4.2能量守恒定律课后练习-2021-2022学年高二下学期物理沪教版（2019）选择性必修第三册（word 含答案）

4.2能量守恒定律
一、选择题（共15题）
1．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
2．在下列家用电器中，把电能主要转化为机械能的是（　　）
A．吸尘器 B．充电器
C．电水壶 D．电烤箱
3．下列说法不正确的是 （填选项前的字母）
A．悬浮在液体中的微粒越小，在某一瞬间跟它相撞的液体分子数越小，布朗运动越不明显
B．分子间存在的引力和斥力都随着分子间的距离的增大而减小，但是斥力比引力减小的更快
C．在各种晶体中，原子(或分子、离子)都是按照一定的规则排列的，具有空间上的周期性
D．不需要任何动力或燃料，却能不断对外做功的永动机是不可能制成的
4．下列说法正确的是（　　）
A．气体吸收热量时温度一定升高
B．外界对气体做功时气体的内能一定增加
C．因为能量是守恒的，所以能源是无限的资源
D．第一类永动机违背能量守恒定律，不可能制成
5．大约在1670年，英国赛斯特城的主教约翰·维尔金斯设计了一种磁力“永动机”。如图所示，在斜坡顶上放一块强有力的磁铁，斜坡上端有一个小孔，斜面下有一个连接小孔直至底端的弯曲轨道，维尔金斯认为：如果在斜坡底端放一个小铁球，那么由于磁铁的吸引，小铁球就会向上运动，当小球运动到小孔P处时，它就要掉下，再沿着斜面下的弯曲轨道返回斜坡底端Q，由于有速度而可以对外做功，然后又被磁铁吸引回到上端，到小孔P处又掉下。在以后的二百多年里，维尔金斯的永动机居然改头换面地出现过多次，其中一次是在1878年，即在能量转化和守恒定律确定20年后，竟在德国取得了专利权。关于维尔金斯“永动机”，正确的认识应该是（　　）
A．符合理论规律，一定可以实现，只是实现时间早晚的问题
B．如果忽略斜面的摩擦，维尔金斯“永动机”一定可以实现
C．如果忽略斜面的摩擦，铁球质量较小，磁铁磁性又较强，则维尔金斯“永动机”可以实现
D．违背能量转化和守恒定律，不可能实现
6．如图所示为课本中的几幅热现象示意图，则下列关于这几幅图的有关说法正确的有（　　）
A．图一表达的意思是分子不一定是球形的，但可以把它们当作球形处理，这是在物理学的学习和研究中常用的“估算”的方法
B．图四中的永动机的设计违背了热力学第二定律
C．图二中绳子对玻璃板的拉力一定等于玻璃板的重力
D．图三中液体表面层的分子间距离较大，则分子间的引力和斥力都比液体内部的大
7．如图所示的几幅热现象示意图，下列有关说法正确的有（　　）
甲 水面上单分子油膜的示意图 乙 拉力与玻璃板受到的重力相等吗？ 丙 液体表面层中分子间的距离比液体内部分子间的距离大 丁 历史上一种永动机的设计
A．图甲表达的意思是分子不一定是球形的，但可以把它们当作球形处理，这是在物理学的学习和研究中常用的“估算”的方法
B．图丁中的永动机的设计违背了热力学第二定律
C．图乙中绳子对玻璃板的拉力一定等于玻璃板的重力
D．图丙中液体表面层的分子间距离较大，则分子间的引力和斥力都比液体内部的大
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．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
10．“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
11．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
12．在一间隔热非常好的密闭房间中，把正在工作的电冰箱门打开，室内空气温度将（　　）
A．升高 B．不变 C．降低 D．无法确定
13．关于气体内能，下列说法正确的是（　　）
A．气体的内能是分子热运动的动能和分子间的势能之和
B．气体被压缩时，内能可能减小
C．气体吸收热量后，温度一定升高
D．一定量的某种理想气体的内能只与温度有关
E．当理想气体的状态改变时，内能一定发生改变
14．下面设想符合能量守恒定律的是（　　）
A．利用永久磁铁间的作用力可以制造一台永远转动的机器
B．做一条利用风能逆水航行的船
C．通过太阳照射使飞机起飞
D．不用任何燃料，河水就一定不能升温
15．下列说法正确的是（ ）
A．控制液面上方饱和汽的体积不变，升高温度，则达到动态平衡后该饱和汽的质量增大，密度增大，压强也增大
B．没有摩擦的理想热机可以把获得的能量全部转化为机械能
C．两个分子甲和乙相距较远（此时它们之间的作用力可以忽略），设甲固定不动，乙逐渐向甲靠近，直到不能再靠近，在整个移动过程中分子力先增大后减小，分子势能先减小后增大
D．晶体熔化过程中，吸收的热量全部用来破坏空间点阵，增加分子势能，而分子平均动能却保持不变，所以晶体有固定的熔点
E．理想气体的热力学温度与分子的平均动能成正比
二、填空题
16．电动机是将_________能转化为_________能的装置。电动机的_________与_________之比叫做电动机的效率。由于电动机运行中总有_________，所以其效率不可能达到_________%。
17．用活塞将一定质量的理想气体密闭在气缸内。通过外界因素改变缸内气体的状态，气体从状态A经状态B变化到状态C，再从状态C回到状态A，其体积的倒数与压强的变化关系图像如图所示，图中AB与横轴平行，BC与纵轴平行。AC的连线过坐标原点。从状态A到状态B的过程中，气体____（填“吸热”“放热”或“绝热”）；从状态B到状态C的过程中，单位时间内碰撞器壁单位面积上的气体分子个数____（填“增大”“减小”或“不变”）；从状态C到状态A的过程中，气体的内能____（填“增大”“减小”或“不变”）。
18．不同形式的能量可以通过______过程而发生转化，能量转化的多少是由______来量度的。
19．如图所示，容器A、B各有一个可自由移动的轻活塞，活塞下面是水，上面是大气，大气压恒定。A、B的底部由带有阀门K的管道相连，整个装置与外界绝热。原先，A中水面比B中的高，打开阀门，使A中的水逐渐向B中流，最后达到平衡。在这个过程中，大气压对水做功为______，水的内能______（选填“增加”、“减小”或“不变”）。
三、综合题
20．下面的设想符合能量守恒定律吗？请简述理由。
(1)利用永久磁铁间的作用力，造一台永远转动的机械。
(2)造一条没有动力系统的船在水面上行驶。
(3)通过太阳照射飞机，使飞机不带燃料也能飞行。
21．如图，质量均为 m=1.0 kg 的物块 A、 B 通过轻质弹簧相连，竖放在水平地面上，弹簧的劲度系数 k= 100 N/m． A、B 的右侧竖立一固定光滑杆 MN，物块 C 穿在竖直杆上．一条不可伸长的轻绳绕过位于 A 正上方的轻质定滑轮 P， --端连接 A，另一端连接 C．开始时物块 C 与轻滑轮 P 等高且 PC 间距 L= 0.3m，绳处于伸直状态但无张力．现将 C 由静止释放，已知它恰好能使 B 离开地面但不继续上升． (取 g=l0m/s2)
(1)求 C 的质量 mc．
(2)若将 C 换成质量为 1.0 kg 的 D，仍从上述初始位置由静止释放，则 B 离开地面时 D 的速度是多大？
22．用质量为0.5kg的铁锤，去打击质量为2kg的铁块。铁锤以12m/s的速度与铁块接触，打击以后铁锤的速度立即变为零。设每次打击产生的热量中有50%被铁块吸收，共打击50次，则铁块温度升高多少？［已知铁的比热容460J/（kg·℃）］
23．如图所示，一个小铁块沿半径为R＝0.2 m的半球内壁自上缘由静止下滑，当滑至半球底部时，速度为1 m/s，设此过程中损失的机械能全部变为内能，并有40%被铁块吸收．已知铁的比热容c＝0.46×103 J/(kg·℃)，重力加速度g取10 m/s2.求铁块升高的温度．
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．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。
2．A
【详解】
吸尘器装备有电动机，能够把电能转化为机械能；充电器是变压器，是升高或者降低电压的装置；电水壶是把电能转化为内能电器；电冰箱是把热量从低温物体转移到高温物体的装置，同时会产生热量。
故选A。
3．A
【详解】
试题分析：布朗运动是液体分子的无规则运动撞击微粒的结果，温度越高，液体分子的无规则运动越剧烈，悬浮在液体中的微粒越小，布朗运动越明显，所以A错；
4．D
【详解】
A．气体吸收热量，若对外做功，则气体的温度不一定升高，选项A错误；
B．外界对气体做功时，若气体放热，则气体的内能不一定增加，选项B错误；
C．能量是守恒的，但是能量的转移或转化具有方向性，散失的能量不会自动聚集起来供我们再次利用，所以能源不是“取之不尽，用之不竭”的，即能源不是无限的资源，选项C错误；
D．第一类永动机违背能量守恒定律，不可能制成，选项D正确。
故选D。
5．D
【详解】
如果忽略摩擦，那么铁球返回斜坡底端Q时速度为零，无法对外做功，如果在返回的过程中对外做功了，将无法返回到底端Q。所以该“永动机”不可以实现。
故选D。
6．A
【详解】
A．图一表达的意思是分子不一定是球形的，但可以把它们当作球形处理，这是在物理学的学习和研究中常用的“估算”的方法，A正确；
B．图四中的永动机的设计违背了能量守恒定律，B错误；
C．图二中由于液体表面张力的作用，绳子对玻璃板的拉力一定大于玻璃板的重力，C错误；
D．图三中液体表面层的分子间距离较大，则分子间的引力和斥力都比液体内部的小，D错误。
故选A。
7．A
【详解】
A．在油膜法估测分子的大小的实验中，把分子设想成球形是处理分子问题建立的一种基本模型，是为了估算的需要，故A正确；
B．图丁中的永动机的设计违背了能量守恒定律，故B错误；
C．图中由于玻璃板与液体间存在表面张力，故玻璃板的拉力一定大于玻璃板的重力，故C错误；
D．图丙中液体表面层的分子间距离较大，则分子间的引力和斥力都比液体内部的小，故D错误。
故选A。
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．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。
10．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。
11．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。
12．A
【详解】
根据能量守恒定律，冰箱门打开，电冰箱的压缩机将一直工作下去，消耗的电能全部变成内能散失在室内，因此室内空气温度将升高。
故选A。
13．ABD
【详解】
A．物体的内能是分子热运动的动能和分子间的势能之和，故A正确；
B．气体被压缩时，外界对气体做功W＞0，如果向外界放热Q＜0，根据热力学第一定律
△U=W+Q
可能△U＜0内能减小，所以B正确；
C．根据热力学第一定律
△U =W+Q
气体吸收热量，若同时对外做功，气体的内能不一定增大，温度不一定升高。故C错误；
D．理想气体分子间无分子势能，理想气体的内能只与温度有关，故D正确；
E．理想气体的状态改变时，若温度不变，则其内能不变，故E错误；
故选ABD。
14．BC
【详解】
A．利用磁场能可能使磁铁所具有的磁场能转化为动能，但由于摩擦力不可避免，动能最终转化为内能，使转动停止，故A错误；
BC．让船先静止在水中，设计一台风力发电机使船获得足够电能，然后把电能转化为船的动能使船逆水航行；另外帆船就是利用风能转化成船的动能使船逆水航行；同理可利用太阳能电池板将光能转化成电能，电能可储存，电能转化为飞机的动能，实现飞机起飞，故BC正确；
D．设计水坝利用河水的重力势能发电，一部分重力势能通过水轮机转化为水的内能、另外电能也可转化为内能使水升温，故D错误。
故选BC。
15．ADE
【详解】
温度升高时，液体分子的平均动能增大，单位时间里从液面飞出的分子数增多，所以达到动态平衡后该饱和汽的质量增大，密度增大，压强也增大，A正确；根据热力学第二定律知热机的效率不可能为1，B错误；两个分子甲和乙相距较远（此时它们之间的作用力可以忽略），设甲固定不动，乙逐渐向甲靠近，直到不能再靠近，在整个移动过程中分子力先减小后增大，分子势能先减小后增大，C错误；晶体熔化过程中，吸收的热量全部用来破坏空间点阵，增加分子势能，而分子平均动能却保持不变，所以晶体有固定的熔点，D正确；理想气体的热力学温度与分子的平均动能成正比，故E正确．
16． 电 机械 输出功率 输入功率 损耗 100
【详解】
电动机是利用电流来工作，对外做功的机器，所以电动机是把电能转化为机械能的装置；
电动机的输出功率与输入功率之比叫做电动机的效率；
电动机因线圈存在的电阻，存在内能的损耗，所以电动机工作时，效率不可能达到100%。
17． 放热； 减小； 不变；
【详解】
由可得
斜率的倒数和温度成正比，根据图像可知，从状态A到状态B的过程中，气体的体积不变，不对外做功，气体温度减小，内能减小，由热力学第一定律知气体向外界放热；
从状态B到状态C的过程中，气体体积增大，单位体积内分子数减小，单位时间内碰撞器壁单位面积上的气体分子个数减小；
状态C到状态A的过程中斜率不变，气体温度不变，内能不变。
18． 做功 做功的多少
【详解】
不同形式的能量可以通过做功过程而发生转化，能量转化的多少是由做功的多少来量度的。
19． 0 增加
【详解】
打开阀门K后，据连通器原理，最后A、B两管中的水面将相平，如下图所示
即A中水面下降，B中水面上升；设A管截面积为S1，水面下降距离为h1，B管截面积为S2，水面上升距离为h2，由于水的总体积保持不变，则有
A管中大气压力对水做的功
B管中大气压力对水做的功
大气压力对水做的总功
由于水的重心降低，重力势能减小，由能量守恒定律知水的内能增加。
20．(1)不符合。理由见解析；(2)不符合。理由见解析；(3)符合。理由见解析
【详解】
(1)不符合。磁铁可以让机械转动起来，这是将磁场能转化为动能，但是如果没有外界能量的输入，机械不能永远转动起来。
(2)不符合。如果船没有外界提供动力，将无法在水面上行驶。
(3)符合。可以利用光电发电机将太阳能转化为电能，再利用电能让飞机飞行。
21．（1）0.5kg（2）
【详解】
（1）开始时对A受力分析可得：kx1=mg（弹簧压缩），x1=0.1m
最终恰好能使B离开地面但不继续上升，说明B此时与地面之间无弹力，且整个系统处于静止状态，对B受力分析可得：kx2=mg（弹簧伸长），x2=0.1m
此时可判断出此时PC间绳子的长度为L′=L+x1+x2=0.5m
则C下降的高度为
因为始末两个状态弹簧的形变量一样，因此弹性势能不变，由能量守恒定律可得：
解得mC=0.5kg
（2）将C换成D后，由能量守恒可得：
由几何关系可知：
解得：
22．0.98℃
【详解】
共打击50次产生的热量为
铁块温度升高，则有
代入数据解得
23．1.3×10－3℃
【详解】
铁块滑到半球底部时产生的内能为ΔE，则有：
ΔE＝mgh－mv2＝(2m－0.5m) J＝1.5m J.
升高的温度为：Δt＝＝℃＝1.3×10－3℃