3.3 能量守恒定律 同步练习 -2024-2025学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第三册

第三章第三节 能量守恒定律 【教材课后习题】 1.下面的设想符合能量守恒定律吗？请简述理由。 （1）利用永久磁铁间的作用力，造一台永远转动的机械。 （2）造一艘没有动力系统的船在水面上行驶。 （3）通过太阳照射飞机，使飞机不带燃料也能飞行。 2.有一个500 mL的饮料罐，其标签上注有“180 kJ/100 mL”的能量参考值。请你估算这瓶饮料的能量相当于一个成年人爬多少层楼所做的功。 3.为测算太阳射到地面的辐射能，某校科技实验小组的同学把一个横截面积是的矮圆筒的内壁涂黑，外壁用保温材料包裹，内装水0.6 kg。让阳光垂直圆筒口照射2 min后，水的温度升高了1 ℃。请由此估算在阳光直射时地面上每平方米每分钟接收的太阳能量。水的比热容c为。 【定点变式训练】 4.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其他能量，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 5.如图所示，这是中国传统玩具饮水鸟。在鸟的面前放上一杯水，用手把鸟嘴浸到水里，小鸟“喝”了一口后，又直立起来。之后，无需人的干预，小鸟直立一会儿就会自己俯下身去使鸟嘴浸入水中“喝”水，然后又会直立起来。就这样周而复始，小鸟不停地点头“喝”水，则下列说法正确的是( ) A.饮水鸟上下运动的能量来源于周围空气的内能 B.水杯中的水干了之后，小鸟还能点头“喝”水 C.这种玩具饮水鸟是一架永动机 D.此现象违背了热力学第一定律 6.图为利用钨锅炼铁的场景。若铁的质量大于钨锅的质量，起始时铁的温度比钨锅的温度低，当它们接触在一起时，忽略它们和外界交换的能量，下列说法正确的是( ) A.达到热平衡时，钨锅的温度比铁的低 B.热传递的过程中，铁从钨锅吸收热量 C.达到热平衡时，钨锅内能的减少量小于铁内能的增加量 D.达到热平衡时，由于铁的质量大于钨锅的质量，钨锅内能的减少量大于铁内能的增加量 7.如图所示，内壁光滑的绝热汽缸竖直固定在水平面上，用质量为m的绝热活塞把缸内空间分成两部分。两部分中封闭有相同质量和温度的同种理想气体，活塞用销钉K固定，已知P部分的气体体积小于Q部分的气体体积，活塞能上、下自由移动。现拔掉销钉，活塞移动一小段距离后再将其固定。下列说法正确的是( ) A.两部分气体内能之和增大 B.两部分气体内能之和不变 C.两部分气体温度都升高 D.两部分气体温度都降低 8.关于能量和能源，下列说法中正确的是( ) A.能量在转化和转移过程中，其总量有可能增加 B.能量在转化和转移过程中，其总量会不断减少 C.能量在转化和转移过程中总量保持不变，故节约能源没有必要 D.能量的转化和转移具有方向性，且现有可利用的能源有限，故必须节约能源 答案以及解析 1.答案：见解析 解析：（1）不符合能量守恒定律，利用磁场能可能使磁铁所具有的磁场能转化为动能，但由于摩擦力的不可避免性，动能最终转化为内能，使转动停止，所以不可能永远转动。 （2）不符合能量守恒定律，船在水面上行驶，一定有其他形式的能转化为动能。而船没有动力系统，没有其他形式的能转化为动能。 （3）符合能量守恒定律，可利用光能的可转化性和电能的可收集性，使光能转化为飞机的动能，实现飞机不带燃料也能飞行。 2.答案：600层 解析：饮料中的总能量 设成年人体重50 kg，每层楼高度为3 m，g取，成年人爬了n层楼 则 代入数据层。 3.答案： 解析：圆筒内的水经过2 min增加的内能为：，其中， 所以，。 每分钟获得能量为：。 圆筒面积为：。 地面上每平方米每分钟接收到的太阳能为：。 4.答案：C 解析：由能量守恒定律和能量的转移和转化具有方向性，可知永动机不可能制成，A错误；能量不可能凭空消失，B错误；能量也不可能凭空产生，C正确，D错误。 5.答案：A 解析：玩具饮水鸟的内部结构如图所示，其原理是先在鸟嘴上滴一些水，水分蒸发过程中吸热使得头部气压小于肚子中的气压，从而使肚子中的部分液体压入头部，使重心上移，鸟的身体变得不稳定而发生倾斜，倾斜的过程中肚子中的玻璃管口脱离液面，从而使头部的液体又回流到肚子中，使鸟的身体再回到开始的竖直状态，而刚才倾斜的过程中鸟嘴刚好又沾到了水，之后鸟回到竖直状态后，鸟嘴的水分蒸发，重复前面的运动过程，即饮水鸟上下运动的能量来源于周围空气的内能，A正确；根据上述分析可知，当水杯中的水干了之后，由于不能形成头部和肚子内空气的压强差，小鸟不能再上下运动，即小鸟不能点头“喝”水，B错误；这种玩具饮水鸟仍然遵循能量守恒定律，不是一架永动机，此现象没有违背热力学第一定律，C、D错误。 6.答案：B 解析：达到热平衡时，钨锅的温度和铁的温度相同，故A错误；由于铁的温度比钨锅的温度低，故在热传递的过程中，铁从钨锅吸收热量，故B正确；达到热平衡时，根据能量守恒定律可知，钨锅内能的减少量等于铁内能的增加量，故C、D错误。 7.答案：A 解析：由题意，两部分理想气体的质量和温度相同，根据理想气体状态方程，结合P部分的体积小于Q部分的体积可知，P部分的气体压强大于Q部分的气体压强，又因为活塞受到竖直向下的重力，则拔掉销钉，活塞向下移动，其重力势能减小，由能量守恒定律可知，两部分气体内能之和增大，A正确，B错误；同理，活塞下移，外界对P部分气体做负功，同时外界对Q部分气体做正功，又汽缸绝热，，根据热力学第一定律，可知P部分的气体内能减小，温度降低，Q部分的气体内能增加，温度升高，C、D错误。 8.答案：D 解析：能量在转化和转移过程中，总量是守恒的，故选项A、B错误；虽然能量在转化和转移过程中总量保持不变，但品质会下降，能源会逐步减少，故必须节约能源。 学科网（北京）股份有限公司 $$