3.2能量守恒定律及其应用综合训练（word版含答案）

3.2能量守恒定律及其应用
一、选择题（共13题）
1．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
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．能源是社会发展的基础．下列关于能量守恒和能源的说法正确的是（ ）
A．能量是守恒的，能源是取之不尽．用之不竭的
B．能量的耗散反映了能量是不守恒的
C．开发新能源,是缓解能源危机的重要途径
D．对能源的过度消耗将使自然界的能量不断减小，形成“能源危机”
4．下列说法正确的是（　　）
A．第二类永动机不可能制造成功的原因是能量不能凭空产生，也不会凭空消失，只能从一个物体转移到另一物体，或从一种形式转化为另一种形式
B．热力学第二定律可表述为所有自发的热现象的宏观过程都具有方向性
C．因为能量守恒，所以能源危机是不可能的
D．摩擦力做功的过程，必定有机械能转化为内能
5．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
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．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
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．以下关于能量和能源的认识，正确的是（ ）
A．“永动机”违反了能量的转化和守恒定律
B．因为能量不会消失，所以我们没必要节约能源
C．石油、天燃气都是自然界自主生成的可再生能源
D．我国煤炭和石油的资源丰富，不需要大力开发新能源
10．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
11．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
12．下列关于能的转化和守恒定律的认识正确的是( )
A．某种形式的能减少，一定存在其他形式的增加
B．某个物体的能减少，必然有其他物体的能增加
C．不需要任何外界的动力而持续对外做功的机器——永动机不可能制成
D．石子从空中落下，最后停止在地面上，说明机械能消失了
13．下列说法正确的是（　　）
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，是由于受到浮力
C．一定质量的100℃水变成100℃的水蒸气，其分子势能一定增加
D．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
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“<”）。
15．（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______________．
16．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”）。
三、综合题
17．太阳向地球表面每平方米辐射光能的功率是1.4kW，今要用凹面镜制成的太阳灶烧水，并要使初温为20℃、质量为5kg的水在1200s内沸腾，则太阳灶中凹面镜受光照面积的直径至少应该是多少？（设太阳灶的总效率为50%）
18．下面的设想符合能量守恒定律吗？请简述理由。
(1)利用永久磁铁间的作用力，造一台永远转动的机械。
(2)造一条没有动力系统的船在水面上行驶。
(3)通过太阳照射飞机，使飞机不带燃料也能飞行。
19．2003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。
20．有一种全自动手表，既不需要上发条，也不用任何电池，却能不停地走下去，这是不是一种永动机？如果不是，你知道维持指针走动的能量是从哪里来的吗？你能设法验证吗？
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．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。
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．C
【详解】
A．能量是守恒的，能源是能够提供可利用能量的物质并不是取之不尽．用之不竭的，所以A项错误；
B．能量的耗散是一种形式能转化为另一种形式的能量，能量守恒定律是自然界的规律之一，所以B项错误；
CD．对能源的过度消耗将形成“能源危机”，自然界的能量不变，所以D项错误，C项正确。
故选C。
4．B
【详解】
A．第二类永动机不可能制造成功的原因是违背热力学第二定律，但不违背能量守恒定律，选项A错误；
B．热力学第二定律可表述为所有自发的热现象的宏观过程都貝有方向性，选项B正确；
C．能量虽然守恒，但有些能量耗散以后就将不能再利用，故要节约能源，C错误；
D．静摩擦力做功，没有机械能转化为内能，故D错误。
故选B。
5．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。
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．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。
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．A
【详解】
A、永动机的不可实现，证明了能的转化和守恒定律；故A正确．B、能量是守恒的，但是我们能直接利用的能源却是有限的；故节约能源是必需的；故B错误．C、石油、天燃气都是不可再生能源；故C错误．D、我国煤炭和石油资源虽然很丰富，但我国能源消耗量也是很大的，所以大力开发新能源迫在眉睫；故D错误．故选A．
10．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。
11．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.
12．ABC
【详解】
根据能量守恒定律得知，能量不会凭空消失，只能从一种形式转化为另一种形式或从一个物体上转移到另一个物体上，故某种形式的能减少，其它形式的能一定增加，某个物体的能量减少，根据能量守恒定律得知，必然有其它物体的能量增加，AB正确；不需要任何外界的动力而持续对外做功的机器--永动机，违反了能量的转化和守恒定律，不可能制成的，C错误；石子从空中落下，最后静止在地面上，石子的机械能转化为了内能，能量并没有消失，故D错误．
13．CD
【详解】
A．分子的热运动永远不会停止，则当水凝结成冰后，水分子的热运动不会停止，选项A错误；
B．水黾能够停在水面上，是由于受到表面张力作用，选项B错误；
C．一定质量的100℃水变成100℃的水蒸气，要吸收热量，但是分子的平均动能不变，则其分子势能一定增加，选项C正确；
D．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D正确。
故选CD。
14． > >
【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
15． 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：
16． 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。
17．1.6m
【详解】
设凹面镜的直径为d，在t＝1200s内太阳辐射到凹面镜的能量
E＝Pt·S＝×3.14d2×1400×1200＝1.3188×106d2
根据能量守恒可知
50%E＝c水mΔt
即
1.3188×106d2×50%＝4.2×103×5×（100－20）
解得
d≈1.6m
18．(1)不符合。理由见解析；(2)不符合。理由见解析；(3)符合。理由见解析
【详解】
(1)不符合。磁铁可以让机械转动起来，这是将磁场能转化为动能，但是如果没有外界能量的输入，机械不能永远转动起来。
(2)不符合。如果船没有外界提供动力，将无法在水面上行驶。
(3)符合。可以利用光电发电机将太阳能转化为电能，再利用电能让飞机飞行。
19．（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
20．不是，见解析，见解析
【详解】
所谓“全自动”手表内部还是有能量转换装置的，一般是一个摆锤，当人戴着手表活动时，摆锤不停地摆动，给游丝弹簧补充能量，才会维持手表的走动。
答案第1页，共2页