四川省夹江中学2019-2020学年高中物理教科版选修3-3：4.1能量守恒定律的发现 跟踪训练（含解析）

4.1能量守恒定律的发现
课时作业（含解析)
1．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
2．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
3．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
4．如图所示，一张薄纸板放在光滑水平面上，其右端放有小木块，小木块与薄纸板的接触面粗糙，原来系统静止．现用水平恒力F向右拉薄纸板，小木块在薄纸板上发生相对滑动，直到从薄纸板上掉下来．上述过程中有关功和能的下列说法正确的是（
）
A．拉力F做的功等于薄纸板和小木块动能的增加
B．摩擦力对小木块做的功一定等于系统的摩擦生热
C．离开薄纸板前小木块可能先做加速运动，后做匀速运动
D．小木块动能的增加可能小于系统的摩擦生热
5．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
6．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
7．如图所示，小球在竖直向下的力F作用下，将竖直轻弹簧压缩，若将力F撤去，小球将向上弹起并离开弹簧，直到速度为零时为止，则小球在上升过程中（
）
A．小球的动能先增大后减小
B．小球在离开弹簧时动能最大
C．小球动能最大时弹性势能为零
D．小球动能减为零时，重力势能最大
8．下列说法中正确的是（
）
A．分子间作用力为零时，分子间的势能一定是零
B．碎玻璃不能拼在一起，并不是由于分子间存在着斥力
C．自然界一切过程能量都是守恒的，符合能量守恒定律的宏观过程都能自然发生
D．液晶既有液体的流动性，又具有光学各向异性
E.
在轮胎爆裂这一短暂过程中，气体膨胀，温度下降
9．下列说法中正确的是________
A．古往今来许多人想制造第一类永动机都不可避免地失败了，因为第一类永动机违背了能量转化与守恒定律
B．布朗运动就是液体分子的热运动
C．热天自行车轮胎容易爆胎，是因为胎内气体的压强随温度升高而增大的缘故
D．气体从外界吸收热量，其内能一定会增加
E.
温度相同，氢气和氧气分子的平均动能相同，但氢气分子的平均速率更大
10．冰球运动员甲的质量为80.0kg。当他以5.0m/s的速度向前运动时，与另一质量为100kg、速度为3.0m/s的迎面而来的运动员乙相撞。碰后甲恰好静止。假设碰撞时间极短，求：
（1）碰后乙的速度的大小；
（2）碰撞中总动能的损失。
11．冰球运动员甲的质量为80.0kg。当他以5.0m/s的速度向前运动时，与另一质量为100kg、速度为3.0m/s的迎面而来的运动员乙相撞。碰后甲恰好静止。假设碰撞时间极短，求：
（1）碰后乙的速度的大小；
（2）碰撞中总动能的损失。
12．半径为r的竖直光滑圆轨道固定在光滑木板AB中央，置于光滑水平桌面．圆轨道和木板AB的总质量为m，木板AB两端被限定，无法水平移动，可竖直移动．木板AB的右端放置足够长的木板CD，其表面与木板AB齐平，质量为2m．一个质量为m的滑块（可视为质点）从圆轨道最低点以一定的初速度v0向右运动进入圆轨道，运动一周后回到最低点并向右滑上水平木板AB和CD，最终与木板CD保持相对静止，滑块与木板CD间动摩擦因数为μ，其余摩擦均不计，则：
（1）为保证滑块能通过圆轨道的最高点，求初速度v0的最小值；
（2）为保证滑块通过圆轨道的最高点时，木板AB不离开地面，求初速度v0的最大值；
（3）若滑块恰能通过圆轨道最高点，求滑块在木板CD上滑动产生的热量Q．
参考答案
1．B
【解析】
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．
2．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．
3．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．
4．D
【解析】
试题分析：由功能关系知拉力F做的功等于薄纸板和小木块动能的增加及系统产生的内能，选项A错误；摩擦力对小木块做的功等于小木块动能的增加，选项B错误；离开薄纸板前小木块一定一直在做匀加速运动，选项C错误；对于系统，系统的摩擦生热Q=fL1，对于小木块，fL2=ΔEk，可能L2＜L1，故ΔEk＜Q，选项D正确。
考点：本题考查了功能关系。
5．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．
6．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．
7．AD
【解析】
因为F的存在，所以弹簧被压缩，当撤去F时，弹簧要恢复原状，所以对球有向上的作用力，并且弹力大于球的重力，所以小球做加速运动，动能增大，当弹簧的弹力等于重力时，速度达到最大，这时小球没有离开弹簧，之后弹簧的弹力小于重力，或者为零（离开弹簧），所以小球做减速运动，即动能减小，所以A正确B错误．小球在动能最大时，弹簧对小球的作用力不为零，所以弹性势能不为零，所以C错误．当小球的动能减小到零时，即速度为零时，小球到达最高点，重力势能最大，所以D正确．
8．BDE
【解析】A、设分子平衡距离为，分子距离为r，当，分子力表现为引力，分子距离越大，分子势能越大；当，分子力表现为斥力，分子距离越小，分子势能越大；故当，分子力为0，分子势能最小；由于分子势能是相对的，其值与零势能点的选择有关，所以分子距离为平衡距离时分子势能最小，但不一定为零，故选项A错误；
B、碎玻璃不能拼在一起，是由于分子间距离无法达到分子间相互作用的距离，故选项B正确；C、根据热力学第二定律可知，一切与热现象有关的宏观过程都具有方向性，故选项C错误；D、D、液晶既有液体的流动性，又具有光学各向异性，故选项D正确；
E、在轮胎爆裂这一短暂过程中，气体膨胀，对外做功，内能减小，温度下降，故选项E正确。
9．ACE
【解析】
根据能量转化与守恒定律可知第一类永动机是不可能成功的，A正确。布朗运动是悬浮在液体中的颗粒的无规则运动，不是液体分子本身的运动，B错。热天自行车轮胎内气体的温度会随环境温度升高而升高，而车胎的体积几乎不变，根据气态方程可知，气体压强必增大，容易导致轮胎爆胎，C正确。根据热力学第一定律，气体吸收热量为Q，若此过程还对外做功，则内能可能减小，也可能增加，D错误。温度是气体分子平均动能的标志，温度相同，平均动能则相同，而氢气分子的质量较小，故其平均速率较大，E正确.
10．（1）1.0m/s（2）1400J
【解析】
试题分析：（1）设运动员甲、乙的质量分别为m、M，碰前速度大小分别为v、V，碰后乙的速度大小为V′，规定甲的运动方向为正方向，由动量守恒定律有：mv-MV=MV′…①
代入数据解得：V′=1．0m/s…②
（2）设碰撞过程中总机械能的损失为△E，应有：mv2+MV2＝MV′2+△E…③
联立②③式，代入数据得：△E=1400J
考点：动量守恒定律；能量守恒定律
11．（1）1.0m/s（2）1400J
【解析】
试题分析：（1）设运动员甲、乙的质量分别为m、M，碰前速度大小分别为v、V，碰后乙的速度大小为V′，规定甲的运动方向为正方向，由动量守恒定律有：mv-MV=MV′…①
代入数据解得：V′=1．0m/s…②
（2）设碰撞过程中总机械能的损失为△E，应有：mv2+MV2＝MV′2+△E…③
联立②③式，代入数据得：△E=1400J
考点：动量守恒定律；能量守恒定律
12．（1）（2）（3）
【解析】
（1）滑块在最高点，速度最小时有：
从最低点到最高点的过程中，滑块机械能守恒，设滑块最低点的初速度为v01，根据机械能守恒定律：
解得
（2）要使木板AB不离地，滑块在最高点时对轨道的压力最大为FN＝mg，滑块在最高点，速度最大时有：
设滑块最低点的初速度为v02时，在最高点有最大速度，根据机械能守恒定律：
解得
（3）由（1）可知，滑块恰能通过最高点，并由机械能守恒可得，滑块滑到木板CD时的初速度为；
由受力分析可知，滑块在木板CD上做匀减速直线运动，木板CD做匀加速直线运动，加速度大小分别为
设经过时间t，两者速度相等均为v，则有v＝v0－a1t＝a2t
解得
这段时间内，滑块位移
木板CD的位移
滑块相对木板CD的位移为
故这一过程中产生的热量
（另解：可相应得分）