3.2能量的转化与守恒 同步训练（Word版含答案）

3.2能量的转化与守恒
一、选择题（共15题）
1．下列说法中正确的是（　　）
A．某种形式的能量减少，一定有其他形式的能量增加
B．能量耗散表明，能量的总量并不守恒
C．随着科技的发展，能量是可以凭空产生的
D．随着科技的发展，永动机是可以制成的
2．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
3．“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．它违背了能的转化和守恒定律
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
4．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
5．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
6．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
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．如图所示,用两种不同的金属丝组成一个回路,接触点1插在一杯热水中,接触点2插在一杯冷水中,此时灵敏电流计的指针会发生偏转,这就是温差发电现象,根据这一现象,下列说法中正确的是（　　）
A．这一过程违反了热力学第二定律
B．这一过程违反了热力学第一定律
C．热水和冷水的温度将发生变化
D．这一过程违反了能量守恒定律
9．下面几幅图中，有关功与内能的说法中正确的是( )
A．图1中迅速下压活塞，棉花会燃烧起来，说明热传递可以使物体的温度升高
B．图2中重物下落带动叶片转动，由于叶片向水传递热量而使水的温度升高
C．图3中降落的重物使发电机发电，电流对水做功使水的温度升高
D．做功和热传递都可以使物体的内能增加
10．下列说法正确的是( )
A．自然界中只要涉及热现象的宏观过程都具有方向性
B．物体的温度为0℃时，分子的平均动能为零
C．用活塞压缩气缸里的空气，对空气做功4.5×105J，同时空气的内能增加了3.5×105J，则空气从外界吸收热量1×105J
D．第一类永动机违反了热传导的方向性
11．关于热学现象和热学规律，下列说法中正确的是（　　）
A．布朗运动就是液体分子的热运动
B．用油膜法测分子直径的实验中，应使用纯油酸滴到水面上
C．第一类永动机不可能制成是因为它违背了能量守恒定律
D．用活塞压缩汽缸里的空气，对空气做功3.0×105 J，同时空气的内能增加2.2×105 J，则空气从外界吸热5.2×105 J
12．下列关于第一类永动机的说法正确的是（　　）
A．永动机是不消耗任何能量却能源源不断地对外做功的机器
B．永动机不能制成的原因是违背了热力学第一定律
C．永动机不能制成的原因是技术问题
D．永动机不能制成的原因是违背了能量守恒定律
13．下列说法正确的是（　　）
A．当一定质量的理想气体分子的平均动能增大时，其压强可能减小
B．非晶体不可能转化为晶体
C．第一类永动机不可能制成是因为违反了能量守恒定律
D．当一定量的理想气体体积减小时，外界一定对气体做正功
E．两分子间的引力和斥力不可能同时存在
14．关于热力学定律，下列说法中正确的是( )
A．对物体持续降温冷却后也不可以把它的温度降为绝对零度
B．三个系统a、b、c，若a与b内能相等，b与c内能相等，则根据热平衡定律，a与c接触时一定不会发生热传递
C．热量可以从低温物体传递到高温物体
D．自然界的能量是守恒的，所以我们可以不必节约能源
E．一定量的理想气体经过绝热压缩，其内能一定增大
二、填空题
15．在墙壁与外界无热传递的封闭房间内，同时开动电冰箱和电风扇，工作一段时间后，房间内的温度_______（选填“升高”、“降低”或“不变”），这是因为___________。
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．（1）下列说法正确的是下列说法正确的是______________
A．气体扩散现象表明气体分子间存在斥力
B．温度是物质分子热运动平均动能大小的标志
C．热量总是自发的从分子平均动能大的物体传递到分子平均动能小的物体
D．机械能不可能全部转化为内能，内能也无法全部用来做功以转化成机械能
E．液体表面层分子间距离大于液体内部分子间距离，所以液体表面存在表面张力
（2）如图所示，粗细均匀的U形玻璃管竖直放置，左端用水银封闭着长L=13cm的理想气体，右端开口，当封闭气体的温度T=312K时，两管水银面的高度差，现对封闭气体缓慢加热，直到左、右两管中的水银面相平，设外界大气压
①求左右两管中的水银面相平时封闭气体的温度___________；
②若保持①问中气体温度不变，从右管的开口端缓慢注入水银，直到右侧管的水银面比左侧管的高，求注入水银柱的长度______________．
18．如图所示，这是中国传统玩具饮水鸟。在鸟的面前放上一杯水，用手把鸟嘴浸到水里，“喝”了一口后，又直立起来。之后，无需人的干预，小鸟直立一会儿就会自己俯下身去使鸟嘴浸入水中“喝”水，然后又会直立起来。就这样周而复始，小鸟不停地点头喝水，成为一台神奇的“永动机”。根据所学物理知识，试分析饮水鸟上下运动的能量来源：_______________。当水杯中的水干了之后，小鸟还能上下运动吗？_________（填“能”或“不能”）。
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？
20．2003年上海国际车展上首次展出了利用太阳能做能源的概念汽车。汽车上表面的光电池板装置能把40%的太阳能转化为电能，车内电动机又能把90%的电能转化为机械能作为汽车行驶的动力，若汽车在行驶时阻力恒为，光电池板位置能自动调节，与太阳光照射方向始终保持垂直，已知每平方米垂直照射到电池板上太阳光的功率为，电池板的总面积为，试求：
（1）内照射到电池板上的太阳能；
（2）汽车获得的机械功率及汽车运动的最大速度。
21．经验表明，自制家用太阳能热水器——晒水箱的效率可达到50%。已知在地球表面晴天时垂直于阳光的表面接收到的热辐射R为，如果晒水箱内有水40kg，晒水箱接收阳光垂直照射的面积，始终是，请计算要使水温上升30℃，需要多长时间？
22．如图所示，一导热性能良好的汽缸开口向上放在水平面上，已知汽缸的总高度为，用厚度不计、截面面积大小为的密封性良好的轻质活塞于开口处封闭缸中的气体，现在活塞上轻放一质量为重物，当系统平衡时活塞距离底端的间距为，若外界大气压恒为，环境温度恒为，忽略一切摩擦，重力加速度取。求：（计算结果均保留两位有效数字）
①上述过程中封闭气体吸热还是放热，热量改变了多少；
②如果将环境的温度从缓慢升高到，则活塞重新平衡时升高的距离为多少。
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．A
【详解】
A．根据能量守恒定律，某种形式的能量减少，一定有其他形式的能量增加，故A正确；
B．能量耗散表明，能量的总量虽然守恒，但其转化和转移具有方向性，故B错误；
C．根据能量守恒定律，能量是不能创生的，故C错误；
D．永动机违背了热力学第一和第二定律，故是不可能制造成功的，故D错误；
故选A。
2．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。
3．B
【详解】
第一类永动机不可能制成的原因是违背了能的转化和守恒定律，故B正确，ACD错误。
故选B。
4．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。
5．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。
6．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；
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】
A.热力学第二定律有实际热现象总结而来，故任何宏观的实际热现象都符合热力学第二定律，故A错误；
B.吸放热和做功均会改变内能，该过程没有违反热力学第一定律，故B错误．
C.在实验过程中，热水内能减少，一部分转移到低温物体，一部分转化为电能，故热水一定会降温，冷水一定会升温，故C正确．
D.能量守恒定律是普遍定律，在实验过程中，热水的内能部分转化成电能，有电阻的位置都会产生热能，符合能量守恒定律，故D错误．
9．D
【详解】
图1中迅速下压活塞，棉花会燃烧起来，说明做功可以改变物体的内能，使物体的温度升高，选项A错误；图2中重物下落带动叶片转动，由于叶片对水做功而使水的温度升高，选项B错误；图3中降落的重物使发电机发电，电流产生热量，向水传递热量使水的温度升高，选项C错误；做功和热传递都可以使物体的内能增加，选项D正确；故选D.
10．A
【详解】
A、根据热力学第二定律知：热量可以自发地从较热的物体传递到较冷的物体，但不可能自发地从较冷的物体传递到较热的物，即涉及热现象的宏观过程都具有方向性，A正确．B、分子处于永不停息的无规则运动之中，物体的温度为0℃时，其分子平均动能不为零；B错误．C、根据热力学第一定律公式△U=W+Q知，W=+4.5×105J，△U=+3.5×105J，解得Q=-1.0×105J，即空气向外界放出热量1.0×105J，C错误．D、第一类永动机违反了能量的转化与守恒，不可能实现，第二类永动机不违反能量守恒定律，但违反了热力学第二定律， D错误．故选A．
11．C
【详解】
A．布朗运动是小颗粒的运动，只是间接反映了液体分子的无规则运动，故A错误；
B．用油膜法测分子直径的实验中，应使用油酸溶液滴到水面上，便于稀释后紧密排列在水面上，故B错误；
C．第一类永动机违背了能量守恒定律，故C正确；
D．由热力学第一定律△U=W+Q可知，空气向外界散出0.8×105J的热量，故D错误；
故选C。
12．AD
【详解】
永动机是不消耗任何能量却能源源不断对外做功的机器，这是人们的美好愿望，但它违背了热力学第一定律和能量守恒定律，这也是它不能制成的原因，而不是因为技术问题。
故选AD。
13．ACD
【详解】
A．当一定质量的理想气体分子的平均动能增大时，即温度升高，根据理想气体状态方程可知，当体积增大时，其压强可能减小。A正确；
B．在一定条件下，非晶体与晶体可以相互转化。B错误；
C．第一类永动机不可能制成是因为违反了能量守恒定律。C正确；
D．当一定量的理想气体体积减小时，外界一定对气体做正功。D正确；
E．两分子间的引力和斥力总是同时存在的。E错误。
故选ACD。
14．ACE
【详解】
A．绝对零度是不可能达到的，故A正确；
B．热平衡状态即为两物体的温度相同，但两物体内能相同时，温度不一定相同，故B错误；
C．热量可以从低温物体传递到高温物体，例如电冰箱，但需要消耗电能，故C正确；
D．自然界中有的能量便于利用，有的不便于利用，因此要节约能源，故D错误；
E．一定质量的理想气体经过绝热压缩，外界对气体做功，由热力学第一定律可知，气体的内能一定增大，故E正确。
故选ACE。
15． 升高 消耗的电能最终转化为内能
【详解】
在墙壁与外界无热传递的封闭房间内，同时开动电冰箱和电风扇，工作一段时间后，房间内的温度会升高，这是因为消耗的电能最终转化为内能，由能量守恒定律可得。
16． > >
【详解】
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；
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． BCE
【详解】
（1）气体扩散现象表明分子间在做无规则运动，A错误；温度是物质分子热运动平均动能大小的标志，B正确；热量总是自发的从温度大的物体传递到温度低的得物体，C正确；根据能量转化的方向可知，机械能可能全部转化为内能，故D错误；液体表面层分子间距离大于液体内部分子间距离，分子之间的作用力表现为引力，所以液体表面存在表面张力，故E正确．
（2）①设玻璃管封闭气体初态压强为p，体积为V，玻璃管的横截面积为S，末态压强为p′，体积为V′，当温度上升到T′时，左、右两管中的水银面相平．根据理想气体状态方程可得：
由题意可得：，，，，
解得
②设注入的水银柱长为x时，右侧管的水银面比左侧管的高．末状态封闭理想气体的压强、体积
根据玻意耳定律可得：
解得：，，解得：
18． 内能 不能
【详解】
饮水鸟的结构如图所示，其大致原理是先在鸟嘴上滴一些水，水分蒸发吸热使得头部气压小于肚子的气压，从而使肚子中的部分液体被压入头部，使重心上移，鸟的身体变得不稳开始倾斜，倾斜的过程中肚子中的玻璃管口脱离液面，从而使头部的液体又回流到肚子中，使鸟身体再回到开始时的竖直状态，而刚才倾斜的过程中鸟嘴刚好又沾到了水，之后鸟回到竖直状态后，鸟嘴的水分蒸发，重复刚才的过程。综上所述，饮水鸟上下运动的能量来源是周围空气的内能，当水杯中的水干了之后，由于不能造成头部和肚子的压强差，小鸟显然不能再上下运动了。
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．（1）；（2）
【详解】
（1）内照射到电池板上的太阳能
（2）汽车获得的机械功率
汽车运动的最大速度
21．
【详解】
要使水温上升30℃，吸收的热量
又由题知
故所需时间
22．①放热，6.0J；②0.048m
【详解】
①封闭气体初始状态的压强为
末态压强为
由于封闭的理想气体发生了等温变化，由玻意耳定律得
解得
则外界对气体做功为
根据热力学第一定律得
解得
即放出6.0J的热量；
②由题意可知，气体发生了等压变化，则由盖-吕萨克定律得
代入数据解得
则活塞升高的距离为
答案第1页，共2页