人教版 (2019)选择性必修 第三册3 能量守恒定律同步达标检测题

第三章  热力学定律

3  能量守恒定律

【基础巩固】

1.第一类永动机是不可能制成的,这是因为 (　　)

A.不符合机械能守恒定律

B.违背了能量守恒定律

C.违背了热力学第一定律

D.暂时找不到合理的设计方案和理想材料

解析:第一类永动机不能制成的原因是违背了能量守恒定律.

答案:B

2.(2022·广东江门)一定量的气体在某一过程中,外界对气体做了8×104 J的功,气体的内能减少了1.2×105 J,则下列各式中正确的是 (　　)

A.W=8×104 J,ΔU=1.2×105 J,Q=4×104 J

B.W=8×104 J,ΔU=-1.2×105 J,Q=-2×105 J

C.W=-8×104 J,ΔU=1.2×105 J,Q=2×105 J

D.W=-8×104 J,ΔU=-1.2×105 J,Q=-4×104 J

解析:外界对气体做了8×104 J的功,则W=8×104 J,气体内能减少了1.2×105 J,则ΔU=-1.2×105 J。由热力学第一定律ΔU=W+Q,可得Q=-2×105 J。故选项B正确,选项A、C、D错误。

答案:B

3.汽车关闭发动机后,在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

解析:汽车匀速下滑,一定受阻力作用,汽车克服阻力做功,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.

答案:C

4.自由摆动的秋千摆动幅度越来越小,下列说法正确的是 (　　)

A.秋千的机械能守恒

B.秋千的能量正在消失

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

解析:整个过程中只有机械能转化为内能,根据能量守恒定律知选项D正确.

答案:D

5.在一个与外界没有热交换的房间内打开冰箱门,冰箱工作,过一段时间房间内的温度将 (　　)

A.降低　　　　　　　      　B.升高

C.不变                  D.无法确定

解析:取房间内气体及电冰箱(有散热装置)为系统,外界消耗电能,对系统做功,系统总能量增加.

答案:B

6.柴油在柴油机的汽缸中燃烧,产生高温高压的气体,燃料的化学能转化为气体的内能,高温高压的气体推动活塞做功,气体的内能又转化为柴油机的机械能,燃烧质量相等的柴油,输出的机械能越多,柴油机越节能.有经验的柴油机维修师傅,不用任何仪器,只要将手伸到柴油机排气管附近,去感知一下尾气的温度,就能够判断出这台柴油机是否节能.关于尾气的温度跟柴油机是否节能之间的关系,下列说法正确的是              (　　)

A.尾气的温度越低,柴油机越节能

B.尾气的温度越高,柴油机越节能

C.尾气的温度高低与柴油机是否节能无关

D.以上说法均不正确

解析:高温高压的燃气推动活塞向下运动,对活塞做功,燃气的内能大部分转化为活塞的机械能,在做功的过程中,转化为活塞的机械能的内能越多,尾气的温度越低,柴油机越节能,故选项A正确.

答案:A

7.下列说法正确的是 (　　)

A.随着科技的发展,永动机是可以制成的

B.太阳照射到地球上的光能转化成了其他形式的能量,但照射到宇宙空间的能量都消失了

C.“既要马儿跑,又要马儿不吃草”违背了能量守恒定律,因而是不可能实现的

D.有种“全自动”手表,不用上发条,也不用任何形式的电源,却能一直走动,说明能量可以凭空产生

解析:永动机违背了能量守恒定律,是永远不可能制成的,选项A错误.太阳辐射大量的能量,地球只吸收了极小的一部分,就形成了风、云、雨、雪,使万物生长,但辐射到宇宙空间的能量也没有消失,而是转化成了其他的能量,选项B错误.马要运动,必须消耗能量,否则违背能量守恒定律,选项C正确.根据能量守恒定律,选项D错误.

答案:C

8.如图所示,一个质量为20 kg的绝热汽缸竖直放置在水平面上,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,现在在活塞上方加一质量为15 kg的物体,待稳定后,被封闭气体的高度变为40 cm.g取10 m/s2,不考虑大气压力及摩擦阻力. 求在这一过程中气体的内能增加多少.

解析:由能量守恒定律可知,气体内能的增加量等于活塞和物体重力势能的减少量,即

ΔU=ΔE=(m0+m)gΔh=20 J.

答案:20 J

9.一水滴自100 m高处匀速下落,假设水滴与空气摩擦产生的热量全部被水滴吸收而使水滴温度升高,已知水的比热容c=4.2×103 J/(kg·℃),g取10 m/s2.求水滴落地时升高的温度.

解析:设水滴的质量为m,水滴匀速下落,空气对水滴的摩擦力Ff与水滴的重力mg是一对平衡力,它们的大小相等,即Ff=mg,

水滴克服摩擦力所做的功Wf=Ff·h=mgh,

水滴克服摩擦力做的功全部转化为水滴的内能,则有

mgh=cmΔt,

水滴落地时升高的温度

Δt===℃=0.24 ℃.

答案:0.24 ℃

【拓展提高】

10.(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光;降落伞在空中匀速下降;条形磁体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

解析:这四个现象中物体在运动过程中都受到阻力作用,汽车主要受到制动阻力,流星、降落伞受到空气阻力,条形磁体下落过程中受到磁场阻力,因而物体都克服阻力做功,选项A正确.四个运动过程中,汽车的动能转化成了其他形式的能,流星、降落伞、条形磁体的重力势能转化成其他形式的能,总之是机械能转化成了其他形式的能,选项D正确,选项B、C错误.

答案:AD

11.如图所示,直立绝热长方体容器内部有被隔板隔开的A、B两部分理想气体,它们的体积相同,A的密度大,B的密度较小,抽去隔板,加热气体,使两部分气体均匀混合,设在此过程中气体吸热Q,气体内能增加量为ΔE,则              (　　)

A.ΔE=Q               B.ΔE<Q

C.ΔE>Q               D.无法比较

解析:抽去隔板前,A、B气体的整体重心在中线以上,抽去隔板待气体混合均匀后,重心恰好在中线上,系统的重力势能减少,由能量守恒定律知,减少的重力势能转化成内能,气体的内能增加,吸收热量也使气体的内能增加,则气体内能的增加量大于气体所吸收的热量.

答案:C

12.风沿水平方向以速度v垂直吹向一直径为d的风车叶轮,设空气密度为ρ,风的动能的50%转化为风车的动能,风车带动水车将水提高h的高度,效率为80%.求时间t内最多可提升的水的质量.

解析:在时间t内吹在风车上的空气的质量为

m1=πd2vtρ,

风的动能Ek=m1v2=πd2v3tρ,

根据题意πd2v3tρ×50%×80%=mgh,

则m=.

答案:

13.一质量为m的铁球从高h处由静止落到地面上,回弹速率是落地速率的一半,假设撞击所转化的内能全部使铁球温度升高,铁球下落过程无空气阻力,则铁球的温度升高多少?设铁的比热容为c,自由落体加速度为g.

解析:设铁球落到地面时的速率为v,由v2=2gh得铁球落地时的速率v=,

铁球在撞击地面时损失的动能

ΔE=mv2-m=mgh,

损失的动能全部转化为铁球的内能,则ΔU=ΔE=mgh,

由Q=cmΔt=ΔU得

Δt===.

答案:

【挑战创新】

14.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,叶片形状迅速恢复原状,转轮因此能转动较长时间.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

解析:形状记忆合金从热水中吸收热量后,一部分能量在伸展划水时转化为水和转轮的动能,另一部分释放到空气中,根据能量守恒定律可知只有选项D正确.

答案:D