3.2能量守恒定律及其应用 专项测试（Word版含答案）

3.2、能量守恒定律及其应用
一、选择题（共15题）
1．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
2．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
3．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
4．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
5．关于热力学定律，下列说法正确的是（　　）
A．第二类永动机不违背能量守恒定律，但违背了热力学第一定律
B．对能源的过度消耗将使自然界的能量不断减少，形成“能源危机”
C．可以从单一热源吸收热量，使之完全变为功
D．不可能使热量由低温物体传向高温物体
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．以下有关能量的说法正确的是（　　）
A．做功和热传递都可以改变物体的内能
B．热量总是从内能大的物体向内能小的物体传递
C．冰的熔化过程中不需要吸热，水的沸腾过程中需要吸热
D．能量守恒定律表明自然界中可利用的能量不会减少
8．下列说法正确的是（　　）
A．第一种永动机能够被制造出来是它遵循了热力学第一定律
B．两种物质温度相同时，其分子平均动能不一定相同
C．当分子之间距离增大时，分子间的引力和斥力都增大
D．液体中悬浮微粒的布朗运动是由做无规则运动的液体分子撞击引起的
9．下列说法正确的是（　　）
A．气体吸收了热量，其温度一定升高
B．第一类永动机不可能造成的原因是违反了能量守恒定律
C．对于确定的液体和确定材质的毛细管，管的内径越细，毛细现象越不明显
D．晶体均有规则的几何形状
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．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
12．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
13．关于“能量耗散”，下列说法正确的是（　　）
A．能量耗散导致能量品质的降低
B．能量耗散使能的总量减少且违背了能量守恒定律
C．能量耗散是指耗散在环境中的内能无法再被人类利用
D．各种形式的能量向内能转化时是能够自动全额发生的
14．能量守恒定律告诉我们，在自然界发生的一切过程中能量都是守恒的．然而，无数事实告诉我们，并不是所有符合能量守恒定律的宏观过程都能真的发生．下列说法正确的是__________．
A．科技的进步可以使内燃机成为单一热源的热机
B．第二类永动机不违反能量守恒定律
C．对能源的过度消耗将使自然界的能量不断减少，形成能源危机
D．电冰箱的工作过程表明，热量可以从低温物体向高温物体传递
E．气体向真空的自由膨胀是不可逆的
15．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
二、填空题
16．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___________。
17．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“<”）。
18．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__________。
三、综合题
19．某校研究性学习小组为估测太阳对地面的辐射功率，制作了一直径0.2 m的0 ℃的冰球，在环境温度为0 ℃时，用黑布把冰球包裹后悬吊在弹簧测力计下放在太阳光中．经过40
min后弹簧测力计示数减少了3.49 N．请你帮助这个小组估算太阳光垂直照射在某一单位面积上的辐射功率．冰的熔化热为3.35×105 J/kg.
20．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？
21．有一物理研究小组为了估测太阳对地球的辐射功率，做了以下实验：他们取了一个圆筒，其横截面积为3 dm2，在筒内装了0.6 kg水，在太阳光下垂直照射2 min后，筒内水的温度升高了1℃。
（1）计算在阳光直射时，地球表面每平方厘米每分钟获得的能量。
（2）如果已知射到大气顶层的太阳能只有45%到达地面，另外55%被大气吸收和反射而未到达地面，能由此估算出太阳辐射的功率吗？如果能，太阳对地球的辐射功率大约是多少？是否还需要其他数据？
参考答案：
1．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。
2．D
【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。
3．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。
4．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。
5．C
【详解】
A．第二类永动机不违背能量守恒定律，但违背了热力学第二定律，A错误；
B．自然界的能量不会减少，形成“能源危机”的原因是能源的品质下降，可利用的能源不断减少，B错误；
C．根据热力学第二定律，可以从单一热源吸收热量，使之完全变为功，但必定会引起其它的一些变化，C正确；
D．根据热力学第二定律，可以使热量由低温物体传向高温物体，但必须引起其它的一些变化，D错误．
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】
做功和热传递是改变物体内能的两种方式，它们的本质不同：做功是其他形式的能和内能之间的转化；热传递则是物体内能的转移，故A正确；热量总是从温度高的物体向温度低的物体传递，而不是由内能大的物体向内能小的物体传递，故B错误；冰在熔化的过程中，吸收热量，温度保持不变，水的沸腾过程中继续吸热但温度不变，故C错误；能量守恒定律表明自然界中可利用的能量不会减少，只是能量存在的形式不同，故D错误．故选A.
8．D
【详解】
A．第一种永动机不能被制造出来，因为它违背了热力学第一定律，即能量守恒定律，所以A错误；
B．温度是物质的分子平均动能的宏观标志，因此两种物质温度相同时，其分子平均动能一定相同，所以B错误；
C．当分子之间距离增大时，分子间的引力和斥力都减小，但斥力减小的快，所以C错误；
D．液体中悬浮微粒的布朗运动是由做无规则运动的液体分子撞击微粒而引起的，所以布朗运动能够间接地反映液体分子的无规则运动，所以D正确。
故选D。
9．B
【详解】
A．由热力学第一定律，可知气体吸收热量，如果气体对外做功，内能可能减小，则其温度可能降低，故A错误；
B．做功的过程就是能量转化的过程，第一类永动机指的是不消耗能量就能做功的机器，因违反了能量守恒定律不可能造成，故B正确；
C．对于确定的液体和确定材质的毛细管，管的内径越细，毛细现象越明显，故C错误；
D．晶体分为单晶体和多晶体，多晶体没有规则的几何形状，故D错误。
故选B。
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】
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。
12．C
【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。
13．ACD
【详解】
AB．能量耗散是能量在转化过程中有一部分以内能的方式被周围环境吸收，遵守能量守恒定律，但使得能量品质降低，B错误A正确；
C．耗散的内能无法被人类再利用，选项C正确；
D．其他形式的能可以自动全部转化为内能，选项D正确。
故选ACD。
14．BDE
【详解】
A.根据热力学第二定律，即使科技再进步也不可以使内燃机成为单一热源的热机，选项A错误；
B.第二类永动机不违反能量守恒定律，只是违反热力学第二定律，选项B正确；
C.自然界的总能量是守恒，能源危机不是因为能量消耗，而是可用能源在减小；故C错误；
D.电冰箱的工作过程表明，热量可以从低温物体向高温物体传递，选项D正确；
E.气体膨胀后，我们必须对气体做功，使之恢复原来的状态，所做的功转化为气体向外界传出的热量，根据热力学第二定律，我们无法通过循环过程再将这热量完全转化为功，所以这个过程是不可逆的．故E正确。
故选BDE．
15．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。
16． 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。
17． > >
【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
18．
【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
19．1.58×103W/m2
【详解】
冰球熔化掉重量为3.49 N的过程中需要吸收的能量：
Q＝λ m＝3.35×105×J＝1.19×105 J.
此热量就是太阳在40 min内照射在直径为0.2 m的冰球上的热量，设太阳垂直照在单位面积上的辐射功率为P，则Q＝PtS，P＝W/m2＝1.58×103W/m2.
20．（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：
21．（1）；（2），
【详解】
（1）在太阳光垂直照射2min，水吸热
地面每平方厘米每分钟获得的能量
（2）查阅得太阳表面到地球表面的距离为。地面每平方米每秒获得的能量
根据能量关系可得
解得太阳辐射功率