新人教版高中物理选择性必修第三册第三章热力学定律第3节能量守恒定律基础训练含解析

第3节 能量守恒定律

课堂检测

1.下列对能量守恒定律的认识不正确的是(      )

A.某种形式的能量减少，一定存在其他形式的能量增加

B.某个物体的能量减少，必然有其他物体的能量增加

C.不需要任何外界的动力而持续对外做功的机器——永动机是不可能制成的

D.石子从空中落下，最后停止在地面上，说明机械能消失了

答案：

解析：选项是指不同形式的能量间的转化，转化过程中能量是守恒的；选项是指能量在不同的物体间发生转移，转移过程中能量是守恒的，这正好是能量守恒定律的两个方面——转化与转移；选项中任何永动机都是不可能制成的，它违背了能量守恒定律；选项中石子的机械能并没有消失，只是转化成了其他形式的能量，符合题意。

2.（多选）下列关于第一类永动机的说法正确的是(      )

A.永动机是不消耗任何能量却能源源不断地对外做功的机器

B.永动机不能制成的原因是违背了热力学第一定律

C.永动机不能制成的原因是技术问题

D.永动机不能制成的原因是违背了能量守恒定律

答案： ;

解析：永动机是不消耗任何能量却能源源不断地对外做功的机器，这是人们的美好愿望，但它违背了能量守恒定律，这也是它不能制成的原因。

3.汽车关闭发动机后，沿斜面匀速下滑的过程中(      )

A.汽车的机械能守恒

B.汽车的动能和势能相互转化

C.汽车的机械能转化成内能，汽车的总能量减少

D.汽车的机械能逐渐转化为内能，汽车的总能量守恒

答案：

解析：汽车能匀速下滑，一定受阻力作用，克服阻力做功，机械能转化为内能，一部分内能散发出去，汽车的总能量减少。

4.如图所示，一个半径为的半球形容器，一小铁块由边缘的点从静止开始沿内壁下滑，当滑到容器底部点时，容器内壁所受压力为小铁块自重的倍，在它下滑的过程中热量的80%被铁块吸收，铁的比热容是，取。那么铁块温度升高多少摄氏度？

答案：

解析：由题意知，在最低点容器内壁所受压力为小铁块自重的倍

根据能量守恒定律可知，内能增加量等于机械能损失量

解得

素养视角

教材拓展

历史上最著名的永动机—魔轮

历史上最著名的第一类永动机是法国人亨内考在13世纪提出的“魔轮”。如图甲所示：轮子中央有一个转动轴，轮子边缘等距地安装着12根活动短杆，每根短杆的一端装有一个铁球。亨内考认为，魔轮通过安放在转轮上一系列可动的悬臂实现永动，右边悬臂在重力作用下会向下落，远离转轮中心，使得下行方向力矩加大（在物理学上，使物体转动的力乘以力到转轴的距离叫作力矩。力矩是描述力的旋转效果的物理量，力矩越大说明旋转效果越好）；而上行方向的悬臂在重力作用下靠近转轮中心，力矩减小，力矩的不平衡驱动魔轮转动。

甲乙

仔细分析一下就会发现，虽然魔轮右边每个球产生的力矩大，但是球的个数少，左边每个球产生的力矩虽小，但是球的个数多。于是，轮子不会持续转动下去而对外做功，只会摆动几下，便停下来。受此启发，15世纪的意大利著名的科学家、艺术家达·芬奇也曾设计了一个相同原理的类似装置，如图乙，但试验却未获得成功。由此，达·芬奇敏锐地认识到永动机是不可能制成的，他劝告永动机的设计者们：“永恒运动的幻想家们！你们的探索是何等徒劳无功，还是去做淘金者吧。”

素养演练

1.如图所示是18世纪人们发明的不同形式的“永动机”，现在这些“永动机”只能在博物馆中看到了，警示人们不要再做这方面的工作，试分析“永动机”不能成功的原因。

答案：永动机违背了能量守恒定律。

课时评价作业

见学用《作业本》127页

基础达标练

1.人类设计了各种各样的永动机，但都以失败告终，说明设计必须遵循以下什么原则(      )

A.安全性

B.科学性

C.道德性

D.技术规范性

答案：

解析：永动机违背了能量守恒定律，所以必须遵循科学性原则。

2.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.能量正在消失

C.只有动能和重力势能的相互转化

D.减少的机械能转化为内能，但总能量守恒

答案：

解析：自由摆动的秋千摆动幅度减小，说明机械能在减少，减少的机械能转化为内能，但总能量守恒。

3.（多选）一物体获得一定初速度后，沿着一粗糙斜面上滑，在上滑过程中，下列关于物体和斜面组成的系统的说法中正确的是(      )

A.机械能守恒

B.总能量守恒

C.机械能和内能增加

D.机械能减少，内能增加

答案： ;

解析：物体沿斜面上滑的过程中，有摩擦力对物体做负功，所以物体的机械能减少；由能量守恒定律知，内能增加，能的总量不变。

4.如图所示，一演示用的“永动机”转轮由5根轻杆和转轴构成，轻杆的末端装有用形状记忆合金制成的叶片。轻推转轮后，进入热水的叶片因伸展而“划水”，推动转轮转动。离开热水后，叶片形状迅速恢复，转轮因此能较长时间转动。下列说法正确的是(      )

A.转轮依靠自身惯性转动，不需要消耗外界能量

B.转轮转动所需能量来自形状记忆合金自身

C.转动的叶片不断搅动热水，水温升高

D.叶片在热水中吸收的热量一定大于在空气中释放的热量

答案：

解析：形状记忆合金进入水后受热，形状发生改变而搅动热水，由能量守恒定律知能量来源于热水，叶片吸收的能量一部分转化成叶片的动能，一部分释放于空气中。

5.一木箱静止于水平面上，现在用一个的水平推力推动木箱前进，木箱受到的摩擦力为，则转化为木箱与地面系统的内能和转化为木箱的动能分别是(      )

A.，

B.，

C.，

D.，

答案：

解析：由于木箱在推动中受到滑动摩擦力，其与相对位移的乘积是转化为木箱与地面系统的内能，即。由能量守恒定律可得，故项正确。

6.如图是水电站的发电原理图，由图可知，下列说法错误的是  (      )

A.水力发电不会造成污染

B.该装置将机械能转化为电能

C.要加大发电的功率，可采用仅“增大水落差”的方法

D.该装置可以将水库中储存的水的机械能全部转化为电能

答案：

解析：水力发电不会有污染，同时将水的机械能转化为电能，故、项正确；如果仅将水落差增大，那么水流到水轮机处的速度就增大，这一方法可加大发电的功率，故项正确；由于水下落过程以及发电机装置都有摩擦，故该装置不可能将水库中储存的水的机械能全部转化为电能，因此项错误。

7.如图所示，一个质量为的绝热汽缸竖直放置，绝热活塞的质量为，处于静止状态时被封闭气体的高度为，现在在活塞上方加一质量为的物体，待稳定后，被封闭气体的高度变为。求在这一过程中气体的内能增加多少取，忽略大气压力及摩擦阻力的影响）

答案：

解析：提示由能量守恒定律可知，内能的增加量等于活塞和物体重力势能的减少量。

8.某地的平均风速为，已知空气密度是，有一风车，它的车叶转动时可形成半径为的圆面，如果这个风车能将此圆面内10%的气流的动能转化为电能，则该风车带动的发电机功率是多少？

答案：

解析：首先可以求在时间内作用于风车的气流质量为，这些气流的动能为，转化的电能为，故风车带动的发电机功率为，代入数据以后得

素养提升练

9.（多选）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；条形磁铁在下落过程中穿过闭合线圈，线圈中产生电流。上述不同现象中所包含的相同的物理过程是(      )

A.物体克服阻力做功

B.物体的动能转化为其他形式的能量

C.物体的势能转化为其他形式的能量

D.物体的机械能转化为其他形式的能量

答案： ;

解析：这四个现象中，物体运动过程都受到阻力，汽车制动主要受制动阻力，流星坠落、降落伞下降受空气阻力，条形磁铁下落过程受到磁场阻力，因而物体都克服阻力做功，项正确。四个物体运动过程中，汽车的动能转化为内能，流星、降落伞、条形磁铁的重力势能转化为内能或其他形式的能，总之是机械能转化为其他形式的能。项正确。

10.如图所示，两个完全相同的金属球、，其中球放在不导热的水平面上，球用不导热的细线悬挂起来，现供给两球相同的热量，它们的温度分别升高了、，则(      )

A.

B.

C.

D.无法比较

答案：

解析：两球具有内能和重力势能。它们分别吸收热量后，内能发生变化，由于受热膨胀，重力势能也会发生变化，体积膨胀时，它们的分子势能会发生变化，膨胀过程中要对空气做功，也要损失一部分能量。

对于、这两个金属球，因它们完全相同，故体积膨胀引起的分子势能的增大和对空气做功应该相同，由于膨胀，球的重心将上移，故球的重力势能将增加（看图虚线表示的、球），而球的重心将下移，故球的重力势能将减少。

因此，对于球，吸收的热量应等于分子势能的增加量和对空气做功的、重力势能的增加量和分子动能的增加量之和；而对于球，吸收的热量和重力势能的减少量之和应等于分子势能增加量和对空气做的功与分子动能增加量之和。很明显，，球分子动能的增量大于球分子动能的增量，故项正确。

11.人的体温是由下丘脑中特殊神经细胞监察和控制的，当下丘脑温度高于时，人体散热机制(如血管舒张、出汗等)就活跃起来，已知人体温度为时蒸发汗水所需要能量。现有一中年人慢步行走时新陈代谢功率为，此人慢步行走时的体温保持，行走出汗约为，试求此人通过传导辐射等方式(不包括出汗)产生的散热功率。

答案：

解析：此人因出汗消耗的能量

对应的功率根据能量守恒定律，所求散热功率为

12.能源问题是当前热门话题，传统的能源——煤和石油。由于储量有限，有朝一日要被开采完，同时在使用过程中也会带来污染，寻找新的、无污染的能源是人们努力的方向，利用潮汐发电为一例。如图表示的是利用潮汐发电，左方为陆地和海湾，中间为大坝；其下有通道，水经通道可带动发电机。涨潮时，水进入海湾，待内外水面高度相同时，堵住通道，如图甲。潮落至最低点时放水发电，如图乙。待内外水面高度相同时，再堵住通道，直到下次涨潮至最高点，又进水发电，如图丙。设海湾面积为，高潮与低潮间高度差为，海水每天涨潮两次，重力加速度，则一天内流水的平均功率为多少？

答案：

解析：潮汐发电其实质就是将海水的重力势能转化为电能。每次涨潮时流进海湾(落潮时流出海湾)的海水的重力为，其重心高度变化为一天内海水两进两出，故平均功率

创新拓展练

13.太阳能是人类最基本的能源，它无污染、无费用，这种能源的使用期和太阳本身寿命一样长，当太阳光照射地面时，地面上在内平均得到的太阳辐射能约为。太阳能热水器就是直接利用太阳能的装置，目前已经逐渐地出现在我们的生活中。

一同学在网上下载了某型号太阳能热水器的宣传广告：

（1）该同学家每天大约需要热水，用这种热水器将这些水从加热到需要多长时间？[水的比热容

（2）与效率为80%的电热水器相比，他家每天可节约多少电能？

答案：（1）（2）

解析：（1）设为光照时间

太阳能热水器传给水的热量

因为，所以

（2）由得