上海市丰华高中2019-2020学年高中物理沪科版选修3-3：4.2能量守恒定律的发现历程 达标训练（含解析）

能量守恒定律的发现历程
1．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
2．100 ℃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
3． “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
4．如图所示，质量为M=2kg的木板静止在光滑水平面上，一个质量为m=4kg的滑块以初速度v0=3m/s从木板的左端向右滑上木板，经t=1s滑块与木板相对静止则下面说法正确的是
A．相对静止前滑块和木板的加速度大小之比是1：2
B．整个过程中因摩擦产生的内能是10J
C．木板的最小长度是1.5m
D．从开始到滑块与木板相对静止这段时间内滑块与木板的位移之比是5：2
5．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℃
6．质量相等的甲、乙两个球在光滑水平面上沿同一直线向同一方向运动，甲球的动量是8 Kg.m/s ，乙球的动量是4 Kg.m/s ，当甲球追上乙球时发生碰撞，则碰撞后甲、乙两球的动量可能值是（ ）
A．甲的动量是—5 Kg.m/s ，乙的动量是18 Kg.m/s
B．甲的动量是 5 Kg.m/s ，乙的动量是 7 Kg.m/s
C．甲的动量是 3 Kg.m/s ，乙的动量是10Kg.m/s
D．甲的动量是6Kg.m/s ，乙的动量是6 Kg.m/s
7．如图(甲)所示的光滑平台上,物体A以初速度v0滑到上表面粗糙的水平小车上,车与水平面间的动摩擦因数不计,图(乙)为物体A与小车的v t图像(v0,v1及t1均为已知),由此可算出( )
A．物体A与小车B上表面间的动摩擦因数
B．物体A与小车B的质量之比
C．小车上表面长度
D．小车B获得的动能
8．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
9．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
10．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
11．一定质量的理想气体在温度为和时，单位速率间隔的分子数占总分子数的百分比随气体分子速率的变化分别如图中的实线和虚线所示。下列说法正确的是__________。
A．
B．理想气体的温度从变为时，其内能增加
C．图中曲线下方的面积表示对应速率区间的气体分子数目在总分子数中所占的比例
D．理想气体的温度从变为时，每个气体分子的速率都增加
E.理想气体的温度从变为时，若其体积膨胀，则理想气体一定从外界吸热
12．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
13．如图所示，建筑工地上载人升降机用不计质量的细钢绳跨过定滑轮与一电动机相连，通电后电动机带动升降机沿竖直方向先匀加速上升后匀速上升。摩擦及空气阻力均不计。则（ ）
A．升降机匀加速上升过程中，升降机底板对人做的功等于人增加的动能
B．升降机匀加速上升过程中，升降机底板对人做的功等于人增加的机械能
C．升降机匀速上升过程中，升降机底板对人做的功等于人增加的机械能
D．升降机上升的全过程中，升降机拉力做的功大于升降机和人增加的机械能
14．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“>”、“=”、“<”）.
15．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__________。
16．一定质量的理想气体在状态A时体积VA=0.3m3，温度TA=300K，变到状态B时温度TB=400K，已知从状态A变到状态B过程中其压强始终为2.0×105Pa。
①.求此过程中这些气体对外做的功；
②.若此过程中这些气体从外界吸收的热量为5×104J，求它增加的内能。
参考答案
1．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.
2．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。
3．A
【解析】
【分析】
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．
4．ACD
【解析】
【详解】
A.设木板和滑块加速度分别为a1和a2，地面光滑，可知M在水平方向只受到m对M的摩擦力，由牛顿第二定律可得：Ma1=μmg，滑块在水平方向也只受到摩擦力的作用，由牛顿第二定律可得：ma2=μmg则a2:a1=1:2;故A正确。
B.水平面光滑，则滑块和木板组成的系统所受的合外力为零，两者水平方向动量守恒；滑块相对木板静止时，取向右为正方向，根据动量守恒定律得：mv0=(M+m)v，解得:v=2m/s;根据能量守恒定律得，整个过程中因摩擦产生的内能为，解得：Q=6J;故B错误。
C.根据运动学公式得：，解得:△x=1.5m，故C正确.
D.从开始到滑块与木板相对静止这段时间内，滑块与木板的位移之比为：;故D正确。
5．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．
6．BD
【解析】
【分析】
两球碰撞过程遵守动量守恒定律，碰撞过程中总动能不增加，动量与动能的关系EK=。
【详解】
A、碰撞前质量相等的甲、乙两球的总动量P=12Kgm/s，总能量Ek=+=
碰撞后甲、乙两球的动量P=—5 Kg.m/s+18 Kg.m/s=13Kgm/s，动量不守恒；
碰撞后甲、乙两球的能量Ek=+=，能量增加，故A错误。
B、碰撞后甲、乙两球的总动量P=5Kg.m/s+7Kg.m/s=12Kgm/s，动量守恒；
碰撞后甲、乙两球的能量Ek=+=，能量不增加，故B正确。
C、碰撞后甲、乙两球的总动量P=3Kg.m/s+10Kg.m/s=13Kgm/s，动量不守恒；
碰撞后甲、乙两球的能量Ek=+=，能量增加，故C错误。
D、碰撞后甲、乙两球的总动量P=6Kg.m/s+6Kg.m/s=12Kgm/s，动量守恒；
碰撞后甲、乙两球的能量Ek=+=，能量不增加，故D正确。
故选:B、D
【点睛】
对于碰撞问题，要掌握碰撞过程的三个基本规律来分析：一、动量守恒；二、系统总动能不增加（爆炸例外）；三、碰撞后如同向运动，后面的物体的速度不大于前面物体的速度，即要符合实际运动情况
7．AB
【解析】
【分析】
物体A滑上小车的过程动量守恒，同时物体A滑上小车的过程摩擦发热，由能量守恒可求得动摩擦因数，由于物体A和小车B的质量均不可知，不可求得小车B获得的动能
【详解】
A、由图象可以知道A相对小车B的位移x= v0t1，根据能量守恒得：mAgx=mAv02-(mA+mB)v12，因为v0、v1及t1均为已知，根据解析B中求得质量关系，可以解出动摩擦力因素，故A正确。
B、由动量守恒定律得，mAv0=(mA+mB)v1，解得：=，故可以确定物体A与小车B的质量之比，故B正确。
C、由图象可知，A、B最终以共同速度v1匀速运动，只能确定上表面的最短长度为x，不能确定小车上表面长度，故C错误。
D、由于物体A和小车B的质量均不可知，故不能确定小车B获得的动能，故D错误。
故选：A、B
8．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。
9．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．
10．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．
11．ACE
【解析】
【分析】
【详解】
A．温度升高时，分子热运动的平均动能和平均速率增加，实线波峰值对应的速率大于虚线波峰值对应的速率，所以，A正确；
B．一定质量的理想气体，其内能仅由温度决定，当温度从变为时，温度减小，内能减小，故B错误；
C．正态曲线下方的面积表示对应部分在总数中所占的比例，C正确；
D．微观粒子的行为具有随机性，温度升高时，并不是所有分子的速率都增加，D错误；
E．理想气体的温度从变为时，内能增加，而体积膨胀时气体对外做功，要保证内能增加，必然从外界吸热，E正确。
故选ACE。
12．ACE
【解析】
【详解】
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.
13．BC
【解析】
试题分析：根据动能定理可知，合外力做物体做的功等于物体动能的变化量，所以升降机匀加速上升过程中，升降机底板对人做的功和重力做功之和等于人增加的动能，故A错误B正确；升降机匀速上升过程中，升降机底板对人做的功等于克服重力做的功，过程中动能不变，即增加的机械能，C正确；升降机上升的全过程中，升降机拉力做的功等于升降机和人增加的机械能，D错误。
考点：考查了功能关系，动能定理
14．= >
【解析】
【详解】
[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
15． ;
【解析】
【分析】
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．
16．①0.1m3②3×104J
【解析】
试题分析：①.由得,故此过程增加的体积.
于是气体对外做功W=PΔV=2×104J
②.由热力学第一定律知气体增加的内能ΔE=Q-W=3×104J
考点：考查了热力学第一定律，理想气体状态方程