4.1 能量 能量守恒定理 同步课时练 高中物理新教科版必修第三册（2022-2023学年）

/index4.1能量能量守恒定理一、单选题（本大题共10小题，共40.0分）下图是同一型号子弹以相同的初速度射入固定的、两种不同防弹材料时完整的运动径迹示意图．由此图可判定，与第一次试验比较，第二次试验A.子弹克服阻力做功更少

B.子弹与材料产生的总热量更多

C.子弹的动量变化量更大

D.防弹材料所受冲量相等

如图所示，竖直平行金属导轨接有电阻R，金属杆ab质量为m，跨在平行导轨上，垂直于导轨平面的水平匀强磁场的磁感应强度为B，不计ab与导轨电阻及一切摩擦，且ab与导轨接触良好，若ab杆在竖直向上的外力F作用下匀速上升，则以下说法正确的是(????)A.拉力F所做的功等于电阻R上产生的热量

B.杆ab克服安培力做的功大于电阻R上产生的热量

C.电流所做的功一定等于重力势能的增加量

D.拉力F与重力做功的代数和等于电阻R上产生的热量关于能量的转化，下列说法中正确的是A.因为能量守恒，所以“永动机”是存在的

B.摩擦生热的过程是不可逆过程

C.空调既能制热又能制冷，说明热传递不存在方向性

D.由于能的转化过程符合能量守恒定律，所以不会发生能源危机关于能量的转化，下列说法中正确的是(????)A.因为能量守恒，所以“永动机”是存在的

B.摩擦生热的过程是不可逆过程

C.空调既能制热又能制冷，说明热传递不存在方向性

D.由于能的转化过程符合能量守恒定律，所以不会发生能源危机某同学用如图所示的装置测量一个凹形木块的质量m，弹簧的左端固定，木块在水平面上紧靠弹簧(不连接)将其压缩，记下木块右端位置A点，静止释放后，木块右端恰能运动到B1点.在木块槽中加入一个质量m0=800g的砝码，再将木块左端紧靠弹簧，木块右端位置仍然在A点，静止释放后木块离开弹簧，右端恰能运动到B2点，测得AB1、AB2长分别为27.0cmA.100g B.200g C.300g D.400g如图所示是一种新型节能路灯。它“头顶”小风扇，“肩扛”太阳能电池板。关于节能路灯的设计解释合理的是(????)A.太阳能电池板将太阳能转化为电能

B.小风扇是用来给太阳能电池板散热的

C.小风扇是风力发电机，将电能转化为机械能

D.蓄电池在夜晚放电时，将电能转化为化学能

如图所示，在水平向右的匀强电场中，一不可伸长的、长度为L的不导电细线的一端连着一个质量为m的带电小球，另一端固定于O点，当小球静止在B点时，细线与竖直方向夹角，现用外力将小球移至与O点等高的A点，移动过程中细线始终绷直，则以下结论错误的是(????)A.小球带负电

B.匀强电场电场强度的大小为3mg4q

C.电场中A、B两点的电势差UAB=-3mgL10q

D.当小球从A点由静止释放至如图所示，内壁光滑的绝缘真空细玻璃管竖直放置，A、B端分别固定带电小球a、b，另一带电小球c(其直径略小于管内径)位于AB中点O，处于静止状态，小球均带正电。轻晃玻璃管可观察到小球c在O点附近的M、N两点间(M、N关于O点对称)上下运动。下列说法正确的是(????)A.M、N两点的电势相等

B.小球c在运动过程中机械能守恒

C.小球a的电荷量等于小球b的电荷量

D.小球c从O点运动到N点电场力做负功

如图所示，方盒A静止在光滑的水平面，盒内有一小滑块B，盒的质量是滑块的2倍，滑块与盒内水平面间的动摩擦因数为若滑块以速度v开始向左运动，与盒的左、右壁发生无机械能损失的碰撞，滑块在盒中来回运动多次，最终相对于盒静止，则(????)A.最终盒的速度大小是v4 B.最终盒的速度大小是v2

C.滑块相对于盒运动的路程为 D.滑块相对于盒运动的路程为利用能源的过程实质上是(

)A.能量的消失过程 B.能量的创造过程

C.能量不守恒的过程 D.能量转化或转移并且耗散的过程二、多选题（本大题共5小题，共20.0分）下列关于能量和能源说法正确的(????)A.在能量转化过程中常常伴随着能量耗散

B.能量耗散说明能量不守恒

C.根据能量守恒定律，人们无需担心能源枯竭

D.我国政府目前积极鼓励支持开发太阳能、生物能、风能、水能等新能源关于能量与能源，下列表述正确的是(????)A.能量可以从一种形式转化为另一种形式

B.能量可以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下列关于能量和能源说法正确的(A.在能量转化过程中常常伴随着能量耗散

B.能量耗散说明能量不守恒

C.根据能量守恒定律，人们无需担心能源枯竭

D.我国政府目前积极鼓励支持开发太阳能、生物能、风能、水能等新能源关于能量和能源，下列说法正确的是(????)A.由于自然界的能量守恒，所以不需要节约能源

B.人类在不断地开发新能源，所以能量可以被创造

C.能量的转化和转移具有方向性

D.能量可以从一种形式转化为另一种形式，但总量总是保持不变如图，固定斜面的倾角o，斜面与水平台面间有一轻质定滑轮，质量分别为2m、m的两个小滑块P、Q，通过跨过定滑轮的轻绳连接，滑轮左侧轻绳水平，右侧轻绳与斜面平行，已知滑块Q与台面间的动摩擦因数为0.3，其他摩擦均不计，重力加速度大小为g，sin37o=0.6，cos37o=0.8。在两滑块由静止释放后做匀加速运动的过程中A.两滑块的加速度大小均为0.3g

B.轻绳对Q做的功等于Q动能的增加量

C.Q的机械能增加量小于P的机械能减少量

D.P的机械能减少量等于系统摩擦产生的热量三、实验题（本大题共2小题，共18.0分）某同学用如图(a)所示的装置，探究仅在摩擦力做功的条件下，摩擦力做功与物体动能变化的关系。实验的部分操作如下：按图(a)所示安装器材，带有遮光条的物块置于水平面上，与弹簧接触但不连接。用力向左推物块，将弹簧从原长位置O向左压缩一定距离，松手让物块向右运动，光电计时器记录下遮光条通过光电门的时间t，测出滑块停下时到光电门的水平距离x。(1)若光电门固定在O点(遮光条经过光电门时弹簧恰处于原长)，多次改变释放时滑块到光电门的距离，得到多组数据，该同学处理数据时，得到如图(b)所示的x和1t2的关系图线。通过推理分析，可以得出：通过O点后，摩擦力对物块做功大小与其动能变化大小________(选填“成正比”“成反比”或“不确定”(2)若光电门固定在上述方法仍在同一坐标系内作x和1t2的关系图线，其图象为________；若光电门固定在O点左侧，其图象可能为________。(以上两空均选填“图(b)”“图(c)”或“图(d)”为了测定一根轻弹簧压缩到最短时具有的弹性势能的大小，可以将弹簧固定在一带有凹槽轨道(可视为光滑)的一端，并将轨道固定在水平桌面边缘上，如图所示，用钢球将弹簧压缩至最短后由静止释放，钢球将沿轨道飞出桌面。已知重力加速度g．

(1)实验时需要测定的物理量有________(填序号)A.钢球质量mB.弹簧的原长LC.弹簧压缩最短时长度LD.水平桌面离地面的高度hE.钢球抛出点到落地点的水平位移x(2)计算弹簧最短时弹性势能的关系式是Ep=_______(用测定的物理量字母表示四、计算题（本大题共3小题，共30.0分）地球上的能量从源头上说来自太阳辐射到达地面的太阳辐射(假定不计大气对太阳辐射的吸收)一部分被地球表面反射到太空，其余部分被地球吸收．被吸收的部分最终转换成为地球热辐射(红外波段的电磁波).热辐射在向外传播过程中，其中一部分会被温室气体反射回地面，地球以此方式保持了总能量平衡。作为一个简单的理想模型，假定地球表面的温度处处相同，且太阳和地球的辐射都遵从斯忒蕃一玻尔兹曼定律：单位面积的辐射功率J与表面的热力学温度T的四次方成正比，即，其中是一个常量．已知太阳表面温度Ts=5.78×103K，太阳半径Rs=6.69×105(1)如果地球表面对太阳辐射的平均反射率α=0.30，试问考虑了温室气体对热辐射的反射作用后，地球表面的温度是多少？(2)如果地球表面一部分被冰雪覆盖，覆盖部分对太阳辐射的反射率为，其余部分的反射率处间冰雪被盖面占总面积多少时地球表面温度为273K．

如图所示，倾角θ=37°的光滑固定斜面上放有A、B、C三个质量均为m的物块(均可视为质点)，A固定，C与斜面底端处的挡板接触，B与C通过轻弹簧相连且均处于静止状态，A、B间的距离为d。现释放A，一段时间后A与B发生碰撞，重力加速度大小为g，取sin37°=0.6，cos37°=0.8

(1)求A与B碰撞前瞬间A的速度大小v0(2)若A、B碰撞为弹性碰撞，碰撞后立即撤去A，且B沿斜面向下运动到速度为零时(此时B与C未接触弹簧仍在弹性限度内)，弹簧的弹性势能增量为Ep，求B沿斜面向下运动的最大距离x(3)若A下滑后与B碰撞并粘在一起，且C刚好要离开挡板时，A、B的总动能为Ek，求弹簧的劲度系数k。

如图所示，光滑轨道abc固定在竖直平面内，ab为四分之一圆弧轨道，bc段水平，且与ab圆弧相切于b点。在光滑水平地面上紧靠轨道c端，停着质量为M=3kg、长度为L=0.5m的平板车，平板车上表面与bc等高。现将可视为质点的物块从与圆心O等高的a点静止释放，物块滑至圆弧轨道最低点b时的速度大小为vb=2m/s，对轨道的压力大小等于30N，之后物块向右滑上平板车。取重力加速度g=10m/s2，不计空气阻力。(1)求该物块的质量；(2)若物块最终未从平板车上滑落，求物块在平板车上滑动过程中产生的热量。

答案和解析1.【答案】D

【分析】

本题主要考查动能定理、能量守恒定律、动量定理、冲量。

【解答】

A.设子弹初速度为v，子弹克服阻力做功为Wf，对子弹，由动能定理得：-Wf=0-12mv2，所以子弹克服阻力做功Wf=12mv2，可知二次试验子弹克服阻力做功相等，故A错误；

B.根据能量守恒，子弹的动能全部转化为子弹与材料的总热量，故二次试验总热量相等，故B错误；

C.子弹的动量变化量为Δp=0-mv，可知二次试验子弹的动量变化量相等，故C2.【答案】D

【分析】

时，动能不变，重力势能增加，整个回路的内能增加，根据能量守恒进行分析。

解决本题的关键理清整个过程中的能量转换，结合能量守恒定律和功能关系进行解决。

【解答】

A.根据能量守恒定律知，拉力F做的功等于重力势能的增加量和电阻R上产生的热量之和，故A错误；

B.根据功能关系知，杆ab克服安培力做功等于电阻R上产生的热量，故B错误；

C.安培力的大小与重力的大小不等，则电流做的功与重力做功大小不等，即电流做功不等于重力势能的增加量，故C错误；

D.根据动能定理知，拉力和重力做功等于克服安培力做功的大小，克服安培力做功等于电阻R上的热量，故D正确。

故选D。

3.【答案】B

【分析】

本题考查了对能量转化或转移的理解，大都属于理解记忆知识，对于这类问题要平时加强记忆和强化练习。

正确解答本题需要掌握：利用热力学第二定律解释一些自然现象；正确理解能量的转化与守恒定律；理解热传递现象。

【解答】

A.因为能量守恒，所以不消耗能量而对外做功的“永动机”是不存在的，故A错误；

B.根据热力学第二定律可知，机械能向内能转化时具有方向性，摩擦生热的过程是不可逆过程，故B正确；

C.热传递在自发进行时有方向性，总是从高温物体传递到低温物体，故C错误；

D.能的转化过程虽然符合能量守恒定律，但是在转化过程中存在着“能量耗散”和“品质降低”，能量向品质低的大气内能转化，不能再重复利用，因此要节约能源，故D错误。

故选B。

4.【答案】B

【分析】

本题考查了对能量转化或转移的理解，大都属于理解记忆知识，对于这类问题要平时加强记忆和强化练习。

正确解答本题需要掌握：利用热力学第二定律解释一些自然现象；正确理解能量的转化与守恒定律；理解热传递现象。

【解答】

A.因为能量守恒，所以不消耗能量而对外做功的“永动机”是不存在的，故A错误；

B.根据热力学第二定律可知，机械能向内能转化时具有方向性，摩擦生热的过程是不可逆过程。故B正确；

C.热传递在自发进行时有方向性，总是从高温物体传递到低温物体，故C错误；

D.能的转化过程虽然符合能量守恒定律，但是在转化过程中存在着“能量耗散”和“品质降低”，能量向品质低的大气内能转化，不能再重复利用，因此要节约能源，故D错误。

故选B。

5.【答案】D

【分析】

本题考查了功能关系；本题的关键是弄清楚该运动过程中的能量转化情况，也可以根据动能定理列方程求解。

前后弹簧的弹性势能是相同的，木块向右滑动过程，弹簧的弹性势能转化为内能。

【解答】

砝码质量m0=800g=0.8kg；

根据能量的转化与守恒有：；

；

联立得：m=0.4kg=400g；

故ABC错误，D正确。

故选D。

6.【答案】A

【解析】解；这种新能源的路灯，“肩扛”太阳能电池板也可以把太阳能转化为电能；“头顶”的小风扇可以把风能转化为电能，这样只要有风，这种路灯也可以发电，填补了一点阴天和晚上不能发电的空白，有利于路灯晚上照明使用；蓄电池在夜晚放电时，将化学能转化为电能；故A正确，BCD错误；

故选：A。

风扇式发电机可以通过风吹动扇片转动，把风能转化为电能；

太阳能电池板可以把太阳能转化为电能。

解决本题的关键是明确各元件的作用，知道在工作过程中各不同的形式的能量之间的转化过程；

7.【答案】A

【分析】需要根据电场力与重力的合力进行合成与分解，然后进行判断，再根据电场力做功的情况结合几何知识来进行判断。

本题主要考查小球在重力场和电场的合力场中的问题，需要应用力的合成与分解的知识进行求解。【解答】A.由小球静止在B点时可知，受电场力方向水平向右，因此小球带正电，故A错误；

B.根据力的合成与分解，电场力与重力的关系为，得：E=3mg4q，故B正确；

C.根据几何知识，AB间的水平距离，AB间电势差U=-Ed=-3mg4q(L-Lsinθ)=-3mgL10q，故C正确；

D.当小球从A点由静止释放至B点，电场力做负功，因为电场力做负功，根据能量守恒得12mvB2=mgh-qEd8.【答案】D【解析】解：A、小球在振动的过程中，只有重力和电场力做功，所以重力势能、电势能、动能三者的和守恒，在M、N两点时动能都为零，M点的重力势能大于N点的重力势能，所以M点的电势能要小于N点的电势能，小球带正电，所以M点的电势小于N点的电势，故A错误；

B、小球在振动的过程中，除重力做功以外，电场力做功，机械能不守恒，故B错误；

C、小球c开始静止在O点，知重力和电场力平衡，可知b球对c球的库仑力大于a球对c球的库仑力，则小球a的电量小于小球b的电量。故C错误；

D、小球c从O点运动到N点的过程中，合力向上，重力向下，则电场力向上，电场力做负功。故D正确。

故选：D。

抓住开始处于静止状态，根据共点力平衡比较小球a和小球b的电量大小。小球C在O位置上下附近的M、N点间运动，根据小球的受力确定电场力的做功情况。

解决本题的突破口在于通过静止时电场力和重力平衡，得出小球a、b的电量大小，知道小球在O点上方，合力向下，在O点下方，合力向上。

9.【答案】C

【分析】

滑块与盒子组成的系统动量守恒，由动量守恒求出盒子与滑块的最终速度；再结合损失的机械能即可求出滑块相对于盒运动的路程。

本题考查动量守恒定律和能量守恒定律的应用，解答的关键要分析清楚运动过程，熟练应用动量守恒定律、能量守恒定律是正确解题的关键。

【解答】

AB.设滑块的质量为m，碰后速度为，由于滑块与盒子组成的系统合外力为0，故物体和盒子组成的系统动量守恒，设向左为正方向，由动量守恒定律得：mv=(m+2m)v共，解得：，故AB错误；

CD.由于开始时盒子与物块的机械能：E1=12mv2，

碰后盒子与物块的机械能：，所以由能量守恒定律可知：

，

所以有：s=v23μg，故C10.【答案】D

【分析】

能量既不会消灭也不会创生，它只会从一种形式转化成另一种形式或者从一个物体转移到另一个物体，在能的转化或转移的过程中，能的总量保持不变。

本题考查能量转化和守恒规律的应用，要注意明确转化是指能的形式发生变化，转移是指能量从一个物体转移到另一个物体，能的形式不变。

【解答】

能的利用过程是指利用能源为人类服务，实质上是能量的转化和转移的过程，能量并没有创造消失，而能量的总量是守恒的，故D正确，ABC错误。

故选D。

11.【答案】AD

【分析】

自然界的能量是守恒的，但能源是有限的；能源的利用过程中有能量耗散，但能量仍守恒；要注意理解能量守恒定律的基本内容。

本题考查能量守恒定律的应用以及能量耗散；要知道能量与能源的区别，明确保护能源的意义。

【解答】

AB.能源的利用过程中有能量耗散，但自然界中的能量是守恒的，所以自然、界中的能量不会减小，故B错误，A正确；

C.地球上的化石能源的存储量是有限的，如果过量开采这些能源，就会存在能源危机，故C错误；

D我国政府目前积极鼓励支持开发太阳能、生物能、风能、水能等新能源，故D正确。

故选AD。

12.【答案】AB

【分析】能量是物质的重要属性之一，它有许多形式，如热能、机械能、光能、电能、核能和化学能等等．能源是提供能量的物质资源，地球上有各种各样的能源，如按使用状况分类，有常规能源(包括煤、原油、天然气等)，新能源(包括核燃料、地热能、太阳能等)；能量守恒定律：能量既不能凭空产生，也不能凭空消失，它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另一个物体，在转化或转移的过程中，能的总量保持不变。本题考查学生对能量守恒定律的理解与掌握情况，是基础知识的考查。【解答】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正确；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。故选AB。13.【答案】AD

【分析】

本题考查能量守恒定律的应用以及能量耗散；要知道能量与能源的区别，明确保护能源的意义。

【解答】

AB.能源的利用过程中有能量耗散，但自然界中的能量是守恒的，所以自然、界中的能量不会减小，故B错误，A正确；

C.地球上人类可利用能源的存储量是有限的，如果过量开采这些能源，就会存在能源危机，故C错误；

D我国政府目前积极鼓励支持开发太阳能、生物能、风能、水能等新能源，故D正确。

故选AD。

14.【答案】CD

【分析】本题考查能量和能源。能量既不能被创造，也不能被消失，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另一个物体，在转化和转移的过程中，能的总量不变。但能源需要节约，因为有能量耗散。解题的关键是知道能量守恒。【解答】A.自然界的能量守恒，但能源需要节约，同时为了提高生活质量，故A错误；B.人类在不断地开发和利用新能源，但能量不能被创造，也不会消失，故B错误；

C.宏观世界的一切实际过程都具有方向性，故C正确；

D.能量可以从一种形式转化为另一种形式，故D正确。故选CD。

15.【答案】AC

【解析】解：的加速度大小为a。对Q，由牛顿第二定律得：T-μmg=ma

对P，由牛顿第二定律得：，联立解得a=0.3g，故A正确。

B、在Q运动的过程中，轻绳的拉力对Q做正功，摩擦力对Q做负功，其他力不做功，根据动能定理可知，轻绳对Q做的功与摩擦力对Q做功之和等于Q动能的增加量，则轻绳对Q做的功大于Q动能的增加量，故B错误。

C、对P、Q组成的系统，由于Q要克服摩擦力做功，所以系统的机械能减少，则Q的机械能增加量小于P的机械能减少量，故C正确。

D、P的机械能减少量等于系统摩擦产生的热量与Q的机械能增加量之和，故D错误。

故选：AC。

在两滑块由静止释放后匀加速运动的加速度大小相等，分别对两滑块，利用牛顿第二定律列式，即可求出它们的加速度大小。根据动能定理分析轻绳对Q做的功与Q动能的增加量的关系。根据系统的能量转化情况，分析Q的机械能增加量与P的机械能减少量的关系，并判断P的机械能减少量与系统摩擦产生的热量关系。

本题要求同学们能正确选择合适的研究对象，由于P、Q的加速度方向不同，可采用隔离法，运用牛顿第二定律求加速度。要正确分析能量的转化情况，搞清各种能量之间的关系。

16.【答案】(1)成正比；(2)图(b)；图(c)。

【分析】

本题考查了关于动能定理的探究实验，会通过图像总结规律；从O点右侧开始运动，对物块进行受力分析及运动分析，列动能定理方程；从O点左侧开始运动，根据能量守恒列方程。

【解答】

(1)滑块通过光电门时速度v=dt(d为遮光条的宽度)，其动能变化为，摩擦力做功W=fx，由图(b)可知，摩擦力对物块做功大小与其动能变化大小成正比；

(2)若光电门在O点右侧，有-fx=-12mdt2，其x和1t2关系图线与图(b)中图线重合；若光电门在O点左侧，滑块经过光电门时弹性势能不为零，且为常数，则有，其x和1t2关系图象可能为图(c)。

故答案为：(1)17.【答案】(1)ADE

(2)m【分析】(1)弹簧压缩最短，储存的弹性势能最大，释放小球后，小球在弹簧的弹力作用下加速，弹簧与小球系统能量守恒，通过测量小球的动能来求解弹簧的最大弹性势能，小球离开桌面后，做平抛运动，根据平抛运动的知识可以求平抛的初速度，根据以上原理确定待测量即可；

(2)根据平抛运动的知识先求平抛的初速度，求出初动能就得到弹簧压缩最短时储存的弹性势能大小。

本题关键是通过平抛运动测量初速度，从而测量出弹簧释放的弹性势能，也就是弹簧储存的弹性势能。【解答】(1)释放弹簧后，弹簧储存的弹性势能转化为小球的动能

EP=12mv2，故需测量小球的质量和最大速度，小球接下来做平抛运动，要测量初速度，还需要测量测量平抛的水平位移和高度，故ADE正确，BC错误；

(2)对于平抛运动，有：x=vt，h=1故答案为：(1)ADE

(2)18.【答案】(1).根据题意，太阳辐射的总功率太阳辐射各向同性地向外传播．设地球半径为rE