物理人教版 (2019)3 能量守恒定律优秀同步达标检测题

3.3能量守恒定律

基础导学

要点一、能量守恒定律

1．探索能量守恒的足迹

2．能量守恒定律

能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中，能量的总量保持不变。

3．永动机不可能制成

(1)第一类永动机：不需要任何动力或燃料，却能不断地对外做功的机器；

(2)第一类永动机由于违背了能量守恒定律，所以不可能制成。

要点突破

突破一：能量守恒定律的理解

1．能量的存在形式及相互转化

各种运动形式都有对应的能：机械运动对应机械能，分子的热运动对应内能，还有诸如电磁能、化学能、原子能等．

各种形式的能，通过某种力做功可以相互转化，例如：利用电炉取暖或烧水，电能转化为内能；煤燃烧，化学能转化为内能；列车刹车后，轮子温度升高，机械能转化为内能．

2．与某种运动形式对应的能是否守恒是有条件的，例如，物体的机械能守恒，必须是只有重力做功；而能量守恒定律是没有条件的，它是一切自然现象都遵守的基本规律．

3．能量守恒定律的重要意义

(1)找到了各种自然现象的公共量度——能量，从而把各种自然现象用定量规律联系起来，揭示了自然规律的多样性和统一性．

(2)突破了人们关于物质运动的机械观念的范围，从本质上表明了各种运动形式之间相互转化的可能性．能量守恒定律比机械能守恒定律更普遍，它是物理学中解决问题的重要思维方法．能量守恒定律与电子的发现、达尔文的进化论并称19世纪自然科学中三大发现，其重要意义由此可见．

(3)具有重大实践意义，即彻底粉碎了永动机的幻想．

4．第一类永动机失败的原因分析

如果没有外界热源供给热量，则有U2－U1＝W，就是说，如果系统内能减少，即U2＜U1，则W＜0，系统对外做功是要以内能减少为代价的，若想源源不断地做功，就必须使系统不断回到初始状态，在无外界能量供给的情况下，是不可能的．

典例精析

题型一：能量守恒定律的应用

例一．如图所示，一个质量为20 kg的绝热汽缸竖直放置，绝热活塞的质量为5 kg，处于静止状态时被封闭气体的高度为50 cm，现在活塞上方加一15 kg的物体，待稳定后，被封闭气体的高度变为40 cm.求在这一过程中气体的内能增加多少．(g取10 m/s2，不考虑活塞受到的大气压力及摩擦阻力)

思路点拨：　

绝热过程 → 外界对气体做功 → 内能增加 → ΔU＝W

解析：　由能量守恒定律可知，内能的增加等于活塞和物体重力势能的减少，ΔU＝ΔE＝(M＋m)gh＝(15＋5)×10×(50－40)×10－2 J＝20 J.

答案：　20 J

变式迁移1：水能不产生污染物，是一种清洁能源，位于美国和加拿大交界处的尼亚加拉瀑布流量可达每秒6 000 m3，而且一年四季流量稳定，瀑布落差为50 m．若利用这一资源发电，设其发电效率为50%，估算发电机的输出功率．(g取10 m/s2)

解析：　每秒流下的水的质量m＝ρV＝1×103×6 000 kg＝6×106 kg

减少的机械能E＝mgh＝6×106×10×50 J＝3×109 J

设发电机的输出功率为P，则由能量守恒定律可得Eη＝Pt

解得P＝3×109×50% W＝1.5×109 W.

答案：　1.5×109  W

强化训练

一、选择题

1.关于能量转化与守恒的理解,下列说法中正确的是(　　)

A.能量是守恒的,不可能消失,所以不会发生能源危机

B.能量既会凭空产生,也会凭空消失

C.能量可以从一种形式转化为另一种形式

D.能量在转化的过程中,能量在数量上会减少

解析:能量虽然是守恒的,总量不变,但是我们可以利用的能源是有限的,随着可利用能源的消耗,能量可以利用的品质降低了,所以会有能源危机,故A错误;根据能量守恒定律可知能量既不会凭空产生,也不会凭空消失,它只能从一种形式转化为另一种形式,或者从一个物体转移到另一个物体上,在转移和转化过程中,能量的总量保持不变,故B、D错误,C正确。

2.(2020·湖南长沙月考)能量守恒定律是自然界最普遍的规律之一,以下现象、规律不能体现能量守恒定律的是(　　)

A.行驶的汽车       B.牛顿第三定律

C.神舟飞船返回地面 D.机械能守恒定律

解析:能量守恒定律是普遍规律,生产生活、自然现象无一例外都遵守能量守恒定律,A、C不符合题意;牛顿第三定律描述的是作用力与反作用力间的关系,不能体现能量守恒定律,B符合题意;机械能守恒定律是能量守恒定律的特殊情况,D不符合题意。

3.(2020·山西临汾期中)(多选)电动汽车是近几年国家提倡的流行汽车,其电池包括铅酸蓄电池、镍基电池、钠硫电池、二次锂电池、空气电池等。现有一辆汽车装有镍基电池,对于其工作原理,下列说法正确的是(　　)

A.工作时化学能转化为电能和内能

B.充电时化学能转化为电能和内能

C.工作时电能转化为化学能和内能

D.充电时电能转化为化学能和内能

解析:电池工作时化学能转化为电能,同时由于用电元件发热,也转化为部分内能,故A正确,C错误;充电时电能转化为化学能,同时由于用电元件发热,也转化为部分内能,故B错误,D正确。

4.(2020·江苏苏州期中)在一个密闭隔热的房间里,有一电冰箱正在工作,如果打开电冰箱的门,过一段时间后房间的温度会(　　)

A.降低 B.不变

C.升高 D.无法判断

解析:冰箱只是把冰箱内的热量移到外面,但在密闭隔热的房间里,冰箱门打开,整个房间内的热量应该是不变的,由于整个过程中只有电在做功,产生焦耳热,电能转化为内能,根据能量守恒定律可知室内温度升高了。故选C。

5、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。

6、“第一类永动机”是不可能制成的，这是因为（　　）

A．它不符合机械能守恒定律

B．它违背了能量守恒定律

C．它做功产生的热不符合热功当量

D．暂时找不到合理的设计方案和理想材料

【答案】B

【解析】

第一类永动机不可能制成的原因是违背了能量守恒定律，故B正确，ACD错误。

故选B。

7、在下列家用电器中，把电能主要转化为机械能的是（　　）

A．吸尘器 B．充电器

C．电水壶 D．电烤箱

【答案】A

【解析】

吸尘器装备有电动机，能够把电能转化为机械能；充电器是变压器，是升高或者降低电压的装置；电水壶是把电能转化为内能电器；电冰箱是把热量从低温物体转移到高温物体的装置，同时会产生热量。

故选A。

8、以下说法正确的是（　　）

A．当分子间距离增大时，分子间作用力减小，分子势能增大

B．某物体温度升高，则该物体分子热运动的总动能一定增大

C．液晶显示屏是应用液晶的光学各向同性制成的

D．自然界发生的一切过程能量都守恒，符合能量守恒定律的宏观过程都能自然发生

【答案】B

【解析】A．当r＜r0时，当分子间距增大时，分子力减小，分子势能减小；当r＞r0时，当分子间距增大时，分子力先增加后减小，分子势能增加，故A错误；

B．某物体温度升高，则分子的平均动能增大，该物体分子热运动的总动能一定增大，故B正确；

C．液晶显示屏是应用液晶的光学各向异性制成的，故C错误；

D．自然界发生的一切过程能量都守恒，符合能量守恒定律的宏观过程不一定都能自然发生，例如水能由高处自然的流向低处，但是不能自发的由低处流向高处，故D错误。

故选B。

9、高空形成的冰雹加速下落，并有部分熔化，以下说法中不正确的是（　　）

A．只有重力做功，冰雹下落时机械能守恒

B．冰雹的势能转化为冰雹的动能

C．冰雹的内能增大

D．冰雹的机械能不守恒

【答案】A

【解析】AD．除了重力做功，还有阻力做功，所以冰雹下落时机械能不守恒，则A错误，符合题意；D正确，不符合题意；

BC．冰雹的势能转化为冰雹的动能与内能，所以BC正确，不符合题意；

故选A。

10、如图所示，柱形容器内封有一定质量的空气，光滑活塞（质量为）与容器用良好的隔热材料制成。活塞横截面积为，大气压为，另有质量为的物体从活塞上方的点自由下落到活塞上，并随活塞一 起到达最低点而静止，在这一过程中，容器内空气内能的改变量，外界对容器内空气所做的功与物体及活塞的重力势能的变化量的关系是（    ）

A．

B．，

C．，

D．，

【答案】C

【解析】由于系统隔热，所以气体与外界没有热交换，活塞对气体做正功，所以由热力学第一定律知气体的内能增加，且

△E=W

而从能量守恒的角度考虑，m和M减少的机械能即重力势能和大气压做功共

Mgh+mg△h+poS△h

这部分损失的能量一部分使气体的内能增加，另一部分损失到碰撞过程中m和M的内能上，所以

W＜Mgh+mg△h+poS△h

故选C。

二、解答题

11、如图所示，固定容器及可动活塞P都是绝热的，中间有一导热的固定隔板B，B的两边分别盛有气体甲和乙。现将活塞P缓慢地向B移动一段距离，已知气体的温度随其内能的增加而升高。回答下列问题

(1)若将活塞P缓慢地向外拉动，则甲、乙的内能如何改变？

(2)若隔板B绝热但可以自由移动，当活塞P缓慢地向B移动时，甲、乙的内能如何变化？

【答案】(1)均减小；(2)均增加

【解析】(1)若将活塞P缓慢向外拉动，则气体乙对外做功，乙的内能减小，温度降低。这时甲要将热量传递给乙，故甲、乙的内能均减小。

(2)若隔板B绝热但可以自由移动，则当活塞P缓慢向B移动时，乙气体压强增大，隔板B向里移动，甲气体也被压缩，故甲、乙气体的内能均增加。

12、从高处由静止开始下落的水滴到达地面时的速度为，若在下落过程中，损失的机械能80%转化为水的内能使水温升高，求此过程中水温升高值。（已知水的比热容J/（kg·℃），，水吸收的热量用表示）

【答案】℃

【解析】水滴下落的过程中，重力势能减少

mgh

动能增加

（初速度为零）

水滴的内能增加了

因为减少的机械能为减少的重力势能大小与增加的动能大小之差，由题意减少的机械能有80%转变为水的内能。所以有

可得

℃