3.3能量守恒定律基础巩固（word版含答案）

3.3能量守恒定律基础巩固2021—2022学年高中物理人教版（2019）选择性必修第三册
一、选择题（共14题）
1．热现象过程中不可避免地出现能量耗散的现象．所谓能量耗散是指在能量转化的过程中无法把散失的能量重新收集、加以利用．下列关于能量耗散的说法中正确的是(　　)
A．能量耗散说明能量不守恒
B．能量耗散不符合热力学第二定律
C．能量耗散过程中能量不守恒
D．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
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．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
4．在热力学第一定律的表达式ΔU=W+Q中,关于ΔU、W、Q各个物理量的正、负,下列说法中正确的是(　　)
A．外界对物体做功时W为正,吸热时Q为负,内能增加时ΔU为正
B．物体对外界做功时W为负,吸热时Q为正,内能增加时ΔU为负
C．外界对物体做功时W为负,吸热时Q为负,内能增加时ΔU为负
D．物体对外界做功时W为负,吸热时Q为正,内能增加时ΔU为正
5．生活实例——光伏发电利用新能源的实际应用
光伏产业是新能源产业的重要发展方向之一，光伏市场的发展对于优化我国能源结构、促进能源生产和消费革命、推动能源技术创新等方面都有重要的意义．如图所示，是某户居民楼顶平台安装的12块太阳能电池板．据楼主介绍，利用这些电池板收集太阳能发电，发电总功率可达3 kW，工作电压为380 V，设备使用年限在25年以上；发电总功率的30%供自家使用，还有富余发电以0.4元/度(1度＝1 kW·h)价格并入国家电网．则下列说法可能正确的是(　　)
A．该光伏项目年发电量约为1.3×104 kW·h
B．该光伏项目的工作总电流约为0.3 A
C．该光伏项目平均每天的发电量大约可供一盏60 W的白炽灯工作125小时
D．该光伏项目富余发电的年收入约为7 000元
6．下列说法正确的是
A．能量耗散的说法与能量守恒定律是互相矛盾的
B．在轮胎爆裂这一短暂过程中，气体膨胀，将势能转化为内能，温度升高
C．彩色液晶显示器利用了液晶的电学性质具有各向异性的特点
D．液体表面层分子分布比液体内部稀疏，分子间相互作用表现为引力
7．“第一类永动机”是不可能制成的，这是因为（　　）
A．它不符合机械能守恒定律 B．它违背了能量守恒定律
C．没有合理的设计方案 D．找不到合适的材料
8．一台冷暖两用型空调铭牌上标有“输入功率，制冷能力，制热能力”的字样，从设计指标看，空调在制热时，下列判断中正确的是（　　）
A．此过程是违反能量守恒定律的，所以铭牌上标注的指标一定是错误的
B．空调制热时产生的热量全部由电能转化而来的
C．空调制热时放出的热量一部分是由电能转化而来，另一部分是从外界吸收而来的
D．空调制热时每小时消耗电能
9．第一类永动机失败的原因是（　　）
A．人类的技术还不够发达 B．制造永动机的零件做得不够精密
C．它违背了能量守恒定律 D．还没有找到合理的设置结构
10．在一个密闭隔热的房间里，有一电冰箱正在工作，如果打开电冰箱的门，过一段时间后房间的温度会（　　）
A．降低 B．不变 C．升高 D．无法判断
11．如图所示是某类潮汐发电示意图。涨潮时开闸，水由通道进入海湾水库蓄水，待水面升至最高点时关闭闸门（如图甲），落潮时，开闸放水发电（如图乙）。设海湾水库面积为5.0×108 m2，平均潮差为3.0 m，一天涨落潮两次，发电机的平均能量转化效率为10%，则一天内发电的平均功率约为（ρ海水＝1.0×103 kg/m3，g取10 m/s2）（　　）
A．2.6×104 kW B．5.2×104 kW C．2.6×105 kW D．5.2×105 kW
12．高空形成的冰雹加速下落，并有部分熔化，以下说法中不正确的是（　　）
A．只有重力做功，冰雹下落时机械能守恒
B．冰雹的势能转化为冰雹的动能
C．冰雹的内能增大
D．冰雹的机械能不守恒
13．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
14．关于能量的转化，下列说法中正确的是（　　）
A．克服重力做功，重力势能增加
B．因为能量守恒，所以“永动机”是存在的
C．我们要节约能源的根本原因是能量在数量上减少了。
D．由于能的转化过程符合能量守恒定律，所以不会发生能源危机
二、填空题（共4题）
15．能量守恒定律
能量既不会凭空_______，也不会凭空_______，它只能从一种形式_______为其他形式，或者从一个物体_______到别的物体，在转化或转移的过程中，能量的总量_______。
16．如图所示，一定质量的理想气体被活塞密封在一绝热容器中，活塞与容器壁无摩擦。当温度为T1时，气体压强为p1，体积为V1；若在活塞上放置一定质量的重物，稳定后气体的压强变为p2，温度变为T2，则p2______p1，T2______T1（选填“>”、“=”或“<”）。
17．火力发电的过程是用燃料燃烧产生的热能来加热水，使水变成高温、高压的水蒸气，再由水蒸气推动发电机旋转发出电能的过程，从能的转换角度来看，实质上是______能转化为______能，再转化成______能，最后转化成电能的过程。
18．“东方绿舟”内有一个绿色能源区，同学们可以在这里做太阳能和风能的研究性实验，某同学为了测定夏季中午单位面积上、单位时间内获得的太阳能，制作了一个太阳能集热装置，实验器材有：①内壁涂黑的泡沫塑料箱一个，底面积为1平方米；②盛水塑料袋一个；③温度计一个；③玻璃板一块（约1平方米），如图所示：
假设图为一斜坡草地，太阳光垂直照射到草地表面，请将上述实验器材按实验设计要求画在图中______；
如果已知水的比热容c，被水吸收的热量Q与水的质量m、水温升高量△间的关系是，则为了测定中午单位面积上、单位时间内获得的太阳能，除了需要测量m、外，还应测量的物理量是_____，本实验会有一定误差，试写出一条产生误差的主要原因：______________。
三、综合题（共4题）
19．太阳能是个巨大的能源，其总辐射功率为，即每秒钟向周围空间辐射的热量相当于的标准煤完全燃烧时放出的能量，请计算出这些能量为多少？
20．为测算太阳射到地面的辐射能，某校科技实验小组的同学把一个横截面积是的矮圆筒的内壁涂黑，外壁用保温材料包裹，内装水。让阳光垂直圆筒口照射后，水的温度升高了。请由此估算在阳光直射时地面上每平方米每分钟接收的太阳能量。水的比热容为。
21．若将气泡内的气体视为理想气体，气泡从湖底缓慢上升到湖面的过程中，对外界做了0.6J的功，（设湖水的温度相等且保持不变）
(1)气泡上升过程中吸收的热量是多少？
(2)气泡到达湖面后，由于太阳的照射，在温度上升的过程中又对外界做了0.1J的功，同时吸收了0.3J的热量，则此过程中，气泡内气体内能增加了多少？
22．某地强风风速为14m/s，设空气密度为，若某风力发电机的风扇叶片长10m，当风通过风扇横截面时，其动能的20%将转化为电能，则该风力发电机的功率是多大？
参考答案
1．D
【详解】
能量耗散是指能量在转化和转移的过程中扩散到周围环境中无法再收集起来的，其满足能量守恒定律，也符合热力学第二定律，能量在数量上并未减少，但在可利用的品质上降低了．能量耗散反应了涉及热运动的宏观过程都具有方向性，所以A、B、C错误；D正确．
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．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。
4．D
【详解】
在热力学第一定律：△U=W+Q中，外界对物体做功时W为正的，物体对外界做功时W为负；物体吸热时Q为正，放热时Q为负的；内能增加时U为正的，内能减少时U为负的；故选D．
5．A
【详解】
A．该光伏项目年发电量为：
E＝Pt＝3 kW×12 h×365＝1.314×104 kW·h，
故A正确；
B．该光伏项目的工作总电流为：
，
故B错误；
C．该光伏项目平均每天的发电量可供一盏60 W的白炽灯工作：，故C错误；
D．该光伏项目富余发电的年收入约为：
Pt×70%×0.4元/(kW·h)＝3 kW×12 h×365×0.7×0.4元/(kW·h)＝3679.2元；
故D错误。
故选A。
6．D
【分析】
能量的耗散只是能量的品质降低，并不违背能量守恒定律；根据热力学第一定律理解问题；液晶具有光学各向异性；熟悉表面张力形成的原因。
【详解】
A．能量耗散的过程中能量向品质低的大气内能转变，但是总的能量是守恒的，能量不能凭空产生，也不能凭空消失，但有方向性，所以能量耗散与能量守恒不矛盾，故A错误；
B．在轮胎爆裂这一短暂过程中，气体膨胀，对外做功，而热传递很小，则根据热力学第一定律得知：轮胎内气体内能突然减小，温度降低。故B错误；
C．液晶像液体一样具有流动性，而其光学性质与某些晶体相似具有各向异性，彩色液晶显示器利用了液晶的光学性质具有各向异性的特点，故C错误；
D．由表面张力形成的原因可知，液体表面层分子分布比液体内部稀疏，分子间的相互作用表现为引力，故D正确；
7．B
【详解】
第一类永动机不可能制成的原因是违背了能量守恒定律。
故选B。
8．C
【详解】
ABC．空调制热时获得的热量，一部分是通过电流做功，消耗电能获得的，另一部分是从外界吸收的热量，并不违反能量守恒定律，AB错误，C正确；
D．空调制热时每小时消耗的电能是
D错误。
故选C。
9．C
【详解】
第一类永动机当时设计的思路是机器不需要外界的动力或燃料却能源源不断地对外做功。显然这种设计思维违背了能量守恒定律，这也是第一类永动机失败的原因，所以C正确，ABD错误。
故选C。
10．C
【详解】
冰箱只是把冰箱内的热量移到外面，但在绝热的密封舱中，冰箱门打开，整个房间内的热量应该是不变的，由于整个过程中只有电在做功，产生焦耳热，电能转化为内能，根据能量守恒可知室内温度升高了。
故选C。
11．B
【详解】
利用潮汐发电，就是水的重力势能转化为电能，水能转化电能的效率是10%，一次涨潮，退潮后水坝内水的势能增加
W水=G△h=mg△h=ρ水Vg△h=ρ水Shg△h=ρ水Sgh△h
△h为水的重心下降的高度，即△h=1.5m
则水的势能可转变为电能
W电=W水×10%=ρ水Sgh△h×10%
=1.0×103kg/m3×5.0×108m2×10N/kg×3m×（1.5m）×0.1J
=2.25×1012J
每天2次涨潮，则该电站一天能发电4.5×1012J，所以每天的平均功率为
P==5.2×104kW
故ACD错误，B正确。
故选B。
12．A
【详解】
AD．除了重力做功，还有阻力做功，所以冰雹下落时机械能不守恒，则A错误，符合题意；D正确，不符合题意；
BC．冰雹的势能转化为冰雹的动能与内能，所以BC正确，不符合题意；
故选A。
13．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。
14．A
【详解】
A．克服重力做功，说明重力做负功，重力势能增加，故A正确；
B．能量是守恒的，但能量转换过程中有损耗，所以“永动机”是不存在的，故B错误；
C．我们要节约能源的根本原因是可利用能源在数量上不断减少，总量不变，故C错误；
D．虽然能量守恒，但能量转化具有方向性，可利用能能源逐渐减少，故D错误。
故选A。
15．产生 消失 转化 转移 保持不变
16．> >
【详解】
[1]在活塞上放置一定质量的重物，气缸内气体受到的压力变大，气体压强变大，即
气体体积变小，外界对气体做功；
[2]根据热力学第一定律知道外界对气体做功，内能增大，气体温度升高，则
17．化学 内 机械
【详解】
[1]火力发电一般是指利用石油、煤和天然气等燃料燃烧时产生的热能来加热水，使水变成高温、高压的水蒸气，然后再由水蒸气推动发电机来发电。在火力发电的过程中实质上是由化学能转化为内能在转化成机械能，最后转化成电能的过程。
[2] 在火力发电的过程中实质上是由化学能转化为内能在转化成机械能，最后转化成电能的过程。
[3] 在火力发电的过程中实质上是由化学能转化为内能在转化成机械能，最后转化成电能的过程。
18．见解析 时间T 太阳能没有全部被水吸收（或水吸收的太阳能有一部分损失等）
【详解】
[1]这是测定夏季中午太阳能的研究性实验。告诉了实验器材、实验环境（斜坡草地）、实验原理，根据研究性要求设计实验，并明确测量物理量，指出实验中产生误差的主要原因，实验图示如图所示
[2]需要测定单位面积上、单位时间内获得的太阳能，除了测量水的质量、温度升高的高度，还需测量太阳照射的时间T。
[3]产生误差的主要原因：太阳能没有全部被水吸收，或水吸收的太阳能还有一部分损失等。
19【详解】
煤燃烧与太阳每秒钟释放的能量相等，故这些热量为
20．
【详解】
圆筒内的水经过2 min增加的内能为
圆筒的面积为
则地面上每平方米每分钟接收到的太阳能量
21．(1)0.6J；(2)0.2J
【详解】
(1)气体温度不变，内能不变，由热力学第一定律ΔU=Q＋W，则
Q=ΔU-W=0-(-0.6J)=0.6J
(2)由热力学第一定律得
ΔU=Q＋W=0.3J＋(-0.1J)=0.2J
内能增加0.2J。
22．
【详解】
依题意，可得内通过扇叶的风的质量为
风的动能为
发电机的功率为，时间为，由能量守恒定律可得
由题中数据可知
，
代入求得