5.3 能量的转化与守恒（重难点专练）物理粤教版必修第三册

**基本信息** 以“概念-方法-应用”为主线，系统构建能量转化与守恒的解题体系，融合物理观念与科学思维 **专项设计** |模块|题量/典例|方法提炼|知识逻辑| |----|-----------|----------|----------| |辨别能量形式与转化转移|5题（含太阳能电扇等实例）|初始末态能量对比→转化/转移判断→兼顾内能损耗|从能量形式（机械能等）到转化与转移的本质区分| |能量守恒定律概念辨析|5题（含绞车等模型）|抓“凭空产生/消失”关键词→区分单种与总能量|守恒定律内容→普适性→永动机错误原因推导| |能量转化方向性与耗散|5题（含风电场等情境）|两类永动机规律区分→自发过程方向判断|守恒定律延伸→方向性约束→能源危机成因| |能量守恒定量计算|5题（含水电站等应用）|系统能量增减分析→ΔE减=ΔE增等式建立|定性辨析到定量应用，含摩擦内能损耗计算|

5.3能量的转化与守恒 题型01 辨别能量的形式、区分转化与转移 题型02 能量守恒定律概念辨析 题型03 能量转化的方向性、能量耗散辨析 题型04 能量守恒定律的简单定量计算 ▌题型01 辨别能量的形式、区分转化与转移 一、核心知识 1. 常见能量形式：机械能、内能、电磁能、化学能、核能。 2. 转化：能量的种类发生改变；转移：能量形式不变，能量从一个物体传到另一个物体。 3. 很多过程同时存在主、次要多重能量变化，摩擦、散热会产生内能损耗。 二、解题方法 1. 确定过程的初始能量、末态能量； 2. 对比前后能量种类是否改变，判断是转化还是转移； 3. 不要只看有用能量，要兼顾发热损耗的内能。 三、思维方法 全局看待物理过程，不只盯着输出的有用能量，损耗的内能也是能量变化的一部分。 1.C 2.A D 3.D 4.【答案】（1）重力、支持力、牵引力和阻力；（2）机械能（或动能）和内能；（3）提高发动机的功率，改善外观设计减少空气阻力，保证功率的情况下选用更轻更坚固的新型材料减轻车身重量等。 【详解】（1）受力分析可知，环保汽车自身重力、地面支持力、发动机牵引力和阻力作用； （2）根据能量守恒定律可知，电池的电能一部分转化为汽车的机械能（或动能），另外一部分转化为内能； （3）提高发动机的功率，改善外观设计减少空气阻力，保证功率的情况下选用更轻更坚固的新型材料减轻车身重量等。 5.【答案】见解析 【详解】（1）被拉长的橡皮筋具有弹性势能； （2）被拦河坝挡住的河水具有重力势能； （3）正在空中下落的伞兵具有动能和重力势能； （4）在路上行走的人具有动能； （5）被拧紧的钟表发条具有弹性势能； （6）被抽水机抽到高处的水具有重力势能。 ▌题型02 能量守恒定律概念辨析 一、核心知识 1. 内容：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到别的物体；在转化和转移过程中总能量保持不变。 2. 普适规律，一切物理过程都适用；第一类永动机不可能实现，违背能量守恒定律。 3. 注意：某一种形式的能量可以增加或者减少，只是能量的总和恒定不变。 二、解题方法 1. 抓住关键词：凭空产生、凭空消失、总能量不变； 2. 区分“某一种能量”和“总能量”，识别错误说法：能量被消耗就消失了； 3. 能够判断第一类永动机错误的根本原因。 三、思维方法 总量守恒思维：能量不会消灭，只会在不同形式之间转换，局部某种能量减少，一定对应别的能量增加。 1.D 2.B 3.D 4.BC 5.AD ▌题型03 能量转化的方向性、能量耗散辨析 一、核心知识 1. 自发的能量转化具有方向性，逆过程不能自发发生。 2. 能量耗散：高品质能量自发变成很难再利用的内能。 3. 第二类永动机不能制成，违背能量转化的方向性，不违背能量守恒定律。 4. 重要结论：总能量守恒，但可用的能源会减少，守恒≠能源用不完。 二、解题方法 1. 分清两类永动机各自违背的规律，不要混淆； 2. 判断过程能不能自发逆向进行，以此检验方向性； 3. 分开审题：能量守恒是总量规律；方向性是实际利用的限制。 三、思维方法 双层角度思考：理论层面总能量守恒；现实使用层面，受方向性约束，不是所有能量都可以回收再利用。 1.B 2.C 3.CD 4.AC 5.【答案】(1) (2) 【详解】（1）根据竖直上抛运动规律 其中 解得主喷口的喷射速度 （2）设时间内喷出水流的质量为，则有 根据能量守恒可得 联立解得 代入数据解得 ▌题型04 能量守恒定律的简单定量计算 一、核心知识 1. 能量守恒定量关系：系统减少的总能量 = 系统增加的总能量，ΔE减=ΔE增。 2. 摩擦做功：机械能减少，转化为内能；电源做功：其他能转化为电能；电热：电能转化为内能。 3. 计算务必包含损耗的内能，不能只算有用的能量。 二、解题方法 1. 选定研究系统，找出系统内所有形式的能量； 2. 找出哪些能量减少、哪些能量增加，建立等式； 3. 不要漏掉摩擦、散热转化的内能。 三、思维方法 系统整体思维，把参与能量交换的物体看作整体；系统内部能量互相转化，整体总能量不变。 1.D 2.B 3.B 4.A 5.C 2 / 2 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 5.3能量的转化与守恒 题型01 辨别能量的形式、区分转化与转移 题型02 能量守恒定律概念辨析 题型03 能量转化的方向性、能量耗散辨析 题型04 能量守恒定律的简单定量计算 ▌题型01 辨别能量的形式、区分转化与转移 一、核心知识 1. 常见能量形式：机械能、内能、电磁能、化学能、核能。 2. 转化：能量的种类发生改变；转移：能量形式不变，能量从一个物体传到另一个物体。 3. 很多过程同时存在主、次要多重能量变化，摩擦、散热会产生内能损耗。 二、解题方法 1. 确定过程的初始能量、末态能量； 2. 对比前后能量种类是否改变，判断是转化还是转移； 3. 不要只看有用能量，要兼顾发热损耗的内能。 三、思维方法 全局看待物理过程，不只盯着输出的有用能量，损耗的内能也是能量变化的一部分。 1．（25-26高二下·全国·课后作业）下列说法中正确的是（　　） A．所有的能量守恒过程都能自发地发生 B．热传递、摩擦生热和气体自由膨胀都是可逆过程 C．世界上有多种形式的能量如煤、石油、生物能等都来自太阳辐射的能量 D．能的转化过程符合能量守恒定律，因此不会发生能源危机 2.（25-26高二上·北京·学业考试真题）有一种带有小电扇的遮阳帽，如图所示。遮阳帽上的小电扇由太阳能电池供电，阳光照射太阳能电池，小电扇就可以转动。 （1）关于太阳能电池和小电扇工作时的能量转化情况，下列说法正确的是（　　） A．太阳能电池将太阳能转化为电能 B．太阳能电池将机械能转化为太阳能 C．小电扇将机械能转化为电能 D．小电扇将电能转化为太阳能 （2）某时刻小电扇的输入电压，电流，其消耗的电功率为（　　） A． B． C． D． 3．（25-26高二上·云南昭通·期中）“化风为电，御风而行”。2023年6月28日，全球首台16兆瓦海上风电机组在三峡集团福建海上风电场顺利完成吊装，并于7月19日成功并网发电（如图）。下列关于能源知识的说法错误的是（　　） A．风能属于可再生能源 B．风力发电实现了空气动能与电能的转化 C．各种不同形式的能量在相互转化的过程中需要做功 D．“兆瓦”是能量单位 4．（20-21高二下·广东珠海·期中）电动汽车（electricvehicle）指使用电能作为动力源，通过电动机驱动行驶的汽车，属于新能源汽车。由于其对环境影响相对传统汽车较小，因而发展前景被广泛看好，但技术尚不成熟。某汽车公司研发出以蓄电池为驱动能源的环保汽车，技术人员正在进行加速性能测试。试简要回答下列问题： （1）该环保汽车以最大速度匀速行驶的过程中受到哪些外力作用？ （2）环保汽车由静止开始刚好加速到最大速度的过程中消耗的电能分别转化为哪些形式的能量？ （3）假如你是设计师，还可以通过怎样设计来提高电动汽车的加速性能？（至少写出两条） 5．（20-21高二·全国·课后作业）下列各物体或人具有哪些形式的能量。 （1）被拉长的橡皮筋 （2）被拦河坝挡住的河水 （3）正在空中下落的伞兵 （4）在路上行走的人 （5）被拧紧的钟表发条 （6）被抽水机抽到高处的水 ▌题型02 能量守恒定律概念辨析 一、核心知识 1. 内容：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到别的物体；在转化和转移过程中总能量保持不变。 2. 普适规律，一切物理过程都适用；第一类永动机不可能实现，违背能量守恒定律。 3. 注意：某一种形式的能量可以增加或者减少，只是能量的总和恒定不变。 二、解题方法 1. 抓住关键词：凭空产生、凭空消失、总能量不变； 2. 区分“某一种能量”和“总能量”，识别错误说法：能量被消耗就消失了； 3. 能够判断第一类永动机错误的根本原因。 三、思维方法 总量守恒思维：能量不会消灭，只会在不同形式之间转换，局部某种能量减少，一定对应别的能量增加。 1．（2023·广东佛山·模拟预测）如图甲，绞车记载于北宋曾公亮的《武经总要》，其原理如图乙，将一根圆轴削成同心而半径不同的大小辘轳，其上绕以绳索，绳下加动滑轮，滑轮下挂上重物，人转动把手带动辘轳旋转便可轻松将重物吊起。a、b分别是大小辘轳边缘上的两点。在起吊过程中，下列说法正确的是（　　）。 A．a点的线速度等于b点的线速度 B．人对把手做的功等于重物机械能的增加量 C．滑轮对重物的力与重物的重力是一对作用力与反作用力 D．滑轮会顺时针转动 2．（22-23高三上·河南安阳·期中）科技馆中有一个球体上移的装置，一个球体放在一个架子上，架子是倾斜的，球可以从架子的低处向高处滚动。简化装置如图所示，两条支撑杆是向上抬起的，但是杆间距离在不断增大，在球向高处滚动的过程中，不计—切阻力，下列说法正确的是（　　） A．球的重心升高 B．杆的支持力逐渐增大 C．杆的支持力方向垂直于杆竖直向上 D．违背了能量守恒定律 3．（2021·浙江·模拟预测）如图甲所示，滑沙运动是一项惊险刺激的娱乐活动，可简化为如图乙所示的模型。点是斜面与水平地面的连接处，质量为的物块（可视为质点）从斜面上的点由静止释放，最后停在点。物块与斜面、地面之间的动摩擦因数均为。不计物块经过点时的能量损失；已知，物块在斜面上做匀加速直线运动过程的正中间的位移为，、两点的连线与地面的夹角，重力加速度，，，下列说法正确的是（　　） A．物块沿斜面下滑的加速度大小为 B．物块与接触面间的动摩擦因数为0.8 C．物块的重力势能的减少量小于 D．物块从运动到，因摩擦产生的热量为 4．（20-21高三上·黑龙江鹤岗·阶段检测）如图所示，轻质弹簧的左端固定，并处于自然状态。小物块的质量为m，从A点向左沿水平地面运动，压缩弹簧后被弹回，运动到A点恰好静止。物块向左运动的最大距离为s，与地面间的动摩擦因数为μ，重力加速度为g，弹簧未超出弹性限度。在上述过程中（　　） A．弹簧的最大弹力为μmg B．物块克服摩擦力做的功为2μmgs C．弹簧的最大弹性势能为μmgs D．物块在A点的初速度为 5．（2020·重庆璧山·三模）一辆小车以一定的初速度冲上高度为h、长度为L的斜坡，已知小车的质量为m，小车受到沿斜面向下的阻力为f，则对小车由坡底冲到坡顶的运动过程分析正确的是（　　） A．此过程中小车的动能减少了(mgh+fL) B．此过程中小车的势能增加了(mgh－fL) C．此过程中自然界中的能量减少了fL了 D．此过程中小车的机械能减少fL ▌题型03 能量转化的方向性、能量耗散辨析 一、核心知识 1. 自发的能量转化具有方向性，逆过程不能自发发生。 2. 能量耗散：高品质能量自发变成很难再利用的内能。 3. 第二类永动机不能制成，违背能量转化的方向性，不违背能量守恒定律。 4. 重要结论：总能量守恒，但可用的能源会减少，守恒≠能源用不完。 二、解题方法 1. 分清两类永动机各自违背的规律，不要混淆； 2. 判断过程能不能自发逆向进行，以此检验方向性； 3. 分开审题：能量守恒是总量规律；方向性是实际利用的限制。 三、思维方法 双层角度思考：理论层面总能量守恒；现实使用层面，受方向性约束，不是所有能量都可以回收再利用。 1．（25-26高一下·浙江温州·期末）如图所示为洞头鹿西岛风电场，共有2台风力发电机，叶片转动时可形成半径为50 m的圆面。某时段风速为10 m/s，风向恰好与圆面垂直。已知空气密度为1.2 kg/m3，风力发电机将圆内10%的空气动能转化为电能，π取3。下列说法正确的是（     ） A．每秒冲击每台发电机叶片圆面的气流体积约为7.5×103 m3 B．每秒冲击每台发电机叶片圆面的空气动能约为4.5×106 J C．每台发电机发电功率约为9.0×105 W D．该发电场工作1小时，总发电量约为450 kWh 2．（25-26高二下·浙江嘉兴·期末）塔拉滩曾是青海风沙危害最严重的地区之一。如今建成了全球装机容量最大的光伏发电园区，也是全球重要的清洁能源基地，其总装机功率为，年发电量可达180亿千瓦时。园区内光伏占地约609平方公里，该园区所在区域太阳辐照峰值功率约为，其中标准煤的热量值为 ，标准煤的二氧化碳排放约，则（     ） A．该电站的年均满负载发电小时数约为3000小时 B．该电站的年发电量峰值，与燃烧2.16万吨标准煤所释放的热量相当 C．该电站每年可减少二氧化碳排放约1500万吨 D．该电站将光能转化为电能的平均效率约为25.8% 3．（多选）（25-26高一下·广东广州·期末）如图所示，质量为的电梯在缆绳发生断裂后向下坠落，电梯刚接触井底缓冲弹簧时的速度为，缓冲弹簧被压缩时电梯停止了运动。下落过程中安全钳提供给电梯的滑动摩擦力共为，取，下列说法正确的是（　　） A．电梯刚接触弹簧时速度最大 B．电梯压缩弹簧过程中电梯的加速度一直在减小 C．电梯停止时弹簧的弹性势能为 D．电梯压缩弹簧过程中电梯的机械能减少了 4．（多选）（2026·辽宁沈阳·模拟预测）如图所示，一倾角为的固定粗糙斜面，下端固定一轻质弹簧，弹簧上端位于点。一质量为的小物块从点以某一速度滑下，当物块到达点后将弹簧压缩到点，然后向上返回恰好能回到点。已知长度为，重力加速度为，则下列说法正确的是（     ） A．物块与斜面之间的动摩擦因数为 B．物块与斜面之间的动摩擦因数为 C．弹簧的最大弹性势能为 D．弹簧的最大弹性势能为 5．（25-26高一下·陕西汉中·阶段检测）如图是音乐喷泉喷出水柱的场景，全长220米，中心主喷管直径约为10cm，喷出的水柱高度达125米。假设喷泉电动机的能量全部用来转化为水的动能，不计喷头距水面的高度及空气阻力，水的密度为，取，取3，求： (1)主喷口的喷射速度大小； (2)用于给主喷管喷水的电动机输出功率。 ▌题型04 能量守恒定律的简单定量计算 一、核心知识 1. 能量守恒定量关系：系统减少的总能量 = 系统增加的总能量，ΔE减=ΔE增。 2. 摩擦做功：机械能减少，转化为内能；电源做功：其他能转化为电能；电热：电能转化为内能。 3. 计算务必包含损耗的内能，不能只算有用的能量。 二、解题方法 1. 选定研究系统，找出系统内所有形式的能量； 2. 找出哪些能量减少、哪些能量增加，建立等式； 3. 不要漏掉摩擦、散热转化的内能。 三、思维方法 系统整体思维，把参与能量交换的物体看作整体；系统内部能量互相转化，整体总能量不变。 1．（25-26高一下·广西南宁·期中）如图所示，轻质动滑轮下方悬挂重物A、轻质定滑轮下方悬挂重物B，悬挂滑轮的不可伸长的轻质细线竖直。开始时，重物A、B 处于静止状态，释放后A、B 开始运动。已知A、B 的质量相等，假设摩擦阻力和空气阻力均忽略不计，重力加速度为g，下列说法正确的是（　　） A．重物A、B均向下运动 B．重物A向下运动，重物B向上运动 C．当A 的位移为h 时，B 的速度是 D．当A 的位移为h 时，B 的速度是 2．（24-25高一下·山西大同·阶段检测）如图甲所示，将物块从倾角θ=30°的斜面顶端由静止释放，取地面为零势能面，物块在下滑过程中的动能、重力势能与下滑位移的关系如图乙所示，下列说法错误的是（     ） A．物块的质量是0.2kg B．物块受到的阻力是0.24N C．物块动能与势能相等时的高度为2.4m D．物块下滑9m时，动能与重力势能之差为3J 3．（25-26高一下·广东·阶段检测）广东某山区水电站利用当地的水力资源发电，实测河水流量为12m3/s，上下游水位落差为90m，水力发电效率为75%。已知河水从水电站流出的速率与流入的速率近似相同，水的密度，重力加速度。则该水电站的实际发电功率约为（     ） A． B． C． D． 4．（25-26高一下·北京顺义·期中）质量为m的物体以初速度v0沿水平面向左运动，起始点A与一个处于原长的劲度系数为k的轻弹簧右端相距s，如图所示。已知物体与弹簧相碰后，弹簧的最大压缩量为x，重力加速度为g。则从A点开始到弹簧被压缩至最短，物体克服摩擦力所做的功为（     ） A． B． C． D． 5．（25-26高二下·浙江杭州·期中）2026年1月5日，“S2000浮空风力发电系统”在四川宜宾实验成功，并完成了并网发电测试。S2000浮空风力发电系统看起来像一个巨大的银白色飞艇，利用体内近2万立方米的氦气产生的浮力，将设备托举至2000米高空。独特的环翼结构像“聚风喇叭”一样，将高空的风聚集并加速，推动内置的轻量化发电机旋转。内部共有12组发电机组，每个组装了三台100kW的发电机。它通过一根集成了高压电缆的系留缆绳，将电能传输回地面，同时这根缆绳也负责传输数据和固定位置。对于风力发电机，下列说法正确的是（　　） A．高空的风速约为地面的3倍，动能更大，相同效率的风力发电机组，高空上的风力发电功率理论上是地面发电功率的9倍 B．发电时空中电站受到重力、浮力、水平风力三个力的作用 C．若所有发电机组满功率发电，则整个系统一天产生电能约为焦耳 D．若其年平均发电功率1.5MW，则一年可发电约为度 2 / 2 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 5.3能量的转化与守恒 题型01 辨别能量的形式、区分转化与转移 题型02 能量守恒定律概念辨析 题型03 能量转化的方向性、能量耗散辨析 题型04 能量守恒定律的简单定量计算 ▌题型01 辨别能量的形式、区分转化与转移 一、核心知识 1. 常见能量形式：机械能、内能、电磁能、化学能、核能。 2. 转化：能量的种类发生改变；转移：能量形式不变，能量从一个物体传到另一个物体。 3. 很多过程同时存在主、次要多重能量变化，摩擦、散热会产生内能损耗。 二、解题方法 1. 确定过程的初始能量、末态能量； 2. 对比前后能量种类是否改变，判断是转化还是转移； 3. 不要只看有用能量，要兼顾发热损耗的内能。 三、思维方法 全局看待物理过程，不只盯着输出的有用能量，损耗的内能也是能量变化的一部分。 1．（25-26高二下·全国·课后作业）下列说法中正确的是（　　） A．所有的能量守恒过程都能自发地发生 B．热传递、摩擦生热和气体自由膨胀都是可逆过程 C．世界上有多种形式的能量如煤、石油、生物能等都来自太阳辐射的能量 D．能的转化过程符合能量守恒定律，因此不会发生能源危机 【答案】C 【详解】A．能量的转换过程具有方向性，并不是所有能量守恒过程均可以自发进行，故A错误； B．热的传导具有方向性，摩擦生热和气体自由膨胀都是不可逆过程，故B错误； C．世界上有多种形式的能量如煤、石油、生物能等都来自太阳辐射的能量，故C正确； D．虽然总能量是守恒的；但对能源的过度消耗将使自然界的能量的品质不断降低，形成“能源危机”，故D错误。 故选C。 2.（25-26高二上·北京·学业考试真题）有一种带有小电扇的遮阳帽，如图所示。遮阳帽上的小电扇由太阳能电池供电，阳光照射太阳能电池，小电扇就可以转动。 （1）关于太阳能电池和小电扇工作时的能量转化情况，下列说法正确的是（　　） A．太阳能电池将太阳能转化为电能 B．太阳能电池将机械能转化为太阳能 C．小电扇将机械能转化为电能 D．小电扇将电能转化为太阳能 （2）某时刻小电扇的输入电压，电流，其消耗的电功率为（　　） A． B． C． D． 【答案】A D 【解析】太阳能电池将太阳能转化为电能，小电扇将电能转化为机械能，故选A。 小电扇的输入电压，电流，其消耗的电功率为 故选D。 3．（25-26高二上·云南昭通·期中）“化风为电，御风而行”。2023年6月28日，全球首台16兆瓦海上风电机组在三峡集团福建海上风电场顺利完成吊装，并于7月19日成功并网发电（如图）。下列关于能源知识的说法错误的是（　　） A．风能属于可再生能源 B．风力发电实现了空气动能与电能的转化 C．各种不同形式的能量在相互转化的过程中需要做功 D．“兆瓦”是能量单位 【答案】D 【详解】A．风能属于可再生能源，故A正确； B．风力发电实现了空气动能与电能的转化，故B正确； C．功是能量转化的量度，各种不同形式的能量在相互转化的过程中需要做功，故C正确； D．瓦是功率的单位，“兆瓦”是较大的功率单位，故D错误。 本题选择错误选项，故选D。 4．（20-21高二下·广东珠海·期中）电动汽车（electricvehicle）指使用电能作为动力源，通过电动机驱动行驶的汽车，属于新能源汽车。由于其对环境影响相对传统汽车较小，因而发展前景被广泛看好，但技术尚不成熟。某汽车公司研发出以蓄电池为驱动能源的环保汽车，技术人员正在进行加速性能测试。试简要回答下列问题： （1）该环保汽车以最大速度匀速行驶的过程中受到哪些外力作用？ （2）环保汽车由静止开始刚好加速到最大速度的过程中消耗的电能分别转化为哪些形式的能量？ （3）假如你是设计师，还可以通过怎样设计来提高电动汽车的加速性能？（至少写出两条） 【答案】（1）重力、支持力、牵引力和阻力；（2）机械能（或动能）和内能；（3）提高发动机的功率，改善外观设计减少空气阻力，保证功率的情况下选用更轻更坚固的新型材料减轻车身重量等。 【详解】（1）受力分析可知，环保汽车自身重力、地面支持力、发动机牵引力和阻力作用； （2）根据能量守恒定律可知，电池的电能一部分转化为汽车的机械能（或动能），另外一部分转化为内能； （3）提高发动机的功率，改善外观设计减少空气阻力，保证功率的情况下选用更轻更坚固的新型材料减轻车身重量等。 5．（20-21高二·全国·课后作业）下列各物体或人具有哪些形式的能量。 （1）被拉长的橡皮筋 （2）被拦河坝挡住的河水 （3）正在空中下落的伞兵 （4）在路上行走的人 （5）被拧紧的钟表发条 （6）被抽水机抽到高处的水 【答案】见解析 【详解】（1）被拉长的橡皮筋具有弹性势能； （2）被拦河坝挡住的河水具有重力势能； （3）正在空中下落的伞兵具有动能和重力势能； （4）在路上行走的人具有动能； （5）被拧紧的钟表发条具有弹性势能； （6）被抽水机抽到高处的水具有重力势能。 ▌题型02 能量守恒定律概念辨析 一、核心知识 1. 内容：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到别的物体；在转化和转移过程中总能量保持不变。 2. 普适规律，一切物理过程都适用；第一类永动机不可能实现，违背能量守恒定律。 3. 注意：某一种形式的能量可以增加或者减少，只是能量的总和恒定不变。 二、解题方法 1. 抓住关键词：凭空产生、凭空消失、总能量不变； 2. 区分“某一种能量”和“总能量”，识别错误说法：能量被消耗就消失了； 3. 能够判断第一类永动机错误的根本原因。 三、思维方法 总量守恒思维：能量不会消灭，只会在不同形式之间转换，局部某种能量减少，一定对应别的能量增加。 1．（2023·广东佛山·模拟预测）如图甲，绞车记载于北宋曾公亮的《武经总要》，其原理如图乙，将一根圆轴削成同心而半径不同的大小辘轳，其上绕以绳索，绳下加动滑轮，滑轮下挂上重物，人转动把手带动辘轳旋转便可轻松将重物吊起。a、b分别是大小辘轳边缘上的两点。在起吊过程中，下列说法正确的是（　　）。 A．a点的线速度等于b点的线速度 B．人对把手做的功等于重物机械能的增加量 C．滑轮对重物的力与重物的重力是一对作用力与反作用力 D．滑轮会顺时针转动 【答案】D 【详解】A．a、b两点为同轴转动，角速度相同，a点做圆周运动的半径大于b点做圆周运动的半径，由线速度与角速度的关系公式可知，a点的线速度大于b点的线速度，A错误； B．由能量守恒定律可知，人对把手做的功等于重物机械能的增加量、轮轴动能及摩擦产生的热三者的和，B错误； C．滑轮对重物的力与重物的重力都作用在重物上，不是一对作用力与反作用力，C错误； D．重物在起吊过程中，人顺时针转动把手，由于 a点的线速度大小大于b点的线速度大小，则在相同时间内，滑轮的左侧上升的距离大，滑轮的右侧下降的距离小，因此滑轮会顺时针转动，D正确。 故选D。 2．（22-23高三上·河南安阳·期中）科技馆中有一个球体上移的装置，一个球体放在一个架子上，架子是倾斜的，球可以从架子的低处向高处滚动。简化装置如图所示，两条支撑杆是向上抬起的，但是杆间距离在不断增大，在球向高处滚动的过程中，不计—切阻力，下列说法正确的是（　　） A．球的重心升高 B．杆的支持力逐渐增大 C．杆的支持力方向垂直于杆竖直向上 D．违背了能量守恒定律 【答案】B 【详解】AD．该过程满足能量守恒定律，向高处滚的过程中，实际上重心在降低，重力势能减小，动能增大，故AD错误； BC．对小球受力分析可知，杆的支持力垂直于杆指向小球球心，与水平方向夹角为，满足 滚动过程中在减小，则支持力在逐渐增大，故B正确，C错误。 故选B。 3．（2021·浙江·模拟预测）如图甲所示，滑沙运动是一项惊险刺激的娱乐活动，可简化为如图乙所示的模型。点是斜面与水平地面的连接处，质量为的物块（可视为质点）从斜面上的点由静止释放，最后停在点。物块与斜面、地面之间的动摩擦因数均为。不计物块经过点时的能量损失；已知，物块在斜面上做匀加速直线运动过程的正中间的位移为，、两点的连线与地面的夹角，重力加速度，，，下列说法正确的是（　　） A．物块沿斜面下滑的加速度大小为 B．物块与接触面间的动摩擦因数为0.8 C．物块的重力势能的减少量小于 D．物块从运动到，因摩擦产生的热量为 【答案】D 【分析】本题通过滑沙运动考查考生的认识理解能力、建立模型能力和分析综合能力。 本题考查的知识有匀变速直线运动规律、平均速度、动能定理、能量守恒定律等，需要考生正确分析物块的运动过程，选用相应的规律解题。 【详解】A．设物块沿斜面下滑的加速度为，正中间的位移为，则正中间的平均速度，正中间的平均速度也是物块沿斜面下滑的平均速度，由初速度为0的匀加速直线运动规律有 综合解得 A错误； B．如图所示，为在地面上的投影，设斜面的倾角为， 物块从到，由动能定理有 由几何关系有 综合可得 又因为 则 B错误； C．设为物块在段因摩擦产生的热量，由、可得，在物块沿斜面下滑过程中，由能量守恒定律有 可得重力势能的减小量为 即物块重力势能的减少量大于，C错误； D．物块从运动到，设为物块在段因摩擦产生的热量，由能量守恒定律有 D正确。 故选D。 4．（多选）（20-21高三上·黑龙江鹤岗·阶段检测）如图所示，轻质弹簧的左端固定，并处于自然状态。小物块的质量为m，从A点向左沿水平地面运动，压缩弹簧后被弹回，运动到A点恰好静止。物块向左运动的最大距离为s，与地面间的动摩擦因数为μ，重力加速度为g，弹簧未超出弹性限度。在上述过程中（　　） A．弹簧的最大弹力为μmg B．物块克服摩擦力做的功为2μmgs C．弹簧的最大弹性势能为μmgs D．物块在A点的初速度为 【答案】BC 【详解】A．由于运动到A点恰好静止，所以小物块向右运动时先加速运动再减速运动，小物块加速运动时弹簧弹力大于滑动摩擦力，A错误； B．物块从开始运动至最后回到A点过程中，由功的定义可得，物块克服摩擦力做功为2μmgs，B正确； C．自物块从最左侧运动至A点过程，由能量守恒定律可知Ep=μmgs，C正确； D．设物块在A点的初速度为v0，整个过程应用动能定理 解得，D错误。 故选BC。 5．（多选）（2020·重庆璧山·三模）一辆小车以一定的初速度冲上高度为h、长度为L的斜坡，已知小车的质量为m，小车受到沿斜面向下的阻力为f，则对小车由坡底冲到坡顶的运动过程分析正确的是（　　） A．此过程中小车的动能减少了(mgh+fL) B．此过程中小车的势能增加了(mgh－fL) C．此过程中自然界中的能量减少了fL了 D．此过程中小车的机械能减少fL 【答案】AD 【详解】A．上升过程中，受到重力、支持力和阻力，根据动能定理得 所以此过程中小车的动能减少了，A正确； B．此过程中小车重力做功为，所以此过程中小车的势能增加了，B错误； C．根据自然界中能量是守恒的，C错误； D．机械能减小量等于除重力外其余力做的功，此过程中除重力外，摩擦力做功 所以此过程中小车的机械能减少了，D正确。 故选AD。 ▌题型03 能量转化的方向性、能量耗散辨析 一、核心知识 1. 自发的能量转化具有方向性，逆过程不能自发发生。 2. 能量耗散：高品质能量自发变成很难再利用的内能。 3. 第二类永动机不能制成，违背能量转化的方向性，不违背能量守恒定律。 4. 重要结论：总能量守恒，但可用的能源会减少，守恒≠能源用不完。 二、解题方法 1. 分清两类永动机各自违背的规律，不要混淆； 2. 判断过程能不能自发逆向进行，以此检验方向性； 3. 分开审题：能量守恒是总量规律；方向性是实际利用的限制。 三、思维方法 双层角度思考：理论层面总能量守恒；现实使用层面，受方向性约束，不是所有能量都可以回收再利用。 1．（25-26高一下·浙江温州·期末）如图所示为洞头鹿西岛风电场，共有2台风力发电机，叶片转动时可形成半径为50 m的圆面。某时段风速为10 m/s，风向恰好与圆面垂直。已知空气密度为1.2 kg/m3，风力发电机将圆内10%的空气动能转化为电能，π取3。下列说法正确的是（     ） A．每秒冲击每台发电机叶片圆面的气流体积约为7.5×103 m3 B．每秒冲击每台发电机叶片圆面的空气动能约为4.5×106 J C．每台发电机发电功率约为9.0×105 W D．该发电场工作1小时，总发电量约为450 kWh 【答案】B 【详解】A．每秒冲击每台风力发电机叶片转动形成圆面的空气体积约为，故A错误； B．每秒冲击每台风力发电机叶片转动形成圆面的空气动能约为，故B正确； C．每台发电机的发电功率约为，故C错误； D．该发电场工作1小时，发电量约为，故D错误。 故选B。 2．（25-26高二下·浙江嘉兴·期末）塔拉滩曾是青海风沙危害最严重的地区之一。如今建成了全球装机容量最大的光伏发电园区，也是全球重要的清洁能源基地，其总装机功率为，年发电量可达180亿千瓦时。园区内光伏占地约609平方公里，该园区所在区域太阳辐照峰值功率约为，其中标准煤的热量值为 ，标准煤的二氧化碳排放约，则（     ） A．该电站的年均满负载发电小时数约为3000小时 B．该电站的年发电量峰值，与燃烧2.16万吨标准煤所释放的热量相当 C．该电站每年可减少二氧化碳排放约1500万吨 D．该电站将光能转化为电能的平均效率约为25.8% 【答案】C 【详解】总装机功率，年发电量，园区占地，太阳能功率密度，煤热值，排放系数。 A．满负载发电小时数，远小于3000h，故A错误； B．年发电量对应的总能量 所需标准煤质量万吨，故B错误； C．年减少质量万吨，故C正确； D．光电转换效率，远小于25.8%，故D错误。 故选C。 3．（多选）（25-26高一下·广东广州·期末）如图所示，质量为的电梯在缆绳发生断裂后向下坠落，电梯刚接触井底缓冲弹簧时的速度为，缓冲弹簧被压缩时电梯停止了运动。下落过程中安全钳提供给电梯的滑动摩擦力共为，取，下列说法正确的是（　　） A．电梯刚接触弹簧时速度最大 B．电梯压缩弹簧过程中电梯的加速度一直在减小 C．电梯停止时弹簧的弹性势能为 D．电梯压缩弹簧过程中电梯的机械能减少了 【答案】CD 【详解】A．接触弹簧后，电梯受力：重力向下，摩擦力向上，弹簧弹力向上 合力 刚接触时，合力，加速度向下，速度继续增加。 随着弹簧压缩，增大，合力减小，加速度减小。当时，加速度为零，速度达到最大。之后继续增大，合力向上，加速度向上且增大，电梯减速直至停止。 因此，加速度大小先减小后增大；速度先增大后减小，故AB错误； C．电梯刚接触井底缓冲弹簧时的初动能 设此时为重力势能零势能点 电梯停止运动时的末动能 重力势能 设此时弹簧弹性势能 在此过程中，重力做功；摩擦力做功 由能量守恒 解得，故C正确； D．电梯的机械能，初机械能，末机械能 机械能减少量 这部分能量通过摩擦力生热和转化为弹簧弹性势能而耗散，故D正确。 故选CD。 4．（多选）（2026·辽宁沈阳·模拟预测）如图所示，一倾角为的固定粗糙斜面，下端固定一轻质弹簧，弹簧上端位于点。一质量为的小物块从点以某一速度滑下，当物块到达点后将弹簧压缩到点，然后向上返回恰好能回到点。已知长度为，重力加速度为，则下列说法正确的是（     ） A．物块与斜面之间的动摩擦因数为 B．物块与斜面之间的动摩擦因数为 C．弹簧的最大弹性势能为 D．弹簧的最大弹性势能为 【答案】AC 【详解】AB．对物块从下滑到再反弹回的全过程，初速度为，末速度为0，重力做功为零，弹簧弹力做功为零，只有摩擦力做负功。根据动能定理有 解得，故A正确，B错误； CD．物块从点反弹恰好回到点的过程中，初末动能均为零，根据能量守恒定律，弹簧的最大弹性势能转化为物块的重力势能和克服摩擦力做的功，即 代入数据解得，故C正确，D错误。 故选AC。 5．（25-26高一下·陕西汉中·阶段检测）如图是音乐喷泉喷出水柱的场景，全长220米，中心主喷管直径约为10cm，喷出的水柱高度达125米。假设喷泉电动机的能量全部用来转化为水的动能，不计喷头距水面的高度及空气阻力，水的密度为，取，取3，求： (1)主喷口的喷射速度大小； (2)用于给主喷管喷水的电动机输出功率。 【答案】(1) (2) 【详解】（1）根据竖直上抛运动规律 其中 解得主喷口的喷射速度 （2）设时间内喷出水流的质量为，则有 根据能量守恒可得 联立解得 代入数据解得 ▌题型04 能量守恒定律的简单定量计算 一、核心知识 1. 能量守恒定量关系：系统减少的总能量 = 系统增加的总能量，ΔE减=ΔE增。 2. 摩擦做功：机械能减少，转化为内能；电源做功：其他能转化为电能；电热：电能转化为内能。 3. 计算务必包含损耗的内能，不能只算有用的能量。 二、解题方法 1. 选定研究系统，找出系统内所有形式的能量； 2. 找出哪些能量减少、哪些能量增加，建立等式； 3. 不要漏掉摩擦、散热转化的内能。 三、思维方法 系统整体思维，把参与能量交换的物体看作整体；系统内部能量互相转化，整体总能量不变。 1．（25-26高一下·广西南宁·期中）如图所示，轻质动滑轮下方悬挂重物A、轻质定滑轮下方悬挂重物B，悬挂滑轮的不可伸长的轻质细线竖直。开始时，重物A、B 处于静止状态，释放后A、B 开始运动。已知A、B 的质量相等，假设摩擦阻力和空气阻力均忽略不计，重力加速度为g，下列说法正确的是（　　） A．重物A、B均向下运动 B．重物A向下运动，重物B向上运动 C．当A 的位移为h 时，B 的速度是 D．当A 的位移为h 时，B 的速度是 【答案】D 【详解】A．假设重物A、B均向下运动时，细线变长，与题干“不可伸长的轻质细线”矛盾，故A错误； B．假设B向上运动，则得出绳子拉力大于B的重力的结论，对A而言两段绳子的拉力合力必然大于A的重力，A合力也向上，则推出A也向上运动，当然AB都向上运动也违背能量守恒定律，所以应该是B向下运动，A向上运动；故B错误； CD．设A的速率为v，则B的速率为2v，根据能量守恒定律知 可得B的速度，故C错误，D正确。 故选D。 2．（24-25高一下·山西大同·阶段检测）如图甲所示，将物块从倾角θ=30°的斜面顶端由静止释放，取地面为零势能面，物块在下滑过程中的动能、重力势能与下滑位移的关系如图乙所示，下列说法错误的是（     ） A．物块的质量是0.2kg B．物块受到的阻力是0.24N C．物块动能与势能相等时的高度为2.4m D．物块下滑9m时，动能与重力势能之差为3J 【答案】B 【详解】A．由题图乙知，物块下滑的最大位移，在最高点，物块的重力势能，可得物块的质量，故A正确； B．根据功能关系可知，除重力以外的其他力做的功等于机械能的减少量，可得，则物块受到的阻力为，故B错误； C．由题图乙知可分别写出两条直线的方程，，联立可得交点，即物块下滑时动能与势能相等，此时高度为，故C正确； D．由上述可知，在物块下滑时，物块的重力势能为，动能为，动能与重力势能之差为，故D正确。 本题选择错误的，故选B。 3．（25-26高一下·广东·阶段检测）广东某山区水电站利用当地的水力资源发电，实测河水流量为12m3/s，上下游水位落差为90m，水力发电效率为75%。已知河水从水电站流出的速率与流入的速率近似相同，水的密度，重力加速度。则该水电站的实际发电功率约为（     ） A． B． C． D． 【答案】B 【详解】由于河水流入和流出水电站的速率近似相同，单位时间内水的动能变化可忽略，水减小的重力势能按发电效率转化为电能。 单位时间内流过的水的质量满足 单位时间内水减小的重力势能为 实际发电功率为重力势能功率乘以效率，即 将、、、、代入，得 故选B。 4．（25-26高一下·北京顺义·期中）质量为m的物体以初速度v0沿水平面向左运动，起始点A与一个处于原长的劲度系数为k的轻弹簧右端相距s，如图所示。已知物体与弹簧相碰后，弹簧的最大压缩量为x，重力加速度为g。则从A点开始到弹簧被压缩至最短，物体克服摩擦力所做的功为（     ） A． B． C． D． 【答案】A 【详解】物体在粗糙平面上做减速运动，与弹簧相碰后瞬间速度不变，然后逐渐压缩弹簧直至停止。物体运动的全过程动能转化为摩擦生热与弹簧的弹性势能，弹簧的弹性势能大小与弹簧压缩量有关，有 物体克服摩擦力所做的功大小与摩擦生热相等，故 故选A。 5．（25-26高二下·浙江杭州·期中）2026年1月5日，“S2000浮空风力发电系统”在四川宜宾实验成功，并完成了并网发电测试。S2000浮空风力发电系统看起来像一个巨大的银白色飞艇，利用体内近2万立方米的氦气产生的浮力，将设备托举至2000米高空。独特的环翼结构像“聚风喇叭”一样，将高空的风聚集并加速，推动内置的轻量化发电机旋转。内部共有12组发电机组，每个组装了三台100kW的发电机。它通过一根集成了高压电缆的系留缆绳，将电能传输回地面，同时这根缆绳也负责传输数据和固定位置。对于风力发电机，下列说法正确的是（　　） A．高空的风速约为地面的3倍，动能更大，相同效率的风力发电机组，高空上的风力发电功率理论上是地面发电功率的9倍 B．发电时空中电站受到重力、浮力、水平风力三个力的作用 C．若所有发电机组满功率发电，则整个系统一天产生电能约为焦耳 D．若其年平均发电功率1.5MW，则一年可发电约为度 【答案】C 【详解】A．风力发电的功率来自单位时间内风的动能，设风速为v，密度为，发电机叶面的面积为S，单位时间流过的空气质量 风动能 因此发电功率和风速的三次方成正比。若风速为地面的3倍，发电功率应为地面的倍，故A错误； B．空中电站除重力、浮力、水平风力外，还受到系留缆绳的拉力作用，故B错误； C．总的发电机组满功率 一天时间 总电能 ，故C正确； D．，一年总发电量 ，故D错误。 故选C。 2 / 2 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $