高中物理人教版 (新课标)必修210.能量守恒定律与能源课堂检测

能量守恒定律与能源 例题解析

(1)

【例1】一颗子弹以某一水平速度击中了静止在光滑水平面上的木块，并从中穿出.对于这一过程，下列说法正确的是（    ）

A.子弹减少的机械能等于木块增加的机械能

B.子弹和木块组成的系统机械能的损失量等于系统产生的热量

C.子弹减少的机械能等于木块增加的动能与木块增加的内能之和

D.子弹减少的动能等于木块增加的动能与子弹和木块增加的内能之和

解析：子弹射穿木块的过程中，由于相互间摩擦力的作用使得子弹的动能减少，木块获得动能，同时产生热量，且系统产生的热量在数值上等于系统机械能的损失.A选项漏考虑系统增加的内能，C选项应考虑的是系统（子弹、木块）内能的增加.C错.

答案：BD

【例2】太阳与地球的距离为1.5×1011 m，地球半径为6.37×106 m，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1.87×1024 J.设水面对太阳辐射的平均反射率为7%，而且将吸收到的35%的能量重新辐射出去，太阳辐射可将水面的水蒸发(设在常温、常压下蒸发1 kg水需要2.2×106 J的能量)，而后凝结成雨滴降落到地面.

（1）估算整个地球表面的年平均降雨量（以mm表示，地球表面积为4πR2）；

解析：据能量守恒定律，总吸收的能量为

W′=W（1－7%）×（1－35%）=1.87×1024×0.93×0.65 J=1.13×1024 J

因蒸发1 kg水需2.2×106 J的能量，所以蒸发的水的质量

m=kg=5.14×1017 kg

m即为年降雨的总质量，其总体积为V=，年降雨量使地球表面覆盖的一层水的厚度h为:

h====m=1.01×103 mm

整个地球表面年平均降雨量约为1.0×103 mm.

答案：约为1.0×103 mm

（2）太阳辐射到地球的能量中只有约50%到达地面，W只是其中的一部分，太阳辐射到地球的能量没能全部到达地面，这是为什么？请说明三个理由.

解析：太阳辐射到地球的能量要经过大气层才能到达地面，太阳光经过大气层时有大气层的吸收，大气层的散射或反射、云层遮挡等，所以太阳辐射到地球的能量没能全部到达地面.

答案：参考上面的解析.

(2)

【例2】 液体能够沿着很细的毛细管上升一段距离而高出原来的液面，这种现象叫做毛细现象.棉线浸在煤油中，煤油会沿着棉线上升一段较大的高度，有人根据这一现象制造了一台可以源源不断地对外做功的机器，如图5-10-1所示.

图5-10-1

试根据能的转化和守恒定律，分析说明这台装置能够正常工作吗？若不能正常工作，原因可能出现在哪里：

解析：这台装置不能正常工作.假设它能正常工作，便意味着这台装置不需要外界的能量而源源不断地对外工作，对外界输出能量，这违背了能量转化和守恒定律，此装置成为一台永动机.煤油能沿棉线上升一个较大的高度，这是一个不争的事实，如果B槽中有煤油便会向下流动冲击叶轮对外做功也是无可置疑的，此装置不能工作的原因就只能是煤油虽上升到B槽高处，但不能滴落到B槽中.

点评：这是一道考查学生对自然现象的观察能力和应用能的转化和守恒定律分析解决实际问题能力的题目.例如，我们容易注意到毛细现象，但往往不注意观察上升的液体是否能从毛细管中流出.

答案：不能工作.违背能的转化和守恒定律.原因是煤油不能从棉线上滴落.

【例3】 有关功和能，下列说法正确的是

A.力对物体做了多少功，物体就具有多少能

B.物体具有多少能，就一定能做多少功

C.物体做了多少功，就有多少能量消失

D.能量从一种形式转化为另一种形式时，可以用功来量度能量转化的多少

解析：功是能量转化的量度，即物体做了多少功，就有多少能量发生了转化；并非力对物体做了多少功，物体就具有多少能；也非物体具有多少能，就一定能做多少功，所以A、B错误.做功的过程是能量转化的过程，能量在转化过程中总量守恒并不消失，所以C错误.正确答案是D.

点评：正确理解功能关系：能是做功的前提，功是能量转化的量度.

答案：D

能量守恒定律和能源 练习与解析

1、有关功和能，下列说法正确的是

A.力对物体做了多少功，物体就具有多少能

B.物体具有多少能，就一定能做多少功

C.物体做了多少功，就有多少能量消失

D.能量从一种形式转化为另一种形式时，可以用功来量度能量转化的多少

解析：功是能量转化的量度，即物体做了多少功，就有多少能量发生了转化；并非力对物体做了多少功，物体就具有多少能；也非物体具有多少能，就一定能做多少功，所以A、B错误.做功的过程是能量转化的过程，能量在转化过程中总量守恒并不消失，所以C错误.正确答案是D.

点评：正确理解功能关系：能是做功的前提，功是能量转化的量度.

答案：D

2、关于能量转化的说法中正确的是

A.举重运动员把重物举起来，体内的一部分化学能转化为重力势能

B.电流通过电阻丝使电能转化为内能

C.内燃机做功的过程是内能转化为机械能的过程

D.做功过程是能量转化过程，某过程做了10 J的功，一定有10 J的能量发生了转化

答案：ABCD

3、行驶中的汽车制动后滑行一段距离，最后停下；流星在夜空中坠落并发出明亮的火焰；降落伞在空中匀速下降.下述不同现象所包含的相同物理过程是

A.物体克服阻力做功

B.物体的动能转化为其他形式的能

C.物体的势能转化为其他形式的能

D.物体的机械能转化为其他形式的能

答案：AD

4、关于能的转化与守恒定律的下列说法错误的是（ ）

　　A、能量能从一种形式转化为另一种形式，但不能从一个物体转移到另一物体

　　B、能量的形式多种多样，它们之间可以相互转化

　　C、一个物体能量增加了，必然伴随着别的物体能量减少

　　D、能的转化与守恒定律证明了第一类永动机是不可能存在的

答案：A

5、一个物体沿粗糙斜面匀速滑下，则下列说法正确的是（ ）

　　A、物体机械能不变，内能也不变

　　B、物体机械能减小，内能不变

　　C、物体机械能减小，内能增大，机械能与内能总量减小

　　D、物体机械能减小，内能增大，机械能与内能总量不变

答案：D

6、一辆汽车在关闭油门后继续在水平方向上向前移动，从能的转化来看，它是 [　]

　　A．动能不变

    B．机械能不变

　　C．动能转化为势能

D．动能转化为内能

    答案：D

7、在以下过程中，内能转化为机械能的是：

　　A．冰块在地面上滑动时熔化

B．砂轮磨刀

　　C．水开了会顶动壶盖

D．火柴摩擦后燃烧 

答案：C

8、用铁锤打击铁钉，设打击时有80％的机械能转化为内能，内能的50％用来使铁钉的温度升高。问打击20次后，铁钉的温度升高多少摄氏度？已知铁锤的质量为1．2kg，铁锤打击铁钉时的速度是10m／s，铁钉质量是40g，铁的比热是 5．0×102J／（kg·℃）。

解析：如果用△U表示铁钉的内能增加量，铁锤和铁钉的质量分别用M和m表示，铁锤打击铁钉时的速度用v表示.

依据量守恒定律，有      

铁钉的内能增加量不能直接计算铁钉的温度，我们把机械能转化为内能的数量等效为以热传递方式完成的，因此等效为计算打击过程中铁钉吸收多少热量，这热量就是铁钉的内能增加量。因此有     Q＝cm△t

上式中c为铁的比热，△t表示铁钉的温度升高量。将上面两个公式联立，得出：

10、地球表面平均每平方米每分钟接受2.1J的太阳能，试估算整个地球每分钟所接受到的太阳能为多少？人类每年消耗的能量换算成石油，约为50亿吨，已知燃烧1g石油得到的热量大约是 4.2×104J，计算人类每年消耗的能量为多少？人类每年消耗的能量相当于太阳在多长时间内投到地球的能量？

答案：整个地球每分钟所接受到的太阳能为1.1×1019J。

人类每年消耗的能量换算成石油，约为50亿吨，石油燃烧所释放的能量，其值为2.1×1020J。

这么多的能量相当于太阳在19min内投射到地球上的能量，与资料给出的20min基本吻合。

11、一次台风的平均能量为 1.l×1018J左右。台风登陆以后，由于和地表面的摩擦；引起了能量的消耗。这个能量的消耗是每秒1.1×1013J左右。因此，如果不从外界补充能量，台风应该在，也就是大约一日就消失了。但是，还没有听说过台风在一日内就消失了的事情。这说明台风从什么地方得到了能够补充它消耗的巨大能量。请你说明补充的能量从什么能量转化来的。

 答案：补充台风的能量来源是伴随着台风的暴雨。雨是凝结了的水蒸气。因为在水蒸气凝结的时候，每1g大约放出2MJ的热量，这个热量补充了台风能量的消耗。从能量转化的角度来看，是水蒸气所具有的内能转化为台风整体的机械能。

12、奔跑中动物的拮抗肌所做的功是随着每迈一步对腿的加速和减速完成的，腿离开地面时，腿从静止直到接近等于身体的速度。同样，在腿又回到静止的过程中，拮抗肌又做了相当的功。现有一个以3m/s的速度奔跑的质量为70kg的人，他每条腿的质量约为10kg，其步子的长度（同一只脚的两个相邻足迹之间的距离）为2m，此人每秒内每条腿迈出1.5步，求此人奔跑过程中的能量消耗率（肌肉的效率η约为0.25）。

答案：1080W

解析：本题通过对人体特定活动的研究，体现能量守恒转化的基本观点。奔跑过程中人体消耗的能量一部分转化为机械能（动能），这一过程由拮抗肌做功实现，再根据代谢效率（肌肉的效率），求出奔跑过程中总能量的消耗率。编排本题在于利用能量守恒及转化的关系，使学生对生物体活动过程进行定量计算，培养建模能力。

能量守恒定律与能源   

A

1．有关功和能，下列说法正确的是　　　　　　　　　　　　　　　　　（     ）

A．力对物体做了多少功，物体就具有多少能

B．物体具有多少能，就一定能做多少功               

C．物体做了多少功，就有多少能量消失

D．能量从一种形式转化为另一种形式时，可以用功来量度能量转化的多少

2．一粒钢珠从静止状态开始自由下落，然后陷入泥潭中．若把在空中下落的过程称为过程Ⅰ，进入泥潭直到停住的过程称为过程Ⅱ，则                    （　　　）

A．过程Ⅰ中钢珠动能的改变量等于重力做的功

B．过程Ⅱ中阻力做的功等于过程Ⅰ中重力做的功

C．过程Ⅱ中钢珠克服阻力所做的功等于过程Ⅰ与Ⅱ中钢珠减少的重力势能之和

D．过程Ⅱ中损失的机械能等于过程Ⅰ中钢珠所增加的动能

3．行驶中的汽车制动后滑行一段距离，最后停下；流星在夜空中坠落并发出明亮的火焰；降落伞在空中匀速下降．上述不同现象所包含的相同物理过程是　（      ）

A．物体的势能转化为其他形式的能       B．物体的动能转化为其他形式的能      

C．物体的机械能转化为其他形式的能     D．物体克服阻力做功

4．设想在一间与外界绝热的房间，有一台正在工作的电冰箱．如果电冰箱的门是开着的，那么室内的温度将　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　 （   　 ）

A．升高   B．降低       C. 不变   D．都有可能

5．一质量均匀的不可伸长的绳索，所受重力为G，两端固定在水平天花板上的A、B两点，如图所示．今在绳索的最低点C施加一竖直向下的力将绳索拉直使中点降到D．在此过程中，绳索的重心位置将  （　　　）

A．逐渐升高            B． 逐渐降低   

C．先降低再升高      　D．始终不变                       

6．如图所示，轻质弹簧竖直放置在水平地面上，它的正上方有一金属块从高处自由下落，从金属块自由下落到第一次速度为零的过程中       （       ）                                                                                           　                      　　　　　　　                　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　                                                                                 A．重力先做正功，后做负功　　          　B．弹力没有做正功　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　                                             C．金属块的动能最大时，弹力与重力相平衡　　　　　　　　　　　　　　　　  D．金属块的动能为零时，弹簧的弹性势能最大                               7．一辆公共汽车载着30位乘客行驶了200 km，消耗汽油300 L．一个人骑自行车行驶1 km平均消耗能量6.7×104 J．公共汽车载客每人每千米消耗的能量是自行车的多少倍？（每升汽油完全燃烧放出的热量为3.4×107 J）

B

8．一颗子弹以某一水平速度击中了静止在光滑水平面上的木块，并从中穿出．对于这一过程，下列说法正确的是                                     （      ）

A．子弹减少的机械能等于木块增加的机械能

B．子弹和木块组成的系统机械能的损失量等于系统产生的热量

C．子弹减少的机械能等于木块增加的动能与木块增加的内能之和

D．子弹减少的动能等于木块增加的动能与子弹和木块增加的内能之和

9．速度为v的子弹，恰可穿透一块固定着的木板，如果子弹的速度为2v，子弹穿透木板时阻力视为不变，则可穿透同样的木板   　　                      （      ）

A．1块      B．2块      C．3块      D．4块

10．一小滑块放在如图所示的凹形斜面上，用力F沿斜面向下拉小滑块，小滑块沿斜面运动了一段距离。若已知在这过程中，拉力F所做的功的大小（绝对值）为A，斜面对滑块的作用力所做的功的大小为B，重力做功的大小为C，空气阻力做功的大小为D．当用这些量表达时，小滑块的动能的改变ΔEk=             ；滑块的重力势能的改变ΔEp=             ；滑块机械能的改变ΔE=              ．

11．如图所示，ABCD是一条长轨道，其中AB段是倾角为θ的斜面，CD 段是水平的，BC是与AB和CD都相切的一段小圆弧，其长度可以略去不计，一质量为点从静止状态释放，沿轨道滑下，最后停在D点，A点和D点的位置如图所示，现用一沿着轨道方向的力推滑块，使它缓慢地由D点推到A点停下，设滑块与轨道间动摩擦因数为，则推力对滑块做的功等于               ．

12．一台水轮机发电机组，每秒有2.0 m3的水流过水轮机，若河坝水位高度差是20 m，求水每秒对水轮机最多能做多少功？若有40%转化为电能，问发电机输出功率为多大？（g 取10m/s2）       

13．物体以100J的初动能，从斜面底端的A点沿斜面向上作匀减速直线运动，它经过B点时，动能减少了80J，机械能减少了32J，已知A、B间的距离s=2m，试求：（1）物体沿斜面运动中所受到的滑动摩擦力f的大小是多少？

（2）物体沿斜面向上运动达到最高处时所具有的重力势能是多少？

（3）物体从最高点沿原路下滑到达A点时的动能是多少？

答案

1．D     2．AC    3．D    4．BD     5．A     6．BCD    7．25.4倍     8．BD    9．D    10．ΔEk=A - B+C – D；ΔEp= - C；ΔE = A – B – D   

11．2mgh    12．W=4.0×105J  P=1.6×105 W     13．(1) 16N  (2) 60J  (3) 20J