粤教版 (2019)必修 第三册第三节 能量的转化与守恒课时作业-教习网|<title>
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    2023-2024学年高二物理同步精品讲义(粤教版2019必修第三册) 第20讲 能量的转化与守恒(原卷版+解析)
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    粤教版 (2019)必修 第三册第三节 能量的转化与守恒课时作业

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    这是一份粤教版 (2019)必修 第三册第三节 能量的转化与守恒课时作业,共26页。试卷主要包含了各种各样的能量等内容,欢迎下载使用。


    知识精讲
    知识点01各种各样的能量 能量的转化和转移
    1.各种各样的能量
    2.能量的转化和转移
    不同形式的能量可以相互转化:
    ①水力发电→水的机械能转化为电能.
    ②化学电池充电→电能转化为化学能;化学电池使用→化学能转化为电能.
    ③光合作用→光能转化为化学能;木材燃烧→化学能转化为光能和内能.
    【知识拓展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,还有诸如电磁辐射能、化学能、核能等.
    (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,轮子温度升高,机械能转化为内能.
    知识点02 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.
    【知识拓展2】能量守恒的两种表达
    (1)某种形式的能量减少,一定有其他形式的能量增加,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.
    【知识拓展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.
    知识点03 能量转化(转移)的方向性
    1.热传导过程是有方向性的.热量从高温物体向低温物体的热传导过程能自发进行,而相反方向的过程不能自发进行.
    2.机械能全部转化为内能的过程能自发进行,而内能全部转化为机械能的过程不能自发进行.
    3.在自然界的一切自发过程中,能量的转化(转移)都是有方向性的,但都遵守能量守恒定律.
    【知识拓展4】能量转化(转移)的方向性
    能力拓展
    考法 能量守恒定律
    【典例1】
    1.守恒定律是自然界中某种物理量的值恒定不变的规律,它为我们解决许多实际问题提供了依据.在实际生活中经常看到这种现象,从水龙头中流出的水柱越来越细,如图所示.若垂直于水柱的横截面可视为圆,在水柱上分别取A、B 两个直径为d1、d2的横截面,已知 d1: d2 = 3 : 2 ,经过A、B 处水流的速度大小之比为
    A.3 : 2B.2 : 3C.9 : 4D.4 : 9
    【典例2】
    2.下列说法中正确的是( )
    A.能源开发和利用的过程是内能转化成机械能的过程
    B.在能源的利用过程中,能量可利用的品质不会降低
    C.石子从空中落下,最后停止在地面上,说明机械能消失了
    D.能源的利用受方向性的制约,所以能源的利用是有条件的,也是有代价的
    【典例3】
    3.关于能量和能源,下列表正确的是( )
    A.能量可以从一种形式转化为另一种形式
    B.能量不能从一个物体转移到另一个物体
    C.自然界的能量是守恒的,所以人类可以利用的能源永不枯竭
    D.能源在利用过程中存在能量耗散现象,这表明自然界的能量不守恒
    分层提分
    题组A 基础过关练
    1.以下说法中正确的是( )
    A.只有摩擦才能使物体的内能增加
    B.由于能量守恒,所以物体的能量总是不变的
    C.任何系统无法依靠自身的作用自动回到原先的能量状态
    D.内能是一种较高品质的能
    2.由能量守恒定律可知
    A.能量可以被消灭,也可以被创生
    B.因为能量是守恒的,所以不可能发生能源危机
    C.因为能量是守恒的,所以不需要节约能源
    D.不同形式的能量之间可以相互转化
    3.下列说法正确的是( )
    A.在无人自助加油站给汽车加油时,由于没有人员看管,可接打手机
    B.发电厂的变压器发生火灾时,应先断开电源再灭火
    C.随着科技的发展,电荷是可以消灭的
    D.太阳发出的能量射到地球上转化为其他能量射到宇宙中的能量则会消失
    4.一个质子()和一个α粒子()原来相隔一定距离,若同时从静止释放它们,它们仅在相互间的电场力作用下开始运动,则在它们的运动过程中不发生变化的物理量是
    A.它们的总动量B.各自的加速度
    C.它们的总动能D.它们的电势能
    5.以下关于物理学史实的说法正确的是( )
    A.伽利略通过理想斜面实验指出“力不是维持物体运动的原因”
    B.牛顿提出了万有引力定律,并指出万有引力常量
    C.英国剑桥大学的学生亚当斯和法国年轻的天文学家勒维耶根据天王星的观测资料,各自独立地利用万有引力定律计算出了后来被命名为“海王星”的行星,并由勒维耶在1846年在预言的位置附近发现了这颗行星.
    D.能量守恒定律的建立是由不同国家、不同领域的十几位科学家以不同的形式各自独立提出的,其中迈尔、焦耳、法拉第的工作最有成效.
    6.某型号电动自行车的电动机铭牌如下:两次都将蓄电池充足电,第一次以15km/h的速度匀速行驶,第二次以20km/h的速度匀速行驶.若行驶时所受阻力与速度成正比,且电动自行车行驶时热损耗与输出功率比值保持不变,则两次行驶的最大里程之比及此自行车所配置的电动机的内阻为( )
    A. 0.2Ω
    B. 0.2Ω
    C. 7.2Ω
    D. 7.2Ω
    题组B 能力提升练
    1.风能是一种新能源,国内外都很重视利用风力来发电。某风力发电机的发电效率,其风轮机旋转过程中接收风能的有效面积S=400m2,某高山顶部年平均风速为v=10m/s,一年内有效的发电时间约为5500小时(合),已知空气密度,该风力发电机一年的发电量约为( )
    A.B.C.D.
    2.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
    3.如图所示,有两个物块,质量分别为、,是的两倍,用轻绳将两个物块连接在滑轮组上,滑轮的质量不计,轻绳与滑轮的摩擦也不计,现将两滑块从静止释放,上升一小段距离h高度,在这一过程中,下列说法正确的是( )
    A.和重力势能之和不变
    B.上升到h位置时的速度为
    C.轻绳的拉力大小为
    D.轻绳对和的功率大小不相等
    4.伽利略的斜面实验反映了一个重要的事实:如果空气阻力和摩擦力小到可以忽略,小球必将准确地到达同它出发时相同高度的点,绝不会更高一点,也不会更低一点。这说明,小球在运动过程中有一个“东西”是不变的,这个“东西”应是( )
    A.弹力B.势能C.能量D.动能
    5.开发利用太阳能,将会满足人类长期对大量能源的需求。太阳能的光热转换是目前技术最为成熟、应用最广泛的形式。太阳能热水器的构造示意图如图甲所示,下方是日光灯管似的集热管,由导热性能良好的材料制成,在黑色管和外面透明管间有空隙,并抽成真空,集热管的下方是一块光亮的铝合金板子,做成凹凸状的曲面。
    试分析下列有关太阳能的利用问题:
    (1)说明太阳能热水器哪些结构与其功能相适应,水箱为何安装在顶部而非下部?(______)
    (2)图中A是集热器,B是储水容器,在阳光直射下水将沿________时针方向流动,这是因为________。C是辅助加热器,其作用是________。请在图中适当位置安上进水阀门和出水阀门,并说明选择位置的理由________。
    6.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)
    题组C 培优拔尖练
    1.如图所示,木块A放在木板B的左端,AB间接触面粗糙,用恒力F将木块A拉到木板B的右端,第一次将B固定在水平地面上,第二次将B放在光滑水平地面上,则前后两个过程中相同的量是( )
    A.物块A达B右端时的速度
    B.物块A的运动时间
    C.力F对物块A做的功
    D.系统产生的摩擦热
    2.在伽利略理想斜面实验中,小球停下来的高度h2与它出发时的高度h1相同,我们把这一事实说成是“有某一量守恒”,下列说法中正确的是
    A.小球运动过程中速度是守恒的
    B.小球运动过程中高度是守恒的
    C.小球运动过程中动能是守恒的
    D.小球运动过程中能量是守恒的
    3.关于能源的利用中,下列说法不正确的是( )
    A.自然界的能量守恒,所以不需要节约能源
    B.煤炭和石油产品燃烧会造成空气污染和温室效应
    C.能量耗散表明能源的利用是有条件的,也是有代价的
    D.一座城市的能量耗散使其环境温度略高于周围农村的温度
    4.2020年第38届美国公开赛单板滑雪形场地比赛在美国结束,中国选手蔡雪桐夺得冠军,这是中国运动员首次获得美国公开赛金牌。单板滑雪形池如图所示,由两个完全相同的圆弧滑道、和水平滑道构成,圆弧滑道的半径为,、分别为圆弧滑道的最低点,一质量为45kg的运动员从轨道处由静止滑下,由于在到向下滑行过程中运动员做功,运动员在点竖直向上滑出轨道上升的最高点离点高度为10m,滑板的质量为5kg,不计轨道摩擦和空气阻力,重力加速度取,求
    (1)在圆弧滑道的点对轨道的压力;
    (2)从到的过程中运动员所做的功。
    5.在绿色植物的光合作用中,每放出一个氧分子要吸收的光能。若绿色植物在光合作用中每放出1ml的氧气,自身即可贮存469kJ的能量。试问:
    (1)绿色植物在光合作用中是什么形式的能之间的转化?
    (2)绿色植物的能量转换效率约为多少?
    (3)若太阳光照射到地面的辐射强度为,则每增加的绿地,在阳光下每小时可贮存多少能量?
    6.生活中的电梯原理结构如图:质量为M1=1t的轿厢(不含乘客)通过钢索跨过两个光滑定滑轮与质量为M2=1.5t的配重相连,轿厢和配重均悬空,电动机通过给轿厢额外的沿钢索方向的力来控制轿厢的运行;当电梯满载乘客质量为m=1t时,g=10m/s2。
    (1)若电梯以v=2m/s向上匀速运行,当有乘客需要下电梯时,电梯设定为匀减速2.5m停下,求电梯减速时电动机对轿厢作用力的大小;
    (2)若为了舒适性,电动机以恒定功率P=10kW,将轿厢和乘客从底楼静止开始提升到21楼(已达最大速度,每层楼高3m),求所需的时间。
    第20讲 能量的转化与守恒
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    知识精讲
    知识点01 各种各样的能量 能量的转化和转移
    1.各种各样的能量
    2.能量的转化和转移
    不同形式的能量可以相互转化:
    ①水力发电→水的机械能转化为电能.
    ②化学电池充电→电能转化为化学能;化学电池使用→化学能转化为电能.
    ③光合作用→光能转化为化学能;木材燃烧→化学能转化为光能和内能.
    【知识拓展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,还有诸如电磁辐射能、化学能、核能等.
    (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,轮子温度升高,机械能转化为内能.
    知识点02 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.
    【知识拓展2】能量守恒的两种表达
    (1)某种形式的能量减少,一定有其他形式的能量增加,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.
    【知识拓展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.
    知识点03 能量转化(转移)的方向性
    1.热传导过程是有方向性的.热量从高温物体向低温物体的热传导过程能自发进行,而相反方向的过程不能自发进行.
    2.机械能全部转化为内能的过程能自发进行,而内能全部转化为机械能的过程不能自发进行.
    3.在自然界的一切自发过程中,能量的转化(转移)都是有方向性的,但都遵守能量守恒定律.
    【知识拓展4】能量转化(转移)的方向性
    能力拓展
    考法 能量守恒定律
    【典例1】
    1.守恒定律是自然界中某种物理量的值恒定不变的规律,它为我们解决许多实际问题提供了依据.在实际生活中经常看到这种现象,从水龙头中流出的水柱越来越细,如图所示.若垂直于水柱的横截面可视为圆,在水柱上分别取A、B 两个直径为d1、d2的横截面,已知 d1: d2 = 3 : 2 ,经过A、B 处水流的速度大小之比为
    A.3 : 2B.2 : 3C.9 : 4D.4 : 9
    【答案】D
    【详解】
    流量表示单位时间内水流过的体积,水的流量恒定不变,则单位时间内水流体积相等,水流的体积V=vS,其中,比较可知,A、B处水流的速度大小之比为4:9,故D正确.
    【典例2】
    2.下列说法中正确的是( )
    A.能源开发和利用的过程是内能转化成机械能的过程
    B.在能源的利用过程中,能量可利用的品质不会降低
    C.石子从空中落下,最后停止在地面上,说明机械能消失了
    D.能源的利用受方向性的制约,所以能源的利用是有条件的,也是有代价的
    【答案】D
    【详解】
    A.能源利用是将一种形式的能转化为另一种形式能的转化过程,并不是单纯的应用内能转化成机械能的过程;故A错误.
    B.能量耗散的过程中能量向品质低的大气内能转变,因此在能源的利用过程中,能量可利用的品质会降低,故B错误.
    C.石子在运动和碰撞中机械能转化为了物体及周围物体的内能,机械能并没有消失;故C错误.
    D.能源在使用中存在品质降低的现象,能量的耗散从能量转换的角度反映出自然界中宏观过程的方向性;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;故D正确.
    【典例3】
    3.关于能量和能源,下列表正确的是( )
    A.能量可以从一种形式转化为另一种形式
    B.能量不能从一个物体转移到另一个物体
    C.自然界的能量是守恒的,所以人类可以利用的能源永不枯竭
    D.能源在利用过程中存在能量耗散现象,这表明自然界的能量不守恒
    【答案】A
    【详解】
    A、根据能量守恒定律,能量可以从一种形式转化为另一种形式,故A正确;
    B、根据能量守恒定律,能量可以从一个物体转移到另一个物体,故B错误;
    C、能量与能源不同;能量是守恒的,但随着能量的耗散,能量可以利用的品质会下降,故依然要节约能源,故C错误;
    D、能源在利用过程中有能量耗散,但能量是守恒的,故D错误;
    分层提分
    题组A 基础过关练
    1.以下说法中正确的是( )
    A.只有摩擦才能使物体的内能增加
    B.由于能量守恒,所以物体的能量总是不变的
    C.任何系统无法依靠自身的作用自动回到原先的能量状态
    D.内能是一种较高品质的能
    【答案】C
    【详解】
    A.改变内能的方式有两种,一种是做功,另外一种是热传递,而摩擦属于做功手段,还可以通过热传递来增加物体的内能,A错误;
    B.物体的能量可以减小(物体的能量转移到外界)或者增大(外界的能量转移到物体上),但整个世界能量是守恒的,B错误;
    C.根据能量守恒定律和热力学第二定律,某个系统无法依靠自身的作用回到原先的能量状态,C正确;
    D.任何可以利用的能量最后都是变化为内能而耗散,故内能的可利用的品质较低,D错误。
    故选C。
    2.由能量守恒定律可知
    A.能量可以被消灭,也可以被创生
    B.因为能量是守恒的,所以不可能发生能源危机
    C.因为能量是守恒的,所以不需要节约能源
    D.不同形式的能量之间可以相互转化
    【答案】D
    【详解】
    ABC.自然界的总能量是守恒的,能量既不能被消灭,也不能被创生,但随着能量的耗散,能源可以利用的品质降低了,可利用的能源减少了,所以可发生有能源危机,所以我们要节约能源.故ABC错误;
    D.不同形式的能量之间可以相互转化,如动能与势能之间可以发生相互转化,故D正确;
    3.下列说法正确的是( )
    A.在无人自助加油站给汽车加油时,由于没有人员看管,可接打手机
    B.发电厂的变压器发生火灾时,应先断开电源再灭火
    C.随着科技的发展,电荷是可以消灭的
    D.太阳发出的能量射到地球上转化为其他能量射到宇宙中的能量则会消失
    【答案】B
    【详解】
    A.在自助加油站给汽车加油时,静止接打移动电话,避免因接打移动电话产生的静电火花引起火灾,故A错误;
    B.发电厂的变压器发生火灾时应先断开电源,防止触电,然后再灭火,故B正确;
    C.根据电荷守恒定律可知电荷不能被创造和消灭,只能发生转移或得失,故C错误;
    D.根据能量守恒定律可知能量即不会消灭,也不会创生,只能从一种形式转化为另一种形式,或从一个物体转移到另一个物体上, 故太阳发出光射到射到宇宙中的能量也转化成了其它形式的能而并没有消失,故D错误。
    故选B。
    4.一个质子()和一个α粒子()原来相隔一定距离,若同时从静止释放它们,它们仅在相互间的电场力作用下开始运动,则在它们的运动过程中不发生变化的物理量是
    A.它们的总动量B.各自的加速度
    C.它们的总动能D.它们的电势能
    【答案】A
    【详解】
    A.两粒子组成的系统所受合外力为零,系统动量守恒,在运动过程中系统总动量不变;故A正确.
    B.随两粒子间距离的增大,粒子间的库仑力减小,两粒子的加速度大小都减小;故B错误.
    C.质子与α粒子在库仑力作用下都做加速运动,两粒子动能都增大,系统总动能增大;故C错误.
    D.两粒子运动过程中库仑力做正功,系统电势能减小;故D错误.
    5.以下关于物理学史实的说法正确的是( )
    A.伽利略通过理想斜面实验指出“力不是维持物体运动的原因”
    B.牛顿提出了万有引力定律,并指出万有引力常量
    C.英国剑桥大学的学生亚当斯和法国年轻的天文学家勒维耶根据天王星的观测资料,各自独立地利用万有引力定律计算出了后来被命名为“海王星”的行星,并由勒维耶在1846年在预言的位置附近发现了这颗行星.
    D.能量守恒定律的建立是由不同国家、不同领域的十几位科学家以不同的形式各自独立提出的,其中迈尔、焦耳、法拉第的工作最有成效.
    【答案】A
    【解析】
    伽利略通过理想斜面实验推出力不是维持物体运动的原因,而是改变物体运动的原因,A正确;万有引力常量是卡文迪许测得的,牛顿发现万有引力定律,B错误;德国的伽勒在勒维耶预言的位置附近发现了“海王星”,C错误;能量守恒定律是不同国家、不同领域的十几位科学家各自独立提出的,其中迈尔、焦耳、亥姆霍兹的工作最有成效,D错误.
    6.某型号电动自行车的电动机铭牌如下:两次都将蓄电池充足电,第一次以15km/h的速度匀速行驶,第二次以20km/h的速度匀速行驶.若行驶时所受阻力与速度成正比,且电动自行车行驶时热损耗与输出功率比值保持不变,则两次行驶的最大里程之比及此自行车所配置的电动机的内阻为( )
    A. 0.2Ω
    B. 0.2Ω
    C. 7.2Ω
    D. 7.2Ω
    【答案】A
    【详解】
    设阻力
    匀速运动时
    则由
    可知
    故功率与速度平方成正比,因此功率之比为
    行驶里程
    因电池的输出的总功相同,故
    因此时间之比为
    则里程之比为
    根据功率关系可知
    代入数据可得

    解得
    故BCD错误A正确。
    故A正确。
    题组B 能力提升练
    1.风能是一种新能源,国内外都很重视利用风力来发电。某风力发电机的发电效率,其风轮机旋转过程中接收风能的有效面积S=400m2,某高山顶部年平均风速为v=10m/s,一年内有效的发电时间约为5500小时(合),已知空气密度,该风力发电机一年的发电量约为( )
    A.B.C.D.
    【答案】C
    【详解】
    风力发电过程,由动能转化为电能,满足
    其中
    联立代入数据解得
    故选C。
    2.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

    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。
    3.如图所示,有两个物块,质量分别为、,是的两倍,用轻绳将两个物块连接在滑轮组上,滑轮的质量不计,轻绳与滑轮的摩擦也不计,现将两滑块从静止释放,上升一小段距离h高度,在这一过程中,下列说法正确的是( )
    A.和重力势能之和不变
    B.上升到h位置时的速度为
    C.轻绳的拉力大小为
    D.轻绳对和的功率大小不相等
    【答案】B
    【详解】
    A.根据能量守恒可知,减小的重力势能全部转化为的重力势能和两物体的动能,选项A错误;
    B.根据动滑轮的特点可知,的速度为速度的2倍,根据机械能守恒定律可得
    解得
    选项B正确;
    C.根据动滑轮的特点可知,的加速度为的加速度的一半,根据牛顿第二定律可知
    联立解得
    选项C错误;
    D.绳子的拉力相同,故轻绳对做功的功率
    轻绳对做功的功率
    由于,故轻绳对做功的功率与轻绳对做功的功率大小相等,选项D错误。
    故选B。
    4.伽利略的斜面实验反映了一个重要的事实:如果空气阻力和摩擦力小到可以忽略,小球必将准确地到达同它出发时相同高度的点,绝不会更高一点,也不会更低一点。这说明,小球在运动过程中有一个“东西”是不变的,这个“东西”应是( )
    A.弹力B.势能C.能量D.动能
    【答案】C
    【详解】
    A.因为在物体运动的过程中,改变斜面的倾角不同,物体受到的支持力不同,但物体仍能达到相同的高度,故力不是守恒量,故A错误;
    BCD.伽利略理想斜面实验中,如果空气阻力和摩擦力小到可以忽略,则在物体运动的过程只有重力做功,则物体的机械能守恒。故这个不变量应该是能量,也就是动能和势能的总和,故BD错误,C正确。
    故选C。
    5.开发利用太阳能,将会满足人类长期对大量能源的需求。太阳能的光热转换是目前技术最为成熟、应用最广泛的形式。太阳能热水器的构造示意图如图甲所示,下方是日光灯管似的集热管,由导热性能良好的材料制成,在黑色管和外面透明管间有空隙,并抽成真空,集热管的下方是一块光亮的铝合金板子,做成凹凸状的曲面。
    试分析下列有关太阳能的利用问题:
    (1)说明太阳能热水器哪些结构与其功能相适应,水箱为何安装在顶部而非下部?(______)
    (2)图中A是集热器,B是储水容器,在阳光直射下水将沿________时针方向流动,这是因为________。C是辅助加热器,其作用是________。请在图中适当位置安上进水阀门和出水阀门,并说明选择位置的理由________。
    【答案】日光灯管似的集热管面积较大,便于吸收较多的太阳能;外有透明玻璃管,内有黑色管子,使阳光能直射入玻璃管而不易被反射;在黑色管和外面透明管间有空隙,并抽成真空,减少两管间因空气对流引起的热损失,减少热传导;集热管的下方是一块光亮的铝合金板子,做成凹凸一定的曲面,使周围及穿过管隙的阳光尽量聚集在水管内;水箱安装在顶部而非下部,便于水的对流。 顺 集热器中的水被太阳光晒热后密度变小,受浮力作用沿管向右上方运动 在阴天用电加热的方式使水温升高 在封闭的环形管道的左下方安上进水阀门,在贮水容器下方竖直管道上安上出水阀门,可使热水流出,冷水得以补充。‍
    【详解】
    (1)[1] 日光灯管似的集热管面积较大,便于吸收较多的太阳能;外有透明玻璃管,内有黑色管子,使阳光能直射入玻璃管而不易被反射;在黑色管和外面透明管间有空隙,并抽成真空,减少两管间因空气对流引起的热损失,减少热传导;集热管的下方是一块光亮的铝合金板子,做成凹凸一定的曲面,使周围及穿过管隙的阳光尽量聚集在水管内;水箱安装在顶部而非下部,便于水的对流。
    (2)[2] 图中A是集热器,B是储水容器,在阳光直射下水将沿顺时针方向流动。
    [3] 集热器中的水被太阳光晒热后密度变小,受浮力作用沿管向右上方运动。
    [4] C是辅助加热器,其作用是在阴天用电加热的方式使水温升高。
    [5] 在封闭的环形管道的左下方安上进水阀门,在贮水容器下方竖直管道上安上出水阀门,可使热水流出,冷水得以补充。
    6.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。
    题组C 培优拔尖练
    1.如图所示,木块A放在木板B的左端,AB间接触面粗糙,用恒力F将木块A拉到木板B的右端,第一次将B固定在水平地面上,第二次将B放在光滑水平地面上,则前后两个过程中相同的量是( )
    A.物块A达B右端时的速度
    B.物块A的运动时间
    C.力F对物块A做的功
    D.系统产生的摩擦热
    【答案】D
    【详解】
    AB.不管木板B是否固定,木块A受到重力、支持力、拉力F和滑动摩擦力f,根据牛顿第二定律有

    可解得
    因此两种情况下的加速度相同,当木板固定时由

    当木板放在光滑的水平地面上时,由于A对B摩擦力作用,木板B将向右加速滑动,此时木块A滑到B右端时,A对地面的位移为
    x=L+s
    其中s是木板发生的位移,由
    可得
    故两种情况下木块A的运动时间不同。根据
    v=at
    可知物块A达B右端时的速度不同,故AB错误;
    C.根据
    W=Fx
    可知,由于两种情况下木块A位移不同,故做的功不同,故C错误;
    D.根据“摩擦生热”公式
    Q=fs相对
    可知,两种情况下滑动摩擦力f相同,相对位移相同,所以系统产生的热量相同,故D正确。
    故选D。
    2.在伽利略理想斜面实验中,小球停下来的高度h2与它出发时的高度h1相同,我们把这一事实说成是“有某一量守恒”,下列说法中正确的是
    A.小球运动过程中速度是守恒的
    B.小球运动过程中高度是守恒的
    C.小球运动过程中动能是守恒的
    D.小球运动过程中能量是守恒的
    【答案】D
    【解析】
    【详解】
    A、在物体运动过程中物体的速度随时间发生变化,故速度不守恒,故选项A错误;
    B、小球停下来的高度与出发时的高度相同,但运动过程中高度是变化的,故选项B错误;
    C、小球沿斜面向下运动时动能增大,沿斜面向上运动时动能减小,可知动能不守恒,故选项C错误;
    D、伽利略理想斜面实验中如果空气阻力和摩擦力小到可以忽略,则在物体运动的过程只有重力做功,则物体的机械能守恒,故这个不变量应该是能量,故选项D正确.
    3.关于能源的利用中,下列说法不正确的是( )
    A.自然界的能量守恒,所以不需要节约能源
    B.煤炭和石油产品燃烧会造成空气污染和温室效应
    C.能量耗散表明能源的利用是有条件的,也是有代价的
    D.一座城市的能量耗散使其环境温度略高于周围农村的温度
    【答案】A
    【解析】
    能源不是能量,自然界的能量是守恒的,但是能源是有限的,故需要节约能源,A错误;根据能源消耗后是否造成环境污染可分为污染型能源和清洁型能源,污染型能源包括煤炭、石油等,燃烧后产生的大量含硫化合物和二氧化碳,会造成空气污染和温室效应,B正确;能量耗散表明能源的利用是有条件的,也是有代价的,C正确;能量耗散使除内能外的其他能转化为内能,故一座城市的能量耗散使其环境温度略高于周围农村的环境温度,D正确.
    4.2020年第38届美国公开赛单板滑雪形场地比赛在美国结束,中国选手蔡雪桐夺得冠军,这是中国运动员首次获得美国公开赛金牌。单板滑雪形池如图所示,由两个完全相同的圆弧滑道、和水平滑道构成,圆弧滑道的半径为,、分别为圆弧滑道的最低点,一质量为45kg的运动员从轨道处由静止滑下,由于在到向下滑行过程中运动员做功,运动员在点竖直向上滑出轨道上升的最高点离点高度为10m,滑板的质量为5kg,不计轨道摩擦和空气阻力,重力加速度取,求
    (1)在圆弧滑道的点对轨道的压力;
    (2)从到的过程中运动员所做的功。
    【答案】(1)2000N;(2)5000J
    【详解】
    (1)从最低点点到最高点的过程中,由机械能守恒定律
    在最低点对运动员
    解得
    由牛顿第三定律得运动员对滑板的压力为2000N。
    (2)从到的过程中以人和滑板为研究对象,设此过程中人做的功为,根据动能定理有
    解得从到的过程中运动员所做的功
    5.在绿色植物的光合作用中,每放出一个氧分子要吸收的光能。若绿色植物在光合作用中每放出1ml的氧气,自身即可贮存469kJ的能量。试问:
    (1)绿色植物在光合作用中是什么形式的能之间的转化?
    (2)绿色植物的能量转换效率约为多少?
    (3)若太阳光照射到地面的辐射强度为,则每增加的绿地,在阳光下每小时可贮存多少能量?
    【答案】(1)光能转化为生物(化学)能;(2)33.87%;(3)
    【详解】
    (1)光能转化为生物(化学)能。
    (2)每释放一个氧气分子贮存的能量为
    绿色植物的能量转换效率约为
    (3)在阳光下每小时可贮存
    6.生活中的电梯原理结构如图:质量为M1=1t的轿厢(不含乘客)通过钢索跨过两个光滑定滑轮与质量为M2=1.5t的配重相连,轿厢和配重均悬空,电动机通过给轿厢额外的沿钢索方向的力来控制轿厢的运行;当电梯满载乘客质量为m=1t时,g=10m/s2。
    (1)若电梯以v=2m/s向上匀速运行,当有乘客需要下电梯时,电梯设定为匀减速2.5m停下,求电梯减速时电动机对轿厢作用力的大小;
    (2)若为了舒适性,电动机以恒定功率P=10kW,将轿厢和乘客从底楼静止开始提升到21楼(已达最大速度,每层楼高3m),求所需的时间。
    【答案】(1)2200N;(2)30.7s
    【详解】
    (1)假设电动机对轿厢作用力(假设方向沿钢索向上)为F,钢索中拉力为T,减速时加速度大小为a,则由运动学公式可得
    对配重(减速向下)和轿厢(减速向上)分别研究,由牛顿第二定律可得
    整理得
    解得
    F=2200N
    (2)根据能量守恒定律
    其中
    h=60m
    匀速运动时
    解得
    t=30.7s课程标准
    课标解读
    知道自然界各种形式的能量可以相互转化,知道能量转化(转移)的方向性.
    理解能量守恒定律.
    能量形式
    含义
    示例
    机械能
    机械能是与物体的运动或位置高度、形变相关的能量,可以表现为动能,也可以表现为势能
    行驶的汽车、被拉开的弓、声音等
    内能
    物质中分子的动能和势能总和
    自然界的一切物质
    电能
    电能是与电有关的能量
    工作中的发电机、电池等
    电磁能
    电磁场所具有的能量
    无线电波、可见光、紫外线、红外线等
    核能
    通过核反应(裂变或聚变)由原子核释放的能量
    原子弹、氢弹等
    化学能
    发生化学变化时释放出来的能量
    石油、煤、天然气等
    后轮驱动直流永磁毂电机
    额定工作电压、电流:36 V/5 A
    额定输出功率:175 W
    课程标准
    课标解读
    知道自然界各种形式的能量可以相互转化,知道能量转化(转移)的方向性.
    理解能量守恒定律.
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    机械能
    机械能是与物体的运动或位置高度、形变相关的能量,可以表现为动能,也可以表现为势能
    行驶的汽车、被拉开的弓、声音等
    内能
    物质中分子的动能和势能总和
    自然界的一切物质
    电能
    电能是与电有关的能量
    工作中的发电机、电池等
    电磁能
    电磁场所具有的能量
    无线电波、可见光、紫外线、红外线等
    核能
    通过核反应(裂变或聚变)由原子核释放的能量
    原子弹、氢弹等
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    发生化学变化时释放出来的能量
    石油、煤、天然气等
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