高中物理人教版 (2019)选择性必修 第三册3 能量守恒定律优秀达标测试

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基础篇
一、单选题
1.目前，共享单车作为绿色出行的交通工具，已成为时尚。甲、乙两种共享单车都采用了电子锁，车锁内集成了多种模块，这些模块工作时需要电能。这两种共享单车采用了不同的方式获取电能：甲车靠小型发电机——踩动单车时，线圈在磁场中转动，产生电能，如图甲所示；乙车靠车筐底部的太阳能电池板——有光照时，产生电能，如图乙所示。这两种共享单车获取电能时，都是把其他形式的能转化为电能。关于它们的能量转化，下列说法正确的是( )
甲 乙
A.都是把机械能转化为电能
B．都是把光能转化为电能
C．甲车把机械能转化为电能，乙车把光能转化为电能
D．甲车把光能转化为电能，乙车把机械能转化为电能
【答案】C
【解析】甲车靠小型发电机——踩动单车时，线圈在磁场中转动，产生电能，故是将机械能转化为电能；乙车靠车筐底部的太阳能电池板——有光照时，产生电能，故是将光能转化为电能，故A、B、D错误，C正确。
故选：C。
2.学习了“流体压强与流速的关系”后，为了解决“H”形地下通道中过道的通风问题，同学们设计了如下几种方案.如图所示，黑色部分为墙面凸出部分，“M”为安装在过道顶的换气扇，其中既有效又节能的是（ ）
A．B．C．D．
【答案】C
【解析】A．要想让风经过过道，过道左右两端的气压应该不同，所以过道左右两端的通风道中的空气流动速度不同，A图中，过道左右两端的通风道相同，所以过道左右两端的通风道中的空气流动速度相同，A错误；
B．B图中，过道左右两端的通风道相同，所以过道左右两端的通风道中的空气流动速度相同，B错误；
C．C图中，过道右端的通风道有凸起，所以相同时间风经过过道右端的通风道时路程长，则风速较快，所以过道右端的气压小于左端的气压，所以空气会从过道的左端流向右端，过道中有风通过，此方案不需要消耗其他能量，既有效又节能，此方案合理，C正确；
D．图D中，过道中有电动机，电动机工作时过道中空气流动速度加快，气压减小，空气会从过道口流进来而通风，但需要消耗电能，故此方案虽有效但不节能，不合理，D错误。
故选：C。
3.在人类经济发展中环境保护日益重要，而利用太阳能发电投资少，见效快。如果用太阳能替代化石燃料可以减少温室气体的排放，减轻污染，有利于环境保护。以农村住宅屋顶发电为例，如屋顶放置垂直太阳光线的光电池板，面积为10米×5米，已知太阳光垂直照射到地球表面的光能平均为1400焦/米2？秒，如果太阳平均每天有6小时的垂直照射，现在的光电转化率大约为23％，那么这个屋顶在一天内发电大约有（ ）
A．10000度 B．1000度 C．100度 D．10度
【答案】C
【解析】由，这个屋顶在一天内发电大约有，故C正确。
故选：C。
4.如图所示是架在屋顶的太阳能热水器。已知单位时间内太阳垂直射到地面附近单位面积的能量E0为7×103J/（m2·s）。一台热水器的聚热面积为2m2，若每天相当于太阳直射热水器4h，太阳能的20%可转化为水的内能，下列分析正确的是（ ）
A．太阳垂直射到地面附近的单位面积的热辐射功率为7×103W
B．这台热水器单位时间聚集的太阳能最多为7×103J
C．这台热水器一天内最多能利用的太阳能为5.6×104J
D．这台热水器全年内最多转化的水的内能约为1.4×1010J
【答案】A
【解析】A．由功率的公式，即，A正确；
B．由题意可知，这台热水器单位时间聚集的太阳能最多为，B错误；
C．根据题意，这台热水器一天内最多能利用的太阳能为，C错误；
D．根据题意，这台热水器全年内最多转化的水的内能约为，D错误。
故选：A。
5.柴油机的压缩冲程时间极短，可以认为此期间气缸与外界没有热交换，下列说法正确的是（ ）
A．由于压缩，气缸内气体压强增大，温度不变
B．由于压缩，气缸内气体压强不变，温度升高
C．外界对气体做功，气体内能增大
D．气体对外界做功，气体内能减小
【答案】C
【解析】A．气体与外界没有热交换即Q=0，而气体被的压缩，气体的体积变小，外界对气体做功W＞0，由气体内能变化公式△u=W+Q得：△u＞0，温度升高，故A错．
B．气体与外界没有热交换即Q=0，而气体被的压缩，气体的体积变小，外界对气体做功W＞0，由气体内能变化公式△u=W+Q得：△u＞0，温度升高，由气体状态方程＝C得压强变大．故B错．
C．气体与外界没有热交换即Q=0，而气体被的压缩，气体的体积变小，外界对气体做功W＞0，由气体内能变化公式△u=W+Q得：△u＞0，即内能增大．故C正确，D错。
故选：C。
6.下列说法正确的是 （ ）
A. 液体的温度越低，布朗运动越明显
B. 液体的温度越高，其分子热运动越剧烈
C. 气体对外界做功，其内能一定减小
D. 气体从外界吸热，其内能一定增大
【答案】D
【解析】液体的温度越高，其分子热运动越剧烈，布朗运动越明显，选项A错误，B正确；气体对外界做功，若气体吸热，则其内能不一定减小，选项C错误；气体从外界吸热，若气体对外做功，则其内能不一定增大，选项D错误。
故选：D。
7.如图所示为某人设计的一种机器，原理是这样的：在立柱上放一个强力磁铁A，两槽M和N靠在立柱旁．上槽M上端有一个小孔C，下槽N弯曲．如果在B处放一小铁球，它就会在强磁力作用下向上滚，滚到C时从小孔下落沿N回到B，开始往复运动，从而进行“永恒的运动”．关于这种机器，下列说法正确的是（ ）
A．这种机器可以永恒运动，说明了永动机可以制造
B．这种机器是可以制造的，并且小球在下滑时能源源不断地对外做功
C．这种机器不能永恒运动，如果小球能从静止加速上升到C的话，它就不可能从C加速下滑到B，并再次从B回到C
D．这种机器不能永恒运动，关键是因为摩擦阻力太大，要消耗能量
【答案】C
【解析】A．B．这种机器违背了能量守恒定律，故是不可能制造成功的，故A错误，B错误；
C．D．这种机器不能永恒运动，如果小球能从静止加速上升到C的话，它就不可能从C加速下滑到B，并再次从B回到C，故C正确，D错误。
故选：C。
8.如图,甲．乙两金属球完全相同,若将两球从相同的初温加热到相同的末温,且不计悬线和支持面的吸热,则（ ）
A.甲球吸热较多 B.乙球吸热较多
C.两球吸热一样多 D.无法比较哪只球吸热较多
【答案】B
【解析】两球受热后,体积都要膨胀,甲球因放在不导热的水平面上,受热膨胀后,球的重心升高,要克服重力做功,而耗费一部分能量,所以用来提高球体温度的能量就减少了一些(严格地讲,是甲球内能的增量就减少了一些).乙球情况刚好与甲球相反,乙球莺心的下降引起乙球重力势能的减少,重力对乙球做了功,所以乙球内能的增量要大于”供给的热量”,而两球因膨胀而引起的对大气的做功情况是几乎相同的,所以Δt甲＜Δt乙,选项B正确。
故选：B。
9.能量守恒定律是自然界最普遍的规律之一。以下不能体现能量守恒定律的是（ ）
A．热力学第一定律 B．牛顿第三定律
C．闭合电路欧姆定律 D．机械能守恒定律
【答案】B
【解析】A．热力学第一定律是描述做功与热传递改变物体的内能之间的关系，则能体现能量守恒定律，故A正确；
B．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，故B错误；
C．闭合电路欧姆定律描述的量电动势等于在外电路与内电路上电势降落之和，则能体现能量守恒定律，故C正确；
D．机械能守恒定律描述的量动能与势能间的相互转化但总机械能不变，则能体现能量守恒定律，故D正确。
故选：B。
10.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
【答案】C
【解析】冰箱只是把冰箱内的热量移到外面，但在绝热的密封舱中，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，根据能量守恒可知室内温度升高了。
故选：C。
11.出行，是人们工作生活必不可少的环节，出行的工具五花八门，使用的能量也各不相同．自行车．电动自行车．普通汽车消耗的能量类型分别是（ ）
①生物能 ②核能 ③电能 ④太阳能 ⑤化学能．
A．①④⑤
B．①③⑤
C．①②⑤
D．①③④
【答案】B
【解析】自行车要人力，需要消耗体内的生物能；电动车要充电，消耗电能；汽车要燃烧汽油，消耗化学能。
故选：B。
提升篇
一、多选题
1．下列有关热学问题的说法错误的是（ ）
A．在分子间距改变，分子力减小的过程中，分子势能一定是减小的
B．理想气体的体积增大，则无论温度是否改变，单位体积的分子数目一定减小
C．气体中也可以发生布朗运动，如阳光下粉尘的运动
D．以焦耳的实验为基础的热力学第一定律即内能与其他能量发生转化时的能量守恒定律
【答案】AC
【解析】A．在分子间距增大，分子引力力减小的过程中，分子势能是增加的，A错误；
B．理想气体的体积增大，则无论温度是否改变，单位体积的分子数目一定减小，B正确；
C．气体中也可以发生布朗运动，但阳光下粉尘的运动不是布朗运动，粉尘是由于空气流动的原因造成的，C错误；
D．以焦耳的实验为基础的热力学第一定律即内能与其他能量发生转化时的能量守恒定律，D正确。
故选：AC。
2.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】AD
【解析】永动机是不消耗任何能量却能源源不断对外做功的机器，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.故A、D正确，B、C错误。
故选：AD。
3.一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，物体和斜面组成的系统的下列说法中正确的是( )
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】BD
【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．由能量转化和守恒定律知，内能应增加，总能量不变．B、D正确。
故选：BD。
4.如图所示，绝热汽缸中间用固定栓将可无摩擦移动的导热隔板(质量不计)固定，左右两室分别充有一定量的氢气和氧气(视为理想气体)．初始时，两室气体的温度相等，氢气的压强大于氧气的压强，松开固定栓直至系统重新达到平衡．下列说法中正确的是( )
A．初始时氢气分子的平均动能大于氧气分子的平均动能
B．系统重新达到平衡时，氢气的内能比初始时的小
C．松开固定栓直至系统重新达到平衡的过程中，有热量从氧气传递到氢气
D．松开固定栓直至系统重新达到平衡的过程中，氧气的内能先增大后减小
【答案】CD
【解析】初始时，两室气体的温度相同，故分子平均动能相等，A错误；因为汽缸是绝热的，所以汽缸内气体的总的内能守恒，由于隔板导热，重新平衡后两种气体温度仍相同，即气体内能仍相等，所以每种气体内能均不变，B错误；氢气通过隔热板对氧气做功，而内能不变，由热力学第一定律可知氢气一定吸收了来自氧气的热量，C正确；达到平衡的过程中，氢气对氧气做功，氧气内能增加，热量从氧气传递到氢气，氧气内能又减小，D正确。
故选：CD。
5.下列关于能量转化现象的说法中，正确的是( )
A.用太阳灶烧水是光能转化为内能
B.风车发电是风的动能转化为电能
C.核电站发电是电能转化为内能
D.生石灰放入盛有凉水的烧杯里，水温升高是动能转化为内能
【答案】AB
【解析】C选项中是核能转化为电能，D中是化学能转化为内能，A、B正确。
故选：AB。
二、非选择题：
1.风沿水平方向以速度v垂直吹向一直径为d的风车叶轮上，设空气密度为ρ，风的动能有50%转化为风车的动能，风车带动水车将水提高到h的高度，效率为80%，重力加速度为g，求单位时间内最多可提升的水的质量m。
【答案】eq \f(πd2ρv3,20gh)
【解析】设在t时间内吹在风车上的空气的质量为m0，则m0＝eq \f(1,4)πd2·vt·ρ，
风的动能Ek＝eq \f(1,2)m0v2＝eq \f(1,8)πd2v3tρ，
根据题意eq \f(1,8)πd2v3tρ×50%×80%＝mgh，则eq \f(m,t)＝eq \f(πd2ρv3,20gh)。
２.若将气泡内的气体视为理想气体，气泡从湖底缓慢上升到湖面的过程中，对外界做了0.6J的功，（设湖水的温度相等且保持不变）
(1)气泡上升过程中吸收的热量是多少？
(2)气泡到达湖面后，由于太阳的照射，在温度上升的过程中又对外界做了0.1J的功，同时吸收了0.3J的热量，则此过程中，气泡内气体内能增加了多少？
【答案】(1)0.6J；(2)0.2J
【解析】(1)气体温度不变，内能不变，由热力学第一定律ΔU=Q＋W，则Q=ΔU-W=0-(-0.6J)=0.6J。
(2)由热力学第一定律得ΔU=Q＋W=0.3J＋(-0.1J)=0.2J，内能增加0.2J。
3.如图所示为冲击摆实验装置，一质量为m的子弹以v0射入质量为M的沙箱后与沙箱合为一体，共同摆起一定高度h，则整个过程中子弹和沙箱由于相互作用所产生的内能为多少？(不计空气阻力)
【答案】eq \f(1,2)mveq \\al(2,0)－(M＋m)gh
【解析】子弹和沙箱相互作用的过程中，损失动能，转化为系统内能，由能量守恒定律得
ΔU＝eq \f(1,2)mveq \\al(2,0)－eq \f(1,2)(M＋m)v2①
由于子弹和沙箱相互作用的时间极短，它们一起从最低点以v做圆周运动，满足机械能守恒，即
eq \f(1,2)(M＋m)v2＝(M＋m)gh②
由①②解得ΔU＝eq \f(1,2)mveq \\al(2,0)－(M＋m)gh。