4.2能量守恒定律 综合训练（word版含解析）

4.2能量守恒定律
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
2．17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
3．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
4．一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
5．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
6．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
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．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
9．下列关于能量守恒定律的认识，不正确的是（　　）
A．某种形式的能量减少，一定存在其他形式的能量增加
B．某个物体的能量减少，必然有其他物体的能量增加
C．对物体做功，物体的内能可能减小
D．石子从空中落下，最后停止在地面上，说明石子的能量消失了
10．20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
11．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
12．将一杯热水倒入容器内的冷水中，冷水温度升高10℃，又向容器内倒入同样一杯热水，冷水温度又升高6℃，若再向容器内倒入同样一杯热水，则冷水温度将再升高(不计热损失) （ ）
A．4.5℃ B．4℃ C．3.5℃ D．3℃
13．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
14．关于气体的内能和热力学定律，下列说法正确的是（　　）
A．在绝热过程中，对气体做功可以改变其内能
B．质量和温度都相同的理想气体，内能一定相同
C．热量不可能从低温物体传到高温物体
D．一定量的理想气体在等温膨胀过程中，一定吸收热量
E．一定量的理想气体，温度越高，气体分子运动越剧烈，气体内能越大
15．下列说法中正确的是
A．水凝结成冰后，水分子的热运动停止
B．水黾能够停在水面上，是由于液体的表面张力作用
C．一定质量的100℃水变成100℃水蒸汽，其分子势能一定增加
D．阳光从缝隙射入教室，从阳光中看到的尘埃的运动，就是布朗运动
E．第一类永动机不可能制成，这是因为第一类永动机不符合能量守恒定律
二、填空题
16．请在箭头上填上发生能量转化的装置或器具。
（1）( )
（2）( )
（3）( )
（4）( )
17．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__________。
18．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”）。
19．（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______________．
三、综合题
20．如图是一个现代的燃煤蒸汽发电厂的运行流程图，请从能量的角度分析 各生产部门（燃烧室、锅炉、涡轮机、发电机、冷凝器）之间能量转化或转移的情况。
21．从高处由静止开始下落的水滴到达地面时的速度为，若在下落过程中，损失的机械能80%转化为水的内能使水温升高，求此过程中水温升高值。（已知水的比热容J/（kg·℃），，水吸收的热量用表示）
22．1847年，焦耳完成了下降重物带动液体中的叶轮转动而使液体温度上升的实验，如图所示。请说明这个实验的原理及意义。
23．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·℃）］
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．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。
3．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。
4．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。
5．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；
6．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。
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．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。
9．D
【详解】
A．根据能量守恒定律得知，某种形式的能减少，其他形式的能一定增加，故A正确；
B．某个物体的总能量减少，根据能量守恒定律得知，必然有其他物体的能量增加，故B正确；
C．对物体做功，但若物体同时向外界放热，物体的内能可能减小，故C正确；
D．石子在运动和碰撞中机械能转化为物体及周围物体的内能，能量并没有消失，故D错误。
故选D。
10．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。
11．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。
12．B
【详解】
设热水和冷水的温度差为t，质量为m0的一小杯热水倒入盛有质量为m的冷水的保温容器中，使得冷水温度升高了10℃，
Q吸=Q放，
从而可知，cm0（t-10℃）=cm×10℃，-------①
又向保温容器中倒入一小杯同质量为m0同温度的热水，水温又上升了6℃，△Q吸=△Q放，
从而可知，cm0（t-10℃-6℃）=c（m+m0）×6℃，-------②
则①-②得：6℃×cm0=10℃×cm-6℃×cm-6℃×cm0，
整理得：12℃×cm0=4℃×cm，解得：m=3m0；
代入①式可得，t=40℃；
假设我们将全部热水一次性注入，则由热平衡方程可知：3m0c（40℃-△t）=mc△t，m=3m0；
联立两式解得：△t=20℃；
则注入后3杯水后，水温还会上升：20℃-10℃-6℃=4℃．
故选B．
13．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。
14．ADE
【详解】
A．改变内能的方式有做功和传热递，在绝热过程中，对气体做功可以改变其内能，故A正确；
B．理想气体的内能与物质的量、温度有关，温度相同的气体，其分子的平均动能相等；质量相等的气体的物质的量不一定相等，如质量相等的氢气与氧气，所以质量和温度都相同的气体的内能不一定相等，故B错误；
C．根据热力学第二定律可知，热量可能从低温物体传到高温物体，但要引起其他的变化，如空调，故C错误；
D．一定量的理想气体在等温膨胀过程中，温度不变，内能不变，膨胀过程中气体对外做功，根据热力学第一定律
ΔU=W+Q
气体一定吸收热量，故D正确；
E．一定量的理想气体温度越高，气体分子运动越剧烈，气体内能越大，故E正确。
故选ADE。
15．BCE
【详解】
A.分子做永不停息的热运动，水凝结成冰后，水分子的热运动也不会停止，故A错误；
B. 水黾能够停在水面上，是由于液体的表面张力作用，选项B正确；
C. 一定质量的100℃水变成100℃水蒸汽，因为要吸收热量，而分子动能不变，则其分子势能一定增加，选项C正确；
D. 布朗运动用肉眼是观察不到的，阳光从缝隙射入教室，从阳光中看到的尘埃的运动，不是布朗运动，选项D错误；
E. 第一类永动机不可能制成，这是因为第一类永动机不符合能量守恒定律，选项E正确．
16． 水力发电机 煤炉燃烧 蒸汽机 太阳能电池
【详解】
(1)水力发电机是把机械能转化为电能。
(2)煤炉燃烧是把化学能转化为热能。
(3)蒸汽机是把内能转化为机械能。
(4)太阳能电池是光能转化为电能。
17．
【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
18． 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。
19． 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：
20．见解析
【详解】
解：燃烧室将燃料的化学能转化为锅炉内水的内能，再转化为涡轮机的机械能，经发电机再将机械能转化成电能，为用户供电，经涡轮机的水蒸气再经冷凝器转移为用户供热系统水的内能，冬天为用户供暖。
21．℃
【详解】
水滴下落的过程中，重力势能减少
mgh
动能增加
（初速度为零）
水滴的内能增加了
因为减少的机械能为减少的重力势能大小与增加的动能大小之差，由题意减少的机械能有80%转变为水的内能。所以有
可得
℃
22．见解析
【详解】
两重物下落，带动叶轮转动，焦耳通过测量所持重物的重力和重物下落的距离，计算出重物做的功，即叶轮克服水的摩擦所做的功，测量保温性能良好的绝热器里的水升高的温度，从而计算出水吸收的热量，即可验证机械功与热量的转换关系。
23．0.98℃
【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
答案第1页，共2页