3.3能量守恒定律同步练习(Word版含答案)

人教版（2019）选择性必修三 3.3 能量守恒定律 同步练习
一、单选题
1．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
2．“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．它做功产生的热不符合热功当量
D．暂时找不到合理的设计方案和理想材料
3．风力发电是一种环保的电能获取方式.图为某风力发电站外观图．假设当地水平风速约为10m/s，该风力发电站利用风的动能转化为电能的效率约为20％，风力发电机的叶片长度为10m，空气的密度是1.29kg/m ，某一工厂用电的功率为320kW，则大约需要多少台这样风力发电机同时为该工厂供电（ ）
A．6 B．8 C．10 D．12
4．物理学的发展丰富了人类对动物世界的认识，推动了科学技术的创新和革命，促进了物质生产的繁荣与人类文明的进步，下列表述正确的是（　　）
A．牛顿发现了万有引力定律，并通过实验证实了万有引力定律
B．能量耗散说明能量在不停地减少，能量不守恒
C．相对论的创立表明经典力学在一定范围内不再适用
D．能量守恒说明人类不用担心能源的减少，不必节约能源
5．有关能量的转化和守恒定律，下列说法正确的是（ ）
A．只适用于机械能与内能的相互转化
B．只适用能量转化过程
C．“摩擦生热”是创造了热，它不符合能量守恒定律
D．根据能量守恒定律，字宇宙中的能量总和不变
6．如图所示，密闭绝热容器内有一绝热的具有一定质量的活塞，活塞的上部封闭着气体，下部为真空，活塞与器壁的摩擦忽略不计．置于真空中的轻弹簧的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，气体达到平衡态，经过此过程（ ）
A．Ep全部转换为气体的内能
B．Ep一部分转换成活塞的重力势能，其余部分仍为弹簧的弹性势能
C．Ep全部转换成活塞的重力势能和气体的内能
D．Ep一部分转换成活塞的重力势能，一部分转换为气体的内能，其余部分仍为弹簧的弹性势能
7．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
8．一定量的气体在某一过程中，外界对气体做了8×104J的功，气体的内能减少了1.2×105J，则下列各式中正确的是（　　）
A．W8×104J，J，
B．W＝8×104J，J，
C．W－8×104J，J，
D．W－8×104J，，
9．美丽的氢气球是很多小孩喜欢的玩具，将一个氢气球释放，它就会在空中持续上升，环境温度会降低，气球体积变大，若氢气球不漏气，下列说法正确的是（　　）
A．气体分子平均间距减小
B．气体的压强不会发生变化
C．外界将对氢气球内气体做正功
D．气体放出的热量小于内能的减少量
10．如图所示，固定容器及可动活塞 P 都是绝热的，中间有一导热的固定隔板 B,B 的两边分别盛有气体甲和乙．现将活塞 P 缓慢地向 B 移动一段距离，已知气体的温度随其内能的增加而升高，则在移动 P 的过程中
A．外力对乙做功；甲的内能不变
B．外力对乙做功；乙的内能不变
C．乙传递热量给甲；乙的内能增加
D．乙的内能增加；甲的内能不变
二、填空题
11．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_______。
12．甲、乙两台柴油机，输出功率之比，效率之比，那么，这两台柴油机在工作相同时间内消耗同一标号的燃油质量之比__________。
13．永动机不可能制成
（1）第一类永动机：不需要任何动力或燃料，却能不断地_______的机器．
（2）第一类永动机由于违背了_______，所以不可能制成．
14．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“<”）。
三、解答题
15．某地强风的风速约为，设空气密度为，现有一横截面积的风车（风车车叶转动形成的圆面面积为），能利用该强风进行发电，并将其动能的转化为电能。
（1）利用上述已知量计算发电功率的表达式；
（2）发电功率大小约为多少？（保留一位有效数字）
16．一定质量的理想气体从状态A经状态B变化到状态C，其图象如图所示，求该过程中气体吸收的热量Q。
17．如图所示，de和fg是两根足够长且固定在竖直方向上的光滑金属导轨，导轨间距离为L，电阻忽略不计．在导轨的上端接电动势为E，内阻为r的电源．一质量为m、电阻为R的导体棒ab水平放置于导轨下端e、g处，并与导轨始终接触良好．导体棒与金属导轨、电源、开关构成闭合回路，整个装置所处平面与水平匀强磁场垂直，磁场的磁感应强度为B，方向垂直于纸面向外．已知接通开关S后，导体棒ab由静止开始向上加速运动，求：
（1）导体棒ab刚开始向上运动时的加速度以及导体棒ab所能达到的最大速度；
（2）导体棒ab达到最大速度后电源的输出功率；
（3）分析导体棒ab达到最大速度后的一段时间△t内，整个回路中能量是怎样转化的？并证明能量守恒。
18．如图甲所示，一圆柱形导热气缸水平放置，通过绝热活塞封闭着一定质量的理想气体，此时封闭气体的绝对温度为T(活塞与气缸底部相距L)，现将气缸逆时针缓慢转动直至气缸处于竖直位置，如图乙所示，此时活塞与气缸底部相距L；现给气缸外部套上绝热泡沫材料(未画出)且通过电热丝缓慢加热封闭气体，当封闭气体吸收热量Q时，气体的绝对温度上升到T．已知活塞的横截面积为S，外界环境的绝对温度恒为T，大气压强为P0，重力加速度大小为g，不计活塞与气缸的摩擦.求：
（1）活塞的质量m；
（2）加热过程中气体内能的增加量.
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．A
【解析】
【分析】
【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。
2．B
【解析】
【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B正确，ACD错误。
故选B。
3．B
【解析】
【详解】
叶片旋转所形成的圆面积为
t秒内流过该圆面积的风柱体积为
风柱体的质量为
风柱体的动能为
转化成的电能为
发出的电功率为
故需要
故选B。
4．C
【解析】
【详解】
A．牛顿发现了万有引力定律，并通过月地检验证实了万有引力定律，故A错误；
B．能量耗散是指能量的可利用率越来越少，但是仍然遵守能量守恒定律，故B错误；
C．相对论并没有否定经典力学，而是在其基础上发展起来的，有各自成立范围，故C正确；
D．能量守恒，但是随着可利用能源的使用，能量的可利用率越来越少，故要节约能源，故D错误。
故选C。
5．D
【解析】
【详解】
能量的转化和守恒定律是自然界普遍遵循的一个规律，适用于一切能量和一切物理过程，故D正确，ABC错误；
故选D。
6．D
【解析】
【详解】
以活塞为研究对象，设气体压强为p1，活塞质量为m，横截面积为S，末态时压强为p2，初态F弹>mg＋p1S，由题意可得末态位置必须高于初位置，否则不能平衡，则由ΔU＝W(绝热)．W为正，ΔU必为正，温度升高，内能增加，活塞重力势能增加，末态时，由力的平衡条件知F弹′＝mg＋p2S，仍然具有一部分弹性势能，故D正确ABC错误．
7．D
【解析】
【分析】
【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。
8．B
【解析】
【分析】
【详解】
外界对气体做了8×104J的功，则
气体内能减少了1.2×105J，则
由热力学第一定律
可得
故B正确，ACD错误。
故选B。
9．D
【解析】
【分析】
【详解】
A．气球体积变大，气体的分子数不变，气体分子平均间距增大，故A错误；
B．气球在上升的过程中，环境温度会降低，气球体积变大，由理想气体方程
气体压强减小，故B错误；
C．气球体积变大，外界对气体做负功，W<0，故C错误；
D．根据
因温度降低则ΔU<0，外界对气体做负功，W<0，故气体同时放出热量Q<0，且放出的热量小于内能的减少量，故D正确。
故选D。
10．C
【解析】
【详解】
活塞P压缩气体乙，则外力对气体乙做功，因P与外界隔热，可知乙的内能增加，因B是导热的隔板，可知乙的热量将传给甲，最终甲、乙的内能都增加，故选C.
11． 产生 消失 转化 转移 保持不变
【解析】
【分析】
【详解】
略
12．
【解析】
【分析】
【详解】
由题可知
工作相同时间内消耗同一标号的燃油质量之比
13． 对外做功 能量守恒定律
【解析】
【分析】
【详解】
略
14． > >
【解析】
【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
15．（1）；（2）
【解析】
【分析】
【详解】
（1）时间内吹到风车上的空气的质量
这些空气的动能
由题意知动能转化成的电能为
所以发电功率
（2）代入数据得
16．
【解析】
【详解】
根据图像可知状态A和状态C温度相同，内能相同；故从A经B到C过程中气体吸收的热量等于气体对外所做的功。根据图像可知状态A到状态B为等压过程，气体对外做功为
状态B到状态C为等容变化，气体不做功；故A经B到C过程中气体吸收的热量为
17．（1）， （2）（3）电源的电能转化为导体棒的机械能和电路中产生的焦耳热之和，证明过程见解析。
【解析】
【详解】
(1)导体棒ab刚开始运动时的速度为零，由欧姆定律：
导体棒ab受安培力：
牛顿第二定律：
所以联立可得导体棒ab开始运动时的加速度：
设导体棒ab向上运动的最大速度为vm，当导体棒所受重力与安培力相等时，达到最大速度，设回路电流为，则：
得：
由闭合电路欧姆定律有：
联立解得：
(2)达到最大速度后电源的输出功率：
所以：
(3) 导体棒ab达到最大速度后的一段时间△t内，电源的电能转化为导体棒的机械能和电路中产生的焦耳热之和；
△t时间内电源的电能：
导体棒ab增加的机械能：
电路中产生的焦耳热：
△t时间内，导体棒ab增加的机械能与电路中产生的焦耳热之和为△E’，则：
△E’=△E机+Q
即：
△E’= +
整理得：
由此得到：
△E电=△ E’
回路中能量守恒。
18．（1）；（2）Q-P0LS
【解析】
【分析】
气缸从水平位置转到竖直位置，封闭气体发生等温变化，根据玻意耳定律列式求解活塞的质量；对封闭气体加热，活塞上升，封闭气体发生等压变化，根据盖-吕萨克定律求解体积的变化量，根据做功公式和根据热力学第一定律求解加热过程中气体内能的增加量；
【详解】
解：(1)气缸水平放置时，封闭气体的压强等于大气压，即
气缸处于竖直位置时，封闭气体的压强
根据玻意耳定律有
联立解得
(2)设气体的绝对温度上升到时活塞到气缸底部的距离为
对于加热过程，由盖-吕萨克定律得
解得
所以气体对外做功为
根据热力学第一定律得：
由①有
解得：
答案第1页，共2页
答案第1页，共2页