四川省内江第六中学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 课时作业（含解析）

4.1能量守恒定律的发现
课时作业（含解析)
1．某地强风的风速约为，空气的密度为，如果把通过横截面积S的风的动能完全转化为电能，则用上述已知量计算电功率的公式为（　　）
A．
B．
C．
D．
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．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
10．如图所示，长木板A放在光滑的水平地面上，物体B以水平速度v0冲上A后，由于摩擦力作用，最后停止在木板A上，则从B冲到木板A上到相对木板A静止的过程中，下述说法中正确的是(　　)
A．物体B动能的减少量等于系统损失的机械能
B．物体B克服摩擦力做的功等于系统内能的增加量
C．物体B损失的机械能等于木板A获得的动能与系统损失的机械能之和
D．摩擦力对物体B做的功和对木板A做的功的总和等于系统内能的增加量
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．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？
13．太阳与地球的距离为1.5×1011m,太阳光以平行光束入射到地面,地球表面2/3的面积被水面所覆盖,太阳在一年中辐射到地球表面水面部分的总能量W约为1.87×1024J.设水面对太阳辐射的平均反射率为7%,而且将吸收到的35%能量重新辐射出去,太阳辐射可将水面的水蒸发(设在常温、常压下蒸发1kg水需要2.2×106J的能量),而后凝结成雨滴降落到地面.估算整个地球表面的年平均降雨量(以毫米表示,球面积为4πR
)
参考答案
1．C
【解析】
ABCD．风能转变为电能，由能量守恒定律得
其中
联立解得
ABD错误C正确。
故选C。
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．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。
10．CD
【解析】
A.
物体以水平速度冲上木板后，由于摩擦力作用，减速运动，木板A加速运动，根据能量守恒定律，物体动能的减少量等于木板A增加的动能和产生的热量之和，故A错误；
B.
根据动能定理，物体克服摩擦力做的功等于物体损失的动能，故B错误；
C.
由能量守恒定律可知，物体损失的机械能等于木板获得的动能与系统损失的机械能之和，故C正确；
D.
摩擦力对物体做的功等于物体动能的减少量，摩擦力对木板做的功等于木板动能的增加量，由能量守恒定律，摩擦力对物体做的功和对木板做的功的总和等于系统内能的增加量，故D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】
煤燃烧与太阳每秒钟释放的能量相等，故这些热量为
13．1.0×103mm
【解析】
先根据能量守恒定律求解一年中地球表面的水用于蒸发所吸收的总能量，然后根据汽化热定义求解蒸发的水量，最后求解降水高度。
【详解】
设太阳在一年中辐射到地球水面部分的总能量为W.W=1.87×1024J
凝结成雨滴年降落到地面水的总质量为m,
m=W×0.93×0.65/(2.2×106
)=5.14×1017kg
设地球表面覆盖一层水的厚度为
h,
=1.01×103mm
整个地球表面年平均降雨量约为1.0×103mm
【点睛】
本题关键建立物理模型，明确研究对象，然后根据能量守恒定律和汽化热概念列式求解。