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第二章 能的转化与能量守恒
单元体系·总览 2
基础要点·必记 2
要点1 功和功率 2
要点2 机械能 4
要点速测 2 4
要点3 内能 6
要点速测 3 7
要点4 电路中的电能 8
要点速测 4 9
要点5 核能 12
要点速测 5 12
要点6 能的转化与能量守恒 13
要点速测 6 13
重难题型·必刷 14
难点1 区分宏观机械能、微观内能，辨析温度、内能、热量三者逻辑关系 14
难点2 电能、电功率与电热计算 16
难点3 能量转化辨析，区分机械能守恒和能量守恒定律 19
易错变式·必训 21
考点1 机械能守恒判断 21
考点2 温度、内能、热量辨析 24
考点3 热量的计算 26
考点4 电功、电热和电功率的计算 28
考点5 伏安法测小灯泡电功率 32
单元体系·总览
基础要点·必记
要点1 功和功率
1. 功
做功的两个必要因素，二者缺一不可：①作用在物体上的力F；②物体在力的方向上移动距离s。
功的计算公式：W=Fs；竖直提升物体克服重力做功 W=Gh。
单位：焦耳（J）。
2. 功率
功率是描述做功快慢、能量转化快慢的物理量。
公式：P= 、P=Fv
单位：瓦特（W），1 W=1 J/s。
易错提醒
要点速测
1．在做“探究滑动摩擦力的大小与哪些因素有关”实验时，小科将木块A放置于水平木板B上，加载一个砝码，把弹簧测力计系在A上，并固定在墙上，如图所示。在实验的某个阶段，小科拉动水平木板B，弹簧测力计示数不变。此阶段关于做功的说法正确的是（　　）
A．弹簧测力计对A做了功
B．力F没有对B做功
C．砝码没有对A做功
D．力F对A做了功
【答案】C
【解答】解：A、弹簧测力计对A的拉力方向水平向右，但木块A保持静止，未在拉力方向上移动距离，弹簧测力计对A没有做功，故A错误；
B、力F作用在木板B上，且木板B在力F的方向上向左移动了距离，力F对B做了功，故B错误；
C、砝码对A的压力方向竖直向下，木块A未在压力的方向上移动距离，砝码没有对A做功，故C正确；
D、力F没有作用在木块A上，故力F对A不做功，故D错误。
故选：C。
2．如图甲所示，重为8N的铁块吸附在竖直放置的足够长的磁性平板上，在竖直向上拉力F的作用下铁块沿直线竖直向上运动，铁块受到的摩擦力为2N。铁块运动过程中速度v的大小随时间t变化的图象如图乙所示。下列说法中正确的是（　　）
A．磁性平板对铁块的吸引力等于8N
B．0～2s内铁块做匀速直线运动
C．2～6s内拉力F做的功是120J
D．2～6s内拉力F的功率是40W
【答案】C
【解答】解：A、题干中未提及磁性平板对铁块的吸引力相关信息，无法得出磁性平板对铁块的吸引力等于8N，故A错误；
B、由图乙可知，0～2s内铁块的速度随时间增大而增大，所以铁块做加速直线运动，故B错误；
C、由图乙可知，2～6s内铁块做匀速直线运动，速度v＝3m/s，根据v可得2～6s内铁块运动的距离为：
s＝vt＝3m/s×（6s﹣2s）＝12m；因为铁块匀速直线运动，处于平衡状态，在竖直方向上，拉力F、重力G和摩擦力f满足F＝G+f，已知G＝8N，f＝2N，则竖直向上拉力为：F＝8N+2N＝10N；根据功的计算公式W＝Fs可得2～6s内拉力F做的功为：W＝Fs＝10N×12m＝120J，故C正确；
D、根据功率的计算公式P可得2～6s内拉力F的功率为：
P30W，故D错误。
故选：C。
要点2 机械能
1.动能：物体由于运动具有的能量。影响因素：质量、速度。质量越大、速度越大，动能越大。
2.重力势能：物体由于被举高而具有的能量。影响因素：质量、被举高的高度。质量越大、高度越高，重力势能越大。
3.弹性势能：物体发生弹性形变具有的能量。弹性形变越大，弹性势能越大。
4.机械能 = 动能 + 势能。
机械能守恒条件：只有重力或弹力做功，不计摩擦、空气阻力；若存在摩擦阻力，机械能会减少，转化为内能。
易错提醒
要点速测
1．如图所示是冰壶场地的示意图，水平冰面粗糙程度相同。某同学用水平推力使冰壶从A点向前运动，到B点时松手，冰壶滑行到C点静止。下列说法正确的是（　　）
A．冰壶从B到C的过程，该同学对冰壶做了功
B．冰壶能够从B运动到C，是由于它受到了惯性作用
C．冰壶从B到C的过程先加速后减速，机械能没有转化为内能
D．冰壶在AB段所受的摩擦力等于在BC段所受的摩擦力
【答案】D
【解答】解：
A.冰壶从B到C的过程中，该同学没有对冰壶施加力，根据做功的两个必要因素，所以该同学对冰壶没有做功，故A错误；
B.冰壶能够从B运动到C，是由于冰壶具有惯性，惯性是物体的一种属性，不是力，不能说“受到惯性作用”，故B错误；
C.冰壶从B到C的过程中，由于受到摩擦力的作用，速度逐渐减小，动能转化为内能，机械能减小，故C错误；
D.冰壶在AB段和BC段，压力大小（等于冰壶重力 ）和接触面的粗糙程度相同，根据摩擦力大小的影响因素，可知冰壶在AB段所受的摩擦力等于在BC段所受的摩擦力，故D正确。
故选：D。
2．杭州亚运会中国撑杆跳名将李玲打破赛会纪录夺冠赢得观众阵阵掌声。如图所示，运动员撑杆跳全过程可分为四个阶段：A→B阶段，助跑加速；B→C阶段，杆弯曲程度增大、人上升；C→D阶段，杆弯曲程度减小、人上升；D→E阶段，人越过横杆后下落，整个过程空气阻力忽略不计。下列说法不正确的是（　　）
A．在A→B阶段人的动能逐渐增大
B．在B→C阶段杆的弹性势能增大
C．在C→D阶段人的重力势能增大
D．在D→E阶段中人的机械能减小
【答案】D
【解答】解：A、A→B阶段，运动员助跑加速，质量不变，速度增大，动能增大，故A正确；
B、B→C阶段，杆弯曲程度增大，杆的弹性势能增大，故B正确；
C、C→D阶段，杆弯曲程度减小、人上升，人的质量不变，高度增加，重力势能增加，故C正确；
D、整个过程空气阻力忽略不计，D→E阶段，人越过横杆后下落，重力势能转化为动能，机械能不变，故D错误。
故选：D。
要点3 内能
1.内能：物体内部所有分子热运动的动能和分子势能总和。一切物体任何温度都有内能。 影响内能因素：温度、质量、物态。
2.改变内能两种方式：做功、热传递，两种方式等效。
做功：机械能转化为内能；热传递：内能发生转移。
3.热量：热传递过程中转移内能多少，热量是过程量，只能说吸收、放出热量，不能说物体含有热量。
4.比热容
比热容是物质本身的一种特性，只与物质的种类、物态有关，和质量、温度、吸放热多少无关。
公式：Q=cmt；Q吸=cm(t-t0)，Q放=cm(t0-t)；只适用于物态不发生改变的升温降温。
水的比热容：4.2103J/(kg·℃)。
热平衡方程，不计热量损耗：Q吸=Q放。
5. 燃料的热值
燃料燃烧，化学能转化为内能。
热值：燃料完全燃烧放出热量与质量之比；热值是燃料固有属性，只与燃料种类有关，与质量、是否完全燃烧无关。
计算公式：固体、液体燃料Q放=mq；气体燃料Q放=Vq。
5. 化学反应的能量变化
放热反应：反应向外释放热量，例燃烧、生石灰加水、镁和稀盐酸；
吸热反应：反应吸收外界热量，例碳酸钙高温分解、氢氧化钡与氯化铵反应；
本质是化学能和内能之间互相转化。
易错提醒
要点速测
1．某校科学小组用规格相同的小烧杯装入等量清水，采用相同酒精灯同步加热三组装置：甲为水浴加热、乙为油浴加热、丙为砂浴加热。加热一段时间后，测得外部介质稳定温度：水浴100℃、油浴280℃、砂浴550℃，则三杯小烧杯内清水的温度高低顺序为（　　）
A．t甲＞t乙＞t丙 B．t甲＝t乙＝t丙
C．t甲＜t乙＝t丙 D．t甲＜t乙＜t丙
【答案】B
【解答】解：甲、乙、丙小烧杯中均为水，沸点相同。甲中水能达到沸点但是不能继续吸热，不会沸腾。乙和丙中水达到沸点后能继续吸热并沸腾，温度保持100℃，所以甲、乙、丙的温度相同。
故选：B。
2．炎热的夏天，小嘉将一瓶饮料放在泡沫箱中的冰块上，两者的温度随时间变化如图。下列说法正确的是（　　）
A．甲是饮料，降温到0℃后没有内能
B．乙是冰块，升温到0℃后不再吸热
C．甲降温到0℃后，甲、乙间不再发生热传递
D．整个热传递过程中，乙的比热容保持不变
【答案】C
【解答】解：A、从图示可知，甲的温度比乙高，故甲是饮料，即使温度为0℃，也有内能，故A错误；
B、乙是冰块，升温到0℃后继续吸热，故B错误；
C、甲降温到0℃后，甲、乙间没有温度差，不再发生热传递，故C正确；
D、整个热传递过程中，乙由冰块变成水，比热容变大，故D错误。
故答案为：C。
要点4 电路中的电能
1.电功（电能）：电流做功的实质，电能转化成其他形式能。
单位：焦耳；常用单位kW· h（度），1kW· h=3.6106 J。电能表测量消耗电能。
公式：W=UIt（通用公式）；W=I2Rt仅适用于纯电阻电路。
2.电功率：描述电流做功快慢。
公式P==UI。 额定电压、额定功率：用电器出厂标定固定值，不随实际电压改变；实际功率由实际电压决定，灯泡亮度由实际功率决定。
3.焦耳定律：电流通过导体产生热量Q=I2Rt。
纯电阻电路：电能全部转化内能，W=Q；电动机等非纯电阻电路，电能大部分转化机械能，W>Q。
易错提醒
要点速测
1．某同学用如图甲所示的电路进行实验，电源电压恒定，R1为定值电阻。闭合开关S后，当滑片P从变阻器R2的b端逐渐向左移到某位置的过程中，多次记录数据并绘制得到滑动变阻器R2的P﹣I图像如图乙所示。下列说法错误的是（　　）
A．滑动变阻器的最大阻值为20欧
B．电源电压是12伏
C．定值电阻R1的阻值为6欧
D．已知Q点横坐标为1.5安，则Q点纵坐标为9瓦
【答案】C
【解答】解：判断选项A：
当滑片P在b端时，滑动变阻器接入电路的电阻最大，电路中的电流最小。由图乙可知，最小电流Imin＝0.5A，此时滑动变阻器的功率P2＝5W。
根据电功率公式 P＝I2R，可得滑动变阻器的最大阻值：
R2，max20Ω.所以，说法A正确。
2.判断选项B和C：
电源电压U恒定，根据串联电路的欧姆定律U＝I（R1+R2），我们可以利用图乙中的两组数据列出方程组。当I1＝0.5A时，R2，1＝R2，max＝20Ω。
U＝I1（R1+R2，1）＝0.5A（R1+20Ω）﹣﹣﹣（1）
当I2＝2A时，P2，2＝8 W。
此时滑动变阻器的阻值为：R2，22Ω
U＝I2（R1+R2，2）＝2A（R1+2Ω）﹣﹣﹣（2）联立方程（1）和（2），
可得：R1＝4Ω所以，说法C错误。
将R1＝4Ω代入方程（1）中，求得电源电压：
U＝0.5A（4Ω+20Ω）＝12V。所以，说法B正确。
3.判断选项D：
当Q点横坐标为I＝1.5A时，电路中的电流为1.5A。
此时定值电阻R1两端的电压为：U1＝I×R1＝1.5 A×4Ω＝6 V
根据串联电路电压特点，滑动变阻器两端的电压为：
U2＝U U1＝12 V 6 V＝6 V
此时滑动变阻器的功率（即Q点纵坐标）为：
P2＝U2×I＝6 V×1.5 A＝9 W。所以，说法D正确。
故答案选：C。
2．用如图装置探究影响电流热效应的因素，甲、乙、丙三个相同的容器均装有质量相等的煤油，电阻丝R1、R2、R3浸没在煤油中，其中R1＝R3＝5Ω，R2＝10Ω，下列说法中正确的是（　　）
A．探究电流热效应与电流的关系应选择R2和R3进行比较
B．闭合开关后，R1和R3的电功率之比是1：3
C．闭合开关后，相同时间内烧瓶中温度计示数的变化量：甲＜乙＜丙
D．比较物质的比热容只需将某一瓶煤油换成等质量的水
【答案】C
【解答】解：由装置图可知：R1与R2串联后，再与R3并联。串联电路中电流相等，并联电路中各支路电压相等。且R1＝R3＝5Ω，R2＝10Ω。
A、探究电流热效应与电流的关系时，需控制电阻和通电时间相同，改变电流。R1与 R3电阻相等（均为5Ω），但 R1在串联支路，R3在并联支路，通过二者的电流不同，符合控制变量要求。R2与R3电阻不同，无法探究电流的影响，故A错误。
B、设并联电路两端的电压为U。串联支路的总电阻R串＝R1+R2＝5Ω+10Ω＝15Ω，该支路电流I1＝I2。R3支路的电流I3。R1的电功率P1R1＝（）2×5Ω。R3的电功率P3R3＝（）2×5Ω。则功率比P1：P3：1：9，不是1：3。故B错误。
C、电流产生的热量 Q＝I2Rt，相同时间内，热量变化会使煤油温度变化（Δt与Q成正比）。
比较甲（R1）和乙（R2）：二者串联，I1＝I2，t相同，R1＜R2，由Q＝I2Rt，Q1＜Q2，故 Δt甲＜Δt乙。
比较甲（R1）和丙（R3）：R1＝R3，t相同，I1＜I3，由Q＝I2Rt得 Q1＜Q3，故 Δt甲＜Δt丙。
比较乙（R2）和丙（R3）：Q2R2t＝（）2×10×t，Q3R3t＝（）2×5×t，显然 Q2＜Q3，故 Δt乙＜Δt丙。
综上：Δt甲＜Δt乙＜Δt丙，故C正确。
D、比较物质的比热容，需控制吸收的热量相同、质量相同，改变物质种类。该电路中，若只换一瓶煤油为水，电阻丝产生的热量不一定相同（电流、电阻可能不同），无法保证水和煤油吸收的热量相同。
正确做法：用相同的电阻丝，保证相同时间产生相同热量，再将其中一瓶煤油换成等质量的水，故D错误。
故选：C。
要点5 核能
1.核能：原子核发生变化时释放的能量，分为核裂变、核聚变。
2.核裂变：中子轰击重原子核，分裂成中等质量原子核，释放巨大能量；链式反应。
不可控链式反应：原子弹；
可控链式反应：核电站反应堆，实现核能发电。 核电站能量转化：核能→内能→机械能→电能。核废料需要专门深埋处理。
3.核聚变（热核反应）：轻原子核在超高温条件聚合，释放巨大能量；同等质量燃料，聚变释放能量大于裂变。 实例：太阳内部、氢弹爆炸；目前人类还无法实现可控核聚变。
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要点速测
1．“华龙一号”是由我国自主设计和研发的、具有先进压水堆核电技术核电站。其单台机组年发电量近100亿千瓦时。下列关于该核电站的分析正确的是（　　）
A．核电站是利用核聚变产生的能量发电的
B．“100亿千瓦时”是指发电机的发电功率
C．核电站的能量转化为：核能→内能→机械能→电能
D．核废料的放射性会在短期内自然消失，可直接排放至环境中
【答案】C
【解答】解：A、核电站是利用核裂变产生的能量发电的，故A错误；
B、100亿千瓦时是指发电机所做的电功，故B错误；
C、核电站的能量转化为：核能→内能→机械能→电能，故C正确；
D、核废料会对环境造成污染，不可直接放至环境中，故D错误。
故选：C。
2．中国“人造太阳”——全超导托卡马克（EAST）东方超环，在全球首次实现了上百秒的稳态高约束运行模式，不仅创造了新的世界纪录，还为人类开发利用核聚变清洁能源奠定了重要的技术基础。
（1）如图乙是东方超环的热核反应示意图，属于 　核聚变　 （选填“核聚变”或“核裂变”）。
（2）东方超环的反应原理与太阳类似，能量转化是原子核能转为 　内能　 。
【答案】（1）核聚变；（2）内能。
【解答】解：（1）如图乙是东方超环的热核反应示意图，属于核聚变。
（2）东方超环的反应原理与太阳类似，能量转化是原子核能转为内能。
故答案为：（1）核聚变；（2）内能。
要点6 能的转化与能量守恒
1.能量守恒定律：能量不会凭空产生，也不会凭空消失；只会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；能量总量保持不变。
2.机械能守恒只是能量守恒的特殊情况。
3.永动机：设想不消耗能量持续对外做功，违背能量守恒定律，无法制造成功。
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要点速测
1．能量有多种多样的形式，下列有关能量的说法错误的是（　　）
A．奔跑的猎豹具有机械能
B．人的食物中储存有化学能
C．电视遥控器发射的信号具有机械能
D．雷电爆发时具有电能、声能等
【答案】C
【解答】解：A、机械能包括动能和势能，猎豹奔跑时具有动能，因此具有机械能。故A正确。
B、食物中的营养物质通过化学反应释放能量，这种储存在物质中的能量是化学能。故B正确。
C、电视遥控器发射的是红外线，属于电磁波，携带的是电磁能，而机械能是宏观物体运动或形变具有的能量，因此该信号不具有机械能。故C错误。
D、雷电是大气中的放电现象，伴随电能、声能、光能等多种能量形式。故D正确。
故选：C。
2．关于能量守恒定律的下列说法中，正确的是（　　）
A．能量既可以凭空消失
B．能量也可以凭空产生
C．热机的工作过程不遵循能量守恒定律
D．能量转化和转移过程中，能量的总量保持不变
【答案】D
【解答】解：
AB、能量既不能凭空产生，也不会凭空消失，故AB错误；
C、能量守恒定律适用于自然界中任何形式能的相互转化，热机的工作过程也遵循能量守恒定律，故C错误；
D、一个物体能量增加，必然伴随着别的物体能量减少，在能量转移和转化的过程中能量的总量是保持不变的，故D正确。
故选：D。
重难题型·必刷
难点1 区分宏观机械能、微观内能，辨析温度、内能、热量三者逻辑关系
1.本质区分
机械能 内能
能量 宏观能量 微观分子能量总和
影响因素 物体运动、位置、形变 物体内部分子热运动、分子间相互作用
是否可为 0 可以为 0 不可能为 0，一切物体任何温度下都具有内能
相互关系 二者独立互不影响；物体机械能大小无法决定内能大小
2.温度、内能、热量辨析
物理量 属性类型 物理意义 影响或变化规律 常见易错表述
温度 状态量 描述分子热运动剧烈程度 温度升高，分子平均动能变大 ——
内能 状态量 物体内部所有分子动能 + 分子势能总和 受温度、质量、物态共同影响 ——
热量 过程量 热传递过程中转移的内能 仅发生在热传递过程中 只能描述 “吸收或放出热量”，不能说物体 “含有热量”
3.规律：①物体吸热，内能一定增大，但温度不一定升高（晶体熔化、液体沸腾）；
②物体温度升高，内能一定增大，但不一定是吸收热量（外界对物体做功也能升温）；
③内能增大，温度不一定升高；内能减小，温度不一定降低；
④高温物体内能不一定更大，内能需要同时考虑质量、物态。
难点精练
1．下列说法中正确的是（　　）
A．静止在地面上的冰块没有内能
B．空中飞行的飞机比地面上静止的火车的内能多
C．动能大的物体内能一定大
D．自然界中任何状态下处于任何位置的物体都有内能
【答案】D
【解答】解：A、静止在地面上的冰块有内能，因为一切物体都具有内能。故A不正确。
B、空中飞行的飞机和地面上静止的火车的内能无法比较，因为内能的大小和温度、质量、状态等有关。故B不正确。
C、动能大的物体内能不一定大，因为内能和动能是两种不同形式的能，两者的大小没什么关系。故C不正确。
D、自然界中任何状态下处于任何位置的物体都有内能，因为一切物体都具有内能。故D正确。
故选：D。
2．关于温度、内能、热量，下列说法中正确的是（　　）
A．一块0℃的铁块，可能不具有内能
B．铝块的内能增加，它一定吸收了热量
C．冰块熔化时温度不变，其内能一定不变
D．温度相同的两杯水，它们的内能可能不同
【答案】D
【解答】解：
A、任何物体都具有内能，故A错误；
B、铝块的内能增加，可能是吸收了热量，也可能是外界对物体做了功，故B错误；
C、冰是晶体，冰熔化成水，吸收热量，内能增加，但温度不变，故C错误；
D、因为内能与物体的质量、温度和状态有关，温度相同的两杯水，其质量不一定相同，故它们的内能可能不同，故D正确。
故选：D。
难点2 电能、电功率与电热计算
1.计算公式
公式类别 适用场景 电功 W 电功率 P 电热 Q
通用公式 所有电路都能用 W=UIt P=UI Q=I Rt
推导公式 只适用于纯电阻（电能全部转化为内能，如电热丝、白炽灯） W=U /R·t = I Rt P=U /R = I R ——
非纯电阻电路 电动机：电能大部分转化为机械能，小部分变成内能 W 总 = UIt（总消耗电能） —— Q=I Rt（线圈产热）
2. 串并联功率规律
连接方式 电路特点 功率与电阻关系 规律
串联电路 电流处处相同 P 与 R 成正比 电阻越大，实际功率越大
并联电路 各支路电压相同 P 与 R 成反比 电阻越大，实际功率越小
3.灯泡亮度判断：由实际功率决定，不是额定功率。额定功率只是标定值，只有实际电压等于额定电压，实际功率 = 额定功率。
难点精练
1．如图甲所示的电路中，R1为定值电阻，R2为滑动变阻器，电源电压不变。闭合开关S后，滑片P从a端移动到b端，电流表示数I与电压表示数U的变化关系如图乙所示，则下列判断正确的个数有（　　）
①电源电压为6V
②R2的最大阻值为10Ω
③R1的最大功率为0.2W
④电路的总功率变化了1.2W
A．②③ B．①③ C．①④ D．②④
【答案】D
【解答】解：由图1可知，两电阻串联，电压表测R2两端的电压，电流表测电路中的电流。
当滑动变阻器接入电路中的电阻为0时，电路中的电流最大，由图2可知I1＝0.6A，
电源的电压：
U＝I1R1＝0.6A×R1﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣①
当滑动变阻器接入电路中的电阻最大时，电路中的电流最小，
由图2可知，I2＝0.2A，U2＝2V，
滑动变阻器的最大阻值：
，故②正确；
因串联电路中总电压等于各分电压之和，所以，电源的电压：
U＝I2R1+U2＝0.2A×R1+2V﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣②
解①②得：R1＝5Ω，U＝3V，故①错误；
当电路中的电流最小时，电路的总功率最小，则
P小＝UI2＝3V×0.2A＝0.6W，
当电路中的电流最大时，电路为R1的简单电路，其电功率最大即为电路的最大总功率，则
P1大＝P大＝UI1＝3V×0.6A＝1.8W，故③错误；
所以，电路的总功率的变化量：
ΔP＝P1大﹣P1小＝1.8W﹣0.6W＝1.2W，故④正确。
故选：D。
2．如图为某电热靴的加热电路，电源电压恒定，S2为三挡旋钮开关（金属片M可分别拨至a、b、c三处），电阻丝R1、R2规格相同且阻值不变，b为电阻丝R1的中点。这只电热靴的低温挡为6W，下列说法正确的是（　　）
A．金属片M拨至c处时是低温挡
B．金属片M拨至a处时是高温挡
C．高温挡工作时，电热靴功率是12W
D．中温挡工作时，电热靴功率是12W
【答案】C
【解答】解：AB.根据P可知，电源电压一定时，电阻越大，电功率越小；金属片M拨至c处时，电路中只有R2工作，电路中的电阻较小，电功率较大是高温挡；金属片M拨至a处时，R1、R2串联，电路中的电阻较大，电功率较小是低温挡，故AB错误；
CD.设电源恒定电压为U，低温挡时R1、R2串联，串联总电阻为：，
电阻丝R1、R2规格相同且阻值不变，则R1＝R2，
高温挡时，只有R2工作，高温挡功率：，
中温挡时，电阻丝R1的一半接入电路与R2串联，电路总电阻为：，中温挡功率为：，故C正确，D错误。
故选：C。
难点3 能量转化辨析，区分机械能守恒和能量守恒定律
1.机械能守恒和能量守恒定律
机械能守恒 能量守恒定律
条件 有条件限制：只有重力或者弹力做功，不计摩擦、空气阻力 无条件，普适规律
规则 只有动能、势能互相转化，机械能总量不变 能量不会凭空产生、凭空消失，只会发生转化或转移
现实摩擦场景表现（荡秋千、滚摆） 存在摩擦时，机械能会减少，转化为内能，机械能不守恒 机械能减少只是转化成内能，整个系统总能量不变
适用范围 仅适用于只有动能势能转化、无阻力的机械运动过程 自然界所有能量转化、转移过程都遵守
2.能量转化方向性：能量转化有方向性，内能可以自发从高温转移低温；机械能可自发转化为内能，但是内能不能自发全部变回机械能。永动机违背能量守恒，无法制造。
难点精练
1．小金同学荡秋千时，从A开始由静止出发，直到最高点D后折返，圆弧AD上C点与A点等高。下列讨论中正确的是（　　）
A．从A到C，人的重力势能始终不变
B．从A到C，人的动能始终不变
C．从A到D，人的机械能不守恒
D．从A到D，人与秋千组成的系统能量不守恒
【答案】C
【解答】解：A、从A到C，人的质量不变，高度先逐渐降低后逐渐变大，所以重力势能先减小后变大，故A错误。
B、从A到B，速度增大，动能增大；从B到C，速度减小，动能减小。所以从A 到C，动能先增大后减小，故B错误。
C、从A开始由静止出发，直到最高点D后折返，A、D两点的速度为0，从A到D的过程中，人的质量不变，但是高度变大，故重力势能变大，人的机械能不守恒，故C正确。
D、人与秋千组成的系统，从A到D的过程中，只有动能和势能的相互转化，故D错误。
故选：C。
2．如图所示，将弹簧和光滑杆一端均竖直固定在桌面上，光滑杆居于弹簧的中心位置，光滑杆上再套一块中间有孔的木块后，木块静止在距桌面H1的高度。用手将该木块从H1高度按压至H2处（如图过程甲），松手后，木块从H2处上升到最大高度H3处（如图过程乙）。所有摩擦均忽略不计。下列说法正确的是（　　）
A．过程甲中，木块和弹簧的总机械能保持不变
B．过程乙中，木块和弹簧的总机械能保持不变
C．过程甲中，木块的动能全部转化为木块的势能
D．过程乙中，弹簧的弹性势能先增大后不变
【答案】B
【解答】解：AC、过程甲中，弹簧被压缩，具有弹性势能，此时木块没有动能，故木块和弹簧的总机械能变大，故AC错误；
B、过程乙中，只有弹性势能和动能和重力势能的相互转化，木块和弹簧的总机械能保持不变，故B正确；
D、过程乙中，在弹簧恢复原来形状的过程中，弹性势能转化为木块的机械能，故弹簧的弹性势能逐渐变小，最后当弹簧恢复原来长度后，弹性势能不变，故D错误。
故选：B。
易错变式·必训
考点1 机械能守恒判断
▌例1 如图所示，一小球从A点以一定的速度v沿粗糙的弧形轨道滚下，依次经过高度相同的B点和C点。下列关于小球滚动过程的分析不正确的是（　　）
A．小球在B点的动能等于C点动能
B．速度v达到一定大小时，小球能到达E点
C．小球在B点的机械能大于C点的机械能
D．小球从A点到B点的过程中，减少的重力势能大于小球增加的动能
【答案】A
【解答】解：AC．弧形轨道是粗糙的，小球运动过程中要克服摩擦做功，整个过程中小球的机械能逐渐减小，所以小球在B点的机械能大于C点的机械能；B点和C点等高，小球的质量不变，所以B点和C点的重力势能相同，则B点的动能大于C点的动能，故A错误，C正确；
B．运动过程中小球的机械能逐渐减小，当A点速度较大，动能较大时，到达E点时的动能可能不为0，小球能到达E点，故B正确；
D．小球从A点到B点的过程中，一部分机械能转化为内能，减少的重力势能大于小球增加的动能，故D正确。
故选：A。
▌迁移练1-1 如图甲所示，筒车是一种以水流为动力来取水的机械，其模型可用图乙简单表示，工作时筒车的转速不变，则下列说法正确的是（　　）
A．取水筒内的水，从取水处到倒水处，动能增大
B．取水筒内的水，在倒水处时重力势能最小
C．取水筒内的水，从取水处到倒水处，机械能一直增大
D．取水筒内的水，从取水处到倒水处，机械能一直不变
【答案】C
【解答】解：A．动能的影响因素是质量与速度，取水筒内的水，从取水处到倒水处，质量和速度的大小不变，动能不变，故A错误；
B．重力势能的影响因素是质量与高度，取水筒内的水，在倒水处时质量不变，高度最大，重力势能最大，故B错误；
CD．取水筒内的水，从取水处到倒水处，速度不变，动能不变，高度变高，重力势能增大，机械能包括动能与势能，总的机械能一直增大，故C正确，故D错误。
故选：C。
▌迁移练1-2 如图所示，一个小球从光滑曲面的顶端自由滑下，当滑到曲面上的P点时，具有的重力势能为100焦，若不计空气阻力，则小球滑到底端时的机械能（　　）
A．小于100焦 B．等于100焦 C．大于100焦 D．无法确定
【答案】C
【解答】解：一个小球从光滑曲面的顶端自由滑下，若不计空气阻力，小球在运动过程中，机械能守恒，当滑到曲面上的P点时，具有的重力势能为100焦，此时小球有动能，小球滑到底端时的机械能大于100焦，故C符合题意，ABD不符合题意。
故选：C。
考点2 温度、内能、热量辨析
▌例2 炎热无风的夏天，小宇走在被晒得发烫的柏油路上，看见前面的路面已被一辆洒水车洒水淋湿了。他认为走在淋湿了的路面上一定比走在干燥的路面上感到凉爽，于是赶快走过去，结果在洒过水的路面上，他却感到更加闷热了。你认为产生这种感觉的主要原因是（　　）
A．洒水车中的水经过曝晒后，内能增大，温度很高
B．地面上的水使被反射的阳光增多，身体获得更多热量
C．洒水后使附近的空气湿度增加，身上的汗液蒸发变慢
D．地面上的水蒸发时把热量带到了人的身上
【答案】C
【解答】解：炎热无风的夏天，被晒得发烫的柏油路温度很高，洒上水后，加快了水的蒸发，蒸发的水蒸气再液化，变成水，自然就要放热，热量都被散发到周围的空气里，使周围空气湿度增加，防止了一部分汗液蒸发。
故选：C。
▌迁移练2-1 关于温度、热量和内能，下列说法正确的是（　　）
A．物体的温度越高，含有的热量越多
B．热量总是从内能多的物体转移到内能少的物体
C．温度高的物体内能大，温度低的物体内能小
D．物体吸收热量，内能增加，温度不一定升高
【答案】D
【解答】解：A、热量是一个过程量，不能说含有多少热量，故A错误；
B、发生热传递的条件是：有温度差，所以内能可自动地从高温物体转移到低温物体，若内能小的物体温度高，故热量可以从内能小的物体转移到内能大的物体，故B错误；
C、影响内能大小的因素有质量、温度、状态，只能说在质量、状态一定时，温度高的物体内能大，温度低的物体内能小，故C错误；
D、冰是晶体，0℃的冰熔化成0℃水，吸收热量，内能增加，但温度不变。故D正确。
故选：D。
▌迁移练2-2 火锅，古称“古董羹”，因食物投入沸水时发出的“咕咚”声而得名，是中国独创的美食之一。它可根据个人喜好加入不同的汤料和食物，是一种老少皆宜的食物烹饪方式。下列说法正确的是（　　）
A．滚烫的火锅汤含有的热量多
B．随着火锅汤的温度升高，其内能增加
C．刚出锅的食材“热”得烫嘴，“热”表示的是内能
D．火锅汤在沸腾过程中吸收热量，温度不变，内能不变
【答案】B
【解答】解：A、热量是过程量，不能说“含有”热量，故A错误；
B、随着不断加热，火锅汤吸收热量，温度升高，内能增加，故B正确；
C、刚出锅的食材“热”得烫嘴，“热”表示的是温度，故C错误；
D、火锅汤在沸腾过程中吸收热量，温度不变，内能增加，故D错误。
故选：B。
考点3 热量的计算
▌例3 一种装有乙醚液体的玻璃瓶，瓶子分上下两部分，中间由一段弧形玻璃细管连接，如图所示。把热的手捂在下面装有液体的部位时，液体会顺着瓶子里的玻璃细管喷涌向上，沸腾起来；松开手，液体就会流回底部。
（1）手捂住下部时，手掌的热通过 　热传递　 （选填“做功”或“热传递”）的方式，改变了乙醚的内能。
（2）乙醚的沸点为34.5℃，比热容为2.4×103J/（kg ℃），将10g乙醚从19.5℃加热到沸腾，需要吸收 　360　 焦的热量。
【答案】（1）热传递；（2）360。
【解答】解：（1）手握住时，手掌的热通过热传递的方式转移到乙醚，改变了乙醚的内能；
（2）乙醚吸收的热量：Q吸＝cm（t﹣t0）＝2.4×103J/（kg ℃）×0.01kg×（34.5℃﹣19.5℃）＝360J。
故答案为：（1）热传递；（2）360。
▌迁移练3-1 小科在电商平台上找了一款某型号的电热水壶，广告上宣传3分钟能快速沸腾。他想测试一下广告是否真实，于是把1L的水从20℃加热到刚好沸腾，并记录下烧水所用的时间。[水的比热为4200焦/（千克 ℃）]
（1）电热水壶正常工作时电阻是多大？
（2）1L的水从20℃加热到100℃，吸收的热量是多少？
（3）请通过计算，你帮助小科来判断一下广告是否真实？并简要说明理由。
【答案】（1）电热水壶正常工作时电阻约为32.3Ω；
（2）1L的水从20℃加热到100℃，吸收的热量是3.36×105J；
（3）广告不真实。把1L的水从20℃加热到刚好沸腾时，电热水壶正常工作时间超过3min。
（广告真实。所烧水的体积不足1L，或水的初温较高时，所需加热时间有可能少于或等于3min。）
【解答】解：（1）家庭电路的电压为220V，根据可得，
电热水壶正常工作时的电阻：；
（2）水的质量：m＝ρV＝1×103kg/m3×1×10﹣3m3＝1kg，
这些水吸收的热量：Q＝cmΔt＝4200J/（kg ℃）×1kg×（100℃﹣20℃）＝3.36×105J；
（3）若不考虑热散失，把1L的水从20℃加热到刚好沸腾时，
电热水壶消耗的电能等于水吸收的热量，即W＝Q吸＝3.36×105J，
根据P可得，加热时间：，
由于实际存在热损失，则加热时间会更长，即超过3min，故广告不真实；
若所烧水的体积不足1L，或水的初温较高，则加热时间有可能少于或等于3min，即广告真实。
答：（1）电热水壶正常工作时电阻约为32.3Ω；
（2）1L的水从20℃加热到100℃，吸收的热量是3.36×105J；
（3）广告不真实。把1L的水从20℃加热到刚好沸腾时，电热水壶正常工作时间超过3min。
（广告真实。所烧水的体积不足1L，或水的初温较高时，所需加热时间有可能少于或等于3min。）
▌迁移练3-2 在“垃圾围城”日益严峻的形势下，垃圾焚烧发电作为“减量化、无害化、资源化”处置生活垃圾的方式，引起国家高度重视与关注。一定条件下，10kg垃圾燃烧后能够发电1.6kW h，相当于 　0.18　 m3天然气完全燃烧放出的热量；这些能量为效率为70%的热水器供电，能够使40L水温度最多升高 　24　 ℃。（天然气的热值3.2×107J/m3，水的比热容4.2×103J/（kg ℃）
【答案】0.18；24。
【解答】解：10kg垃圾燃烧后能够发电1.6kW h，W＝1.6kW h×3.6×106J/kW h＝5.76×106J，
由Q＝qV可得消耗天然气的体积：V0.18m3；
由η可得热水器的电能：W′＝ηQ放＝70%×5.76×106J＝4.032×106J，
由ρ可得40L水的质量：m＝ρV＝1×103kg/m3×40×10﹣3m3＝40kg，
由Q＝cmΔt可得能够使40L水温度最多升高：
Δt24℃.
故答案为：0.18；24。
考点4 电功、电热和电功率的计算
▌例4 如图甲所示，两个电压表的测量范围都是0～15V，电流表的测量范围是0～0.6A，小灯泡两端的电压不允许超过额定电压，滑动变阻器允许通过的最大电流为1A。闭合开关，为保证所有元件都安全，滑动变阻器的滑片只能在阻值最大端和a点间滑动，当滑片在两点间滑动时，绘制了电流表A的示数与电压表V1和V2的示数关系图像如图乙所示。则小灯泡的额定电压是　6　 V；该电路最大功率与最小功率之比为　5：2　 。
【答案】6；5：2。
【解答】解：图甲中，灯泡与滑动变阻器串联，电压表V1测变阻器两端的电压，电压表V2测灯泡两端的电压，电流表测电路中的电流，当滑动变阻器的阻值变大时，由欧姆定律可知电路中的电流变小，由串联分压原理可知，滑动变阻器两端电压变大，即电压表V1的示数随电流的变小而增大，因此BC是电压表V1的图像，AB是电压表V2的图像；为保证所有元件都安全，当灯泡正常发光时，电路中的电流最大，由图乙可知，电路中的电流I大＝0.5A，灯泡两端的电压UL＝6V，即小灯泡的额定电压是6V。
串联电路中各处的电流相等，当电路中的电流为0.2A，由图乙可知，两个电压表的示数分别11V和1V，由图像可知，电源的电压为U＝UA+UC＝1V+11V＝12V
电路中的最大电流为I大＝0.5A，电路的最大功率为P大＝UI大＝12V×0.5A＝6W
电路中的最小电流为I小＝0.2A，电路的最小功率为P小＝UI小＝12V×0.2A＝2.4W
该电路最大功率与最小功率之比为。
故答案为：6；5：2。
▌迁移练4-1 图甲电路中，电源电压U保持不变，R1是定值电阻，通过R2的电流与其两端的电压关系如图乙所示。当①、②都是电压表，闭合开关S1、S2时，表②的示数为3V，此时R2的电功率P2＝ 　1.5　 W；当①、②都是电流表，仅闭合开关S1时，表②的示数为1.6A，此时R1：R2＝ 　3：5　 。
【答案】1.5；3：5。
【解答】解：（1）当①②都是电压表，且S1、S2都闭合时，两电阻串联，电压表①测电源电压，电压表②测R2两端的电压，
已知此时表②的示数为3V，即R2两端的电压为U2＝3V，由图乙可知此时通过R2的电流为I2＝0.5A，
则此时R2的电功率P2＝U2I2＝3V×0.5A＝1.5W。
（2）两电阻串联时，R2两端的电压为3V，由串联电路的电压特点可知电源电压大于3V，
且由串联电路的电压特点和欧姆定律可得，电源电压：U＝I2R1+U2＝0.5A×R1+3V﹣﹣﹣﹣Ⅰ；
当①②都是电流表，且S1闭合、S2断开时，两电阻并联，电流表①测通过R2的电流，电流表②测干路电流，
已知此时表②的示数为1.6A，即干路电流为1.6A；
并联电路中各支路两端的电压相等且等于电源电压，且电源电压大于3V，
根据图乙中的信息，假设此时R2两端的电压为6V，即电源电压为6V，则此时通过R2的电流为I2′＝0.6A，
此时R2的阻值为：R210Ω；
电源电压为6V，且电源电压U保持不变，则由Ⅰ式可得R1＝6Ω，
由欧姆定律可得，此时通过R1的电流为：I11A，
根据并联电路的电流特点可知，干路电流（表②的示数）：I＝I1+I2′＝1A+0.6A＝1.6A，符合题意，则假设成立，
所以可确定电源电压为6V，且R1＝6Ω，R2＝10Ω，
则R1：R2＝6Ω：10Ω＝3：5。
故答案为：1.5；3：5。
▌迁移练4-2 如图甲所示，电源电压保持不变，闭合开关S，滑动变阻器滑片P从b点向a点滑动的过程中，两个电压表示数随电流表示数变化的情况如图乙所示。
（1）图乙中的曲线 　ec　 （选填“dc”或“ec”）表示电压表V1的示数随电流表示数变化的图像。
（2）闭合开关后，该电路消耗的功率最小为 　0.6　 W。
【答案】（1）ec；（2）0.6。
【解答】解：（1）由甲图可知，R0与R串联，电压表V1测R0两端的电压，电压表V2测R两端的电压，电流表测电路中的电流，滑动变阻器滑片P从b点滑向a点的过程中，滑动变阻器R接入电路的阻值变小，电路中的电流变大，由U＝IR0可知定值电阻的电压随着电流的增大而增大，故ec表示电压表V1的示数随电流表示数变化的图像。
（2）根据串联电路的电压规律可知，电源电压为：U＝5V+1V＝6V；
R0阻值为：R010Ω；
滑片P在a点时，只有接入R0电路，电路中的电阻最小，电流最大，最大电流为：Ia0.6A，由P＝UI可知，电路总功率最大；
滑片P在b点时，电路中的电阻最大，电流最小，电流Ib＝0.1A，电路总功率最小，由P＝UI可知P＝UIb＝6V×0.1A＝0.6W。
故答案为：（1）ec；（2）0.6。
考点5 伏安法测小灯泡电功率
▌例5 在“测量小灯泡的电功率”实验中，实验器材有：两节新干电池、电流表、电压表、额定电压为2.5V的小灯泡、滑动变阻器、开关和导线若干，实物电路如图甲所示。
（1）请用笔画线代替导线，将图甲中的实物电路连接完整（要求：滑片P向右移动时小灯泡变亮）。
（2）移动滑动变阻器的滑片到某一位置，电压表的示数如图乙所示；若要测量小灯泡的额定功率，应调节滑片向　B　 （填“A”或“B”）端移动。
（3）图丙是由实验数据绘制的小灯泡的I﹣U图像，若将该实验中的两个完全相同的小灯泡串联在3V的电源上，则电路消耗的总功率为　0.6　 W。
（4）有同学认为可先利用图丙中的数据求出小灯泡电阻的平均值R，再利用求出小灯泡的额定功率，请判断是否可行，并说明理由：　不可行；灯丝电阻随温度升高而增大，取电阻平均值不能代表额定电压下的真实电阻，用计算出的额定功率不准确　 。
【答案】（1）；
（2）B；
（3）0.6；
（4）不可行；灯丝电阻随温度升高而增大，取电阻平均值不能代表额定电压下的真实电阻，用计算出的额定功率不准确
【解答】解：（1）滑片P向右移动时小灯泡要变亮，说明电路中的电流需要变大，滑动变阻器接入电路的阻值需要变小，所以滑动变阻器应选择右下接线柱接入电路，并与开关串联。
（2）图乙中电压表选用小量程，分度值为0.1V，示数为2V，小于灯泡的额定电压2.5V。要测量小灯泡的额定功率，应使灯泡两端电压增大，根据串联分压，应减小滑动变阻器接入电路的阻值，因此滑片应向B端移动。
（3）两个完全相同的小灯泡串联在3V的电源上，每个灯泡两端的电压为，由图丙可知此时电路中的电流为0.2A，电路消耗的总功率为P总＝UI＝3V×0.2A＝0.6W。
（4）不可行。由图丙可知小灯泡的I﹣U图像是曲线，说明灯丝电阻随温度升高而增大，不同电压下灯泡的电阻并不相等；把不同电压下的电阻取平均值，不能代表灯泡在额定电压下的真实电阻，因此不能用来计算额定功率。
故答案为：
（1）；
（2）B；
（3）0.6；
（4）不可行；灯丝电阻随温度升高而增大，取电阻平均值不能代表额定电压下的真实电阻，用计算出的额定功率不准确。
▌迁移练5-1 探究小灯泡电功率——数字化实验的深度应用。
某小组利用“电流传感器+电压传感器”数字化系统测量标有“2.5V”小灯泡的额定功率，并探究其电阻特性。实验装置如图所示（电源电压恒为4.5V，滑动变阻器规格为“20Ω 1A”）。
实验步骤如下：
[连接电路]
（1）按如图所示连接电路，闭合开关前，滑动变阻器滑片P应移至　A　 端（选填“A”或“B”）。
[调试与故障排除]
（2）闭合开关，发现电流表示数为0，电压表示数接近4.5V。故障原因可能是　A　 填字母）。
A．小灯泡断路
B．滑动变阻器断路
C．电压表短路
[数据采集]排除故障后，移动滑片P，记录多组电压U和电流I数据（如表所示）。
电压U（V） 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0
电流I（A） 0.10 0.16 0.20 0.23 0.26 0.28
[额定功率计算]
（3）①计算小灯泡的额定功率P额＝　0.65　 W（保留两位小数）。
②若先用公式计算小灯泡在两端电压为2.5V时的电阻，再求功率，得到的结果是否相同并说明原因：　不相同；灯泡不是纯电阻电路（电能转化为光能和热能，且灯丝电阻随温度变化），电阻R不是定值，不能直接用R算出的电阻再代入P求功率得到相同结果　 。
【答案】（1）A；（2）A；（3）①0.65；②不相同；灯泡不是纯电阻电路（电能转化为光能和热能，且灯丝电阻随温度变化），电阻R不是定值，不能直接用R算出的电阻再代入P求功率得到相同结果。
【解答】解：（1）为保护电路，在闭合开关前，滑动变阻器的滑片应滑至最大阻值处，由图可知，应将滑片滑至A端。
（2）闭合开关，发现电流表示数为0，说明电路断路；电压表示数接近4.5V，说明电压表与电源连接的部分电路通路；则故障原因可能是与电压表并联的小灯泡断路，故选：A。
（3）①小灯泡的额定功率：P额＝UI＝2.5V×0.26A＝0.65W；
②因为灯泡不是纯电阻电路（电能转化为光能和热能，且灯丝电阻随温度变化），电阻R不是定值，因此先用公式计算小灯泡在两端电压为2.5V时的电阻，再求功率，得到的结果不相同。
故答案为：（1）A；（2）A；（3）①0.65；②不相同；灯泡不是纯电阻电路（电能转化为光能和热能，且灯丝电阻随温度变化），电阻R不是定值，不能直接用R算出的电阻再代入P求功率得到相同结果。
▌迁移练5-2 某同学利用如图1所示的电路来测量小灯泡的电功率（电源电压3V，小灯泡的额定电压2.5V）。
（1）闭合开关，发现两电表指针处于图2所示位置，此时灯泡 　不发光　 （选填“不发光”“微弱发光”或“比正常亮”）。
（2）故障排除后，从滑动变阻器接入电路阻值最大时开始记录数据，得到小灯泡U﹣I图象如图3所示，则小灯泡的额定功率是 　0.75　 W。
（3）他做完以上实验后，又想测出一个未知电阻Rx的阻值，连接电路时发现电压表已损坏，于是他又设计了如图4所示的电路，也测出了电阻的阻值（R0是已知阻值的定值电阻）。请你帮他完成下列步骤。
①只闭合开关S1时，电流表的示数为I1。
②再闭合开关S2后，电流表的示数为I2。
③请写出未知电阻Rx的阻值表达式：Rx＝ 　　 （用I1、I2和R0表示）。
（4）在图1中滑动变阻器滑片移动过程中，电路消耗的总功率、小灯泡的功率随电流变化如图5所示，请判断随电流增大，滑动变阻器的功率大小变化是 　先增大，后减小为零　 。
【答案】（1）不发光；（2）0.75；（3）③；（4）先增大，后减小为零。
【解答】解：（1）由图2可知，电流表示数为0，电路可能断路，电压表示数为电源电压，电压表与电源连通，则与电压表并联的灯之外的电路是连通的，则与电压表并联的灯断路了，小灯泡不发光；
（2）故障排除后，从滑动变阻器接入电路阻值最大时开始记录数据，得到小灯泡I一U图象如图3所示，则灯额定电压下的电流为0.3A，则小灯泡的额定功率是：
P＝UI＝2.5V×0.3A＝0.75W。
（3）实验步骤：
①只闭合开关S1，两电阻串联，电流表测量电路中的电流，电流表的示数为I1；
②再闭合开关S2后，只有电阻R0工作，电流表测量电路中的电流，电流表的示数为I2；
③两次实验中电源电压为：U＝I2R0＝I1（R0+Rx），
未知电阻Rx的阻值表达式：
Rx。
（4）电路消耗的总功率P总＝P滑+P灯，则滑动变阻器消耗的功率P滑＝P总﹣P灯，从图丙中可知，在电流逐渐增大的过程中，P总与P滑的差先增大，后减小为零，故滑动变阻器的功率大小变化是先增大，后减小为零。
故答案为：（1）不发光；（2）0.75；（3）③；（4）先增大，后减小为零。
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第二章 能的转化与能量守恒
单元体系·总览 2
基础要点·必记 2
要点1 功和功率 2
要点2 机械能 3
要点速测 2 3
要点3 内能 4
要点速测 3 4
要点4 电路中的电能 6
要点速测 4 7
要点5 核能 8
要点速测 5 8
要点6 能的转化与能量守恒 9
要点速测 6 9
重难题型·必刷 10
难点1 区分宏观机械能、微观内能，辨析温度、内能、热量三者逻辑关系 10
难点2 电能、电功率与电热计算 11
难点3 能量转化辨析，区分机械能守恒和能量守恒定律 12
易错变式·必训 14
考点1 机械能守恒判断 14
考点2 温度、内能、热量辨析 16
考点3 热量的计算 17
考点4 电功、电热和电功率的计算 18
考点5 伏安法测小灯泡电功率 20
单元体系·总览
基础要点·必记
要点1 功和功率
1. 功
做功的两个必要因素，二者缺一不可：①作用在物体上的力F；②物体在力的方向上移动距离s。
功的计算公式：W=Fs；竖直提升物体克服重力做功 W=Gh。
单位：焦耳（J）。
2. 功率
功率是描述做功快慢、能量转化快慢的物理量。
公式：P= 、P=Fv
单位：瓦特（W），1 W=1 J/s。
易错提醒
要点速测
1．在做“探究滑动摩擦力的大小与哪些因素有关”实验时，小科将木块A放置于水平木板B上，加载一个砝码，把弹簧测力计系在A上，并固定在墙上，如图所示。在实验的某个阶段，小科拉动水平木板B，弹簧测力计示数不变。此阶段关于做功的说法正确的是（　　）
A．弹簧测力计对A做了功
B．力F没有对B做功
C．砝码没有对A做功
D．力F对A做了功
2．如图甲所示，重为8N的铁块吸附在竖直放置的足够长的磁性平板上，在竖直向上拉力F的作用下铁块沿直线竖直向上运动，铁块受到的摩擦力为2N。铁块运动过程中速度v的大小随时间t变化的图象如图乙所示。下列说法中正确的是（　　）
A．磁性平板对铁块的吸引力等于8N
B．0～2s内铁块做匀速直线运动
C．2～6s内拉力F做的功是120J
D．2～6s内拉力F的功率是40W
要点2 机械能
1.动能：物体由于运动具有的能量。影响因素：质量、速度。质量越大、速度越大，动能越大。
2.重力势能：物体由于被举高而具有的能量。影响因素：质量、被举高的高度。质量越大、高度越高，重力势能越大。
3.弹性势能：物体发生弹性形变具有的能量。弹性形变越大，弹性势能越大。
4.机械能 = 动能 + 势能。
机械能守恒条件：只有重力或弹力做功，不计摩擦、空气阻力；若存在摩擦阻力，机械能会减少，转化为内能。
易错提醒
要点速测
1．如图所示是冰壶场地的示意图，水平冰面粗糙程度相同。某同学用水平推力使冰壶从A点向前运动，到B点时松手，冰壶滑行到C点静止。下列说法正确的是（　　）
A．冰壶从B到C的过程，该同学对冰壶做了功
B．冰壶能够从B运动到C，是由于它受到了惯性作用
C．冰壶从B到C的过程先加速后减速，机械能没有转化为内能
D．冰壶在AB段所受的摩擦力等于在BC段所受的摩擦力
2．杭州亚运会中国撑杆跳名将李玲打破赛会纪录夺冠赢得观众阵阵掌声。如图所示，运动员撑杆跳全过程可分为四个阶段：A→B阶段，助跑加速；B→C阶段，杆弯曲程度增大、人上升；C→D阶段，杆弯曲程度减小、人上升；D→E阶段，人越过横杆后下落，整个过程空气阻力忽略不计。下列说法不正确的是（　　）
A．在A→B阶段人的动能逐渐增大
B．在B→C阶段杆的弹性势能增大
C．在C→D阶段人的重力势能增大
D．在D→E阶段中人的机械能减小
要点3 内能
1.内能：物体内部所有分子热运动的动能和分子势能总和。一切物体任何温度都有内能。 影响内能因素：温度、质量、物态。
2.改变内能两种方式：做功、热传递，两种方式等效。
做功：机械能转化为内能；热传递：内能发生转移。
3.热量：热传递过程中转移内能多少，热量是过程量，只能说吸收、放出热量，不能说物体含有热量。
4.比热容
比热容是物质本身的一种特性，只与物质的种类、物态有关，和质量、温度、吸放热多少无关。
公式：Q=cmt；Q吸=cm(t-t0)，Q放=cm(t0-t)；只适用于物态不发生改变的升温降温。
水的比热容：4.2103J/(kg·℃)。
热平衡方程，不计热量损耗：Q吸=Q放。
5. 燃料的热值
燃料燃烧，化学能转化为内能。
热值：燃料完全燃烧放出热量与质量之比；热值是燃料固有属性，只与燃料种类有关，与质量、是否完全燃烧无关。
计算公式：固体、液体燃料Q放=mq；气体燃料Q放=Vq。
5. 化学反应的能量变化
放热反应：反应向外释放热量，例燃烧、生石灰加水、镁和稀盐酸；
吸热反应：反应吸收外界热量，例碳酸钙高温分解、氢氧化钡与氯化铵反应；
本质是化学能和内能之间互相转化。
易错提醒
要点速测
1．某校科学小组用规格相同的小烧杯装入等量清水，采用相同酒精灯同步加热三组装置：甲为水浴加热、乙为油浴加热、丙为砂浴加热。加热一段时间后，测得外部介质稳定温度：水浴100℃、油浴280℃、砂浴550℃，则三杯小烧杯内清水的温度高低顺序为（　　）
A．t甲＞t乙＞t丙 B．t甲＝t乙＝t丙
C．t甲＜t乙＝t丙 D．t甲＜t乙＜t丙
2．炎热的夏天，小嘉将一瓶饮料放在泡沫箱中的冰块上，两者的温度随时间变化如图。下列说法正确的是（　　）
A．甲是饮料，降温到0℃后没有内能
B．乙是冰块，升温到0℃后不再吸热
C．甲降温到0℃后，甲、乙间不再发生热传递
D．整个热传递过程中，乙的比热容保持不变
要点4 电路中的电能
1.电功（电能）：电流做功的实质，电能转化成其他形式能。
单位：焦耳；常用单位kW· h（度），1kW· h=3.6106 J。电能表测量消耗电能。
公式：W=UIt（通用公式）；W=I2Rt仅适用于纯电阻电路。
2.电功率：描述电流做功快慢。
公式P==UI。 额定电压、额定功率：用电器出厂标定固定值，不随实际电压改变；实际功率由实际电压决定，灯泡亮度由实际功率决定。
3.焦耳定律：电流通过导体产生热量Q=I2Rt。
纯电阻电路：电能全部转化内能，W=Q；电动机等非纯电阻电路，电能大部分转化机械能，W>Q。
易错提醒
要点速测
1．某同学用如图甲所示的电路进行实验，电源电压恒定，R1为定值电阻。闭合开关S后，当滑片P从变阻器R2的b端逐渐向左移到某位置的过程中，多次记录数据并绘制得到滑动变阻器R2的P﹣I图像如图乙所示。下列说法错误的是（　　）
A．滑动变阻器的最大阻值为20欧
B．电源电压是12伏
C．定值电阻R1的阻值为6欧
D．已知Q点横坐标为1.5安，则Q点纵坐标为9瓦
2．用如图装置探究影响电流热效应的因素，甲、乙、丙三个相同的容器均装有质量相等的煤油，电阻丝R1、R2、R3浸没在煤油中，其中R1＝R3＝5Ω，R2＝10Ω，下列说法中正确的是（　　）
A．探究电流热效应与电流的关系应选择R2和R3进行比较
B．闭合开关后，R1和R3的电功率之比是1：3
C．闭合开关后，相同时间内烧瓶中温度计示数的变化量：甲＜乙＜丙
D．比较物质的比热容只需将某一瓶煤油换成等质量的水
要点5 核能
1.核能：原子核发生变化时释放的能量，分为核裂变、核聚变。
2.核裂变：中子轰击重原子核，分裂成中等质量原子核，释放巨大能量；链式反应。
不可控链式反应：原子弹；
可控链式反应：核电站反应堆，实现核能发电。 核电站能量转化：核能→内能→机械能→电能。核废料需要专门深埋处理。
3.核聚变（热核反应）：轻原子核在超高温条件聚合，释放巨大能量；同等质量燃料，聚变释放能量大于裂变。 实例：太阳内部、氢弹爆炸；目前人类还无法实现可控核聚变。
易错提醒
要点速测
1．“华龙一号”是由我国自主设计和研发的、具有先进压水堆核电技术核电站。其单台机组年发电量近100亿千瓦时。下列关于该核电站的分析正确的是（　　）
A．核电站是利用核聚变产生的能量发电的
B．“100亿千瓦时”是指发电机的发电功率
C．核电站的能量转化为：核能→内能→机械能→电能
D．核废料的放射性会在短期内自然消失，可直接排放至环境中
2．中国“人造太阳”——全超导托卡马克（EAST）东方超环，在全球首次实现了上百秒的稳态高约束运行模式，不仅创造了新的世界纪录，还为人类开发利用核聚变清洁能源奠定了重要的技术基础。
（1）如图乙是东方超环的热核反应示意图，属于 （选填“核聚变”或“核裂变”）。
（2）东方超环的反应原理与太阳类似，能量转化是原子核能转为 。
要点6 能的转化与能量守恒
1.能量守恒定律：能量不会凭空产生，也不会凭空消失；只会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；能量总量保持不变。
2.机械能守恒只是能量守恒的特殊情况。
3.永动机：设想不消耗能量持续对外做功，违背能量守恒定律，无法制造成功。
易错提醒
要点速测
1．能量有多种多样的形式，下列有关能量的说法错误的是（　　）
A．奔跑的猎豹具有机械能
B．人的食物中储存有化学能
C．电视遥控器发射的信号具有机械能
D．雷电爆发时具有电能、声能等
2．关于能量守恒定律的下列说法中，正确的是（　　）
A．能量既可以凭空消失
B．能量也可以凭空产生
C．热机的工作过程不遵循能量守恒定律
D．能量转化和转移过程中，能量的总量保持不变
重难题型·必刷
难点1 区分宏观机械能、微观内能，辨析温度、内能、热量三者逻辑关系
1.本质区分
机械能 内能
能量 宏观能量 微观分子能量总和
影响因素 物体运动、位置、形变 物体内部分子热运动、分子间相互作用
是否可为 0 可以为 0 不可能为 0，一切物体任何温度下都具有内能
相互关系 二者独立互不影响；物体机械能大小无法决定内能大小
2.温度、内能、热量辨析
物理量 属性类型 物理意义 影响或变化规律 常见易错表述
温度 状态量 描述分子热运动剧烈程度 温度升高，分子平均动能变大 ——
内能 状态量 物体内部所有分子动能 + 分子势能总和 受温度、质量、物态共同影响 ——
热量 过程量 热传递过程中转移的内能 仅发生在热传递过程中 只能描述 “吸收或放出热量”，不能说物体 “含有热量”
3.规律：①物体吸热，内能一定增大，但温度不一定升高（晶体熔化、液体沸腾）；
②物体温度升高，内能一定增大，但不一定是吸收热量（外界对物体做功也能升温）；
③内能增大，温度不一定升高；内能减小，温度不一定降低；
④高温物体内能不一定更大，内能需要同时考虑质量、物态。
难点精练
1．下列说法中正确的是（　　）
A．静止在地面上的冰块没有内能
B．空中飞行的飞机比地面上静止的火车的内能多
C．动能大的物体内能一定大
D．自然界中任何状态下处于任何位置的物体都有内能
2．关于温度、内能、热量，下列说法中正确的是（　　）
A．一块0℃的铁块，可能不具有内能
B．铝块的内能增加，它一定吸收了热量
C．冰块熔化时温度不变，其内能一定不变
D．温度相同的两杯水，它们的内能可能不同
难点2 电能、电功率与电热计算
1.计算公式
公式类别 适用场景 电功 W 电功率 P 电热 Q
通用公式 所有电路都能用 W=UIt P=UI Q=I Rt
推导公式 只适用于纯电阻（电能全部转化为内能，如电热丝、白炽灯） W=U /R·t = I Rt P=U /R = I R ——
非纯电阻电路 电动机：电能大部分转化为机械能，小部分变成内能 W 总 = UIt（总消耗电能） —— Q=I Rt（线圈产热）
2. 串并联功率规律
连接方式 电路特点 功率与电阻关系 规律
串联电路 电流处处相同 P 与 R 成正比 电阻越大，实际功率越大
并联电路 各支路电压相同 P 与 R 成反比 电阻越大，实际功率越小
3.灯泡亮度判断：由实际功率决定，不是额定功率。额定功率只是标定值，只有实际电压等于额定电压，实际功率 = 额定功率。
难点精练
1．如图甲所示的电路中，R1为定值电阻，R2为滑动变阻器，电源电压不变。闭合开关S后，滑片P从a端移动到b端，电流表示数I与电压表示数U的变化关系如图乙所示，则下列判断正确的个数有（　　）
①电源电压为6V
②R2的最大阻值为10Ω
③R1的最大功率为0.2W
④电路的总功率变化了1.2W
A．②③ B．①③ C．①④ D．②④
2．如图为某电热靴的加热电路，电源电压恒定，S2为三挡旋钮开关（金属片M可分别拨至a、b、c三处），电阻丝R1、R2规格相同且阻值不变，b为电阻丝R1的中点。这只电热靴的低温挡为6W，下列说法正确的是（　　）
A．金属片M拨至c处时是低温挡
B．金属片M拨至a处时是高温挡
C．高温挡工作时，电热靴功率是12W
D．中温挡工作时，电热靴功率是12W
难点3 能量转化辨析，区分机械能守恒和能量守恒定律
1.机械能守恒和能量守恒定律
机械能守恒 能量守恒定律
条件 有条件限制：只有重力或者弹力做功，不计摩擦、空气阻力 无条件，普适规律
规则 只有动能、势能互相转化，机械能总量不变 能量不会凭空产生、凭空消失，只会发生转化或转移
现实摩擦场景表现（荡秋千、滚摆） 存在摩擦时，机械能会减少，转化为内能，机械能不守恒 机械能减少只是转化成内能，整个系统总能量不变
适用范围 仅适用于只有动能势能转化、无阻力的机械运动过程 自然界所有能量转化、转移过程都遵守
2.能量转化方向性：能量转化有方向性，内能可以自发从高温转移低温；机械能可自发转化为内能，但是内能不能自发全部变回机械能。永动机违背能量守恒，无法制造。
难点精练
1．小金同学荡秋千时，从A开始由静止出发，直到最高点D后折返，圆弧AD上C点与A点等高。下列讨论中正确的是（　　）
A．从A到C，人的重力势能始终不变
B．从A到C，人的动能始终不变
C．从A到D，人的机械能不守恒
D．从A到D，人与秋千组成的系统能量不守恒
2．如图所示，将弹簧和光滑杆一端均竖直固定在桌面上，光滑杆居于弹簧的中心位置，光滑杆上再套一块中间有孔的木块后，木块静止在距桌面H1的高度。用手将该木块从H1高度按压至H2处（如图过程甲），松手后，木块从H2处上升到最大高度H3处（如图过程乙）。所有摩擦均忽略不计。下列说法正确的是（　　）
A．过程甲中，木块和弹簧的总机械能保持不变
B．过程乙中，木块和弹簧的总机械能保持不变
C．过程甲中，木块的动能全部转化为木块的势能
D．过程乙中，弹簧的弹性势能先增大后不变
易错变式·必训
考点1 机械能守恒判断
▌例1 如图所示，一小球从A点以一定的速度v沿粗糙的弧形轨道滚下，依次经过高度相同的B点和C点。下列关于小球滚动过程的分析不正确的是（　　）
A．小球在B点的动能等于C点动能
B．速度v达到一定大小时，小球能到达E点
C．小球在B点的机械能大于C点的机械能
D．小球从A点到B点的过程中，减少的重力势能大于小球增加的动能
▌迁移练1-1 如图甲所示，筒车是一种以水流为动力来取水的机械，其模型可用图乙简单表示，工作时筒车的转速不变，则下列说法正确的是（　　）
A．取水筒内的水，从取水处到倒水处，动能增大
B．取水筒内的水，在倒水处时重力势能最小
C．取水筒内的水，从取水处到倒水处，机械能一直增大
D．取水筒内的水，从取水处到倒水处，机械能一直不变
▌迁移练1-2 如图所示，一个小球从光滑曲面的顶端自由滑下，当滑到曲面上的P点时，具有的重力势能为100焦，若不计空气阻力，则小球滑到底端时的机械能（　　）
A．小于100焦 B．等于100焦 C．大于100焦 D．无法确定
考点2 温度、内能、热量辨析
▌例2 炎热无风的夏天，小宇走在被晒得发烫的柏油路上，看见前面的路面已被一辆洒水车洒水淋湿了。他认为走在淋湿了的路面上一定比走在干燥的路面上感到凉爽，于是赶快走过去，结果在洒过水的路面上，他却感到更加闷热了。你认为产生这种感觉的主要原因是（　　）
A．洒水车中的水经过曝晒后，内能增大，温度很高
B．地面上的水使被反射的阳光增多，身体获得更多热量
C．洒水后使附近的空气湿度增加，身上的汗液蒸发变慢
D．地面上的水蒸发时把热量带到了人的身上
▌迁移练2-1 关于温度、热量和内能，下列说法正确的是（　　）
A．物体的温度越高，含有的热量越多
B．热量总是从内能多的物体转移到内能少的物体
C．温度高的物体内能大，温度低的物体内能小
D．物体吸收热量，内能增加，温度不一定升高
▌迁移练2-2 火锅，古称“古董羹”，因食物投入沸水时发出的“咕咚”声而得名，是中国独创的美食之一。它可根据个人喜好加入不同的汤料和食物，是一种老少皆宜的食物烹饪方式。下列说法正确的是（　　）
A．滚烫的火锅汤含有的热量多
B．随着火锅汤的温度升高，其内能增加
C．刚出锅的食材“热”得烫嘴，“热”表示的是内能
D．火锅汤在沸腾过程中吸收热量，温度不变，内能不变
考点3 热量的计算
▌例3 一种装有乙醚液体的玻璃瓶，瓶子分上下两部分，中间由一段弧形玻璃细管连接，如图所示。把热的手捂在下面装有液体的部位时，液体会顺着瓶子里的玻璃细管喷涌向上，沸腾起来；松开手，液体就会流回底部。
（1）手捂住下部时，手掌的热通过 （选填“做功”或“热传递”）的方式，改变了乙醚的内能。
（2）乙醚的沸点为34.5℃，比热容为2.4×103J/（kg ℃），将10g乙醚从19.5℃加热到沸腾，需要吸收 焦的热量。
▌迁移练3-1 小科在电商平台上找了一款某型号的电热水壶，广告上宣传3分钟能快速沸腾。他想测试一下广告是否真实，于是把1L的水从20℃加热到刚好沸腾，并记录下烧水所用的时间。[水的比热为4200焦/（千克 ℃）]
（1）电热水壶正常工作时电阻是多大？
（2）1L的水从20℃加热到100℃，吸收的热量是多少？
（3）请通过计算，你帮助小科来判断一下广告是否真实？并简要说明理由。
▌迁移练3-2 在“垃圾围城”日益严峻的形势下，垃圾焚烧发电作为“减量化、无害化、资源化”处置生活垃圾的方式，引起国家高度重视与关注。一定条件下，10kg垃圾燃烧后能够发电1.6kW h，相当于 m3天然气完全燃烧放出的热量；这些能量为效率为70%的热水器供电，能够使40L水温度最多升高 ℃。（天然气的热值3.2×107J/m3，水的比热容4.2×103J/（kg ℃）
考点4 电功、电热和电功率的计算
▌例4 如图甲所示，两个电压表的测量范围都是0～15V，电流表的测量范围是0～0.6A，小灯泡两端的电压不允许超过额定电压，滑动变阻器允许通过的最大电流为1A。闭合开关，为保证所有元件都安全，滑动变阻器的滑片只能在阻值最大端和a点间滑动，当滑片在两点间滑动时，绘制了电流表A的示数与电压表V1和V2的示数关系图像如图乙所示。则小灯泡的额定电压是 V；该电路最大功率与最小功率之比为 。
▌迁移练4-1 图甲电路中，电源电压U保持不变，R1是定值电阻，通过R2的电流与其两端的电压关系如图乙所示。当①、②都是电压表，闭合开关S1、S2时，表②的示数为3V，此时R2的电功率P2＝ W；当①、②都是电流表，仅闭合开关S1时，表②的示数为1.6A，此时R1：R2＝ 。
▌迁移练4-2 如图甲所示，电源电压保持不变，闭合开关S，滑动变阻器滑片P从b点向a点滑动的过程中，两个电压表示数随电流表示数变化的情况如图乙所示。
（1）图乙中的曲线 　 　 （选填“dc”或“ec”）表示电压表V1的示数随电流表示数变化的图像。
（2）闭合开关后，该电路消耗的功率最小为 W。
考点5 伏安法测小灯泡电功率
▌例5 在“测量小灯泡的电功率”实验中，实验器材有：两节新干电池、电流表、电压表、额定电压为2.5V的小灯泡、滑动变阻器、开关和导线若干，实物电路如图甲所示。
（1）请用笔画线代替导线，将图甲中的实物电路连接完整（要求：滑片P向右移动时小灯泡变亮）。
（2）移动滑动变阻器的滑片到某一位置，电压表的示数如图乙所示；若要测量小灯泡的额定功率，应调节滑片向 （填“A”或“B”）端移动。
（3）图丙是由实验数据绘制的小灯泡的I﹣U图像，若将该实验中的两个完全相同的小灯泡串联在3V的电源上，则电路消耗的总功率为 W。
（4）有同学认为可先利用图丙中的数据求出小灯泡电阻的平均值R，再利用求出小灯泡的额定功率，请判断是否可行，并说明理由： 。
▌迁移练5-1 探究小灯泡电功率——数字化实验的深度应用。
某小组利用“电流传感器+电压传感器”数字化系统测量标有“2.5V”小灯泡的额定功率，并探究其电阻特性。实验装置如图所示（电源电压恒为4.5V，滑动变阻器规格为“20Ω 1A”）。
实验步骤如下：
[连接电路]
（1）按如图所示连接电路，闭合开关前，滑动变阻器滑片P应移至 端（选填“A”或“B”）。
[调试与故障排除]
（2）闭合开关，发现电流表示数为0，电压表示数接近4.5V。故障原因可能是 填字母）。
A．小灯泡断路
B．滑动变阻器断路
C．电压表短路
[数据采集]排除故障后，移动滑片P，记录多组电压U和电流I数据（如表所示）。
电压U（V） 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0
电流I（A） 0.10 0.16 0.20 0.23 0.26 0.28
[额定功率计算]
（3）①计算小灯泡的额定功率P额＝ W（保留两位小数）。
②若先用公式计算小灯泡在两端电压为2.5V时的电阻，再求功率，得到的结果是否相同并说明原因： 。
▌迁移练5-2 某同学利用如图1所示的电路来测量小灯泡的电功率（电源电压3V，小灯泡的额定电压2.5V）。
（1）闭合开关，发现两电表指针处于图2所示位置，此时灯泡 （选填“不发光”“微弱发光”或“比正常亮”）。
（2）故障排除后，从滑动变阻器接入电路阻值最大时开始记录数据，得到小灯泡U﹣I图象如图3所示，则小灯泡的额定功率是 W。
（3）他做完以上实验后，又想测出一个未知电阻Rx的阻值，连接电路时发现电压表已损坏，于是他又设计了如图4所示的电路，也测出了电阻的阻值（R0是已知阻值的定值电阻）。请你帮他完成下列步骤。
①只闭合开关S1时，电流表的示数为I1。
②再闭合开关S2后，电流表的示数为I2。
③请写出未知电阻Rx的阻值表达式：Rx＝ 　 　 （用I1、I2和R0表示）。
（4）在图1中滑动变阻器滑片移动过程中，电路消耗的总功率、小灯泡的功率随电流变化如图5所示，请判断随电流增大，滑动变阻器的功率大小变化是 。
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