5.2能量的转化与守恒 同步练习（含答案解析） (1)

5.2能量的转化与守恒
同步练习
【课堂训练】
1.有人设计了如图所示的永动机，靠磁铁的吸引使车辆获得行驶的能量.但是这类永动机没有制成，是因为(
)
A.不符合机械能守恒定律
B.违背了能量转化和守恒定律
C.做功产生的热不符合热功当量
D.找不到合适的材料和合理的设计方案
2.汽车关闭发动机后恰能沿斜坡匀速下滑，在这过程中(
)
A.汽车的机械能守恒
B.汽车的动能和势能相互转化
C.机械能转化为内能，总能量守恒
D.机械能和内能之间没有转化
3.自由摆动的秋千摆动幅度越来越小，下列说法正确的是(
)
A.机械能守恒
B.能量正在消失
C.只有动能和重力势能的相互转化
D.减少的机械能转化为内能，但总能量守恒
4.一木块沿斜面向下滑,下列说法正确的是(
)
A.不管斜面是否光滑,下滑过程中重力对木块做了功,它的内能将增大
B.若斜面光滑且不计空气阻力,木块滑到斜面底部时,速度增大,内能也将增大
C.若斜面粗糙,木块在重力作用下虽速度增大,但它的内能并不改变
D.若斜面粗糙,木块的机械能减小,而它的内能将增大
5.在如图所示的两端开口的“U”形管中，盛有同种液体，并用阀门K将液体隔成左、右两部分，左边液面比右边液面高.现打开阀门K，从打开阀门到两边液面第一次平齐的过程中，液体向外放热为Q，内能变化量为ΔU，动能变化量为ΔEk，大气对液体做功为W1，重力做功为W2，液体克服阻力做功为W3，由功能关系可得
①W1=0
②W2-W3=ΔEk
③W2-W3=Q=ΔU
④W3-Q=ΔU
其中正确的是(
)
A.①②③
B.①②④
C.②③
D.①③
【课后巩固】
6.一物体获得一定初速度后，沿着一粗糙斜面上滑，在上滑过程中，物体和斜面组成的系统(
)
A.机械能守恒
B.总能量守恒
C.机械能和内能增加
D.机械能减少，内能增加
7.在光滑水平面上停放一木块，一子弹水平射穿木块.对此过程，下列说法中正确的是(
)
A.摩擦力(子弹与木块间)对木块做的功等于木块动能的增加量
B.摩擦力对木块做的功完全转化为木块的内能
C.子弹减少的机械能等于子弹与木块增加的内能
D.子弹减少的机械能等于木块增加的动能与内能之和
8.一木箱静止于水平面上，现在用一个80
N的水平推力推动木箱前进10
m，木箱受到的摩擦力为60
N，则转化为木箱与地面系统的内能U和转化为木箱的动能Ek分别是(
)
A.U=200
J，Ek=600
J
B.U=600
J，Ek=200
J
C.U=600
J，Ek=800
J
D.U=800
J，Ek=200
J
9.在如图所示的柱形容器内封有一定质量的密闭气体.光滑活塞C(质量为m)与容器用良好的隔热材料制成.另有质量为M的物体从活塞上方的A点自由下落到活塞上,并随活塞一起到达最低点B而静止.在这一过程中,密闭气体内能的改变量ΔU、外界对密闭气体所做的功W与物体和活塞的重力势能的变化关系是(
)
A.Mgh+mgΔh=ΔU+W
B.ΔU=W,W=Mgh+mgΔh
C.ΔU=W,W＜Mgh+mgΔh
D.ΔU≠W,W=Mgh+mgΔh
10.图为焦耳实验装置简图，用绝热性能良好的材料将容器包好.重物下落带动叶片搅拌容器里的水，引起水温升高.关于此实验，下列说法正确的是(
)
A.这个装置可测定热功当量
B.做功增加了水的热量
C.做功增加了水的内能
D.功和热量是完全等价的，无区别
11.一铁球从高H处由静止落到地面上，回弹速率是落地速率的一半，设撞击所转化的内能全部使铁球温度升高，则铁球的温度升高多少？(设铁的比热容为c，各物理量取国际制单位)
12.如图所示是一个半径R=0.3
m的半球状容器.一小铁块由边缘的A点从静止开始沿内壁下滑，当滑到容器底部的B点时，容器内壁所受压力为小铁块自重的1.25倍，在它下滑的过程中内能增量的80%被铁块吸收，那么铁块温度升高多少摄氏度？［铁的比热容是462
J/(kg·℃)，g取10
m/s2］
答案解析
1.【解析】选B.第一类永动机不可能制成的原因是违背了能的转化和守恒定律，故B项正确.
2.【解析】选C.汽车下滑过程中，动能不变，势能减少，机械能减少，减少的机械能转化为内能，但总能量守恒，应选C.
3.【解析】选D.自由摆动的秋千，在摆动过程中要克服摩擦阻力做功，机械能转化为内能，但总能量守恒.
4.【解析】选D.斜面光滑且不计空气阻力时,木块下滑过程中机械能守恒,内能不变;斜面粗糙,木块下滑时要克服摩擦力做功,故木块的机械能减小,由能量守恒定律知它的内能将增大,D正确.
5.【解析】选B.由动能定理可知W2-W3+W1=ΔEk,其中W1=p·ΔV左-p·ΔV右=0,可知①②正确.由热力学第一定律ΔU=W+Q得ΔU=W3-Q，可知④正确、③错误.综合以上分析可知B正确.
6.【解析】选B、D.物体沿斜面上滑过程中，有摩擦力对物体做负功，所以物体的机械能减少.由能量转化和守恒定律知，内能应增加，能量的总量不变.
7.【解析】选A.对木块由动能定理可判断出选项A正确.子弹减少的机械能转化为木块、子弹的内能和木块的动能，故选A.
8.【解析】选B.由于木箱在推动中受到滑动摩擦力，其与相对位移的乘积是转化为木箱与地面系统的内能，即：U=60×10
J=600
J.由能量守恒定律可得：
Ek=W总-U=80×10
J-600
J=200
J，故B正确.
9.【解析】选C.因活塞和容器用良好的隔热材料制成,容器内的密闭气体与外界无热交换,Q=0,所以ΔU=W;但由于物体和活塞碰撞时损失一部分机械能,因此有W＜Mgh+mgΔh，故选项C正确.虽然W＜Mgh+mgΔh,但仍遵守能量守恒定律,只不过减少的机械能不是全部转化为密闭气体的内能,而是有一部分在碰撞时转化为活塞和物体的内能了,能的总量并未减少.
10.【解析】选A、C.做功和传递热量都可以使物体的内能发生变化，焦耳实验中是通过做功来增加水的内能的，所以C选项正确.就物体的内能发生变化来说，做功和热传递是等效的，这是研究热功当量的前提，通过焦耳实验可测定热功当量，所以
A选项正确.热量通常是指热传递(如吸热、放热)过程中内能的改变量，是用来量度热传递过程中物体内能增减的多少.一个物体的内能是无法测定的，而在某个过程中物体内能的变化却是可以测定的，热量就是用来测定内能变化的一个物理量，所以选项B和D是错误的.
11.【解题指南】解决本题应考虑以下问题：
(1)题目中涉及哪几种形式的能量？
(2)哪种能量增加了，哪种能量减少了？它们之间有什么关系？
【解析】设落到地面时的速率为v，由v2=2gH得落地时
，则铁球在与地面撞击时损失的动能
由能量守恒定律得，损失的动能全部转化为铁球的内能
则
由Q=cmΔt得
即铁球温度升高.
答案：
【变式备选】某地的平均风速为5
m/s,已知空气密度是1.2
kg/m3,有一风车,它的车叶转动时可形成半径为12
m的圆面,如果这个风车能将此圆面内10%的气流的动能转变为电能,则该风车带动的发电机功率是多大
【解析】首先可以求出在时间t内作用于风车的气流质量为m=πr2vtρ
这些气流的动能为
转变的电能为
故风车带动发电机功率为
代入数据得P=3.4
kW
答案:3.4
kW
12.【解析】小铁块滑到B点时满足
(v为小铁块在B点的速度)
①
F=1.25
mg
②
从A点滑到B点，由能的转化和守恒定律
③
联立①②③式得Δt=4.5×10-3
℃
答案：4.5×10-3
℃
【总结提升】应用能量守恒定律分析解决问题的思路方法
能量守恒的核心是总能量不变，因此在应用能量守恒定律时应首先分清系统中哪些能量在相互转化，是通过哪些力做功实现的，这些能量分别属于哪些物体，然后再寻找合适的守恒方程式.
(1)某种形式的能量增加，一定存在着其他形式的能量减少，且增加量等于减少量.
(2)某个物体的能量增加，一定存在着其他物体的能量减少，且增加量等于减少量.
用能量的转化和守恒定律解决物理问题是物理学中的一种重要方法.