3.2能量守恒定律及其应用 同步练习（Word版含解析）

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．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． “第一类永动机”不可能被制造成功是因为违反了以下哪一个规律
A．能量守恒定律 B．机械能守恒定律
C．牛顿第二定律 D．万有引力定律
3．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
4．下列说法正确的是（　　）
A．能量的耗散反映出自然界的宏观过程是没有方向性的
B．能量守恒表明，节约能源是无意义的
C．随着科技的发展，永动机是可以制成的
D．能量守恒定律是自然界遵循的普遍规律
5．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
6．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”
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．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．第一类永动机失败的原因是（　　）
A．人类的技术还不够发达 B．制造永动机的零件做得不够精密
C．它违背了能量守恒定律 D．还没有找到合理的设置结构
10．图为一定质量的某种理想气体的p-V图像，图中ba的延线通过坐标原点O，bc垂直于V轴，ac平行于V轴，下列说法正确的是____________（在给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的）
A．a→b过程中，气体温度不变
B．b→c过程中，气体温度升高
C．c→a过程中，气体放热大于外界对气体功
D．a→b→c→a过程中，气体对外界总功为零
11．“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
12．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
13．关于热机，下列说法是正确的（ ）
A．汽油机顶部有喷油嘴，柴油机顶部有火花塞
B．柴油机在吸气冲程中，将柴油和空气的混合气吸入气缸
C．汽油机在做功冲程中，进气门关闭排气门打开
D．汽油机在做功冲程中，是把内能转化为机械能
14．下列关于能量转化现象的说法，正确的是（　　）
A．用太阳灶烧水是太阳能转化为电能
B．电灯发光是电能转化为光能和内能
C．核电站发电是电能转化为内能
D．生石灰放入盛有凉水的烧杯里，水温升高是动能转化为内能
15．图为一定质量的某种理想气体的p-V图像，图中ba的延线通过坐标原点O，bc垂直于V轴，ac平行于V轴，下列说法正确的是____________（在给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的）
A．a→b过程中，气体温度不变
B．b→c过程中，气体温度升高
C．c→a过程中，气体放热大于外界对气体功
D．a→b→c→a过程中，气体对外界总功为零
二、填空题
16．太阳能的利用技术主要有：______、______、______。
17．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_________%。
18．在煤炭、天然气、核能、风能、地热能、潮汐能、太阳能、植物燃料这些能源中，属于清洁能源的是：______。
19．用活塞将一定质量的理想气体密闭在气缸内。通过外界因素改变缸内气体的状态，气体从状态A经状态B变化到状态C，再从状态C回到状态A，其体积的倒数与压强的变化关系图像如图所示，图中AB与横轴平行，BC与纵轴平行。AC的连线过坐标原点。从状态A到状态B的过程中，气体____（填“吸热”“放热”或“绝热”）；从状态B到状态C的过程中，单位时间内碰撞器壁单位面积上的气体分子个数____（填“增大”“减小”或“不变”）；从状态C到状态A的过程中，气体的内能____（填“增大”“减小”或“不变”）。
三、解答题
20．太阳能是个巨大的能源，其总辐射功率为，即每秒钟向周围空间辐射的热量相当于的标准煤完全燃烧时放出的能量，请计算出这些能量为多少？
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．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？
24．小华在游览了一落差近100m的大型瀑布景区后，赞叹大自然威力的同时想到，瀑布的水从高处落下，如果水在落到水潭时具有的重力势能80%转化为它的内能，则水的温度能升高多少？
试卷第1页，共3页
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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
第一类永动机违反能量守恒定律，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．
【详解】
第一类永动机制不成，是因为它违反能量守恒定律；与其他的三个定律无关．故A正确，BCD错误。
【点睛】
本题比较简单，考查了永动机不可能制成的原因，特别注意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．
3．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．
4．D
【详解】
能量耗散是从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程具有方向性，故A错误；热力学第二定律表面，能量虽然守恒，但可利用的品质降低了，故B错误；永动机违背了热力学定律，故是无法制造成功的，故C错误；能量守恒定律是19世纪自然科学的三大发现之一，也是自然界最普遍、最重要的基本规律之一，小到原子世界，大到宇宙天体，只要有能的变化，无论是什么变化，都遵循它，故D正确．故选D.
5．D
【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。
6．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。
7．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。
【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．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．C
【详解】
第一类永动机当时设计的思路是机器不需要外界的动力或燃料却能源源不断地对外做功。显然这种设计思维违背了能量守恒定律，这也是第一类永动机失败的原因，所以C正确，ABD错误。
故选C。
10．C
【详解】
A．a→b过程中，p与V成正比，根据可知，p增大，V增大，可知T升高，故A错误；
B．b→c过程中，V不变，则为常量，又因为p下降，故温度也下降，故B错误；
C．c→a过程中，p不变，为常量，V减小，则T减小，可知气体放热大于外界对气体做功，故C正确；
D．体积增大，气体对外做功，体积减小，外界对气体对做功，p-V图象的图线与横轴围成的面积表示气体对外做功，即三角形abc围城的面积表示对外做的总功，所以气体从a→b→c→a的过程中，气体对外界做功，气体做的总功不为零，故D错误；
故选C。
11．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B正确，ACD错误。
故选B。
12．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．
【点睛】
本题考查了热力学定律、内能、布朗运动等基础知识点，关键要熟悉教材，牢记这些基础知识点即可解答．
13．D
【详解】
汽油机与柴油机的区别是汽油机顶部有火花塞，柴油机顶部有喷油嘴，A说法错误；柴油机压缩冲程活塞压缩程度较大，缸内气体温度超过柴油的着火点，采取的是压燃式，所以吸气冲程中只将空气吸入气缸；B说法错误；汽油机在做功冲程中，高温高压燃气对活塞做功，此时进气门和排气门都关闭，C说法错误；汽油机在做功冲程中，高温高压燃气对活塞做功，把内能转化为机械能，D说法正确；答案选D．
14．B
【详解】
A．用太阳灶烧水是光能转化为内能，故A错误；
B．电灯发光是电能转化为光能，故B正确；
C．核电站发电是核能转化为电能，故C错误；
D．生石灰放入盛有凉水的烧杯里，水温升高是化学能转化为内能，故D错误。
故选B。
15．C
【详解】
A．a→b过程中，p与V成正比，根据可知，p增大，V增大，可知T升高，故A错误；
B．b→c过程中，V不变，则为常量，又因为p下降，故温度也下降，故B错误；
C．c→a过程中，p不变，为常量，V减小，则T减小，可知气体放热大于外界对气体做功，故C正确；
D．体积增大，气体对外做功，体积减小，外界对气体对做功，p-V图象的图线与横轴围成的面积表示气体对外做功，即三角形abc围城的面积表示对外做的总功，所以气体从a→b→c→a的过程中，气体对外界做功，气体做的总功不为零，故D错误；
故选C。
16． 太阳能热水器 太阳能蒸发淡化海水 太阳能发电
【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． 电 机械 输出功率 输入功率 损耗 100
【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%。
18．风能、地热能、潮汐能、太阳能
【详解】
在煤炭、天然气、核能、风能、地热能、潮汐能、太阳能、植物燃料这些能源中，属于清洁能源的是：风能、地热能、潮汐能、太阳能。
19． 放热； 减小； 不变；
【详解】
[1]由可得
斜率的倒数和温度成正比，根据图像可知，从状态A到状态B的过程中，气体的体积不变，不对外做功，气体温度减小，内能减小，由热力学第一定律知气体向外界放热；
[2]从状态B到状态C的过程中，气体体积增大，单位体积内分子数减小，单位时间内碰撞器壁单位面积上的气体分子个数减小；
[3]状态C到状态A的过程中斜率不变，气体温度不变，内能不变。
20．
【详解】
煤燃烧与太阳每秒钟释放的能量相等，故这些热量为
21．
【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
【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）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：
24．
【详解】
水的质量是m，故水所受的重力为
水下落100m，重力做的功
转化成的内能为
由得，水升高温度
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