上海市大境中学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 课时作业（含解析）

能量守恒定律的发现历程
1．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
2．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
3．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
4．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
5．如图所示，足够长的传送带与水平方向的倾角为 ，物块a通过平行于传送带的轻绳跨过光滑滑轮与物块b相连，b的质量为m.开始时，a、b及传送带均静止，且a不受传送带摩擦力作用，现让传送带逆时针匀速转动，则在b上升h高度(未与滑轮相碰)过程中下列说法错误的是( )
A．物块a的重力势能减少
B．摩擦力对a做的功等于a机械能的增量
C．摩擦力对a做的功等于物块a、b动能增量之和
D．任意时刻，重力对a、b做功的瞬时功率大小相等
6．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
7．以下说法正确的是____________
A．温度是分子平均动能的标志，温度高的物体分子平均动能大
B．扩散现象是不同物质间的一种化学反应
C．1g 100 ℃水的内能小于1g 100 ℃水蒸气的内能
D．当分子间的距离增大时，分子间作用力就一直减小
E.第一类永动机不可能制成，是因为违背了能量守恒定律
8．下列说法正确的是__________.
A．温度相同的一切物质的分子平均动能都相同
B．若两分子克服它们之间的分子力做功，则这两个分子的势能增加
C．只要知道某物质的密度和其分子的质量，就可以计算出阿伏加德罗常数
D．第一类永动机违反了能量守恒定律
E.根据一滴油酸酒精溶液的体积V和其在水面上形成的油膜面积S，就能算出油酸分子直径
9．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
10．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
11．质量为m的0 ℃的冰雹，自空中由静止下落，由于空气阻力的作用，其中1%质量的冰在下落过程中完全融化成0 ℃的水脱离冰雹，若落地时的速度为400 m/s，且冰雹落地时的动能全部转化成热，问能否将冰雹融化(设冰的融化热λ＝0.34×107 J/kg，重力加速度g＝10 m/s2)?
12．某校研究性学习小组为估测太阳对地面的辐射功率，制作了一直径0.2 m的0 ℃的冰球，在环境温度为0 ℃时，用黑布把冰球包裹后悬吊在弹簧测力计下放在太阳光中．经过40 min后弹簧测力计示数减少了3.49 N．请你帮助这个小组估算太阳光垂直照射在某一单位面积上的辐射功率．冰的熔化热为3.35×105 J/kg.
13．如图所示，一直立的气缸用一质量为m的活塞封闭一定质量的理想气体，活塞横截面积为S，气体最初的体积为V0，气体最初的压强为；汽缸内壁光滑且缸壁是导热的．开始活塞被固定，打开固定螺栓K，活塞下落，经过足够长时间后，活塞停在B点，设周围环境温度保持不变，已知大气压强为p0，重力加速度为g．求：
①活塞停在B点时缸内封闭气体的体积V；
②整个过程中通过缸壁传递的热量Q（一定质量理想气体的内能仅由温度决定）．
14．将甲分子固定在坐标原点O，乙分子位于x轴上，甲、乙分子间作用力与距离间关系的函数图象如图所示．若质量为m＝1×10－26 kg的乙分子从r3(r3＝12d，d为分子直径)处以v＝100 m/s的速度沿x轴负方向向甲分子飞来，仅在分子力作用下，则乙分子在运动中能达到的最大分子势能为多大(选无穷远处分子势能为零)?
参考答案
1．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。
2．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.
3．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。
4．D
【解析】
【详解】
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。
5．B
【解析】
【详解】
A.开始时，a、 b及传送带均静止且a不受传送带摩擦力作用，有，则上升h，则a下降，则a重力势能的减小量为
故A正确不符合题意;
BC.根据能量守恒定律得，摩擦力对a做的功等于a、b系统机械能的增量，因为a重力势能的减小量等于b重力势能增加量，系统重力势能不变，所以摩擦力对a做的功等于系统动能的增量，故B错误符合题意，C正确不符合题意;
D.任意时刻a、b的速率相等，对b，克服重力做功的瞬时功率，对a有:
所以重力对a、b做功的瞬时功率大小相等，故D正确不符合题意。
6．ADE
【解析】
【详解】
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。
7．ACE
【解析】
【详解】
A．温度是分子平均动能的标志，温度高的物体分子平均动能大，选项A正确；
B．扩散现象不是不同物质间的一种化学反应，是分子热运动引起的分子的迁移现象，没有产生新的物质，是物理现象，故B错误；
C．水变成水蒸气要吸热，则同温度同质量水的内能小于水蒸气的内能，故C正确。
D．当分子间的距离大于r0时，随分子间距增大，分子间作用力先增大后减小，故D错误。E．第一类永动机不可能制成，是因为违背了能量守恒定律，选项E正确。
8．ABD
【解析】
【详解】
A．温度相同的物质的分子平均动能相同，A正确；
B．克服两分子之间的分子力，外力做正功，分子势能增加，B正确；
C．知道分子密度和分子质量，可以求出分子体积，求不出阿伏加德罗常数，C错误；
D．第一类永动机违反了能量守恒定律，D正确；
E．需要知道一滴油酸酒精溶液散开后，在水面上形成的单分子油膜面积才能算出油酸分子直径，E错误。
9．CD
【解析】
【详解】
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。
10．BCE
【解析】
【详解】
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。
11．不能
【解析】
假设能全部融化，则需满足：
，
.
显然由动能全部转化成的热不足以满足冰全部融化的需要，故不能将冰雹融化．
点睛：本题主要考查了能量守恒定律的直接应用，难度不大，属于基础题．
12．1.58×103W/m2
【解析】
【详解】
冰球熔化掉重量为3.49 N的过程中需要吸收的能量：
Q＝λ m＝3.35×105×J＝1.19×105 J.
此热量就是太阳在40 min内照射在直径为0.2 m的冰球上的热量，设太阳垂直照在单位面积上的辐射功率为P，则Q＝PtS，P＝W/m2＝1.58×103W/m2.
13．(1) (2)
【解析】
试题分析：①设活塞在B处时的封闭气体的压强为p，活塞受力平衡，则
解得：
由玻意耳定律
解得气体体积
②由于气体的温度不变，则内能的变化，由能量守恒定律可得
活塞下降的高度为
通过缸壁传递的热量
考点：本题经考察了封闭气体压强和热力学第一定律．
14．5×10－23 J
【解析】在乙分子靠近甲分子的过程中，分子力先做正功，后做负功，分子势能先减小，后增大．动能和势能之和不变，又因为无穷远处分子势能为零，当时分子力为零，分子势能可认为为零，所以当速度为零时，分子势能最大：
即。
点睛：本题考察能量守恒，在只有分子力做功的过程，只有动能和势能转化，分子动能最小时分子势能最大即可求解。