3.2能量守恒定律及其应用 练习（word版含答案）

粤教版（2019）选择性必修三 3.2 能量守恒定律及其应用
一、单选题
1．20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
2．“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．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
3．如图所示，两个完全相同的金属球A和B，其中A球放在不导热的水平面上，B球用不导热细线挂起来，现供给两球相同的热量，它们的温度分别升高了（　　）
A．△tA＞△tB B．△tA＜△tB C．△tA=△tB D．△tA、△tB无法比较
4．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
5．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
6．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
7．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
8．一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
9．在学习了内能及能量的转化和守恒后，同学们在一起梳理知识时交流了以下想法，你认为其中不正确的是（ ）
A．做功可以改变物体的内能
B．热传递改变物体内能是不同形式的能量的相互转化
C．在一定条件下各种形式的能量都可以相互转化
D．能量在转移和转化的过程中总会有损耗，但能量的总量总保持不变
10．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
11．17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
12．大约在1670年，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”。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P处时，它就要掉下，再沿着斜面下的弯曲轨道返回斜坡底端Q，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P处又掉下。在以后的二百多年里，维尔金斯的永动机居然改头换面地出现过多次，其中一次是在1878年，即在能量转化和守恒定律确定20年后，竟在德国取得了专利权。关于维尔金斯“永动机”，正确的认识应该是（　　）
A．符合理论规律，一定可以实现，只是实现时间早晚的问题
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
13．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
14．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
15．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
二、填空题
16．太阳能的利用技术主要有：______、______、______。
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．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”）。
19．电动机是将_________能转化为_________能的装置。电动机的_________与_________之比叫做电动机的效率。由于电动机运行中总有_________，所以其效率不可能达到_________%。
三、解答题
20．水是可再生能源，能持续地利用它来发电，为人类提供“清洁”的能源。若某水力发电站水库的平均流量为，落差为，下落时的水流速度为，发电的效率为，求该电站的全年发电量。
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．斜面的高度为3m，其倾角为37°，质量为4kg的物体由斜面的顶端滑到底端的过程中，求系统内能的改变量。已知物体与斜面间的动摩擦因数为0.25，g＝10m/s2，sin37°＝0.6，cos37°＝0.8。
23．试说明下列现象中能量是怎样转化的。
（1）在水平公路上行驶的汽车，发动机熄火之后，汽车速度越来越慢，最后停下来。
（2）火药爆炸产生燃气，子弹在燃气的推动下从枪膛发射出去，射穿一钢板后速度迅速减慢。
（3）用柴油机带动发电机发电，供给电动水泵抽水，把水从低处抽到高处。
（4）一个球掉到地上后又弹起来，球弹起来的高度一次比一次低，最后静止在地面上。
24．如图所示，一足够大的倾角=30°的粗糙斜面上有一个粗细均匀的由同种材料制成的金属线框abcd，线框的质量m=0.6kg，其电阻值R=1.0Ω，ab边长L1=1m，bc边长L2=2m。斜面以EF为界，EF上侧有垂直于斜面向上的匀强磁场，磁感应强度B=1T。一质量为M的物体用绝缘细线跨过光滑定滑轮与线框相连，连接线框的细线与斜面平行且细线最初处于松弛状态。现先释放线框再释放物体，当cd边离开磁场时线框即以v=2m/s的速度匀速下滑，在ab边运动到EF位置时，细线恰好被拉直绷紧（时间极短），随即物体和线框一起做匀速运动，t=1s后开始做匀加速运动。g取10m/s2，求：
（1）线框与斜面之间的动摩擦因数；（结果保留一位小数）
（2）细线绷紧前，M下降的时间t1；
（3）系统在线框cd边离开磁场至重新进入磁场过程中产生的热量Q。
试卷第1页，共3页
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参考答案：
1．D
【解析】
【分析】
【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。
2．B
【解析】
【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B正确，ACD错误。
故选B。
3．B
【解析】
【详解】
两球受热后体积都要增大，A球因为放在不导热的水平面上，受热膨胀后，重心升高，重力做负功，根据能量守恒定律可得，A球吸收的热量一部分转化为自身的内能，使温度升高，另一部分需克服重力做功，使重力势能增加；对B球，同样要受热膨胀，膨胀时重心下降，重力做正功，同样由能量守恒定律可得，B球吸收的热量和重力做的功都要转化成自身的内能，从而使温度升高．由以上分析可知，B球增加的内能比A球增加的多，B球的温度升高得多，所以．故B项正确，ACD三项错误．
4．C
【解析】
【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。
5．A
【解析】
【分析】
【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。
6．C
【解析】
【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．
7．C
【解析】
【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。
【点睛】
冰箱、空调等温控设备在调节局部空间温度时，要消耗电能，电能最终转化为内能，使环境温度升高。
8．C
【解析】
【分析】
【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。
9．B
【解析】
【详解】
A．做功和热传递都可以改变物体的内能，故A说法正确，不符合题意；
B．热传递是不同物体间的内能相互转移，故B说法错误，符合题意；
C．在一定条件下各种形式的能量都可以相互转化，故C说法正确，不符合题意；
D．能量在转化和转移的过程中总会有损耗，例如电动机的工作原理就是电能转化为机械能，但是因为机械之间存在摩擦，摩擦生热，所以有一部分电能转化为内能，而这部分的能量转化是我们不需要的，所以可以称这部分能量损耗了．根据能量守恒定律，自然界中所有能量的总量保持不变，故D说法正确，不符合题意．
故选B．
10．A
【解析】
【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．
【点睛】
本题考查对各种能源特点的了解；此题考查的知识点较多，所以要一一仔细的分析；同时要掌握节约能源意义．
11．D
【解析】
【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。
12．D
【解析】
【详解】
如果忽略摩擦，那么铁球返回斜坡底端Q时速度为零，无法对外做功，如果在返回的过程中对外做功了，将无法返回到底端Q。所以该“永动机”不可以实现。
故选D。
13．A
【解析】
【分析】
【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。
14．D
【解析】
【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。
15．A
【解析】
【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.
【点睛】做功与热传递是改变物体内能的两种方式，它们在改变物体内能的效果上是等效的，但本质不同；热量总是从温度高的物体向温度低的物体传递，冰的熔化过程和水的沸腾过程中都需要吸热，能量既不会凭空消失，也不会凭空产生，它只会从一种形式转化为另一种形式或者从一个物体转移到另一个物体，而在转化和转移的过程中，能量的总量保持不变．
16． 太阳能热水器 太阳能蒸发淡化海水 太阳能发电
【解析】
【分析】
【详解】
[1][2][3]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。
17． > >
【解析】
【详解】
[1]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；
[2]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． 内能 不能
【解析】
【详解】
[1][2]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． 电 机械 输出功率 输入功率 损耗 100
【解析】
【分析】
【详解】
[1][2]电动机是利用电流来工作，对外做功的机器，所以电动机是把电能转化为机械能的装置；
[3][4]电动机的输出功率与输入功率之比叫做电动机的效率；
[5][6]电动机因线圈存在的电阻，存在内能的损耗，所以电动机工作时，效率不可能达到100%。
20．
【解析】
【分析】
【详解】
原来每秒钟转化的机械能为
每秒钟的发电量为
其中，水的质量
故该电站全年的总发电量为
21．
【解析】
【分析】
【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．增加40J
【解析】
【分析】
【详解】
由于物体与斜面有摩擦，故物体的机械能有损失，因为摩擦力做功转化为物体的内能，故其内能增加，由题意得：系统内能的增加量为
23．（1）机械能转化为内能；（2）机械能转化为内能；（3）见解析；（4）机械能转化为内能
【解析】
【详解】
（1）在水平公路上行驶的汽车，发动机熄火之后，速度越来越小，最后停止。这一过程，汽车所受的阻力做负功，机械能转化为内能。
（2）火药爆炸产生燃气，化学能转化为内能;子弹在燃气的推动下从枪膛发射出去，推力做功内能转化为机械能;子弹射穿一块钢板，速度减小，阻力做负功，机械能转化为内能。
（3）用柴油机带动发电机发电，化学能转化为机械能，又转化为电能;发电机发电后供给电动水泵抽水，电流做功，电能转化为机械能；电动水泵把水从低处抽到高处，水泵对水做功，使水泵的机械能转化为水的机械能。
（4）球掉落、弹起过程与空气摩擦，并在与地面碰撞过程中属于非弹性碰撞，机械能转化为内能，所以高度越来越低，最后静止在地面上。
24．（1）；（2）；（3）
【解析】
【详解】
（1）线框cd边离开磁场后受到的安培力
线框cd边离开磁场时匀速下滑，由平衡条件得
解得
（2）由题意，线框第二次匀速运动方向向上，设其速度为，细线拉力为，则匀速运动的速度
对线框，由平衡条件得
对物体，由平衡条件得
设绳突然绷紧过程中绳子作用力冲量为I，由动量定理得
对物体
绳绷紧前物体自由下落
解得
（3）根据能量守恒定律得，线框匀速下滑过程
绳子突然绷紧过程
线框匀速上滑过程
系统在线框cd边离开磁场至重新进入磁场过程中产生的热量
解得
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