3.2能量守恒定律及其应用 同步作业（Word解析版）

2021-2022学年粤教版（2019）选择性必修第三册
3.2能量守恒定律及其应用 同步作业（解析版）
1．下列说法中正确的是（　　）
A．自然界的能量的总和是守恒的，所以节约能源是毫无意义的
B．电源是通过静电力做功把其他形式的能转化为电势能的装置
C．电能转化为其他形式的能，是通过电流做功来实现的
D．能量耗散表明自然界的能量总和在不断减少
2．下列说法中错误的是（　　）
A．能的转化和守恒定律只适用于物体内能的变化
B．只要有能的转化和转移，就一定遵从能量守恒定律
C．能的转化和守恒定律是人们认识自然和利用自然的有力武器
D．任何一种形式的能在转化为其他形式的能的过程中，消耗多少某种形式的能量，就能得到多少其他形式的能量，而能的总量保持不变
3．日常生产、生活处处离不开电能，下列哪些发电方式会造成较大环境污染（　　）
A．太阳能发电 B．煤炭发电
C．风力发电 D．水力发电
4．如图所示为冲击摆实验装置，一飞行子弹射入沙箱后与沙箱合为一体，共同摆起一定高度，则下面有关能的转化的说法中正确的是（　　）
A．子弹的动能转变成沙箱和子弹的内能
B．子弹的动能转变成了沙箱和子弹的势能
C．子弹的动能转变成了沙箱和子弹的动能
D．子弹的动能一部分转变成沙箱和子弹的内能，另一部分转变成沙箱和子弹的机械能
5．重10N的物体从一个高3m、长5m的斜面上滑下，已知物体与斜面之间的动摩擦因数是0.25，在物体从斜面顶端滑至底端的过程中，内能的增量是（　　）
A．10J B．20J C．30J D．40J
6．以下说法正确的是（　　）
A．当分子间距离增大时，分子间作用力减小，分子势能增大
B．某物体温度升高，则该物体分子热运动的总动能一定增大
C．液晶显示屏是应用液晶的光学各向同性制成的
D．自然界发生的一切过程能量都守恒，符合能量守恒定律的宏观过程都能自然发生
7．下列说法正确的是（ ）.
A．能量转化和守恒定律只适用于物理学领域，其他学科不适用
B．布朗运动也遵循能量转化和守恒定律
C．生命运动不遵循能量转化和守恒定律
D．只要做功，内能就一定改变
8．下列说法正确的是（　　）
A．能量的耗散反映出自然界的宏观过程是没有方向性的
B．能量守恒表明，节约能源是无意义的
C．随着科技的发展，永动机是可以制成的
D．能量守恒定律是自然界遵循的普遍规律
9．下列说法正确的是（　　）
A．第一种永动机能够被制造出来是它遵循了热力学第一定律
B．两种物质温度相同时，其分子平均动能不一定相同
C．当分子之间距离增大时，分子间的引力和斥力都增大
D．液体中悬浮微粒的布朗运动是由做无规则运动的液体分子撞击引起的
10．某偏远山区为了实现供电，自己修建了小型水利发电站。如图所示，若该发电站蓄水池平均每天蓄水的有效总库容量为，发电过程中上下水库平均水位差为。则下列说法正确的是（　　）
A．若每天发电，则能源利用效率约为35%
B．发电时下水库出水口的水流速度可达到
C．蓄水池中水的重力势能全部转化为电能，则每天能发电约
D．平均每天所发电能可供10户居民同时用电（每户电功率为）约
11．关于“能量耗散”，下列说法正确的是（　　）
A．能量耗散导致能量品质的降低
B．能量耗散使能的总量减少且违背了能量守恒定律
C．能量耗散是指耗散在环境中的内能无法再被人类利用
D．各种形式的能量向内能转化时是能够自动全额发生的
12．如图所示，水平放置的密封汽缸内的气体被一竖直隔板分隔为左右两部分，隔板可在汽缸内无摩擦滑动，右侧气体内有一电热丝。汽缸壁和隔板均绝热。初始时隔板静止，左右两边气体温度相等。现给电热丝提供一微弱电流，通电一段时间后切断电流。当缸内气体再次达到平衡时，与初始状态相比（　　）
A．左边气体分子单位时间内撞击活塞的次数增加
B．左右两边气体温度都升高
C．左边气体压强增大
D．右边气体内能的增加量等于电热丝放出的热量
13．下列说法正确的是（ ）
A．液体的温度越低.其饱和汽压越小
B．酒精灯中的酒精能沿灯芯向上升，这与毛细现象有关
C．纳米材料的颗粒半径一定是
D．具有各向同性的固体一定是非晶体
E.第一类永动机违反了能量守恒定律
14．太阳向地球表面每平方米辐射光能的功率是1.4kW，今要用凹面镜制成的太阳灶烧水，并要使初温为20℃、质量为5kg的水在1200s内沸腾，则太阳灶中凹面镜受光照面积的直径至少应该是多少？（设太阳灶的总效率为50%）
15．科学精神的核心是对未知的好奇与探究。小君同学想寻找教科书中“温度是分子平均动能的标志”这一结论的依据。她以氦气为研究对象进行了一番探究。经查阅资料得知：第一，理想气体的模型为气体分子可视为质点，分子间除了相互碰撞外，分子间无相互作用力；第二，一定质量的理想气体，其压强p与热力学温度T的关系式为p=nkT，式中n为单位体积内气体的分子数，k为常数。
她猜想氦气分子的平均动能可能跟其压强有关。她尝试从理论上推导氦气的压强，于是建立如下模型：如图所示，正方体容器静止在水平面上，其内密封着理想气体—氦气，假设每个氦气分子的质量为m，氦气分子与器壁各面碰撞的机会均等；与器壁碰撞前后瞬间，分子的速度方向都与器壁垂直，且速率不变。请根据上述信息帮助小君完成下列问题：
(1)设单位体积内氦气的分子数为n，且其热运动的平均速率为v。
①求一个氦气分子与器壁碰撞一次受到的冲量大小I；
②求该正方体容器内氦气的压强p；
③请以本题中的氦气为例推导说明：温度是分子平均动能（即）的标志。
(2)小君还想继续探究机械能的变化对氦气温度的影响，于是进行了大胆设想：如果该正方体容器以水平速度u匀速运动，某时刻突然停下来，若氦气与外界不发生热传递，请你推断该容器中氦气的温度将怎样变化？并求出其温度变化量。
参考答案
1．C
【详解】
A．自然界的能量的总和是守恒的，但人类可以利用的能源是有限的，节约能源不仅能使我们长久利用，并且可以减小由于常规能源在使用中带来的污染，节约能源对人类社会的发展有很大的意义，故A错误；
B．电源是通过非静电力做功把其他形式的能转化为电势能的装置，故B错误；
C．电能通过电场力做功，把电能转化为其它形式的能量，故C正确；
D．能量耗散是针对一个系统（或一个物体）而言，能量在自然界中是守恒的，故D错误。
故选C。
2．A
【详解】
各种形式的能都可以相互转化，并不是只适用于物体内能的变化，且有能的转化和转移，就一定遵从能量守恒定律，A错误，符合题意，BCD正确，不符合题意。
3．B
【详解】
A．太阳能光伏电池属于清洁能源，不会带来大气污染，故A错误；
B．煤炭发电要燃烧煤等化石能源，从而带来大量的烟尘造成大气污染，故B正确；
C．风能属于清洁的新能源，无污染，故C错误；
D．水力发电，属于清洁能源，不会带来大汽污染，故D错误。
故选B。
4．D
【详解】
子弹在射入沙箱瞬间，要克服摩擦阻力做功，有一部分动能转变成沙箱和子弹的内能，然后共同摆起一定高度的过程中机械能守恒，不再有机械能转化为内能。
故选D。
5．A
【详解】
根据功能关系，滑动摩擦力在相对位移上的功等于内能的转化，故物体从斜面顶端滑至底端的过程中，内能的增量是
ΔU=μmgcosθ·l=0.25×10××5J=10J
故选A。
6．B
【详解】
A．当r＜r0时，当分子间距增大时，分子力减小，分子势能减小；当r＞r0时，当分子间距增大时，分子力先增加后减小，分子势能增加，故A错误；
B．某物体温度升高，则分子的平均动能增大，该物体分子热运动的总动能一定增大，故B正确；
C．液晶显示屏是应用液晶的光学各向异性制成的，故C错误；
D．自然界发生的一切过程能量都守恒，符合能量守恒定律的宏观过程不一定都能自然发生，例如水能由高处自然的流向低处，但是不能自发的由低处流向高处，故D错误。
故选B。
7．B
【详解】
A．能量守恒定律是自然界中规范应用的规律，不仅仅在物理学领域适用，其他学科都适用。故A错误。
B．布朗运动也遵循能量转化和守恒定律，选项B正确；
C．生命运动也同样遵循能量转化和守恒定律，选项C错误；
D．外界对物体做功，同时物体对外放热，物体的内能不一定变化，故D错误。
故选B.
8．D
【解析】
能量耗散是从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程具有方向性，故A错误；热力学第二定律表面，能量虽然守恒，但可利用的品质降低了，故B错误；永动机违背了热力学定律，故是无法制造成功的，故C错误；能量守恒定律是19世纪自然科学的三大发现之一，也是自然界最普遍、最重要的基本规律之一，小到原子世界，大到宇宙天体，只要有能的变化，无论是什么变化，都遵循它，故D正确．故选D.
9．D
【详解】
A．第一种永动机不能被制造出来，因为它违背了热力学第一定律，即能量守恒定律，所以A错误；
B．温度是物质的分子平均动能的宏观标志，因此两种物质温度相同时，其分子平均动能一定相同，所以B错误；
C．当分子之间距离增大时，分子间的引力和斥力都减小，但斥力减小的快，所以C错误；
D．液体中悬浮微粒的布朗运动是由做无规则运动的液体分子撞击微粒而引起的，所以布朗运动能够间接地反映液体分子的无规则运动，所以D正确。
故选D。
10．C
【详解】
A．蓄水池中能用于发电的水的重力势能为
则能源利用效率
A错误；
B．若没有任何阻力，由机械能守恒得
得
由题知，水流下的过程中受到阻力，所以发电时流入下水库的水流速度小于，故B错误；
C．蓄水池中能用于发电的水的重力势能全部转化为电能，则每天能发电约
故C正确；
D．若重力势能全部转化为电能，平均每天所发电能可供10户居民同时用电时间
由于效率不可能达到100%，可供给10户居民用电时间小于，D错误；
故选C。
11．ACD
【详解】
AB．能量耗散是能量在转化过程中有一部分以内能的方式被周围环境吸收，遵守能量守恒定律，但使得能量品质降低，B错误A正确；
C．耗散的内能无法被人类再利用，选项C正确；
D．其他形式的能可以自动全部转化为内能，选项D正确。
故选ACD。
12．ABC
【详解】
ABC.当电热丝通电后，右侧的气体吸收电热丝放出的热量，温度升高，同时绝热膨胀，向左推动活塞，从而对左边气体做功，由题意并根据热力学第一定律可知，左边气体内能增加，温度升高；根据理想气体状态方程可知左边气体压强增大，所以左边气体分子单位时间内撞击活塞的次数增加，故ABC正确；
D．根据能量守恒定律可知，两边气体内能的总增加量等于电热丝放出的热量，故D错误。
故选ABC。
13．ABE
【详解】
A．同一种液体的饱和蒸汽压仅仅与温度有关，液体的温度越低，其饱和汽压越小．故A正确．
B．酒精沿灯芯向上升的现象与毛细现象有关，故B正确．
C．纳米材料的颗粒半径的数量级是nm，不一定就是1nm，故C错误．
D．物理性质表现为各向同性的固体不一定是非晶体，也有可能是多晶体．故D错误．
E．第一类永动机违反了能量的转化与守恒，不可能实现，故E正确．
故选ABE．
14．1.6m
【详解】
设凹面镜的直径为d，在t＝1200s内太阳辐射到凹面镜的能量
E＝Pt·S＝×3.14d2×1400×1200＝1.3188×106d2
根据能量守恒可知
50%E＝c水mΔt
即
1.3188×106d2×50%＝4.2×103×5×（100－20）
解得
d≈1.6m
15．(1) ①；②；③见解析；(2)
【详解】
(1)
①根据动量定理可得，碰撞一次受到的冲量大小
②设立方体一个侧面的面积为S，在时间内，体积为
内的分子有（假设向各个方向的分子数相等）与该侧面相撞，因此与该面碰撞的分子数
这些分子受到的总冲量
根据动量定理
代入数据，整理得
根据牛顿第三定律，该侧壁受到的平均压力
压强大小
①
③由于
p=nkT②
将①②联立可得
由于分子的平均动能与热力学温度T成正比，与其它因素无关，故温度是分子平均动能的标志。
(2)设立方体内有N个氦气分子，当氦气随容器匀速运动时，整个气体机械运动的动能为
设此时的温度为T1，气体分子的总内能为
突然停止后，设此时的温度为T2，则总内能为
根据能量守恒，这此分子机械运动的动能全部转化为内能
则升高的温度
代入数据，整理得