效率的简单计算。 【详解】（1）依题意，水电站所有发电机组每年的发电总量为 故每年减少二氧化碳的排放量为 （2）每年平均流过坝址的水的总质量为 下落过程减少的重力势能为 转化为电能的总能量为 故转化为电能的效率为 活学活用 1.一辆电动小车上的光伏电池，将太阳能转换成的电能全部给电动机供电，刚好维持小车以速度v匀速运动，此时电动机的效率为。已知小车的质量为m，运动过程中受到的阻力（k为常量），该光伏电池的光电转换效率为，则光伏电池单位时间内获得的太阳能为（　　） A． B． C． D． 【答案】A 【详解】根据题意小车匀速运动，则有 小车的机械功率 由于电动机的效率为，则有 光伏电池的光电转换效率为，即 可得 故选A。 2．如图，一固定的四分之一光滑圆弧轨道与逆时针匀速转动的水平传送带平滑连接于Q点，圆弧轨道半径为R。质量为m的小滑块自圆弧轨道最高点P由静止释放，滑块在传送带上运动一段时间后返回圆弧轨道，第一次上升的最高点距Q点高度为。重力加速度为g。下说法正确的是（    ） A．传送带匀速转动的速度大小为 B．小滑块第二次上升的最高点距Q点高度为 C．小滑块第一次与第二次经过圆弧轨道的Q点时加速度之比为 D．小滑块第一次在传送带上运动的整个过程中产生的热量为 【答案】D 【详解】A．小滑块在传送带上先向右减速运动，减速到0，在传送带上向左先加速，和传送带共速后匀速运动，返回时第一次上升的最高点距N点高度为，由 可得传送带匀速传动的速度 故A错误； B．之后小滑块一直重复运动，小滑块在传送带上先向右减速运动，减速到0，返回时在传送带上向左先加速，和传送带共速后匀速运动，所以滑块不会静止，返回时上升的最高点距N点高度始终为，故B错误； C．小滑块自圆弧轨道最高点P由静止释放，在圆弧轨道下滑，由机械能守恒定律 解得到达Q点时速度为 小滑块第二次经过圆弧轨道的Q点时速度为 根据牛顿第二定律Q点时加速度 推得小滑块第一次与第二次经过圆弧轨道的Q点时加速度之比为，故C错误； D．设滑块与传送带之间的动摩擦因数为μ，小滑块第一次在传送带上减速直线运动的时间为 相对传送带的距离为 解得 反向加速直线运动的时间为 相对传送带的位移为 解得 滑块第一次在传送带上运动的整个过程中产生的热量为 解得 故D正确。 故选D。 题型 能量转化的方向 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 【详解】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。 活学活用 1．能源是人类活动的物质基础，从某种意义上讲，人类社会的发展离不开能源。下列关于能源的理解正确的是（　　） A．根据能量守恒定律可知，人类可利用的能源是取之不尽的 B．电脑长时间不用时，使其待机比较节能 C．太阳能电池板是将光能转化为电能 D．只要能源可利用，开发时不必考虑其他因素 【答案】C 【详解】A．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A错误； B．电脑长时间处于待机状态，仍会消耗电能，不节能，故B错误； C．太阳能电池板是将光能转化为电能，储存在电池板中，故C正确； D．能源的开发和利用，必须要同时考虑其对环境的影响，故D错误。 故选C。 2．（多选）下列关于能源耗散的说法正确的是（　　） A．能量耗散使能的总量减少，违背了能量守恒定律 B．能量耗散是指耗散在环境中的内能很难被人类利用 C．各种形式的能量向内能的转化，是能够自动全额发生的 D．能量耗散导致能量品质的降低 【答案】BCD 【详解】AD．能量耗散是能量在转化的过程中有一部分以内能的形式被周围环境吸收，遵守能量守恒定律，但使得能量品质降低，选项A错误，选项D正确； B．耗散的内能很难再被利用，选项B正确； C．其他形式的能在一定的条件下可以全部转化为内能，但相反过程却不能够全额进行，选项C正确。 故选BCD。 1． 。 基础通关 1．下列家用电器工作时，电能主要转化为内能的是（　　） A．电烙铁 B．电风扇 C．洗衣机 D．电视机 【答案】A 【详解】A．在常见的家用电器中，电烙铁把电能转化为内能，故A正确； B．电风扇主要部件是电动机，把电能转化为机械能，有很少一部分转化为内能，故B错误； C．洗衣机主要是把电能转化为机械能，故C错误； D．电视机主要是把电能转化为声能和光能，故D错误。 故选A。 泡。 2．下列做法，可节约用电的是（     ） A．将LED更换为白炽灯 B．电器长时间不用时，关闭其电源 C．频繁开关冰箱门 D．炎热夏天在办公室使用空调时，温度设置为18℃ 【答案】B 【详解】A．LED灯是将电能直接转化为光能，能量利用率高，而白炽灯时通光电热丝发热而产生光能，更多的将电能转化为了热能，能量利用率低，因此，将LED更换为白炽灯更耗能，故A错误； B．电器长时间不用时，关闭其电源，避免能量损耗，故B正确； C．频繁开关冰箱门，导致冰箱压缩机频繁启动，浪费电能，故C错误； D．炎热夏天在办公室使用空调时，温度设置为18℃，压缩机会持续工作以达到设定温度，从而消耗更多的电能，因此应将温度设定高些，故D错误。 故选B。 3．如图所示，一小孩从公园中粗糙的滑梯上自由加速滑下，其能量的变化情况是（　　）    A．重力势能减小，动能不变，机械能减小，总能量减小 B．重力势能减小，动能增加，机械能减小，总能量不变 C．重力势能减小，动能不变，机械能增加，总能量增加 D．重力势能减小，动能增加，机械能守恒，总能量不变 【答案】B 【详解】小孩从公园中粗糙的滑梯上自由加速滑下，高度不断减小，重力做正功，重力势能减小，小孩加速下滑，小孩的动能增大。小孩在下滑过程中克服摩擦力做功，一部分机械能转化为内能，机械能减小，总能量不会凭空产生和消失，总能量不变。 故选B。 4．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 【答案】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。 5．由于4月梅州连日强降雨，蕉岭县长潭水库泄洪闸孔全开泄洪。如图所示，已知泄洪流量为，水位落差100m，水的密度为泄洪时，水流的重力势能有25%转化为电能，取 ，按照以上数据估算发电站的发电功率是（　　） A． B． C． D． 【答案】A 【详解】由题意可知t时间内流水的体积 发电功率为 代入数据可得 故选A。 6．2022年6月30日位于浙江安吉的长龙山抽水蓄能电站全部机组正式投产发电。该项目是华东地区最大的抽水蓄能电站，主要承担整个华东电网调峰、填谷的双倍调峰功能。电站在电网用电低谷时将水抽到高处，在电网用电高峰时再利用水能发电，平均用4度谷电能换3度峰电。电站每年可生产清洁电能2.435×109kwh。已知峰电价格0.50元，谷电价格0.30元。下列说法正确的是（　　） A．水能是不可再生能源 B．该电站产生的电能小于消耗的电能，从经济的角度没有实际意义 C．电站实现电能转化为势能储存，需要时再转化为电能，说明能量不仅数量上守恒，在可利用的品质上也不变 D．电站每年发电直接产生的经济效益约为2.435×104万元 【答案】D 【详解】A．水能是可再生能源，故A错误； B．虽然该电站产生的电能小于消耗的电能，消耗4度谷电能换3度峰电，但峰电价格0.50元，谷电价格0.30元，则可知每4度谷电能换3度峰电产生的直接经济效益为元，因此从经济的角度是有意义的，故B错误； C．电站实现电能转化为势能储存，在转化的过程中，虽然能量是守恒的，但有一部分能量被耗散，不能实现百分之百的转化，而需要时再转化为电能的量减少了，利用的品质下降了，故C错误； D．电站每年可生产清洁电能 则需要消耗的电能为 直接产生的经济效益为 故D正确。 故选D。 7．如图所示为某地一风力发电机，它的叶片转动时可形成半径为20m的圆面。某时间内该地区的风速是，风向恰好跟叶片转动的圆面垂直，已知空气的密度为，假如这个风力发电机能将此圆内的空气动能转化为电能，取3。下列说法正确的是（　　） A．图中A点的线速度与B点的线速度相等 B．此风力发电机发电的功率为 C．若叶片半径变为原来的2倍，则风力发电机发电的功率变为原来的2倍 D．若风速变为原来的2倍，则风力发电机发电的功率变为原来的4倍 【答案】B 【详解】A．A点和B点同轴转动，角速度相等，但A点半径大于B点半径，所以A点的线速度大于B点的线速度，故A错误； B．时间内通过圆内的空气动能为 则此风力发电机发电的功率为 故B正确； CD．根据 若叶片半径变为原来的2倍，则风力发电机发电的功率变为原来的4倍；若风速变为原来的2倍，则风力发电机发电的功率变为原来的8倍，故CD错误。 故选B。 8．嘉兴火车站被誉为“森林中的火车站”，还是一座会发电的火车站。车站屋顶铺设了1.2万块面积均为0.72m2的光伏组件，发电总功率最大约为1.2×106W。已知太阳辐射的总功率约为4×1026J/s，太阳与地球之间的距离约为1.5×1011m，因大气的影响，阳光垂直射到地面附近的能量约为太阳辐射到地球能量的一半，则（　　） A．一块光伏组件接收到的太阳辐射功率约为100W B．单位时间内太阳垂直射到地面附近单位面积的能量约为2800J C．该光伏组件的光电转换效率约为20% D．一块光伏组件工作一天可发电约2.4kWh 【答案】C 【详解】AB．单位时间内太阳垂直射到地面附近单位面积的能量约为 一块光伏组件接收到的太阳辐射功率约为 AB错误； C．一块光伏组件的发电功率为 该光伏组件的光电转换效率约为 C正确； D．一块光伏组件工作一天可发电约 D错误。 故选C。 9．如图甲所示，某海湾水面面积较大，现利用这个海湾修建一座水坝。若涨潮后关上水坝下方通道的闸门，可使水位保持在20m不变。返潮时，坝外水位降至16m。假如利用此水坝建水力发电站（水流经通道即可带动发电机工作），且重力势能转化为电能的效率是25%，每天有两次涨潮、两次退潮，海水的密度约为1.0103kg/m3。如图乙所示，涨潮和退潮时水流都能推动水轮机发电，该电站一天大约能发电9.61010J，取g=10m/s2，则该海湾水面面积约为（　　） A．1.0106m2 B．1.2106m2 C．2.4106m2 D．4.8106m2 【答案】B 【详解】由于海洋很大，大坝外的海平面高度在海水流入、流出水库过程中几乎不变，故发电时水减少的重力势能 一天发电四次，转化成的电能 其中h=4m、代入题中数据解得 故选B。 10．（多选）细绳一端固定在天花板上，另一端拴一质量为m的小球，如图所示。使小球在竖直平面内摆动，经过一段时间后，小球停止摆动，下列说法正确的是（　　） A．小球机械能不守恒 B．小球能量正在消失 C．小球摆动过程中，只有动能和重力势能在相互转化 D．总能量守恒，但小球的机械能减少 【答案】AD 【详解】A．小球在竖直平面内摆动，经过一段时间后，小球停止摆动，说明机械能通过克服阻力做功不断地转化为内能，即机械能不守恒，故A正确； B．小球的机械能转化为内能，能量的种类变了，但能量不会消失，故B错误； CD．小球长时间摆动过程中，重力势能和动能相互转化的同时，机械能不断地转化为内能，故摆动的幅度越来越小，但总能量守恒，故C错误，D正确。 故选AD。 素养提升 1．（24-25高二上·湖南·月考）如图所示，水平传送带长L = 2.5 m，其右端与一半径r = 0.5 m的光滑半圆轨道平滑相接，传送带以v = 6 m/s的速度顺时针转动，某时刻轻放一质量m = 1 kg的小物块（可视为质点）于传送带最左端，小物块经过圆弧轨道最低点A后恰好能达到最高点B，g = 10 m/s2。在上述过程中，下列说法正确的是（　　） A．小物块在A点受到的支持力为50 N B．摩擦力对小物块做的功为18 J C．小物块与传送带之间的动摩擦因数为0.6 D．整个系统产生的热量为17.5 J 【答案】D 【详解】A．由小物块恰好能通过圆轨道最高点，由牛顿第二定律 可得 从A点到B点运动过程中，由动能定理 解得 在A点对物块由牛顿第二定律 解得在A点物块受到的支持力 A错误； B．因为 所以物块在传送带上一直做匀加速直线运动，由动能定理可得，摩擦力对物块做的功为 B错误； C．根据 可求得 C错误； D．由运动学公式得，物块从传送带左端运动到右端的时间为 在1 s时间内传送带运动的位移为 则传送带与物块的相对位移为 系统产生的热量为 D正确。 故选D。 2．（2023高一下·福建莆田·期中）如图所示，竖直平面内四分之一圆弧轨道AP和水平传送带PC相切于P点，圆弧轨道的圆心为O，半径为R=2m。小耿同学让一质量为m=1kg的小物块从圆弧顶点A由静止开始沿轨道下滑，再滑上传送带PC，传送带以速度v=4m/s沿逆时针方向的转动。小物块与传送带间的动摩擦因数为，滑块第一次滑到传送带上离P点2.5m处速度为零，不计物体经过圆弧轨道与传送带连接处P时的机械能损失，重力加速度g取。则（　　） A．滑块从A开始下滑到P点过程机械能守恒 B．滑块再次回到P点时的速度为4m/s C．滑块第一次在传送带上运动由于摩擦产生的热量为31.5J D．滑块第一次在传送带上运动而使电动机额外多做的功为36J 【答案】BD 【详解】A．设滑块第一次滑到传送带上P点的速度为，则根据动能定理可得 解得 若滑块从A开始下滑到P点过程机械能守恒，则有 解得 可知 因此滑块从A开始下滑到P点过程机械能不守恒，故A错误； B．设滑块返回过程的加速度为，加速到和传送带共速时的位移为，则有 ， 解得 可知，小物块在到达P点前已经与传送带共速，因此可知，小物块再次回到P点时的速度为4m/s，故B正确； C．设滑块第一次在传送带上运动直至速度减为零所用的时间为，可知 此阶段传送带的位移为 物块下滑后与传送带运动方向相反，则相对位移为 物块速度减为零后反向加速，设加速的时间为，则有 此段时间物块和传送带运动方向相同，设传送带的位移为，有 则可得返回过程中的相对位移为 则可知由于摩擦产生的热量为 故C错误； D．根据功能关系可知，滑块第一次在传送带上运动而使电动机额外多做的功为 故D正确。 故选BD。 3．（22-23高三上·河北沧州·期末）为了保证乘客的安全，通常情况下在进入火车站前应对旅客携带的物品安检，安检时将物品无初速度地放到沿水平方向向右传送的运输带一端，已知运输带以恒定的速度匀速传动，如图甲所示，整个过程中物品的速度随时间的变化规律如图乙所示。物品可视为质点，且质量为，运输带两端相距，经测量该物品在运输带上留下了一条长为的划痕，重力加速度g取。则下列说法正确的是（　　） A．整个过程中，物品始终受到向右的摩擦力 B．物品与运输带间的动摩擦因数为0.25 C．运输带对物品摩擦力的冲量大小为 D．整个过程因传送该物品多消耗的电能为 【答案】BC 【详解】A．由图乙可知，物品在内做匀加速直线运动，则运输带对物品的摩擦力为滑动摩擦力，方向沿运输带水平向右；末物品与运输带具有相同的速度，则的时间内物品所受的摩擦力为零，故A错误； B．在内物品加速的位移为 物品匀速的位移为 在内运输带的位移为 又 由以上可解得 则物品加速时的加速度大小为 由牛顿第二定律得 代入数据解得 故B正确； C．物体在运输带上加速时受摩擦力的作用，匀速时不受摩擦力，则运输带对物品摩擦力的冲量为 故C正确； D．由能量守恒定律得因传送物品多消耗的电能为 故D错误。 故选BC。 4.（多选）如图为装在屋顶上的太阳能电池板，每块电池板的面积为2m2。晴天时，电池板每平方米每分钟接收到的太阳能为6×104J，电池板的光电转化效率为25%。以下说法不正确的是（　　） A．太阳能为可再生能源 B．电池板的光电转化效率25%表示此过程能量不守恒 C．晴天时太阳照射2h，每块电池板的产生的电能1.44×107J D．晴天时的一天，一块电池板产生的电能可以提供十盏60W的白炽灯正常工作20小时 【答案】BCD 【详解】A．太阳能可以从自然界里源源不断的得到补充，属于可再生能源，故A正确，不符题意； B．电池板的光电转化效率25%只是表示太阳能有25%能转化成电能，并不代表能量不守恒，故B错误，符合题意； C．由题意可知晴天时太阳照射2h，每块电池板的产生的电能 故C错误，符合题意； D．晴天时的一天，日照按8h计算，一块电池板产生的电能为 能让十盏60W的白炽灯工作的时间 故D错误，符合题意。 本题选不正确的，故选BCD 5．（2026·广东·一模）图甲是风力发电机的发电原理简化图，水平风力推动叶片转轴a低速旋转，通过齿轮升速箱使转轴b高速旋转，驱动发电机的线圈同步转动，实现将机械能转化为电能的过程。某型号的风力发电机叶片旋转半径为40m，调整其叶尖速比（叶片尖端线速度与自然风速的比值），可以优化发电效率。 (1)已知自然风速为20m/s，叶尖速比为4时，转轴b的转速为，求齿轮升速箱使转轴b的转速提高到a的多少倍； (2)线圈发电功率与自然风速的关系如图乙，自然风可认为垂直叶片组所在平面吹入，叶片旋转一圈所扫过的面积为风吹入的有效面积，已知空气密度为，取。当风速为10m/s时，求： ①1min内通过有效面积的风的总动能； ②该风力发电机的发电效率。 【答案】(1) (2)①；② 【详解】（1）根据题意有 又， ， 联立并代入数据，解得 （2）①有效面积 在t时间内通过叶片的风的总质量 t时间内通过叶片的风的总动能 联立并代入数据，解得内风的总动能 ②发电效率 内发电量 由图乙可知 联立并代入数据，解得 迁移创新 1．如图为位于竖直平面内的弹射装置示意图，装置的中间是与水平面成θ=37°角的斜面，斜面左端是足够长的光滑水平面，在B点水平面与斜面平滑对接，右端是半径R=m的光滑圆弧轨道，轨道最高点D切线水平，最低点与斜面最高点相切于C点。图中轻质弹簧左端固定，右端放一质量m=0.2kg的物块，已知物块与斜面之间的动摩擦因数μ=0.2，斜面顶端C点在水平面上的投影点为E，BE长L=m。开始时将物块压缩弹簧至A点由静止释放，物块经过圆弧最高点D，恰好落在斜面底端B点。不计空气阻力，物块可视为质点，g取10m/s2，sin37°=0.6，cos37°=0.8。 （1）求物块运动到圆弧最高点D时对轨道的压力大小。 （2）求弹簧在A点的弹性势能（保留到小数点后一位）。 （3）若圆弧轨道上的F点与圆心的连线与水平半径成θ=37°角，更换弹簧后同样将物块弹出，物块经过圆弧轨道上的F点恰好脱离轨道，则弹簧在A点的弹性势能为多少? 【答案】（1）7.0N；（2）14.6J；（3）12.0J 【详解】（1）物块从D点到B点过程，由平抛运动规律得 L-Rsin37°=vDt Ltan37°+R（1+cos37°）=gt2 联立解得 vD=5m/s 在D点，由牛顿第二定律得 FD+mg=m 解得 FD=7.0N 由牛顿第三定律得，在D点，物块对轨道的压力大小为7.0N； （2）从A到D过程，由能量守恒可得 Ep=mgLtan37°+mgR（1+cos37°）+μmgcos37°· 代入数值得弹簧在A点的弹性势能为 Ep=14.6J （3）在F点，物块恰好脱离轨道，轨道对物块支持力为零，由牛顿第二定律得 mgsin37°=m 由能量守恒可得 Ep'=mgLtan37°+mgR（sin37°+cos37°）+μmgcos37°· 联立解得 Ep'=12.0J 2．太阳能电池发出的电储存在蓄电池中，每节蓄电池的电动势为6V，内阻为1Ω，若用蓄电池组对一用电器（额定电压为24V，额定电流为0.6A）供电，求： (1)用电器的额定功率P额； (2)若用6节蓄电池串联供电，电路中还需要一个定值电阻来分压，求这个电阻的阻值R； (3)若太阳能电池板面积为，中午正对太阳光时发电功率为，电池板将太阳能转化为电能的效率为，太阳光经过大气层时，约一半的能量能够到达地面，已知日地距离为r，求太阳辐射的总功率P。球的面积公式，球的体积公式 【答案】(1)14.4W (2)14Ω (3) 【详解】（1）用电器的额定功率为 解得 P额=14.4W （2）电池的内电压为 分压电阻两端的电压为 分压电阻的阻值为 解得 （3）将太阳辐射能量认为均匀分布在以日地间距为半径的球面上，则有 解得 3 学科网（北京）股份有限公司1 / 10 学科网（北京）股份有限公司 $