2025高考物理步步高同步練習(xí)必修3第十二章第2課時(shí)　伏阻法和安阻法測電池的電動(dòng)勢和內(nèi)阻含答案

2025高考物理步步高同步練習(xí)必修3第十二章第2課時(shí)伏阻法和安阻法測電池的電動(dòng)勢和內(nèi)阻[學(xué)習(xí)目標(biāo)]掌握用伏阻法和安阻法測電動(dòng)勢和內(nèi)阻的原理，會(huì)選用實(shí)驗(yàn)器材、正確連接電路并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理．一、伏阻法測電動(dòng)勢和內(nèi)阻1．實(shí)驗(yàn)思路由E＝U＋I(xiàn)r＝U＋eq\f(U,R)r知，改變電阻箱阻值，測出多組U、R值，通過公式或圖像可求出E、r.實(shí)驗(yàn)電路如圖所示．2．實(shí)驗(yàn)器材電池、電壓表、電阻箱、開關(guān)、導(dǎo)線．3．?dāng)?shù)據(jù)處理(1)計(jì)算法：由eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(E＝U1＋\f(U1,R1)r,E＝U2＋\f(U2,R2)r))解方程組可求得E和r.(2)圖像法：由E＝U＋eq\f(U,R)r得：eq\f(1,U)＝eq\f(1,E)＋eq\f(r,E)·eq\f(1,R).故eq\f(1,U)－eq\f(1,R)圖像的斜率k＝eq\f(r,E)，縱軸截距為eq\f(1,E)，如圖．由圖像的斜率和截距求解．二、安阻法測電動(dòng)勢和內(nèi)阻1．實(shí)驗(yàn)思路如圖所示，由E＝IR＋I(xiàn)r知，改變電阻箱的阻值，測出多組I、R的值，通過圖像就可求出E、r的值．2．實(shí)驗(yàn)器材電池、電流表、電阻箱、開關(guān)、導(dǎo)線．3．?dāng)?shù)據(jù)處理(1)計(jì)算法：由eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(E＝I1R1＋I(xiàn)1r,E＝I2R2＋I(xiàn)2r))解方程組求得E，r.(2)圖像法：由E＝I(R＋r)得：eq\f(1,I)＝eq\f(1,E)R＋eq\f(r,E)eq\f(1,I)－R圖像的斜率k＝eq\f(1,E)，縱軸截距為eq\f(r,E)(如圖甲)又R＝E·eq\f(1,I)－rR－eq\f(1,I)圖像的斜率k＝E，縱軸截距為－r(如圖乙)．由圖像的斜率和截距求解．一、伏阻法測電動(dòng)勢和內(nèi)阻例1東風(fēng)中學(xué)課外興趣小組測量手機(jī)電池的電動(dòng)勢和內(nèi)阻的實(shí)驗(yàn)原理圖如圖甲所示，已知電池組的電動(dòng)勢約為3V、內(nèi)阻小于1Ω，現(xiàn)提供的器材如下：A．手機(jī)鋰電池(電動(dòng)勢的標(biāo)稱值為3.4V)；B．電壓表V1(量程為0～15V，內(nèi)阻約為10kΩ)；C．電壓表V2(量程為0～3V，內(nèi)阻約為10kΩ)；D．電阻箱R(0～99.9Ω)；E．定值電阻R1(R1＝2Ω)；F．定值電阻R2(R2＝100Ω)；G．開關(guān)和導(dǎo)線若干．(1)如果要準(zhǔn)確測量電源的電動(dòng)勢和內(nèi)阻，電壓表應(yīng)選擇________(選填實(shí)驗(yàn)器材前的標(biāo)號(hào))；定值電阻R0應(yīng)選擇________(選填實(shí)驗(yàn)器材前的標(biāo)號(hào))．(2)興趣小組一致認(rèn)為用線性圖像處理數(shù)據(jù)便于分析，于是在實(shí)驗(yàn)中改變電阻箱的阻值R，記錄對應(yīng)電壓表的示數(shù)U，獲取了多組數(shù)據(jù)，畫出的eq\f(1,U)－eq\f(1,R)圖像為一條直線，作出的eq\f(1,U)－eq\f(1,R)圖像如圖乙所示，若把流過電阻箱的電流視為干路電流，則可得該電池組的電動(dòng)勢E＝_______V、內(nèi)阻r＝_______Ω.(結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字)(3)若考慮電壓表的分流作用，則該實(shí)驗(yàn)中電動(dòng)勢的測量值與真實(shí)值相比________(選填“偏大”“偏小”或“不變”)．答案(1)CE(2)3.30.25(3)偏小解析(1)由題意知電源電動(dòng)勢約為3V，要準(zhǔn)確測量電源的電動(dòng)勢和內(nèi)阻，電壓表應(yīng)選擇量程為3V的V2，故電壓表應(yīng)選擇C，R2＝100Ω的定值電阻太大，使得電壓表指針的偏角太小，且在改變電阻箱阻值時(shí)，電壓表的示數(shù)變化不明顯，故定值電阻選擇阻值較小的R1，故定值電阻R0應(yīng)選擇E；(2)由閉合電路歐姆定律得U＝E－eq\f(U,R)(r＋R0)，整理得eq\f(1,U)＝eq\f(r＋R0,E)·eq\f(1,R)＋eq\f(1,E)結(jié)合題圖乙可得0.3＝eq\f(1,E)，則E≈3.3V，斜率k＝0.3(R0＋r)＝0.3(2＋r)＝eq\f(3－0.3,4.0)＝0.675解得r＝0.25Ω(3)考慮到電壓表的分流作用，則E＝U＋eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(U,R)＋\f(U,RV)))(R0＋r)，整理得eq\f(1,U)＝eq\f(R0＋r,E)·eq\f(1,R)＋eq\f(1,E)＋eq\f(R0＋r,ERV)，縱軸截距變大，為eq\f(1,E)＋eq\f(R0＋r,ERV)，計(jì)算時(shí)依然用eq\f(1,U)＝eq\f(r＋R0,E)·eq\f(1,R)＋eq\f(1,E)求解E時(shí)，求得的值偏?。沧璺y電動(dòng)勢和內(nèi)阻例2一同學(xué)測量某干電池的電動(dòng)勢和內(nèi)阻．(1)如圖所示是該同學(xué)正準(zhǔn)備接入最后一根導(dǎo)線(圖中虛線所示)時(shí)的實(shí)驗(yàn)電路．請指出圖中在器材操作上存在的兩個(gè)不妥之處________；________.(2)實(shí)驗(yàn)測得的電阻箱阻值R和理想電流表示數(shù)I，以及計(jì)算出的eq\f(1,I)數(shù)據(jù)見下表：R/Ω8.07.06.05.04.0I/A0.150.170.190.220.26eq\f(1,I)/A－16.75.95.34.53.8根據(jù)表中數(shù)據(jù)，在如圖方格紙上作出R－eq\f(1,I)關(guān)系圖像．由圖像可計(jì)算出該干電池的電動(dòng)勢為_______V(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)；內(nèi)阻為______Ω(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)．答案(1)開關(guān)未斷開電阻箱阻值為零(2)見解析圖1.37(1.34～1.40均可)1.2(1.0～1.4均可)解析(1)在電學(xué)實(shí)驗(yàn)中，連接電路時(shí)應(yīng)將開關(guān)斷開，電阻箱的阻值調(diào)為最大，確保實(shí)驗(yàn)儀器、儀表的安全．(2)根據(jù)閉合電路歐姆定律得E＝I(R＋r)即R＝eq\f(E,I)－r＝E·eq\f(1,I)－r，即R－eq\f(1,I)圖像為直線．描點(diǎn)連線后圖像如圖所示．根據(jù)圖像可知r＝1.2Ω.圖像的斜率為電動(dòng)勢E，在R－eq\f(1,I)圖像上取兩點(diǎn)(1.2,0.40)、(5,5.60)則E＝eq\f(5.60－0.40,5－1.2)V≈1.37V.針對訓(xùn)練為了測量四節(jié)干電池組成的電池組的電動(dòng)勢E和內(nèi)阻r，某同學(xué)設(shè)計(jì)了如圖甲所示的實(shí)驗(yàn)電路．器材如下：A．電池組(四節(jié)干電池：電動(dòng)勢約為6V，內(nèi)阻約為4Ω)B．電阻箱(最大阻值99.9Ω)C．電流表A1(量程3A、內(nèi)阻為0.5Ω)D．電流表A2(量程0.6A、內(nèi)阻為1Ω)E．定值電阻R01＝50ΩF．定值電阻R02＝5ΩG．開關(guān)一只，導(dǎo)線若干(1)為提高實(shí)驗(yàn)的精確度，電流表應(yīng)選用________；定值電阻應(yīng)選用________．(均填器材前的序號(hào))(2)斷開開關(guān)S，調(diào)整電阻箱的阻值，再閉合開關(guān)S，讀取并記錄電流表的示數(shù)及電阻箱接入電路中的阻值．多次重復(fù)上述操作，可得到多組電流值I及電阻箱的阻值R，并以eq\f(1,I)為縱坐標(biāo)，以R為橫坐標(biāo)，作出兩者的關(guān)系圖線如圖乙所示(該圖線為一直線)．(3)根據(jù)圖乙中所得圖線，可求得電池組的電動(dòng)勢E＝________V，內(nèi)阻r＝________Ω.(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)答案(1)DF(3)6.14.0解析(1)定值電阻E的阻值過大，若選擇E，則電路中電流不超過Imax＝eq\f(E,R01＋r)≈0.11A此時(shí)無論選擇哪個(gè)電流表，都不能使其指針偏轉(zhuǎn)達(dá)到量程的二分之一，從而造成讀數(shù)誤差較大，所以定值電阻應(yīng)選F.在這種情況下，電路中最大電流I′max＝eq\f(E,R02＋r)≈0.67A，所以電流表應(yīng)選擇D.(3)根據(jù)閉合電路歐姆定律得E＝I(r＋R0＋RA＋R)，整理可得eq\f(1,I)＝eq\f(1,E)R＋eq\f(r＋R0＋RA,E)故以eq\f(1,I)為縱坐標(biāo)，以R為橫坐標(biāo)，可以得到如圖乙所示圖線．圖線斜率為k＝eq\f(1,E)＝eq\f(1.98－1.65,2)＝0.165縱軸截距為b＝eq\f(r＋R0＋RA,E)＝1.65，解得E≈6.1V，r≈4.0Ω.1．(多選)(2022·邯鄲一中高二學(xué)業(yè)考試)利用電流表和電壓表測定一節(jié)干電池的電動(dòng)勢和內(nèi)阻，要求盡量減小實(shí)驗(yàn)誤差．在測定電源的電動(dòng)勢和內(nèi)阻的實(shí)驗(yàn)中，待測電池、開關(guān)和導(dǎo)線配合下列哪組儀器，不可以達(dá)到測定目的()A．一只電流表和一個(gè)滑動(dòng)變阻器B．一只電流表和一只電壓表C．一只電流表和一個(gè)電阻箱D．一只電壓表和一個(gè)電阻箱答案AB解析測定電源的電動(dòng)勢和內(nèi)阻的原理是閉合電路歐姆定律E＝U＋I(xiàn)r，用電壓表測量路端電壓U、用電流表測量電流I，利用滑動(dòng)變阻器調(diào)節(jié)外電阻，改變路端電壓和電流，實(shí)現(xiàn)多次測量，即由一個(gè)電壓表、一個(gè)電流表和一個(gè)滑動(dòng)變阻器組合可測量電源的電動(dòng)勢和內(nèi)阻．也可以在沒有電壓表的情況下，用一個(gè)電流表和一個(gè)電阻箱組合測量，電阻箱可以讀出阻值，可達(dá)到測定目的．也可以用電壓表和電阻箱組合，但不能用一個(gè)電流表和一個(gè)不能讀數(shù)的滑動(dòng)變阻器組合測量電動(dòng)勢和內(nèi)阻，一個(gè)電壓表和一個(gè)電流表無法進(jìn)行多次測量，故選A、B.2．(2022·云南玉溪市江川區(qū)第二中學(xué)高二開學(xué)考試)某物理興趣小組的同學(xué)利用實(shí)驗(yàn)測量電池的電動(dòng)勢和內(nèi)阻，實(shí)驗(yàn)的主要操作如下：(1)先用電壓表直接接在電池兩極粗測電池的電動(dòng)勢，這樣測出的電動(dòng)勢比真實(shí)值________(選填“偏大”或“偏小”)．(2)再按圖甲接好電路進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，記下電阻箱和電壓表對應(yīng)的一系列讀數(shù)R、U，并計(jì)算得下表所列數(shù)據(jù)．eq\f(1,U)/(V－1)0.801.071.301.471.802.27eq\f(1,R)/(Ω－1)0.20.50.81.01.52.0(3)在圖乙坐標(biāo)紙上畫出eq\f(1,U)－eq\f(1,R)圖像；(4)根據(jù)(3)所畫的圖像可算出電池的電動(dòng)勢為________V，電池的內(nèi)阻為________Ω.(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)答案(1)偏小(3)見解析圖(4)1.67(1.55～1.75)1.39(1.26～1.40)解析(1)用電壓表直接接在電池兩極測電池的電動(dòng)勢，實(shí)際上測量的是路端電壓，故測量值偏?。?3)將表格中數(shù)據(jù)在坐標(biāo)中描點(diǎn)并畫出圖線，如圖所示：(4)由閉合電路歐姆定律得：U＝eq\f(E,R＋r)R，可得eq\f(1,U)＝eq\f(r,E)·eq\f(1,R)＋eq\f(1,E)由函數(shù)的意義可知，圖線的縱截距表示電動(dòng)勢的倒數(shù)，圖線的斜率k＝eq\f(r,E)圖線的縱截距為0.6，所以電動(dòng)勢為1.67V，圖線的斜率為k＝eq\f(2.1－0.6,1.8－0)＝eq\f(r,E)＝eq\f(r,1.67)，解得r≈1.39Ω.3．(2022·珠海市高二期末)某同學(xué)利用電阻箱和內(nèi)阻很大的電壓表測定干電池的電動(dòng)勢和內(nèi)阻，使用的器材還包括定值電阻(R0＝5Ω)一個(gè)，開關(guān)兩個(gè)，導(dǎo)線若干，實(shí)驗(yàn)原理圖如圖(a)(1)在圖(b)的實(shí)物圖中，已正確連接了部分電路，請完成余下電路的連接．(2)請完成下列主要實(shí)驗(yàn)步驟：A．檢查并調(diào)節(jié)電壓表指針指零；調(diào)節(jié)電阻箱，示數(shù)如圖(c)所示，讀得電阻值是________；B．將開關(guān)S1閉合，開關(guān)S2斷開，電壓表的示數(shù)是1.48V；C．將開關(guān)S2________，電壓表的示數(shù)是1.14V；斷開開關(guān)S1.(3)使用測得的數(shù)據(jù)，計(jì)算出干電池的內(nèi)阻是____．(計(jì)算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)．(4)由于所用電壓表不是理想電壓表，所以測得的電動(dòng)勢比實(shí)際值偏________(填“大”或“小”)．答案(1)見解析圖(2)20Ω閉合(3)0.96Ω(4)小解析(1)根據(jù)題圖(a)電路圖，把題圖(b)的實(shí)物圖補(bǔ)充完整，如圖所示(2)由題圖(c)可知，電阻箱的阻值為2×10Ω＝20Ω根據(jù)題意可知，將開關(guān)S2閉合．(3)根據(jù)(2)中步驟B可知，電源的電動(dòng)勢為E＝U1＝1.48V，由步驟C，根據(jù)閉合電路歐姆定律可知U2＝eq\f(E,R0＋R＋r)R代入數(shù)據(jù)解得r≈0.96Ω(4)由于所用電壓表不是理想電壓表，則由步驟B根據(jù)閉合電路歐姆定律有U1＝eq\f(RV,R0＋RV＋r)E可知U1<E，所以測得的電動(dòng)勢比實(shí)際值偏?。?.某同學(xué)設(shè)計(jì)如圖所示電路用來測量電源的電動(dòng)勢和內(nèi)阻，其中電流表內(nèi)阻為RA，量程為0～0.6A.(1)實(shí)驗(yàn)前，應(yīng)先將電阻箱電阻調(diào)到____________(填“最大值”“最小值”或“任意值”)．(2)改變電阻箱的阻值R，分別測出通過電流表的電流I.下列兩組R的取值方案中(單位為Ω)，比較合理的方案是________(填“1”或“2”)．方案1400.0350.0300.0350.0200.0方案235.030.025.020.015.0(3)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)描點(diǎn)，繪出的eq\f(1,I)－R圖像是一條直線．若直線的斜率為k，在eq\f(1,I)坐標(biāo)軸上的截距為b，則該電源的電動(dòng)勢E＝____________，內(nèi)阻r＝____________(用k、b和RA表示)．答案(1)最大值(2)2(3)eq\f(1,k)eq\f(b,k)－RA解析(1)為保護(hù)電流表，實(shí)驗(yàn)前應(yīng)將電阻箱的電阻調(diào)到最大值．(2)實(shí)驗(yàn)時(shí)，若電阻箱的阻值太大，電流很小，實(shí)驗(yàn)誤差大，所以比較合理的是方案2.(3)由閉合電路歐姆定律有E＝I(r＋RA＋R)，整理得eq\f(1,I)＝eq\f(1,E)R＋eq\f(r＋RA,E)，所以k＝eq\f(1,E)，b＝eq\f(r＋RA,E)，解得E＝eq\f(1,k)，r＝eq\f(b,k)－RA.5．如圖所示是利用兩個(gè)電流表A1和A2測量干電池電動(dòng)勢E和內(nèi)阻r的電路原理圖，圖中S為開關(guān)，R為滑動(dòng)變阻器，定值電阻R1和A1內(nèi)阻之和為10000Ω(比r和滑動(dòng)變阻器的總電阻都大得多)，A2為理想電流表．(1)按電路原理圖在如圖所示虛線框內(nèi)各實(shí)物圖之間畫出連線．(2)在閉合開關(guān)S前，將滑動(dòng)變阻器的滑片P移動(dòng)至________(選填“a端”“中央”或“b端”)．(3)閉合開關(guān)S.移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片P至某一位置．讀出電流表A1和A2的示數(shù)I1和I2，多次改變滑片P的位置，得到的數(shù)據(jù)如下表所示．I1/mA0.1200.1250.1300.1350.1400.145I2/mA48040032023214068在如圖所示的坐標(biāo)紙上以I1為縱坐標(biāo)，I2為橫坐標(biāo)畫出所對應(yīng)的I1－I2圖像．(4)利用所得圖像求得電池的電動(dòng)勢E＝______V，內(nèi)阻r＝________Ω.(結(jié)果保留兩位小數(shù))答案(1)連線如圖所示(2)b端(3)如圖所示(4)1.49(在1.48～1.50范圍內(nèi)均正確)0.60(在0.55～0.65范圍內(nèi)均正確)解析本實(shí)驗(yàn)是安安法測電源電動(dòng)勢和內(nèi)阻，實(shí)質(zhì)是將電流表A1與一定值電阻串聯(lián)，改裝成電壓表使用．實(shí)驗(yàn)前應(yīng)使滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值最大，因此應(yīng)使滑片P移到b端，作I1－I2圖像，根據(jù)E＝I1(R1＋RA1)＋I(xiàn)2r，知I1＝eq\f(E,R1＋RA1)－eq\f(rI2,R1＋RA1).I1－I2圖像是一條直線，直線的縱截距I1′＝eq\f(E,R1＋RA1)，斜率k＝－eq\f(r,R1＋RA1).即電池電動(dòng)勢E＝I1′×10000Ω，電池的內(nèi)阻等于圖像的斜率k×10000Ω的絕對值．由圖像知I1′＝0.149mA，k＝－6×10－5，故E＝1.49V，r＝0.60Ω.4能源與可持續(xù)發(fā)展[學(xué)習(xí)目標(biāo)]1.掌握能量守恒定律的內(nèi)容和重要意義.2.了解什么是能源的耗散和品質(zhì)降低，認(rèn)識(shí)自然界中能量轉(zhuǎn)移或轉(zhuǎn)化的方向性.3.了解能源的分類與應(yīng)用.4.認(rèn)識(shí)當(dāng)前環(huán)境問題，增強(qiáng)環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展的意識(shí)．一、能量守恒定律能量既不會(huì)憑空產(chǎn)生，也不會(huì)憑空消失，它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為其他形式，或者從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到別的物體，在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程中，能量的總量保持不變．二、能量轉(zhuǎn)移或轉(zhuǎn)化的方向性1．一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀自然過程都是不可逆的．2．能量的耗散：其他形式的能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能后不能再重復(fù)利用，這種現(xiàn)象叫作能量的耗散．3．能量的耗散是從能量轉(zhuǎn)化的角度反映出自然界中的宏觀過程具有方向性．三、能量的分類與應(yīng)用1．能源的分類(1)不可再生能源：煤炭、石油和天然氣是目前人類生產(chǎn)、生活中使用的主要能源，這類能源又叫作化石能源．化石能源無法在短時(shí)間內(nèi)再生，所以這類能源叫作不可再生能源．(2)可再生能源：水能和風(fēng)能等能源，歸根結(jié)底來源于太陽能．這些能源在自然界可以再生，叫作可再生能源．2．能源的開發(fā)與應(yīng)用近年來，我國在能源開發(fā)方面取得了很大的成就：如：太陽能發(fā)電、水力發(fā)電、風(fēng)能發(fā)電、核能發(fā)電．四、能源與社會(huì)發(fā)展1．隨著人口迅速增長、經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展以及工業(yè)化程度的提高，能源短缺和過度使用化石能源帶來的環(huán)境惡化已經(jīng)成為關(guān)系到人類社會(huì)能否持續(xù)發(fā)展的大問題．2．可持續(xù)發(fā)展(1)可持續(xù)發(fā)展的核心：追求發(fā)展與資源、環(huán)境的平衡：既滿足當(dāng)代人的需求，又不損害子孫后代的需求．(2)需要做好兩方面：①要大力提倡節(jié)能；②發(fā)展可再生能源以及天然氣、清潔煤和核能等在生產(chǎn)及消費(fèi)過程中對生態(tài)環(huán)境的污染程度低的清潔能源．1．判斷下列說法的正誤．(1)由能量守恒定律知，能量是取之不盡、用之不竭的，也不必要節(jié)約能源．(×)(2)熱量可以自發(fā)地由高溫物體傳向低溫物體，也可以自發(fā)地從低溫物體傳向高溫物體．(×)(3)大量消耗常規(guī)能源會(huì)使環(huán)境惡化，故提倡開發(fā)利用新能源．(√)(4)能量的耗散就是能量的總量在減少．(×)2．除了常見的煤炭、石油外，可利用的能源還有哪些？答案水能、風(fēng)能、潮汐能、太陽能、核能等.一、能量守恒定律導(dǎo)學(xué)探究近幾年流行一種“自發(fā)電電動(dòng)車”，基本原理是將一小型發(fā)電機(jī)緊靠車輪處，車輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，發(fā)出的電又繼續(xù)供給電動(dòng)車，你認(rèn)為僅靠這種方式，電動(dòng)車能持續(xù)運(yùn)動(dòng)下去嗎？答案僅靠這種方式，不能使電動(dòng)車持續(xù)運(yùn)動(dòng)下去．因?yàn)榭窟@種方式，只能將電動(dòng)車的一部分能量收集起來，但電動(dòng)車運(yùn)動(dòng)時(shí)受到的阻力做負(fù)功，不斷把電動(dòng)車的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，根據(jù)能量守恒定律，要想使電動(dòng)車持續(xù)運(yùn)動(dòng)下去，必須不斷地給電動(dòng)車補(bǔ)充新的能量，如用腳蹬電動(dòng)車或給電動(dòng)車的電源充電．知識(shí)深化能量守恒定律的理解與應(yīng)用1．自然界中不同形式的能量可以相互轉(zhuǎn)化，一種形式的能量減少一定伴隨著其他形式的能量增加，能量的總量保持不變．2．能量守恒定律的適用范圍能量守恒定律是貫穿物理學(xué)的基本規(guī)律，是在各種自然現(xiàn)象中普遍適用的一條規(guī)律．3．能量守恒定律的表達(dá)式(1)E初＝E末，初狀態(tài)各種能量的總和等于末狀態(tài)各種能量的總和．(2)ΔE增＝ΔE減，某些能量的增加量等于其他能量的減少量．4．應(yīng)用步驟(1)明確研究對象及研究過程；(2)明確該過程中，哪些形式的能量在變化；(3)確定參與轉(zhuǎn)化的能量中，哪些能量增加，哪些能量減少；(4)列出增加的能量和減少的能量之間的守恒式(或初、末狀態(tài)能量相等的守恒式)．例1能量守恒定律的建立是人類認(rèn)識(shí)自然的一次重大飛躍，它是最普遍、最重要、最可靠的自然規(guī)律之一．下列說法正確的是()A．因?yàn)槟芰渴睾?，所以能量可以隨意使用B．不同形式的能量之間可以相互轉(zhuǎn)化C．因?yàn)槟芰坎粫?huì)消失，所以不可能有能源危機(jī)D．能量可以被消滅，也可以被創(chuàng)生答案B解析能量是守恒的，但在利用能量的過程中有能量耗散，耗散的能量不可再利用，符合自然界中一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀過程都有方向性，是不可逆的，應(yīng)節(jié)約能源，故A、C錯(cuò)誤；自然界中的能量可以從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，不同形式的能量間可以相互轉(zhuǎn)化，故B正確；能量不能被創(chuàng)生，也不能被消滅，故D錯(cuò)誤．例2(2021·濟(jì)南一中學(xué)業(yè)考試)某地強(qiáng)風(fēng)的風(fēng)速約為v，空氣的密度為ρ，如果把通過橫截面積S的風(fēng)的動(dòng)能完全轉(zhuǎn)化為電能，則用上述已知量計(jì)算電功率的公式為()A．P＝eq\f(1,2)ρSv B．P＝eq\f(1,2)ρSv2C．P＝eq\f(1,2)ρSv3 D．P＝eq\f(1,2)ρSv4答案C解析風(fēng)能完全轉(zhuǎn)化為電能，由能量守恒定律得eq\f(1,2)mv2＝Pt，其中m＝ρV＝ρvtS，聯(lián)立解得P＝eq\f(ρv3tS,2t)＝eq\f(1,2)ρSv3，A、B、D錯(cuò)誤，C正確．二、能量轉(zhuǎn)移或轉(zhuǎn)化的方向性導(dǎo)學(xué)探究內(nèi)能可以轉(zhuǎn)化為電能，電能可以轉(zhuǎn)化為光能、內(nèi)能、機(jī)械能……既然能量是守恒的，不會(huì)憑空消失，為什么還要節(jié)約能源呢？答案雖然能量的總量沒有減少，但由于能量轉(zhuǎn)化的方向性，使能量從便于利用的形式轉(zhuǎn)化為不便于利用的形式，導(dǎo)致了可利用的能源減少，因此我們?nèi)砸?jié)約能源．知識(shí)深化對“能量的耗散和品質(zhì)降低”的理解(1)各種形式的能最終都轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，流散到周圍的環(huán)境中，分散在環(huán)境中的內(nèi)能不管數(shù)量多么巨大，它也不過只能使地球、大氣稍稍變暖一點(diǎn)，卻再也不能驅(qū)動(dòng)機(jī)器做功了．(2)從可被利用的價(jià)值來看，內(nèi)能較之機(jī)械能、電能等，是一種低品質(zhì)的能量．由此可知，能量的耗散雖然不會(huì)導(dǎo)致能量的總量減少，卻會(huì)導(dǎo)致能量品質(zhì)的降低，實(shí)際上是將能量從高度有用的形式降級(jí)為不太可用的形式．(3)能量的耗散導(dǎo)致可利用能源減少，所以要節(jié)約能源．例3(多選)(2021·昆明一中期中)電冰箱能夠不斷地把熱量從溫度較低的冰箱內(nèi)部傳給溫度較高的外界空氣，下列說法正確的是()A．熱量能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體B．在一定條件下，熱量可以從低溫物體傳到高溫物體C．熱量的傳遞過程不具有方向性D．在自發(fā)的條件下熱量的傳遞過程具有方向性答案BD解析自然界一切自發(fā)過程都有方向性，如熱傳導(dǎo)，熱量總是由高溫物體自發(fā)地傳向低溫物體；又如擴(kuò)散，氣體總是自發(fā)地由密度大的地方向密度小的地方擴(kuò)散．在外界幫助下氣體可以由密度小的地方向密度大的地方擴(kuò)散，熱量可以從低溫物體傳向高溫物體，電冰箱就是借助外界做功把熱量從低溫物體傳向高溫物體，故選B、D.例4熱現(xiàn)象過程中不可避免地出現(xiàn)能量耗散的現(xiàn)象．所謂能量耗散是指在能量轉(zhuǎn)化的過程中無法把耗散的能量重新收集、重新加以利用．下列關(guān)于能量耗散的說法中正確的是()A．能量耗散是指在一定條件下，能量在轉(zhuǎn)化過程中總量減少了B．能量耗散表明，在能源的利用過程中，能量在數(shù)量上并未減少，但在可利用的品質(zhì)上降低了C．能量耗散表明，能量守恒定律不一定正確答案B解析能量雖然有耗散但總的能量是守恒的，在轉(zhuǎn)化的過程中總量不會(huì)減少，故A、C錯(cuò)誤；能量耗散表明在能源的利用過程中，能量在數(shù)量上并未減少，但是在可利用的品質(zhì)上降低了，故B正確；自然界中的宏觀過程具有方向性，能量耗散就是從能量轉(zhuǎn)化的角度反映了這種方向性，故D錯(cuò)誤．三、能源的分類與應(yīng)用能源與社會(huì)發(fā)展1．能源的分類按可否再生分為可再生能源與不可再生能源(1)不可再生能源：人們把煤炭、石油、天然氣叫作化石能源．化石能源無法在短時(shí)間內(nèi)再生，被叫作不可再生能源．(2)可再生能源：在自然界可以再生，例如水能、風(fēng)能、潮汐能、生物能、地?zé)崮艿龋?．能源和環(huán)境污染(1)溫室效應(yīng)：石油和煤炭的燃燒增加了大氣中二氧化碳的含量，因此加劇了溫室效應(yīng)．溫室效應(yīng)使得兩極的冰雪融化，海平面上升，淹沒沿海城市，使海水倒流入河流，從而使耕地鹽堿化；溫室效應(yīng)使全球降水量變化，影響氣候和植被變化，影響人體健康．(2)酸雨：酸雨是指pH值小于5.6的雨、雪或其他形式的大氣降水．形成酸雨的主要原因是燃燒煤炭和石油，以及工業(yè)生產(chǎn)等釋放到大氣中的二氧化硫等物質(zhì)使雨水酸度升高，形成“酸雨”，腐蝕建筑物、酸化土壤．(3)光化學(xué)煙霧：內(nèi)燃機(jī)工作時(shí)的高溫使空氣和燃料中的多種物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生氮的氧化物和碳?xì)浠衔铮@些化合物在大氣中受到紫外線的照射，產(chǎn)生二次污染物質(zhì)——光化學(xué)煙霧．這些物質(zhì)有毒，會(huì)引起人的多種疾病．另外，常規(guī)能源燃燒時(shí)產(chǎn)生的浮塵也是一種主要的污染物．3．能源與社會(huì)發(fā)展要實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展就要樹立新的能源安全觀，并轉(zhuǎn)變能源的供需模式．一方面大力提倡節(jié)約能源，另一方面要發(fā)展可再生能源以及天然氣、清潔煤和核能等清潔能源，推動(dòng)人類與自然的和諧發(fā)展．例5(多選)(2021·杭州市學(xué)軍中學(xué)高一期末)關(guān)于能源的開發(fā)和利用，下列觀點(diǎn)正確的是()A．能源是有限的，無節(jié)制地使用常規(guī)能源，是一種盲目的短期行為B．根據(jù)能量守恒定律，能源是取之不盡、用之不竭的C．能源的開發(fā)和利用，必須同時(shí)考慮其對生態(tài)環(huán)境的影響D．不斷開發(fā)新能源，是緩解能源危機(jī)、加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)的重要途徑答案ACD例6某市有20萬臺(tái)空調(diào)機(jī)，每臺(tái)空調(diào)機(jī)在夏季平均使用60天，每天耗電8kW·h.為了節(jié)約能源，該市政府建議大家都把室內(nèi)設(shè)定溫度提高1℃，這樣每臺(tái)空調(diào)機(jī)每天可節(jié)省6%的電能．那么這樣做能使該市在夏季節(jié)省多少電能？已知標(biāo)準(zhǔn)煤的熱值是2.92×107J/kg.發(fā)電廠的發(fā)電效率是30%.請計(jì)算一下，這項(xiàng)節(jié)能建議的實(shí)現(xiàn)能在1年內(nèi)節(jié)約多少噸標(biāo)準(zhǔn)煤？(結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字)答案2.1×1013J2.4×103t解析設(shè)可節(jié)省的電能為E，則E＝8×6%×60×20×104kW·h＝5.76×106kW·h≈2.1×1013J，設(shè)1年內(nèi)節(jié)約的標(biāo)準(zhǔn)煤的質(zhì)量為m，由能量守恒定律有2.92×107J/kg×m×30%＝E，解得m≈2.4×106kg＝2.4×103t.考點(diǎn)一能量守恒定律能量轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的方向性1．低碳生活是一種綠色而又環(huán)保的新型生活方式，日常生活注意節(jié)電、節(jié)油、節(jié)氣、節(jié)水，從點(diǎn)滴做起，保護(hù)環(huán)境，保護(hù)地球．下列關(guān)于能源與能量的理解正確的是()A．能量是守恒的，沒有必要提倡節(jié)約能源B．能量的耗散表明自然界的能量在利用過程中正在不斷地消失C．自然界中石油、煤炭等能源取之不盡，用之不竭，只需不斷開發(fā)D．人類應(yīng)積極開發(fā)與利用風(fēng)能、太陽能、潮汐能等可再生的新能源答案D解析在能源的利用過程中，雖然能量在數(shù)量上并未減少，但可利用率越來越小，故仍需節(jié)約能源，故A錯(cuò)誤；能量的耗散表明自然界的能量在轉(zhuǎn)化的過程中可利用率越來越小，但總量不會(huì)減小，故B錯(cuò)誤；自然界中石油、煤炭指的是億萬年前的大量生物的遺體在地層中經(jīng)過一系列生物化學(xué)變化而生成的，在短時(shí)間內(nèi)不能再生，是不可再生能源，故C錯(cuò)誤；風(fēng)能、太陽能、潮汐能是可再生能源，人類應(yīng)多開發(fā)與利用，故D正確．2．(多選)對于能量的耗散理解正確的是()A．能量的耗散說明能量在不斷減少B．能量的耗散遵循能量守恒定律C．能量的耗散說明能量不能憑空產(chǎn)生，但能量卻可以憑空消失D．能量的耗散從能量的角度反映出自然界中的宏觀過程具有方向性答案BD解析能量的耗散是能量變成了無法收集利用的內(nèi)能，能量不會(huì)不斷減少，A錯(cuò)誤；能量守恒定律適用于整個(gè)自然界，物質(zhì)能量變化一定遵循能量守恒定律，B正確；能量既不能憑空產(chǎn)生，也不能憑空消失，C錯(cuò)誤；能量的耗散是一個(gè)宏觀過程，代表著能量向不可收集利用的方向轉(zhuǎn)化，D正確．3．(多選)下列關(guān)于能量轉(zhuǎn)化的說法中，正確的是()A．能量在轉(zhuǎn)化過程中，有一部分能量轉(zhuǎn)化為周圍環(huán)境中的內(nèi)能，我們無法把這些內(nèi)能收集起來重新利用B．各種形式的能量在轉(zhuǎn)化時(shí)，總能量是不變的C．在能源的利用過程中，能量的總量并未減少，但在可利用的品質(zhì)上降低了，從便于利用的變成了不便于利用的D．各種能量在不轉(zhuǎn)化時(shí)是守恒的，但在轉(zhuǎn)化時(shí)是不守恒的答案ABC解析根據(jù)能量守恒定律可知，無論在能量的轉(zhuǎn)化還是在能量的轉(zhuǎn)移過程中，能量的總量都是不變的．由能量的耗散知，在能量轉(zhuǎn)化的過程中，有一部分能量轉(zhuǎn)化為周圍環(huán)境中的內(nèi)能，而我們無法把這些內(nèi)能收集起來重新利用，這表明，在能源的利用過程中，能量的總量并未減少，但是在可利用的品質(zhì)上降低了，從便于利用的變成不便于利用的，而自然界的總能量仍是守恒的，故選項(xiàng)A、B、C正確，D錯(cuò)誤．4．(2021·寧波二中周測)熱現(xiàn)象過程中不可避免地會(huì)出現(xiàn)能量耗散的現(xiàn)象，所謂能量耗散是指在能量轉(zhuǎn)化的過程中無法把散失的能量重新收集、加以利用，則下列關(guān)于能量耗散的說法中正確的是()A．能量耗散說明能量不守恒B．火爐把房子烤暖不屬于能量耗散C．能量耗散過程中能量不守恒D．能量耗散是從能量轉(zhuǎn)化的角度，反映出自然界中的宏觀過程具有方向性答案D解析能量耗散滿足能量守恒定律，A、C錯(cuò)誤；火爐把房子烤暖，能量轉(zhuǎn)化為內(nèi)能流散到環(huán)境中，根據(jù)能量耗散的定義，可知B錯(cuò)誤；能量耗散從能量轉(zhuǎn)化的角度反映了自然界的宏觀過程具有方向性，D正確．5．(多選)電池給燈泡供電與人將球拋出在能量轉(zhuǎn)化方面有相似之處，我們可以將電勢能類比于重力勢能，如圖所示，下列說法正確的是()A．可以將電流通過燈泡時(shí)電流做功與拋球時(shí)人對球做的功相類比B．可以將電池的非靜電力做功與拋球時(shí)人對球做的功類比C．可以將電流通過燈泡時(shí)做的功與球下落時(shí)重力對球做的功類比D．可以將電池的非靜電力做功與球下落時(shí)重力對球做功類比答案BC解析電流通過燈泡時(shí)，電流做功將電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能，與之對應(yīng)的是球下落時(shí)重力做功將重力勢能轉(zhuǎn)化為其他形式的能，故A錯(cuò)誤，C正確；電池的非靜電力做功將其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能，與之對應(yīng)的是人將球向上拋出對球做功將其他形式的能轉(zhuǎn)化為重力勢能，故B正確．6．(2021·紹興一中期中)構(gòu)建和諧型、節(jié)約型社會(huì)深得民心，遍布于生活的方方面面，自動(dòng)充電式電動(dòng)車就是很好的一例，電動(dòng)車的前輪裝有發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)與蓄電池連接．當(dāng)騎車者用力蹬車或電動(dòng)自行車自動(dòng)滑行時(shí)，電動(dòng)自行車就可以通過發(fā)電機(jī)向蓄電池充電，將其他形式的能轉(zhuǎn)化成電能儲(chǔ)存起來．某人騎車以500J的初動(dòng)能在粗糙的水平路面上滑行．第一次關(guān)閉自動(dòng)充電裝置，讓車自由滑行，其動(dòng)能隨位移變化的關(guān)系如圖中圖線①所示；第二次啟動(dòng)自動(dòng)充電裝置，其動(dòng)能隨位移變化的關(guān)系如圖中圖線②所示，則第二次向蓄電池所充的電能是()A．200J B．250JC．300J D．500J答案A解析電動(dòng)車在運(yùn)動(dòng)過程中的摩擦力大小不變，從題圖看出，第二次的位移是第一次的eq\f(3,5)，故A正確．考點(diǎn)二能源的分類與應(yīng)用7．下列供熱方式最有利于環(huán)境保護(hù)的是()A．用煤作為燃料供熱B．用石油作為燃料供熱C．用天然氣或煤氣作為燃料供熱D．用太陽灶供熱答案D8．節(jié)約能源的主要措施是()A．大力開發(fā)新能源B．大量利用太陽能、地?zé)崮蹸．大量利用風(fēng)能、水能D．采用新技術(shù)、新設(shè)備，更新改造落后的技術(shù)設(shè)備答案D解析在能源的利用中，雖然能量守恒，但可以有效利用的能量只占其中一部分，另外的一部分未被利用而散失了．因此，提高能源的利用率，節(jié)約能源是一個(gè)關(guān)系國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重大問題，而提高能源利用率，節(jié)約能源，離不開科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步．采用新技術(shù)、新設(shè)備，更新落后的技術(shù)設(shè)備是節(jié)能的主要措施，故D正確．9．(多選)(2021·廣州一中期中)關(guān)于能源的利用，下列說法中正確的是()A．由于我國煤和石油的儲(chǔ)量十分豐富，所以太陽能和核能的開發(fā)并不十分重要B．能源的利用過程，實(shí)質(zhì)上是能的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移過程C．現(xiàn)在人類社會(huì)使用的能源主要是煤、石油和天然氣D．煤、石油、天然氣的化學(xué)能歸根到底來自太陽能答案BCD解析煤、石油和天然氣是由千百萬年前的動(dòng)植物在長期的地質(zhì)變遷中形成的．千百萬年前的動(dòng)物食用植物，而植物是靠吸收太陽的能量成長的，可以說煤、石油、天然氣的化學(xué)能來自太陽能．目前人類使用的能源主要是煤、石油和天然氣．能源燃燒時(shí)，將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，內(nèi)能又可轉(zhuǎn)化為機(jī)