4.2能量守恒定理同步训练（Word版含答案）

4.2能量守恒定理
一、选择题（共15题）
1．下列关于热学的知识叙述正确的是（　　）
A．分子间的作用力表现为引力时，若分子间的距离增大，则分子力减小，分子势能增大
B．对于一定种类的大量气体分子，在一定温度时，处于一定速率范围内的分子数所占百分比是确定的
C．我们可以利用高科技手段，将流散到周围环境中的内能重新收集起来加以利用而不引起其他变化
D．气体的状态变化时，若温度升高，则每个气体分子的平均动能增加
2．第一类永动机违反了什么而不能制成（　　）
A．违反了热力学第一定律 B．违反了机械能守恒定律
C．违反了能量守恒定律 D．以上说法都不对
3．17世纪70年代，英国赛斯特城的约翰·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，当小球运动到小孔处时，它就要掉下，再沿着斜面下的弯曲轨道返回斜坡底端，由于有速度而可以对外做功，然后又被磁铁吸引回到上端，到小孔处又掉下。下列关于维尔金斯“永动机”，正确的认识应该是（　　）
A．满足能量守恒定律，所以可能实现
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
4．20世纪70年代，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”，其结构如图所示．在斜面顶端放一块强磁铁M，斜面上下端各有一个小孔P、Q，斜面下有一个连接两个小孔的弯曲轨道．维尔金斯认为：如果在斜坡底部放一个铁球，那么在磁铁的引力作用下，铁球会沿斜面向上运动，当球运动到P孔时，它会漏下，再沿着弯曲轨道返回到Q，由于这时球具有速度可以对外做功，然后又在磁铁的吸引下回到上端，到P处又漏下……关于这个设计，下列判断中正确的是（ ）
A．满足能量转化和守恒定律，所以可行 B．不满足热力学第二定律，所以不可行
C．不满足机械能守恒定律，所以不可行 D．不满足能量守恒定律，所以不可行
5．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
6．关于系统的内能，下述说法中正确的是（ ）
A．物体内所有分子的动能与分子势能的总和叫物体的内能
B．一个物体的机械能发生变化时，其内能也一定发生变化
C．外界对系统做功W，系统的内能增加
D．系统从外界吸收了热量Q，系统的内能增加
7．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
8．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
9．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
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．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
12．在阳光的照射下、太阳能小风扇快速转动。这说明（　　）
A．动能可以凭空产生
B．可以制造出不消耗能量的永动机
C．太阳能可以转化为其他形式的能
D．太阳可以是供无穷无尽的能量，不需要节约能源
13．一铜块和一铁块，质量相等，铜块的温度T1比铁块的温度T2高，当它们接触在一起时，如果不和外界交换能量，则（　　）
A．从两者开始接触到热平衡的整个过程中，铜块内能的减少量等于铁块内能的增加量
B．在两者达到热平衡以前的任意一段时间内，铜块内能的减少量不等于铁块内能的增加量
C．在两者达到热平衡以前的任意一段时间内，铜块内能的减少量都等于铁块内能的增加量
D．达到热平衡时，铜块的温度比铁块的低
14．如图，导热的气缸固定在水平地面上，用活塞把一定质量的理想气体封闭在气缸中，气缸内壁光滑。现用水平外力 F 作用于活塞杆，使活塞缓慢地向右移动一段距离，在此过程中，环境温度保持不变，则下列说法正确的是（　　）
A．水平外力 F 逐渐增大
B．水平外力 F 做的功等于气体内能的增加
C．单位时间碰撞气缸壁单位面积的分子数减少
D．气体是从单一热源吸热，并且全部用来对外做功
E．活塞克服大气压力做功数值上等于气体从外界吸收的热量
15．一定质量的理想气体经历如图所示的一系列过程，a→b、b→c、c→d、d→a这四段过程在p—T图上都是直线段，其中的延长线通过坐标原点O，垂直于，而平行于，由图可以判断（　　）
A．a→b过程中气体对外做功
B．b→c过程中外界对气体做功
C．c→d过程中气体从外界吸收的热量大于气体对外界做的功
D．d→a过程中气体体积不断减小
二、填空题
16．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．
17．太阳能的利用技术主要有：______、______、______。
18．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”）。
三、综合题
19．撑竿跳高运动的不同阶段，有不同形式的能量发生转化。撑竿跳高过程涉及哪几种能量转化？这些能量转化是如何帮助运动员提高跳高成绩的？
20．观察手电筒的结构，画出它工作时的能流图。
21．如图所示，一个小铁块沿半径为R=0.2m的半球内壁自上端由静止下滑，当滑至半球底部时，速度为1m/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=0.64×103J/（kg·℃），重力加速度g取10m/s2。求铁块升高的温度。
22．试计算太阳每小时辐射到地球上的总能量是多少？这些能量相当于多少无烟煤完全燃烧所放出的能量？（设太阳能辐射到地球表面的平均功率为，无烟煤的燃烧值为）
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．B
【详解】
A．当r>r0时，分子间的作用力表现为引力，随着分子间的距离增大，分子力先增大后减小，A错误；
B．根据热力学的统计规律，对于一定种类的大量气体分子，在一定温度时，处于一定速率范围内的分子数所占百分比是确定的。故B正确；
C．根据热力学第二定律，不可能将流散到周围环境中的内能重新收集起来加以利用而不引起其他变化。故C错误；
D．温度升高，并不是每个气体分子的平均动能均增加，D错误。
故选B。
2．C
【详解】
第一类永动机指不消耗任何能量但可以不断输出动力的发动机，例如通过燃烧氢气发电，再用部分电产生氢气，剩余部分输出。它违反了能量守恒定律。故ABD错误，C正确，
故选C。
3．D
【详解】
维尔金斯“永动机”不可能实现，因为它违背了能量守恒定律。铁球上升过程中，磁场力对铁球做正功，使铁球增加了机械能；但铁球下落时，同样也受到磁场力，而且磁场力做负功，这个负功与上升过程的正功相互抵消，可见，维尔金斯“永动机”不可能源源不断向外提供能量，所以，维尔金斯“永动机”不可能实现。
故选D。
4．D
【详解】
维尔金斯“永动机”不可能实现，因为它违背了能量守恒定律；小球上升过程中，磁场力对小球做正功，使小球增加了机械能；但小球下落时，同样也受到磁场力，而且磁场力做负功，这个负功与上升过程的正功相互抵消，可见，维尔金斯“永动机”不可能源源不断向外提供能量，所以维尔金斯“永动机”不可能实现。
故选D。
5．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。
6．A
【详解】
A．根据内能的定义可知，物体内所有分子的平均动能与分子势能的总和叫物体的内能，故A正确；
B．物体宏观的机械能与内能无关，故B错误；
CD．根据热力学第一定律
可知外界对系统做了多少功W，系统的内能不一定增加多少，同理，系统从外界吸收了多少热量Q，系统的内能也不一定增加多少，故CD错误；
故选A。
7．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。
8．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。
9．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。
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．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；
12．C
【详解】
AC．在阳光的照射下、太阳能小风扇快速转动，是太阳能转化成机械能，故A错误，C正确；
B．不消耗能量的永动机违背能量守恒定律，不能制造，故B错误；
D．能量不是取之不尽的，并且有些能量目前我们还无法利用，从而需要节约能源，故D错误。
故选C。
13．AC
【详解】
热平衡条件是温度相等，热传递的方向是从温度高的物体传向温度低的物体；不和外界交换热量，在热传递过程中高温物体放出的热量等于低温物体吸收的热量，故A、C正确，B、D错误。
故选AC。
14．ACD
【详解】
A．气体等温膨胀，根据玻意耳定律
其中C为定值，可知气压不断减小，故内外气体的压力向左变大，故F逐渐变大，故A正确；
B．因为在此过程中，环境温度保持不变，且气缸导热，故内能不变，B错误；
C．气体等温膨胀，气压不断减小，温度不变，气体分子热运动的平均动能不变，根据气体压强的微观意义可知，单位时间碰撞气缸壁单位面积的分子数减少，故C正确；
D．气体是从单一热源吸热，内能不变，由热力学第一定律可得
可得吸收的热量等于气体对外做得功，但是引起了其它变化（外力F做功），所以此过程是可以的，不违反热力学第二定律，故D正确；
E．根据能量守恒定律，可知活塞克服大气压力做功数值上等于水平外力F做功与气体从外界吸收的热量之和，故E错误；
故选ACD。
15．BC
【详解】
A．根据理想气体的方程
可知
即a→b过程中气体体积不变，不存在对外做功，故A错误；
B．根据
可知b→c过程中气体体积变小，外界对气体做功，故B正确；
C．c→d过程中T增大，可知气体内能增大，故气体从外界吸收的热量大于气体对外界做的功，C正确；
D．根据
d→a过程中气体体积不断变大，故D错误；
故选BC。
16． 对外做功 能量守恒定律
17． 太阳能热水器 太阳能蒸发淡化海水 太阳能发电
【详解】
太阳能的利用技术主要有：太阳能热水器、太阳能蒸发淡化海水、太阳能发电。
18． 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。
19．撑竿跳高运动的不同阶段可分为助跑、撑竿起跳、越横杆，助跑阶段是为了获取动能，由运动员体内的化学能转化为动能，撑杆起跳阶段先由动能转化为杆的弹性势能，再由杆的弹性势能转化为运动员的重力势能，越过横杆后，重力势能转化为动能。在这些能量转化中，当运动员在助跑阶段获得的动能越大，杆的弹性势能就越大，即运动员重力势能越大，跳高成绩越好。
20．在手电筒中，按钮相当于开关，灯泡相当于用电器，干电池相当于电源，金属外壳和弹簧相当于导线，电路图如图
21．
【详解】
设小铁块质量为m，铁块滑到底部时产生的内能为
则铁块升高的温度为
22．，
【详解】
太阳每小时辐射到地球上的总能量为
无烟煤的质量为
答案第1页，共2页