4.2能量守恒定律的发现历程
课时作业（含解析)
1．下列能源属于不可再生能源的是
A．水能
B．风能
C．太阳能
D．天然气
2．在交通运输中,常用“客运效率”来反映交通工具的某项效能.“客运效率”表示每消耗单位能量对应的载客数和运送路程的乘积，即客运效率=
.一个人骑电动自行车，消耗1
mJ(106
J)的能量可行驶30
km.一辆载有4人的普通轿车，消耗32
0
mJ的能量可行驶100
km.则电动自行车与这辆轿车的客运效率之比是(
)
A．6∶1
B．12∶5
C．24∶1
D．48∶7
3．100
℃的水蒸气和等质量0
℃的冰混合后达到热平衡时为(已知水的汽化热L＝2.26×106
J/kg，冰的熔化热λ＝3.34×105
J/kg)( )
A．0
℃的冰水混合物
B．0
℃的水
C．高于0
℃的水
D．100
℃的水、汽混合物
4．
“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
5．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
6．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
7．下列说法中正确的是（
）
A．一次能源是可再生能源
B．煤炭、石油、天然气属于常规能源
C．凡是能量守恒的过程就一定会发生能量的转化
D．空调机既能制热又能制冷，说明热传递不存在方向性
8．下列说法中正确的是
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，是由于液体的表面张力作用
C．一定质量的100℃水变成100℃水蒸汽，其分子势能一定增加
D．阳光从缝隙射入教室，从阳光中看到的尘埃的运动，就是布朗运动
E.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
9．下列做法，可节约用电的有（ ）
A．将白炽灯更换为LED灯
B．电器长时间不用时，关闭其电源
C．频繁开关冰箱门
D．炎热夏天在办公室使用空调时，温度设置为18℃
10．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．机械能在减少
C．总能量守恒
D．只有动能和重力势能的相互转化
E.
减少的机械能转化为内能，但总能量守恒
11．根据热力学定律，下列说法中正确的是( )
A．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
B．空调机在制冷过程中，从室内吸收的热量少于向室外放出的热量
C．科技的进步可以使内燃机成为单一热源的热机
D．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”
E.虽然能源不断消耗，但总能量保持不变，只不过能用的能量不断减少
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．不符合理论规律，一定不可能实现
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
E.
“既要马儿不吃草，又要马儿跑”，是根本不可能存在的
13．下列说法正确的是_______
A．液体的温度越低.其饱和汽压越小
B．酒精灯中的酒精能沿灯芯向上升，这与毛细现象有关
C．纳米材料的颗粒半径一定是
D．具有各向同性的固体一定是非晶体
E.第一类永动机违反了能量守恒定律
14．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
15．下列说法正确的是________
A．第一类永动机不可能制成，因为违背了能量守恒定律
B．液体温度越高、悬浮颗粒越小，布朗运动越剧烈
C．不考虑分子势能，则质量、温度均相同的氢气和氧气的内能也相同
D．只要知道气体的摩尔体积和阿伏加德罗常数，就可以算出气体分子的体积
E.物体吸收热量，其内能可能不变
参考答案
1．D
【解析】
A.
水能在短时间内可以再次产生，是可再生能源，选项A错误；
B.
风能在短时间内可以再次产生，是可再生能源，选项B错误；
C.
太阳能在短时间内可以再次产生，是可再生能源，选项C错误；
D.
天然气短时间内不能再次产生的，是不可再生能源，选项D正确。
2．C
【解析】客运效率η=，电动自行车的客运效率：
，轿车的客运效率：
，η1：η2=：
=24：1．故选C.
3．D
【解析】设水蒸气和冰的质量均为，混合后若水蒸气完全液化成的水，放出的热量，冰完全熔化成的水需吸收的热量，
的水温度上升至需要吸收的热量，因为，可见水蒸气并未完全液化，所以两者混合后达到热平衡时为的水、汽混合物，故选项D正确。
点睛：此题考查了有关热平衡问题，解决此题的关键是掌握水的汽化热及冰的熔解热，计算出水蒸气液化放出的热与冰熔化所需的热比较，得出结论。
4．A
【解析】
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．
5．C
【解析】
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。
6．B
【解析】
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．
7．B
【解析】
一次能源用完了就没有了，是不可再生能源，A错误；常规能源是目前大量使用的能源，有煤炭、石油、天然气，B正确；凡是能量守恒的过程可能发生能量的转化，也可能发生能量的转移，C错误；热传递是有方向性的，热量一定自发地从温度高的物体传向温度低的物体，或在外界做功的情况下从温度高的部分传向温度低的部分，D错误．
8．BCE
【解析】
A.分子做永不停息的热运动，水凝结成冰后，水分子的热运动也不会停止，故A错误；
B.
水黾能够停在水面上，是由于液体的表面张力作用，选项B正确；
C.
一定质量的100℃水变成100℃水蒸汽，因为要吸收热量，而分子动能不变，则其分子势能一定增加，选项C正确；
D.
布朗运动用肉眼是观察不到的，阳光从缝隙射入教室，从阳光中看到的尘埃的运动，不是布朗运动，选项D错误；
E.
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E正确。
9．AB
【解析】
A．照明灯采用LED灯，比普通白炽灯效率高，环保节能，故A正确；
B．电器长时间不用时，关闭其电源，避免能量损耗，故B正确；
C．频繁开关冰箱门，导致冰箱压缩机频繁启动工作，浪费电能，故C错误；
D．炎热夏天在办公室使用空调时，温度设置为26℃左右更节能，故D错误．
10．BCE
【解析】
自由摆动的秋千摆动幅度越来越小，说明机械能在减少，减少的机械能通过克服阻力做功转化为内能，但总能量不变，故BCE选项正确、AD错误。
故选：BCE。
11．ABE
【解析】
热力学第二定律有两种表述：第一是热量不能自发地从低温物体传到高温物体，即自发热传递具有方向性，选项A中热量从低温物体传到高温物体是电冰箱工作的结果，选项A正确；第二是不可能从单一热库吸收热量，使之完全变为功，而不产生其他影响，即第二类永动机不存在，选项B正确，选项C错误；由能量守恒定律知，能量总是守恒的，只是存在的形式不同，选项D错误，E正确．
故选ABE．
12．ADE
【解析】
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ADE.
【点睛】能量守恒定律是宇宙自然界普遍适用的一条重要定律，适用与任何情况的自然现象中．
13．ABE
【解析】
A．同一种液体的饱和蒸汽压仅仅与温度有关，液体的温度越低，其饱和汽压越小．故A正确．
B．酒精沿灯芯向上升的现象与毛细现象有关，故B正确．
C．纳米材料的颗粒半径的数量级是nm，不一定就是1nm，故C错误．
D．物理性质表现为各向同性的固体不一定是非晶体，也有可能是多晶体．故D错误．
E．第一类永动机违反了能量的转化与守恒，不可能实现，故E正确．
故选ABE．
14．ABC
【解析】
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．
15．ABE
【解析】
A．第一类永动机不可能制成，因为违背了能量守恒定律，选项A正确；
B．液体温度越高、悬浮颗粒越小，布朗运动越剧烈，选项B正确；
C．不考虑分子势能，质量、温度均相同的氢气和氧气分子的平均动能相同，但是因分子数量不同，则内能不相同，选项C错误；
D．只要知道气体的摩尔体积和阿伏加德罗常数，就可以算出气体分子运动占据的空间的体积，气体分子间距较大，不能算出气体分子的体积，选项D错误；
E．物体吸收热量，若同时对外做功，根据热力学第一定律可知其内能可能不变，选项E正确；
故选ABE.4.2能量守恒定律的发现历程
课时作业（含解析)
1．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
2．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
3．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
4．下列说法正确的是（
）.
A．能量转化和守恒定律只适用于物理学领域，其他学科不适用
B．布朗运动也遵循能量转化和守恒定律
C．生命运动不遵循能量转化和守恒定律
D．只要做功，内能就一定改变
5．水平地面上固定一倾角为的足够长的光滑斜面，如图所示，斜面上放一质量为、长的薄板。质量为的滑块（可视为质点）位于薄板的最下端，与之间的动摩擦因数。开始时用外力使、静止在斜面上，某时刻给滑块一个沿斜面向上的初速度，同时撤去外力，已知重力加速度，，。下列说法正确的是（
）
A．在滑块向上滑行的过程中，、的加速度大小之比为
B．从、开始运动到、相对静止的过程所经历的时间为
C．从、开始运动到、相对静止的过程中滑块克服摩擦力所做的功为
D．从、开始运动到、相对静止的过程中因摩擦产生的热量为
6．构建节约型社会体现在生活的方方面面，自动充电式电动车就是很好的一例：将电动车的前轮装上发电机，发电机与蓄电池连接，当电动车滑行时，就可以向蓄电池充电，将其他形式的能转化成电能储存起来。现有某人骑车以的初动能在粗糙的水平路面上滑行，第一次关闭充电装置，让车自由滑行，其动能随位移的变化关系如图线①所示，第二次启动充电装置，其动能随位移的变化关系如图线②所示，则（ ）
A．电动车受到的摩擦阻力为
B．电动车受到的摩擦阻力为
C．第二次启动充电装置，向蓄电池所充的电能是
D．第二次启动充电装置，向蓄电池所充的电能是
7．空调市场上有很多变频空调，据专家介绍变频空调比定频的要节能，因为定频空调开机时就等同于汽车启动时，很耗能，是正常运行的5~7倍。空调在工作时达到设定温度就停机，等温度高了再继续启动。这样的频繁启动，耗电多，而变频空调启动时有一个由低到高的过程，运行过程是自动变速来保持室内温度，从开机到关机中间不停机，而是达到设定温度后就降到最小功率运行，所以比较省电。阅读上述介绍后，以下说法合理的是（ ）
A．变频空调节能，运行中不遵守能量守恒定律
B．变频空调运行中做功少，转化能量多
C．变频空调在同样工作条件下运行效率高，省电
D．变频空调与定频空调做同样功时，消耗同样电能
8．如图所示，小朋友坐在滑梯上匀速下滑，在这个过程中________。
A．小朋友的机械能逐渐转化为系统的内能，总能量不变
B．因为能量是守恒的，小朋友的机械能大小不变
C．该过程中产生的内能可以让小朋友再运动到滑梯顶端，而不产生其他影响
D．由于摩擦，小朋友滑过的滑梯温度升高，分子的平均动能增大，但不是其中每一个分子的动能都增大
E.由于摩擦，小朋友的裤子温度升高，分子的平均动能增大
9．下列说法正确的是
A．物体的内能是所有分子的动能与势能的总和
B．系统内能增加时，一定有外界向系统传递热量
C．电能转化为内能是通过电流做功实现的
D．第-类永动机违背能量守恒定律，不可能制成
10．关于气体的内能和热力学定律，下列说法正确的是
A．对气体做功可以改变其内能
B．质量和温度都相同的气体,内能一定相同
C．热量不可能从低温物体传到高温物体
D．一定量的理想气体在等温膨胀过程中,一定吸收热量
E.一定量的理想气体,温度越高,气体分子运动越剧烈,气体内能越大
11．容器A、B的底部用一带有阀门的细管相连，阀门关闭时A中水面较高打开阀门使水较慢流动，最终A、B中的水面相平，则在此过程中，大气压力对水所做的功W_______0，水的内能的增加量_______0（选填“>”、“=”、“<”）.
12．如图所示，一太阳能集热箱里面封闭着一定质量的气体，集热板作为箱的活塞且正对着太阳，其面积为S。在t时间内集热箱里气体膨胀对外做的功数值为W，其内能增加了△U，已知照射到集热板上太阳光的能量有50%被箱内气体吸收，求：
①这段时间内集热箱中气体共吸收的热量为________；
②此位置太阳光在垂直集热板单位面积上的辐射功率为__________。
参考答案
1．D
【解析】
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.
2．C
【解析】
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。
3．D
【解析】
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。
4．B
【解析】
A．能量守恒定律是自然界中规范应用的规律，不仅仅在物理学领域适用，其他学科都适用。故A错误。
B．布朗运动也遵循能量转化和守恒定律，选项B正确；
C．生命运动也同样遵循能量转化和守恒定律，选项C错误；
D．外界对物体做功，同时物体对外放热，物体的内能不一定变化，故D错误。
故选B.
5．D
【解析】
A.由题中条件可知，当滑块向上运动时，薄板将沿斜面向下运动，由受力分析和牛顿第二定律可知，对薄板，则有，薄板的加速度，方向沿斜面向下；对滑块，则有，则滑块的加速度，方向沿斜面向下，故在滑块向上滑行的过程中，、的加速度大小之比为，故选项A错误；
B.开始运动时，滑块向上做匀减速直线运动，减速到零所需要的时间，此时薄板的速度大小为，然后二者均向下运动，且二者的加速度不变，最后速度相同，则有，代入数据可解得，共同速度为，、从开始运动到速度相同所用时间为，故选项B错误；
C.沿斜面向上运动的位移，此过程中向下运动的位移，球沿斜面向下运动到两者速度相同时，下滑的位移，此过程中，向下运动的位移，故整个过程中摩擦力对滑块所做的功，即滑块克服摩擦力所做的功为，故选项C正确；
D.整个过程中因摩擦产生的热量为，故选项D正确。
6．AC
【解析】
AB．当关闭充电装置，让车自由滑行时，电动车的动能全部用来克服摩擦力做功，转化为内能，有
解得
B错误A正确；
CD．当启动充电装置滑行时，电动车的动能一部分克服摩擦力做功，另一部分转化为蓄电池的电能，根据能量守恒有
故
D错误C正确。
故选AC。
7．CD
【解析】
A．自然界的一切过程都遵守能量守恒定律，A错；
BD．功是能量转化的量度，做同样的功，消耗同样电能，B错D正确；，
C．对由变频空调的工作特点可知省电的原因是效率高，C正确。
故选CD。
8．ADE
【解析】
AB．小朋友沿滑梯匀速下滑的过程中，动能不变，重力势能减小，故机械能减小，减小的重力势能逐渐转化为系统的内能，总能量不变，选项A正确，B错误；
C．根据热力学第二定律，该过程中产生的内能不可以让小朋友再运动到滑梯顶端，而不产生其他影响，选项C错误；
DE．温度是分子平均动能的标志，温度越高，分子的平均动能越大，但不是每一个分子的动能都增大，选项DE正确．
故选ADE。
9．ACD
【解析】
A．物体内所有分子的动能与势能的总和叫物体的内能，故A正确；
B．系统内能增加时，可能是外界对系统做功，也可能是系统吸热，故B错误；
C．电流做功，电能可以转化为内能，即焦耳定律，故C正确；
D．第一类永动机违背了能量守恒定律，所以不可能制成，故D正确。
故选ACD。
10．ADE
【解析】
A．改变内能的方式有做功和热传递，对气体做功可以改变其内能。故A正确。
B．理想气体的内能与物质的量、温度有关，质量相等的气体的物质的量不一定相等，内能不一定相等，如质量相等的氢气与氧气。故B错误。
C．根据热力学第二定律可知，热量可能从低温物体传到高温物体，但要引起其他的变化，如空调。故C错误。
D．温度是一定质量的理想气体内能的标志，一定量的理想气体在等温膨胀过程中，温度不变，内能不变，膨胀过程中，对外做功，根据热力学第一定律可知，△U=W+Q，气体一定吸收热量。故D正确。
E．一定量的理想气体的内能与物质的量、温度有关，一定量的理想气体温度越高，气体分子运动越剧烈，气体内能越大。故E正确。
11．=
>
【解析】
[1]打开阀门后，据连通器原理，最后A、B两管中的水面将相平，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：
因为
所以
即大气压力对水不做功；
[2]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，即
12．
;
【解析】
根据能量守恒定律求解集热箱里气体吸收的热量，再求解太阳光照在集热板单位面积上的辐射功率．
【详解】
①设这段时间内集热箱里气体共吸收的热量为E，根据热力学第一定律得：，得到；
②太阳光照在集热板单位面积上的辐射功率．
