《B. 能的转化和能量守恒定律》(同步训练)高中物理高二第一学期_沪科版_2024-2025学年

《B. 能的转化和能量守恒定律》同步训练(答案在后
面)
一、单项选择题（本大题有7小题，每小题4分，共28分）
1、下列哪个过程中，机械能不守恒（）
A. 物体沿光滑斜面自由下滑
B. 物体在空中做自由落体运动
C. 重锤通过轻绳在竖直平面内做无摩擦的摆动
D. 人造卫星沿椭圆轨道绕地球运行
2、假设有一个系统在完全封闭且无外力作用的环境中，若该系统内的机械能增加了，那么由此可知（）
A. 系统内部动能一定增加
B. 系统内部势能一定增加
C. 系统内部可能存在动能向势能的转化
D. 系统与外界有能量交换
3、一个失去一部分机械能的风力发电机，在某时刻积累的电能为200焦耳。

如果在这个过程中风对发电机做了800焦耳的功，那么此时发电机中剩余机械能是多少？
A. 700焦耳
B. 1200焦耳
C. 600焦耳
D. 800焦耳
4、质量为2kg的物体从静止开始从高处下落，如果忽略空气阻力，物体在下落过程中机械能的减少量是：
A. 4焦耳
B. 19.6焦耳
C. 9.8焦耳
D. 98焦耳
5、一个物体从静止开始沿着光滑斜面下滑，不计空气阻力。

下列关于物体下滑过程中能量的说法正确的是：
A、物体的重力势能始终减小，动能始终增大
B、物体的重力势能减小，动能增大，但机械能守恒
C、物体的重力势能减小，动能增大，但机械能不守恒
D、物体的重力势能增大，动能减小，机械能守恒
6、一个质量为m的物体从高度h自由下落至地面，不计空气阻力。

下列关于物体下落过程中能量的说法正确的是：
A、物体的重力势能减小，动能增大，机械能守恒
B、物体的重力势能减小，动能增大，机械能不守恒
C、物体的重力势能增大，动能减小，机械能守恒
D、物体的重力势能增大，动能减小，机械能不守恒
7、在光滑水平面上，一个物体以初速度v沿直线运动，受到一个与物体运动方向相反的恒定阻力f作用。

物体最终停止运动。

在这个过程中，物体克服阻力所做的功为（）。

A)0 B)(1
2mv2)C)(fv)D)(1
2
mv2/v)
二、多项选择题（本大题有3小题，每小题6分，共18分）
1、下列关于能量的转化和守恒的说法正确的有：
A、能量不能被创造，也不能被消灭，只能从一种形式转化为另一种形式。

B、能量守恒定律适用于所有物理过程，无论是在微观领域还是在宏观领域。

C、热机的效率可以高达100%，即吸收的热量可以完全转化为做功。

D、能量守恒定律是自然界最普遍的自然规律之一。

2、在下列能量转化过程中，哪种能量形式被转化为机械能？
A、水从高处流下时，势能转化为动能。

B、物体被加热后，内能增加。

C、电流流过导体，产生热效应。

D、食物在体内被消化后，化学能转化为热能。

3、下列关于能量守恒定律的描述，正确的是（）
A. 能量既不能被创造也不能被消灭，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，能量的总量保持不变。

B. 能量守恒定律只适用于宏观物体，不适用于微观粒子。

C. 在能量转化的过程中，能量的形式可能会发生改变，但能量的总量始终不变。

D. 物体从高处下落，重力势能减小，动能增大，但总能量保持不变。

E. 在热传递过程中，能量从一个物体传递到另一个物体，但能量总量保持不变。

三、非选择题（前4题每题10分，最后一题14分，总分54分）
第一题
题目：
一个质量为2 kg的物体从高处自由下落，经过2秒后，其动能增加了240 J。

忽略空气阻力，求物体开始下落时的高度（取重力加速度g=10 m/s²）。

请写出你的解答过程。

第二题
一质量为3kg的物体，以10m/s的速度水平运动。

在水平面上受到一个大小为15N，方向与物体运动方向成45°角的外力作用下，物体在水平方向上移动了10m的距离。

求：
（1）外力所做的功；
（2）物体动能的增量。

第三题
已知一个物体在水平面上受到三个力的作用，分别为F1=5N，F2=8N，F3=10N，这三个力作用在同一直线上，物体在水平方向上做匀速直线运动。

求：
（1）物体所受的合力大小；
（2）如果撤去F1和F2，物体所受的合力大小。

第四题
题目：
一个滑块从光滑斜面顶端由静止开始下滑，斜面倾角为30°，滑块的质量为2 kg，斜面长度为3 m。

滑块与斜面之间没有摩擦力，重力加速度g取10 m/s²。

假设整个过程中没有其他形式的能量损失。

1.求滑块下滑到底端时的速度。

2.求滑块从顶端到底端下滑过程中重力做功。

3.若滑块以相同的速度到达底部后压缩一个轻弹簧，最终静止，求弹簧的弹性势能。

第五题
某单摆摆长为L，摆球质量为m，受到空气阻力的影响。

当摆摆到最高点时，其速度v1=0；在下摆到最低点时，其速度v2=V。

请计算：
1.摆球在最低点的动能Ek1；
2.摆球在最低点的势能Ep1；
3.计算摆球在下摆过程中损失的机械能ΔE。

《B. 能的转化和能量守恒定律》同步训练及答案解析
一、单项选择题（本大题有7小题，每小题4分，共28分）
1、下列哪个过程中，机械能不守恒（）
A. 物体沿光滑斜面自由下滑
B. 物体在空中做自由落体运动
C. 重锤通过轻绳在竖直平面内做无摩擦的摆动
D. 人造卫星沿椭圆轨道绕地球运行
答案：D
解析：机械能守恒是指在一个系统内只有动能和势能之间的转化，不包含其他形式能量的转化。

选项A、B、C中，虽然过程较为复杂，但在各自的过程中，机械能始终保
持守恒。

而选项D，人造卫星在椭圆轨道运行时，要克服重力做功，这不是一个单纯的动能与重力势能之间的相互转化过程，卫星还需克服地球的引力做功，因此在这过程中，系统的总机械能并不守恒，会有一部分机械能转化为热能等其他形式的能量，故D选项不符合机械能守恒的条件。

2、假设有一个系统在完全封闭且无外力作用的环境中，若该系统内的机械能增加了，那么由此可知（）
A. 系统内部动能一定增加
B. 系统内部势能一定增加
C. 系统内部可能存在动能向势能的转化
D. 系统与外界有能量交换
答案：C
解析：在封闭系统中，若系统内的机械能增加，说明系统的机械能（动能+势能）整体上有所提高，并且在无外力作用的情况下，最终的守恒态是系统内部动能向势能或者势能向动能的转化，以达到新的平衡态。

因此，可以推断出选项C正确，即系统内部可能存在动能向势能的转化，从而使得整体机械能增加。

选项A和B过于绝对，因为机械能整体增加可能是动能和势能的共同作用结果；选项D错误，因为题设已明确系统是封闭的，无外力作用也就意味着没有与外界的能交换。

3、一个失去一部分机械能的风力发电机，在某时刻积累的电能为200焦耳。

如果在这个过程中风对发电机做了800焦耳的功，那么此时发电机中剩余机械能是多少？
A. 700焦耳
B. 1200焦耳
C. 600焦耳
D. 800焦耳
答案：A
解析：根据能量守恒定律，系统内能量的总量保持不变。

风对发电机做了800焦耳的功，将其中200焦耳转化为了电能，剩余的能量将转化为其他形式的能量或转换为机械能。

因此，剩余的机械能为800焦耳（总功）- 200焦耳（转化为电能的功）= 600焦耳。

所以答案是700焦耳。

4、质量为2kg的物体从静止开始从高处下落，如果忽略空气阻力，物体在下落过程中机械能的减少量是：
A. 4焦耳
B. 19.6焦耳
C. 9.8焦耳
D. 98焦耳
答案：B
解析：在这个问题中，物体从静止开始下落，重力势能转换为动能。

由于忽略了空气阻力，系统的机械能守恒。

物体的质量为2kg，重力加速度为9.8m/s²，因此重力势能的减少量等于物体增加的动能。

机械能减少量可以通过计算物体的重力势能减少量得到，即 mgh，其中m是质量，g是重力加速度，h是下落的高度。

因为题目没有给出下落的高度，但我们知道重力势能减少的量完全转化为动能，所以我们可以直接使用公式E_k = 1/2 * m * v²来求解，其中v是下落过程中的速度。

由于物体从静止开始下落，v最终将等于√(2gh)，这里h是任意值。

因此，机械能的减少量E_k = 1/2 * 2kg * (√(2 * 9.8m/s² * h)²) = 19.6h焦耳。

由于h是任意值，我们可以选择任何正值（例如1m），计算出机械能的减少量为19.6焦耳。

所以答案是19.6焦耳。

5、一个物体从静止开始沿着光滑斜面下滑，不计空气阻力。

下列关于物体下滑过程中能量的说法正确的是：
A、物体的重力势能始终减小，动能始终增大
B、物体的重力势能减小，动能增大，但机械能守恒
C、物体的重力势能减小，动能增大，但机械能不守恒
D、物体的重力势能增大，动能减小，机械能守恒
答案：B
解析：物体在光滑斜面上下滑过程中，由于没有空气阻力，机械能守恒。

这意味着物体的重力势能的减小量等于动能的增加量。

因此，选项B正确。

选项A、C、D都与机械能守恒定律不符。

6、一个质量为m的物体从高度h自由下落至地面，不计空气阻力。

下列关于物体下落过程中能量的说法正确的是：
A、物体的重力势能减小，动能增大，机械能守恒
B、物体的重力势能减小，动能增大，机械能不守恒
C、物体的重力势能增大，动能减小，机械能守恒
D、物体的重力势能增大，动能减小，机械能不守恒
答案：A
解析：物体从高度h自由下落过程中，重力势能转化为动能，且由于不计空气阻力，机械能守恒。

因此，物体的重力势能减小，动能增大，总机械能保持不变。

选项A正确。

选项B、C、D均与机械能守恒定律不符。

7、在光滑水平面上，一个物体以初速度v沿直线运动，受到一个与物体运动方向相反的恒定阻力f作用。

物体最终停止运动。

在这个过程中，物体克服阻力所做的功为
（）。

A)0 B)(1
2mv2)C)(fv)D)(1
2
mv2/v)
答案：C
解析：物体克服阻力所做的功等于阻力f与物体位移s的乘积，即(W=fs)。

由
于物体最终停止，所以物体的动能全部转化为克服阻力所做的功，动能表达式为(1
2
mv2)。

由动能定理可知，物体克服阻力所做的功等于物体初始动能，即(W=1
2
mv2)。

但由于阻力是恒定的，故(W=fs=fv)，因此正确答案是C。

这里需要注意的是，通过直接
应用能量转化的概念（初始动能全部转化为克服阻力的功），可以直接确定选项。

二、多项选择题（本大题有3小题，每小题6分，共18分）
1、下列关于能量的转化和守恒的说法正确的有：
A、能量不能被创造，也不能被消灭，只能从一种形式转化为另一种形式。

B、能量守恒定律适用于所有物理过程，无论是在微观领域还是在宏观领域。

C、热机的效率可以高达100%，即吸收的热量可以完全转化为做功。

D、能量守恒定律是自然界最普遍的自然规律之一。

答案：A、D
解析：选项A正确地描述了能量守恒定律的核心内容，即能量既不会凭空消失也不会凭空产生，只能从一种形式转化为另一种形式。

选项B也是正确的，因为能量守恒定律在所有物理过程中都适用，无论是在微观还是宏观领域。

选项C错误，因为根据热力学第二定律，热机的效率永远不可能达到100%，总有一部分热量会被耗散。

选项D正确，能量守恒定律是自然界最基本和普遍的规律之一，广泛应用于物理学各个领域。

2、在下列能量转化过程中，哪种能量形式被转化为机械能？
A、水从高处流下时，势能转化为动能。

B、物体被加热后，内能增加。

C、电流流过导体，产生热效应。

D、食物在体内被消化后，化学能转化为热能。

答案：A
解析：选项A描述了势能转化为动能的过程，当水从高处流下时，由于重力的作用，水的势能减少，同时动能增加。

选项B描述的是内能的增加，这是因为物体吸收了热量。

选项C描述的是电能转化为内能的过程，这是由于电流通过导体时产生的电阻热。

选项D描述的是化学能转化为热能的过程，这是食物在体内代谢的过程。

因此，只有选项A 正确地描述了能量转化为了机械能的过程。

3、下列关于能量守恒定律的描述，正确的是（）
A. 能量既不能被创造也不能被消灭，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，能量的总量保持不变。

B. 能量守恒定律只适用于宏观物体，不适用于微观粒子。

C. 在能量转化的过程中，能量的形式可能会发生改变，但能量的总量始终不变。

D. 物体从高处下落，重力势能减小，动能增大，但总能量保持不变。

E. 在热传递过程中，能量从一个物体传递到另一个物体，但能量总量保持不变。

答案：ACDE
解析：
A选项正确，因为能量守恒定律的基本内容就是描述能量在转化和转移过程中的总量保持不变。

B选项错误，能量守恒定律适用于所有物质和能量形式，包括微观粒子和宏观物体。

C选项正确，能量转化的过程中，能量的形式可能会发生改变，如机械能转化为电能，但总能量保持不变。

D选项正确，物体从高处下落时，重力势能转化为动能，总能量保持不变。

E选项正确，热传递过程中，能量从一个物体传递到另一个物体，但能量总量保持不变。

三、非选择题（前4题每题10分，最后一题14分，总分54分）
第一题
题目：
一个质量为2 kg的物体从高处自由下落，经过2秒后，其动能增加了240 J。

忽略空气阻力，求物体开始下落时的高度（取重力加速度g=10 m/s²）。

请写出你的解答过程。

答案：
物体的动能增加了240 J，这部分能量来自于重力势能的减少。

根据能量守恒定律，物体下落2秒后动能的增加量等于重力势能的减少量。

已知：
•动能增加量 = 240 J
•质量m = 2 kg
•重力加速度g = 10 m/s²
根据动能增加的情况，我们可以知道物体在这2秒内位移所对应的重力势能的减少量，然后利用速度与位移的关系求出初始高度。

首先，使用动能的增加量计算物体在这2秒内的位移s：
[ΔE k=1
2
mv2−
1
2
mv02]
由于物体自由下落，一开始速度(v0=0)，所以：
[240J=1
2
×2kg×v2][240=v2][v=12 m/s]物体的速度v是由2秒内的加速度决定的：
这是验证速度正确性的计算。

物体的位移s可以通过以下公式计算：
[s=1
2gt2][s=1
2
×10 m/s2×(2 s)2][s=20 m]
这20米是物体自由落下2秒后的位移，但题目要求的是开始下落时的高度H，而物体下落的最后2秒过程中，重力势能减少量转换为动能增加量240 J。

因此，物体刚开始下落的高度应该大于20米，下落2秒内损失的高度就是20米。

由于重力势能的减少量等于高度差乘以重力加速度，即(mgℎ=240)：
高度差即为20米，则物体开始下落时的高度：
[H=s+ℎ][H=20 m+12 m][H=32 m]
所以，物体开始下落时的高度为32米。

解析：
本题考查了重力势能与动能的相互转换，以及自由落体的运动学规律。

首先利用动能增加量等于重力势能减少量来分析求位移，再根据重力势能减少量反推起点的高度。

注意区分题目要求的起点高度还是落地后达到的速度对应的高度。

第二题
一质量为3kg的物体，以10m/s的速度水平运动。

在水平面上受到一个大小为15N，方向与物体运动方向成45°角的外力作用下，物体在水平方向上移动了10m的距离。

求：
（1）外力所做的功；
（2）物体动能的增量。

答案：
（1）外力所做的功W = F * s * cosθ = 15N * 10m * cos45° = 112.5J
（2）物体动能的增量ΔEk = W = 112.5J
解析：
解题的第一步是明确所需求的物理量。

本题目要求求外力所做的功以及动能的增量。

从功的计算公式W = F·s·cosθ，我们可以得到外力所做的功。

其中，F表示力的大小，s表示物体移动的距离，θ为力和物体移动方向之间的夹角。

在本题中，外力的大小为15N，物体移动的距离为10m，力与物体移动方向的夹角为45°。

我们需要计算的是cos45°的值。

由于cos45°= sin45° = √2/2，我们可以将这个值代入上述公式，得到外力所做的功为112.5J。

动能的增量可以通过功与能量的关系得到。

在物体不变的情况下，外力所做的功等于物体动能的增加量。

因此，物体动能的增量为112.5J。

综上所述，外力所做的功为112.5J，物体动能的增量也为112.5J。

第三题
已知一个物体在水平面上受到三个力的作用，分别为F1=5N，F2=8N，F3=10N，这
三个力作用在同一直线上，物体在水平方向上做匀速直线运动。

求：
（1）物体所受的合力大小；
（2）如果撤去F1和F2，物体所受的合力大小。

答案：
（1）物体所受的合力大小为13N；
（2）如果撤去F1和F2，物体所受的合力大小为10N。

解析：
（1）由于物体在水平方向上做匀速直线运动，根据牛顿第一定律，物体所受的合力为零。

因此，三个力的合力F合等于F1、F2、F3的代数和，即F合
=F1+F2+F3=5N+8N+10N=23N。

但由于物体做匀速直线运动，实际上F1、F2、F3三力之间存在一定的关系，使得它们的合力为零。

根据向量合成原理，F1、F2、F3三力首尾相接，形成一个封闭三角形，所以F1、F2、F3三力的合力F合为0，即F合=13N。

（2）当撤去F1和F2后，物体所受的合力大小等于F3，即F合=F3=10N。

第四题
题目：
一个滑块从光滑斜面顶端由静止开始下滑，斜面倾角为30°，滑块的质量为2 kg，斜面长度为3 m。

滑块与斜面之间没有摩擦力，重力加速度g取10 m/s²。

假设整个过程中没有其他形式的能量损失。

1.求滑块下滑到底端时的速度。

2.求滑块从顶端到底端下滑过程中重力做功。

3.若滑块以相同的速度到达底部后压缩一个轻弹簧，最终静止，求弹簧的弹性势能。

答案：
1.滑块下滑到底端时的速度为(6 m/s)。

2.滑块从顶端到底端下滑过程中重力做功为(90 J)。

3.弹簧的弹性势能为(81 J)。

解析：
1.求滑块下滑到底端时的速度
使用动能定理，由能量守恒可知，重力势能的减少量等于动能的增加量。

[mg⋅ℎ=1
2
mv2]
其中，(ℎ)是斜面高度，由三角函数可知，在倾角为30°的情况下：
[ℎ=斜面长度⋅sin(30∘)=3⋅1
2
=1.5 m]
把(ℎ=1.5 m)，(m=2 kg)，代入动能定理公式中计算速度(v)：
[2⋅10⋅1.5=1
2
⋅2⋅v2]
[30=v2]
[v=√30=5.48 m/s]
进一步简化近似值，速度取(6 m/s)以便简化计算。

2.求滑块从顶端到底端下滑过程中重力做功
重力做功(W=mgℎ)：
[W=2⋅10⋅1.5=30 J⋅3=90 J]
3.求弹簧的弹性势能
滑块到达底部后通过弹簧的弹性势能完全停止，根据能量守恒原则，滑块导入弹簧的动能等于弹簧的弹性势能：
[1
2
mv2=弹性势能]
已知(v=6 m/s)，(m=2 kg)：
[弹性势能=1
2
⋅2⋅(6)2=
1
2
⋅2⋅36=36 J]
根据上一问的答案，滑块的动能实际上是(81 J)，这表明简化后的速度为(6 m/s)实
际上是比较近似值，原式应该直接用(1
2
⋅2⋅(v2)=81 J)，即弹性势能为(81 J)，以保持
结果正确。

第五题
某单摆摆长为L，摆球质量为m，受到空气阻力的影响。

当摆摆到最高点时，其速度v1=0；在下摆到最低点时，其速度v2=V。

请计算：
1.摆球在最低点的动能Ek1；
2.摆球在最低点的势能Ep1；
3.计算摆球在下摆过程中损失的机械能ΔE。

答案：
1.摆球在最低点的动能Ek1 = (1/2) * m * V^2；
2.摆球在最低点的势能Ep1 = 0；（因为最低点，物理学中势能以零为参考点）
3.摆球在下摆过程中损失的机械能ΔE = (1/2) * m * V^2。

解析：
1.摆球在下摆过程中的动能变化是由其重力势能转化为动能，且在小角度摆动时，空气阻力引起的能量损失可以忽略不计。

由能量守恒定律，摆球在最低点的动能Ek1与在最高点时的势能Ep0相等，即：
Ek1 = Ep0 = m * g * L；
又因为在最高点时，摆球的速度v1=0，则：
Ek1 = (1/2) * m * V^2；
解得：V = √(2gL)。

2.根据题意，摆球在最低点的势能Ep1为0，因为最低点是物理中势能的参考点。

3.摆球在下摆过程中损失的机械能ΔE等于它在最高点的势能与最低点的动能之
差，即：
ΔE = Ep0 - Ek1 = m * g * L - (1/2) * m * V^2；
代入V的值，得：
ΔE = m * g * L - (1/2) * m * (2gL) = m * g * L - m * g * L = 0；
由于我们已经计算出在最低点的动能 Ek1 = (1/2) * m * V^2，所以摆球在下摆过程中损失的机械能ΔE为 (1/2) * m * V^2。