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(cè)電池的電動(dòng)勢(shì)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(cè)電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻[學(xué)習(xí)目標(biāo)]掌握用伏阻法和安阻法測(cè)電動(dòng)勢(shì)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(cè)電動(dòng)勢(shì)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(cè)出多組U、R值，通過(guò)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(kāi)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(cè)電動(dòng)勢(shì)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(cè)出多組I、R的值，通過(guò)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(kāi)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(cè)電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻例1東風(fēng)中學(xué)課外興趣小組測(cè)量手機(jī)電池的電動(dòng)勢(shì)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(shì)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(shì)的標(biāo)稱(chēng)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(kāi)關(guān)和導(dǎo)線若干．(1)如果要準(zhǔn)確測(cè)量電源的電動(dòng)勢(shì)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(duì)應(yīng)電壓表的示數(shù)U，獲取了多組數(shù)據(jù)，畫(huà)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(guò)電阻箱的電流視為干路電流，則可得該電池組的電動(dòng)勢(shì)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(shì)的測(cè)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(shì)約為3V，要準(zhǔn)確測(cè)量電源的電動(dòng)勢(shì)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(cè)電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻例2一同學(xué)測(cè)量某干電池的電動(dòng)勢(shì)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(qǐng)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(cè)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(jiàn)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(shì)為_(kāi)______V(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)；內(nèi)阻為_(kāi)_____Ω(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)．答案(1)開(kāi)關(guān)未斷開(kāi)電阻箱阻值為零(2)見(jiàn)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(kāi)關(guān)斷開(kāi)，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(shì)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(duì)訓(xùn)練為了測(cè)量四節(jié)干電池組成的電池組的電動(dòng)勢(shì)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(shì)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(kāi)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(kāi)開(kāi)關(guān)S，調(diào)整電阻箱的阻值，再閉合開(kāi)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(shì)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(guò)大，若選擇E，則電路中電流不超過(guò)Imax＝eq\f(E,R01＋r)≈0.11A此時(shí)無(wú)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(cè)定一節(jié)干電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻，要求盡量減小實(shí)驗(yàn)誤差．在測(cè)定電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的實(shí)驗(yàn)中，待測(cè)電池、開(kāi)關(guān)和導(dǎo)線配合下列哪組儀器，不可以達(dá)到測(cè)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(cè)定電源的電動(dòng)勢(shì)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(cè)量路端電壓U、用電流表測(cè)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(cè)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(cè)量電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻．也可以在沒(méi)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(cè)量，電阻箱可以讀出阻值，可達(dá)到測(cè)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(cè)量電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻，一個(gè)電壓表和一個(gè)電流表無(wú)法進(jìn)行多次測(cè)量，故選A、B.2．(2022·云南玉溪市江川區(qū)第二中學(xué)高二開(kāi)學(xué)考試)某物理興趣小組的同學(xué)利用實(shí)驗(yàn)測(cè)量電池的電動(dòng)勢(shì)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(cè)電池的電動(dòng)勢(shì)，這樣測(cè)出的電動(dòng)勢(shì)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(duì)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(huà)出eq\f(1,U)－eq\f(1,R)圖像；(4)根據(jù)(3)所畫(huà)的圖像可算出電池的電動(dòng)勢(shì)為_(kāi)_______V，電池的內(nèi)阻為_(kāi)_______Ω.(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)答案(1)偏小(3)見(jiàn)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(cè)電池的電動(dòng)勢(shì)，實(shí)際上測(cè)量的是路端電壓，故測(cè)量值偏?。?3)將表格中數(shù)據(jù)在坐標(biāo)中描點(diǎn)并畫(huà)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(shì)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(shì)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(cè)定干電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻，使用的器材還包括定值電阻(R0＝5Ω)一個(gè)，開(kāi)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(qǐng)完成余下電路的連接．(2)請(qǐng)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(kāi)關(guān)S1閉合，開(kāi)關(guān)S2斷開(kāi)，電壓表的示數(shù)是1.48V；C．將開(kāi)關(guān)S2________，電壓表的示數(shù)是1.14V；斷開(kāi)開(kāi)關(guān)S1.(3)使用測(cè)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(cè)得的電動(dòng)勢(shì)比實(shí)際值偏________(填“大”或“小”)．答案(1)見(jiàn)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(kāi)關(guān)S2閉合．(3)根據(jù)(2)中步驟B可知，電源的電動(dòng)勢(shì)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(cè)得的電動(dòng)勢(shì)比實(shí)際值偏?。?.某同學(xué)設(shè)計(jì)如圖所示電路用來(lái)測(cè)量電源的電動(dòng)勢(shì)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(cè)出通過(guò)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(shì)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(cè)量干電池電動(dòng)勢(shì)E和內(nèi)阻r的電路原理圖，圖中S為開(kāi)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(huà)出連線．(2)在閉合開(kāi)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(kāi)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(huà)出所對(duì)應(yīng)的I1－I2圖像．(4)利用所得圖像求得電池的電動(dòng)勢(shì)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(cè)電源電動(dòng)勢(shì)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(shì)E＝I1′×10000Ω，電池的內(nèi)阻等于圖像的斜率k×10000Ω的絕對(duì)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(lèi)與應(yīng)用.4.認(rèn)識(shí)當(dāng)前環(huán)境問(wèn)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(guò)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(guò)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(guò)程具有方向性．三、能量的分類(lèi)與應(yīng)用1．能源的分類(lèi)(1)不可再生能源：煤炭、石油和天然氣是目前人類(lèi)生產(chǎn)、生活中使用的主要能源，這類(lèi)能源又叫作化石能源．化石能源無(wú)法在短時(shí)間內(nèi)再生，所以這類(lèi)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(lái)源于太陽(yáng)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(kāi)發(fā)與應(yīng)用近年來(lái)，我國(guó)在能源開(kāi)發(fā)方面取得了很大的成就：如：太陽(yáng)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(zhǎng)、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(guò)度使用化石能源帶來(lái)的環(huán)境惡化已經(jīng)成為關(guān)系到人類(lèi)社會(huì)能否持續(xù)發(fā)展的大問(wèn)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(guò)程中對(duì)生態(tài)環(huán)境的污染程度低的清潔能源．1．判斷下列說(shuō)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(kāi)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(jiàn)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(yáng)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(chē)”，基本原理是將一小型發(fā)電機(jī)緊靠車(chē)輪處，車(chē)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(chē)，你認(rèn)為僅靠這種方式，電動(dòng)車(chē)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(chē)持續(xù)運(yùn)動(dòng)下去．因?yàn)榭窟@種方式，只能將電動(dòng)車(chē)的一部分能量收集起來(lái)，但電動(dòng)車(chē)運(yùn)動(dòng)時(shí)受到的阻力做負(fù)功，不斷把電動(dòng)車(chē)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(chē)持續(xù)運(yùn)動(dòng)下去，必須不斷地給電動(dòng)車(chē)補(bǔ)充新的能量，如用腳蹬電動(dòng)車(chē)或給電動(dòng)車(chē)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(duì)象及研究過(guò)程；(2)明確該過(guò)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(lèi)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(shuō)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(guò)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(guò)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(guò)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?jī)?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(méi)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(duì)“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?chē)沫h(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(guò)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(lái)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(shuō)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(guò)程不具有方向性D．在自發(fā)的條件下熱量的傳遞過(guò)程具有方向性答案BD解析自然界一切自發(fā)過(guò)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(guò)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(guò)程中無(wú)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(shuō)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(guò)程中總量減少了B．能量耗散表明，在能源的利用過(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(lèi)與應(yīng)用能源與社會(huì)發(fā)展1．能源的分類(lèi)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(wú)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(méi)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(shù)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(lèi)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(kāi)發(fā)和利用，下列觀點(diǎn)正確的是()A．能源是有限的，無(wú)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(kāi)發(fā)和利用，必須同時(shí)考慮其對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響D．不斷開(kāi)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(wàn)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(qǐng)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(méi)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(guò)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(kāi)發(fā)D．人類(lèi)應(yīng)積極開(kāi)發(fā)與利用風(fēng)能、太陽(yáng)能、潮汐能等可再生的新能源答案D解析在能源的利用過(guò)程中，雖然能量在數(shù)量上并未減少，但可利用率越來(lái)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(guò)程中可利用率越來(lái)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(wàn)年前的大量生物的遺體在地層中經(jīng)過(guò)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(yáng)能、潮汐能是可再生能源，人類(lèi)應(yīng)多開(kāi)發(fā)與利用，故D正確．2．(多選)對(duì)于能量的耗散理解正確的是()A．能量的耗散說(shuō)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(shuō)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(guò)程具有方向性答案BD解析能量的耗散是能量變成了無(wú)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(guò)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(shuō)法中，正確的是()A．能量在轉(zhuǎn)化過(guò)程中，有一部分能量轉(zhuǎn)化為周?chē)h(huán)境中的內(nèi)能，我們無(wú)法把這些內(nèi)能收集起來(lái)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(guò)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(wú)論在能量的轉(zhuǎn)化還是在能量的轉(zhuǎn)移過(guò)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(guò)程中，有一部分能量轉(zhuǎn)化為周?chē)h(huán)境中的內(nèi)能，而我們無(wú)法把這些內(nèi)能收集起來(lái)重新利用，這表明，在能源的利用過(guò)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(cè))熱現(xiàn)象過(guò)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(guò)程中無(wú)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(shuō)法中正確的是()A．能量耗散說(shuō)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(guò)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(guò)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(guò)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(shì)能類(lèi)比于重力勢(shì)能，如圖所示，下列說(shuō)法正確的是()A．可以將電流通過(guò)燈泡時(shí)電流做功與拋球時(shí)人對(duì)球做的功相類(lèi)比B．可以將電池的非靜電力做功與拋球時(shí)人對(duì)球做的功類(lèi)比C．可以將電流通過(guò)燈泡時(shí)做的功與球下落時(shí)重力對(duì)球做的功類(lèi)比D．可以將電池的非靜電力做功與球下落時(shí)重力對(duì)球做功類(lèi)比答案BC解析電流通過(guò)燈泡時(shí)，電流做功將電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能，與之對(duì)應(yīng)的是球下落時(shí)重力做功將重力勢(shì)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(duì)應(yīng)的是人將球向上拋出對(duì)球做功將其他形式的能轉(zhuǎn)化為重力勢(shì)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(chē)就是很好的一例，電動(dòng)車(chē)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(chē)者用力蹬車(chē)或電動(dòng)自行車(chē)自動(dòng)滑行時(shí)，電動(dòng)自行車(chē)就可以通過(guò)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(lái)．某人騎車(chē)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(chē)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(chē)在運(yùn)動(dòng)過(guò)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(lèi)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(yáng)灶供熱答案D8．節(jié)約能源的主要措施是()A．大力開(kāi)發(fā)新能源B．大量利用太陽(yáng)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(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重大問(wèn)題，而提高能源利用率，節(jié)約能源，離不開(kāi)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(shuō)法中正確的是()A．由于我國(guó)煤和石油的儲(chǔ)量十分豐富，所以太陽(yáng)能和核能的開(kāi)發(fā)并不十分重要B．能源的利用過(guò)程，實(shí)質(zhì)上是能的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移過(guò)程C．現(xiàn)在人類(lèi)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(lái)自太陽(yáng)能答案BCD解析煤、石油和天然氣是由千百萬(wàn)年前的動(dòng)植物在長(zhǎng)期的地質(zhì)變遷中形成的．千百萬(wàn)年前的動(dòng)物食用植物，而植物是靠吸收太陽(yáng)的能量成長(zhǎng)的，可以說(shuō)煤、石油、天然氣的化學(xué)能來(lái)自太陽(yáng)能．目前人類(lèi)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)