第2节　能量的转化与守恒练习（Word含解析）

第3章　热力学定律
第2节　能量的转化与守恒
基础过关练
　　　　　　　　　　　　　　　　　　
1.下列有关焦耳及焦耳实验的说法中正确的是 (　　)
A.焦耳是法国物理学家,他的主要贡献是焦耳定律及热功转化的关系
B.焦耳实验中用到的容器可以用普通玻璃杯代替
C.焦耳实验的研究对象是容器中的水
D.焦耳实验中要使容器及其中的水升高相同的温度,实验中悬挂重物的质量、下落的高度可以不相同,但做功必须相同
2.(多选)下列关于能量转化现象的说法中,正确的是 (　　)
A.用太阳灶烧水是太阳能转化为内能
B.电灯发光是电能转化为光能
C.核电站发电是电能转化为内能
D.生石灰放入盛有凉水的烧杯里,水温升高是动能转化为内能
3.(多选)下列对能量的转化和守恒认识正确的是 (　　)
A.某种形式的能量减少,一定存在其他形式能量的增加
B.某个物体的能量减少,必然有其他物体的能量增加
C.不需要任何外界的动力而持续对外做功的机器——第一类永动机是不可能制成的
D.石子从空中落下,最后停止在地面上,说明机械能消失了
4.(多选)如图为焦耳实验装置图,用绝热性能良好的材料将容器包好,重物下落带动叶片搅拌容器里的水,引起水温升高。关于这个实验,下列说法正确的是 (　　)
A.这个装置可测定热功转换关系
B.做功增加了水的热量
C.做功增加了水的内能
D.功和热量是完全等价的,无区别
5.有一种装有太阳能电扇的帽子(如图所示)。在阳光的照射下,小电扇快速转动,能使人在炎热的夏季感受到一丝凉爽,该装置的能量转化情况是 (　　)
A.太阳能→电能→机械能
B.太阳能→机械能→电能
C.电能→太阳能→机械能
D.机械能→太阳能→电能
6.自由摆动的秋千摆动幅度越来越小,下列说法正确的是 (　　)
A.机械能守恒
B.能量正在消失
C.只有动能和重力势能的相互转化
D.减少的机械能转化为内能,但总能量守恒
7.一颗子弹以某一水平速度击中了静止在光滑水平面上的木块,并从中穿出。对于这一过程,下列说法中正确的是 (　　)
A.子弹减少的机械能等于木块增加的机械能
B.子弹减少的动能等于木块增加的动能
C.子弹减少的机械能等于木块增加的动能与木块增加的内能之和
D.子弹减少的动能等于木块增加的动能与子弹和木块增加的内能之和
8.汽车关闭发动机后,沿斜面匀速下滑的过程中 (　　)
A.汽车的机械能守恒
B.汽车的动能和势能相互转化
C.汽车的机械能转化成内能,汽车的总能量减少
D.汽车的机械能逐渐转化为内能,汽车的总能量守恒
9.(多选)一物体获得一定初速度后,沿着一粗糙斜面上滑,在上滑过程中,物体和斜面组成的系统 (　　)
A.机械能守恒
B.总能量守恒
C.机械能和内能增加
D.机械能减少,内能增加
10.如图所示的容器中,A、B各有一个可自由移动的轻活塞,活塞下是水,上为空气,大气压恒定,A、B底部由带有阀门K的管道相连,整个装置与外界绝热。开始时A中水面比B中高,打开阀门,使A中的水逐渐流向B中,最后达到平衡,在这个过程中 (　　)
A.大气压力对水做功,水的内能增加
B.水克服大气压力做功,水的内能减少
C.大气压力对水不做功,水的内能不变
D.大气压力对水不做功,水的内能增加
11.如图所示为冲击摆实验装置,一水平飞行的子弹射入沙箱后与沙箱合为一体,共同摆起一定的高度,则下面有关能量转化的说法中正确的是 (　　)
A.子弹的动能转化成沙箱和子弹的内能
B.子弹的动能转化成了沙箱和子弹的势能
C.子弹的动能转化成了沙箱和子弹的动能
D.子弹动能的一部分转化成沙箱和子弹的内能,另一部分转化成沙箱和子弹的机械能
12.如图所示,密闭绝热容器内有一绝热活塞(质量不可忽略),活塞的上部封闭着气体,下部为真空,活塞与器壁间的摩擦忽略不计。置于真空中的轻弹簧一端固定于容器的底部,另一端固定在活塞上,弹簧被压缩后用绳扎紧,此时弹簧的弹性势能为Ep(弹簧处在自然长度时的弹性势能为零)。现在绳突然断开,弹簧推动活塞向上运动,经过多次往复运动后活塞静止,气体达到稳定状态。关于此过程说法正确的是 (深度解析)
A.Ep全部转化为气体的内能
B.Ep一部分转化为活塞的重力势能,其余部分仍为弹簧的弹性势能
C.Ep全部转化为活塞的重力势能和气体的内能
D.Ep一部分转化为活塞的重力势能,一部分转化为气体的内能,其余部分仍为弹簧的弹性势能
13.风沿水平方向以速度v垂直吹向一直径为d的风车,设空气密度为ρ,风的动能有50%转化为风车的动能,风车带动水车将水提高h的高度,效率为80%。则单位时间内最多可提升的水的质量为　　　　。
14.水能是一种清洁能源。位于美国和加拿大交界处的尼亚加拉瀑布流量达每秒
6 000 m3,而且是一年四季流量稳定,瀑布落差约为50 m。若利用这一资源发电,设其效率为50%,估算发电机的输出功率。(重力加速度g取10 m/s2,水的密度为ρ=1×103 kg/m3)
15.某同学为测量地表植物吸收太阳能的本领,做了如下实验,用一面积为0.1 m2的盆盛6 kg的水,经太阳光垂直照射5 min,温度升高5 ℃,已知水的比热容为c=4.2×103 J/(kg·℃),若地表植物吸收太阳光的能力与水相等,试计算:
(1)每平方米绿色植物每秒吸收的太阳能为多少
(2)若绿色植物在光合作用中吸收1 kJ的太阳能可放出0.05 L的氧气,则每公顷绿地每秒可放出多少升的氧气 (1公顷=104 m2)
答案全解全析
第3章　热力学定律
第2节　能量的转化与守恒
基础过关练
1.D　焦耳是英国物理学家,所以选项A错误;焦耳实验的要求是研究对象为绝热系统,普通玻璃杯达不到绝热要求,选项B错误;实验的研究对象是容器及其中的水组成的系统,选项C错误;要使水及容器升高相同的温度即内能增加相同,则做功必须相同,选项D正确。
2.AB　核电站发电是核能转化为电能,生石灰放入水中使水温升高,是化学能转化为内能,C、D错误,故选A、B。
3.ABC　A选项是指不同形式的能量间的转化,转化过程中能量是守恒的。B选项是指能量在不同的物体间发生转移,转移过程中能量是守恒的。这正好是能量守恒定律的两个方面——转化与转移。第一类永动机是不可能制成的,因为它违背了能量守恒定律。A、B、C正确。石子的机械能在变化,比如受空气阻力作用,机械能可能减少,但机械能并没有消失,能量守恒定律表明能量既不会消失,也不会创生,故D是错误的。
4.AC　可通过计算重力做功与水温升高吸收的热量,测定热功转换关系,做功增加了水的内能,而热量只是热传递过程中内能改变的量度,所以做功与热量是不同的,故选A、C。
5.A　根据题意小电扇在阳光照射下转动,说明最初的能量来源于阳光,即太阳能,阳光照在太阳能电池板上,太阳能电池板将太阳能转化成电能。电能使小电动机转动,实现了小电扇的旋转,是电能向机械能的转化。总的转化过程为太阳能→电能→机械能。故A正确。
6.D　自由摆动的秋千摆动幅度减小,说明机械能在减少,减少的机械能转化为内能,故D正确。
7.D　子弹射穿木块的过程中,由于相互间摩擦力的作用使得子弹的动能减小,木块获得动能,同时产生热量,且系统产生的热量在数值上等于系统机械能的损失,A、B项没有考虑到系统增加的内能,C项中应考虑的是系统减少的机械能等于系统增加的内能,故正确答案为D。
8.C　汽车匀速下滑,一定受阻力作用,汽车克服阻力做功,汽车的机械能转化为汽车和斜面的内能,汽车的总能量减少。
9.BD　物体沿斜面上滑的过程中,有摩擦力对物体做负功,所以物体的机械能减少,由能量转化和守恒可知,内能应增加,总能量不变。
10.D　设A中水面下降的高度为hA,B中水面上升的高度为hB,由于水的体积不变,故SAhA=SBhB,则有p0SAhA=p0SBhB,即大气压力对A做的正功与B克服大气压力做的功相等,故大气压力不做功。但水的重力势能减少了,它转化为水的内能,所以水的内能增加了,故D正确。
11.D　子弹在射入沙箱瞬间,要克服摩擦阻力做功,一部分动能转化成沙箱和子弹的内能,另一部分动能转化成沙箱和子弹的机械能。
12.D　当绳子突然断开时,活塞受弹簧的弹力F、活塞的重力G、封闭气体对活塞向下的压力F'的共同作用,如图所示,其合力向上,经多次往复运动后活塞静止,此时活塞处于三力平衡状态,气体体积必定减小,外力对气体做正功,由于容器和活塞均绝热,外力所做的功全部转化为气体的内能,气体的内能增加,而活塞最终的静止位置比初始位置高,其重力势能增加,最终弹力与另外两个力的合力平衡,弹簧仍有形变,设最终弹簧的弹性势能为Ep',由能量守恒定律得Ep=Ep'+ΔEp+ΔU(ΔEp为活塞增加的重力势能,ΔU为气体增加的内能),所以D选项正确。
方法技巧
利用能量守恒定律解题的方法
在应用能量守恒定律处理问题时,首先要弄清系统有多少种能量相互转化,分析哪种形式的能量增加了,哪种形式的能量减少了;或者哪个物体的能量增加,哪个物体的能量减少,增加量等于减少量。
13.答案　
解析　在时间t内吹在风车上的空气的质量为
m1= πd2·vt·ρ,
风的动能Ek= m1v2= πd2v3tρ。
根据题意 πd2v3tρ×50%×80%=mgh,
则=。
14.答案　1.5×109 W
解析　每秒流下的水质量m=Vρ=6×106 kg,
由能量的转化和守恒知mgh×50%=Pt,
式中m=6×106 kg,t=1 s,h=50 m,
解得P=1.5×109 W。
15.答案　(1)4.2×103 J　(2)2 100 L
解析　(1)0.1 m2的水5 min吸收的太阳能为E=cmΔt=4.2×103×6×5 J=1.26×105 J,所以每平方米绿色植物每秒吸收的太阳能E'=4.2×103 J。
(2)每公顷绿色植物每秒吸收的太阳能E=4.2×103×104 J=4.2×107 J,放出氧气的体积为V=×0.05 L=2 100 L。