3.3 能量守恒定律 -【帮课堂】2024-2025学年高二物理 同步学与练（ 人教版2019选择性必修第三册）

3.3 能量守恒定律 ( 学习目标 ) 课程标准 物理素养 3.2.1 通过有关史实，了解能量守恒定律的发现过程，体会科学探索中的挫折和失败对科学发现的意义。 3.2.2 理解能量守恒定律，能用能量守恒的观点解释自然现象。体会能量守恒定律是最基本、最普遍的自然规律之一。 物理观念：能量观念。 科学思维：知道人类对能量概念的逐步认识过程，并理解能量和能量守恒观念对世界统一性的意义。理解能量守恒定律，知道能量守恒定律是自然界普遍遵从的基本规律。知道第一类永动机是不可能实现的。 科学探究：知道人类对能量概念的逐步认识过程。 科学态度与责任：知道能量守恒定律是自然界普遍遵从的基本规律。要重视科学与技术之间的关系。 ( 0 2 思维导图 ) ( 0 3 知识梳理 ) （1） 课前研读课本，梳理基础知识： 一、探索能量守恒的足迹 1、能量的概念是人类在对物质运动规律进行长期探索中建立起来的。所有自然现象都涉及 ，人类的任何活动都离不开能量。 （1）能量具有 的形式 （2）各种形式的能量之间可以相互 （3）能量转化的研究成果 2、能量守恒观念的形成 俄国化学家盖斯：任何一个化学反应，不论是一步完成，还是分几步完成，放出的总热量相同。 表明一个系统（即参加化学反应的几种物质）存在着一个与热量相关的物理量，在一个确定的化学反应中这个量是不变的。 德国医生迈尔通过比对不同地区人血颜色的差异，认识到食物中化学能与内能的等效性，即生物体内能量的输入和输出是平衡的。另外，他还通过海水在暴风雨中较热的现象，猜想热与机械运动的等效性。他在1841年和1842年连续写出“论‘自然力’（指能量）守恒”的论文，并推算了多少热与多少功相当。因此，迈尔是公认的第一个提出能量守恒思想的人。 人类对能量的认识过程，体现了科学前辈们对“守恒”这一科学思想的追寻。 焦耳的实验精确地测量了做功与传热之间的等价关系，从而为能量守恒定律奠定了牢固的实验基础，也为能量守恒的定量描述迈出了重要的一步。 德国科学家亥姆霍兹在不了解迈尔和焦耳研究的情况下，从永动机不可能制成这一事实出发，考察了自然界不同的“力”（指能量）之间的相互关系，提出了“张力”（即势能）与“活力”（即动能）的转化。他还分析了在电磁现象和生物机体中能量的守恒问题。 能量守恒不是由某一个人通过某一项的研究而得到的。 二、能量守恒定律 1、内容：能量既不会 产生，也不会 消失，它只能从一种形式 为另一种形式，或者从一个物体 到别的物体，在转化或转移的过程中，能量的总量保持不变。 2、能量守恒定律的历史意义：能的转化和守恒定律是19世纪自然科学中三大发现之一（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），也庄严宣告了永动机幻想的彻底破灭. 能量守恒定律是认识自然、改造自然的有力武器，这个定律将广泛的自然科学技术领域联系起来，使不同领域的科学工作者有一系列的共同语言. 3、能量守恒定律的特例 机械能守恒定律 能量守恒在机械能范围内的表现 热力学第一定律 能量守恒在热力学范围内的表现 区别：热力学第一定律和机械能守恒定律能够给出具体的定量形式，而能量守恒定律却给不出。 4、能量是与质量相关联的一个物理量 能量守恒的观点也在不断地发展，相对论建立以后，基本粒子的研究使我们认识到，能量其实是与质量相关联的一个物理量。在20世纪30年代初，奥地利物理学家泡利根据能量守恒定律预言了中微子。 三、永动机不可能制成 任何动力机械的作用都是把 的能转化为机械能。内燃机把燃料的化学能转化为燃气的内能然后再转化为机械能，电动机把电能转化为机械能......如果没有燃料、电流或其他动力的输入，能量从哪里来呢！ 永动机的思想违背了能量守恒定律，所以是 制成的。 ( 0 4 题型精讲 ) 【题型一】第一类永动机 【典型例题1】(1)如图甲所示，一理想的“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面“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．下列说法中正确的是(　　) 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 (2)如图乙所示，内壁光滑的汽缸水平放置，一定质量的理想气体被密封在汽缸内，外界大气压强为p0.现对汽缸缓慢加热，气体吸收热量Q后，体积由V1增大为V2，则在此过程中，气体分子的平均动能______(选填“增大”、“不变”或“减小”)，气体内能变化了______． 【典型例题2】“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．它违背了能的转化和守恒定律 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 【对点训练1】关于热学现象和热学规律，下列说法中正确的是(　　) A．布朗运动就是液体分子的热运动 B．用油膜法测分子直径的实验中，应使用纯油酸滴到水面上 C．第一类永动机不可能制成是因为它违背了能量守恒定律 D．用活塞压缩汽缸里的空气，对空气做功3.0×105 J，同时空气的内能增加2.2×105 J，则空气从外界吸热5.2×105 J 【对点训练2】下列说法正确的是(　　) A．气体吸收了热量，其温度一定升高 B．第一类永动机不可能造成的原因是违反了能量守恒定律 C．对于确定的液体和确定材质的毛细管，管的内径越细，毛细现象越不明显 D．晶体均有规则的几何形状 【题型二】能量守恒定律的应用 【典型例题3】(多选)如图所示，一轻绳吊着粗细均匀的棒，棒下端离地面高Ｈ，上端套着一个细环。棒和环的质量分为4m和m，相互间最大静摩擦力等于滑动摩擦力，其大小为4mg。断开轻绳，棒和环自由下落。假设棒足够长，与地面发生碰撞时，触地时间极短，无动能损失。棒在整个运动过程中始终保持竖直，空气阻力不计。则(　　) A．从断开轻绳到棒和环都静止，系统损失的机械能为 B．从断开轻绳到棒和环都静止的过程中，环相对地面始终向下运动 C．棒第一次与地面碰撞弹起上升过程中，环相对地面先做匀减后匀加最后做匀减速运动 D．从断开轻绳到棒和环都静止的过程中，环相对于棒没有往复运动，但总位移向下 【典型例题4】如图甲所示，在竖直放置的圆柱形容器内用横截面积的质量不计且光滑的活塞密封一定质量的气体，活塞上静止一质量为m的重物。图乙是密闭气体从状态A变化到状态B的图像，密闭气体在A点的压强，从状态A变化到状态B的过程中吸收热量。已知外界大气压强，下列说法正确的是（    ） A．重物质量 B．气体在状态B时的体积为 C．从状态A变化到状态B的过程，气体对外界做功 D．从状态A变化到状态B的过程，气体的内能增加 【对点训练3】如图所示，A、B是两个完全相同的热胀冷缩明显的金属球，初温相同。A放在绝热板上，B用绝热绳悬挂。现只让它们吸热，当它们升高相同的温度时，吸热分别为QA、QB，则(　　) A．QA=QB B．QA<QB C．QA>QB D．无法确定 【对点训练4】(多选)如图所示，带有活塞的汽缸中封闭着一定质量的理想气体(不考虑气体分子势能)，汽缸和活塞均具有良好的绝热性能。将一个热敏电阻置于汽缸中，热敏电阻与汽缸外的欧姆表连接，汽缸固定不动，缸内活塞可自由移动且不漏气，活塞下挂一沙桶，沙桶装满沙子时活塞恰好静止。现将沙桶底部钻一小洞，细沙缓缓漏出。则下列说法正确的是(　　) A．外界对气体做功，气体的内能增大 B．气体对外界做功，气体的内能减小 C．气体的压强增大，体积减小 D．欧姆表的指针逐渐向右偏转 【题型三】联系实际 【典型例题5】一种冷暖两用型空调在制热时，每消耗电能，放出约的热量。下列说法正确的是(　　) A．空调制热过程产生了新能量 B．空调制热时放出的热量全部是由电能转化面来的 C．此过程违反了能量守恒定律 D．空调制热时放出的热量，一部分是由电能转化而来，另一部分则是从外界吸收 【典型例题6】如图是一自热米饭盒，盒内有一个发热包，遇水发生化学反应而产生大量热量，盖上盒盖便能在10～15分钟内加热食品。自热米饭盒的盖子上有一个透气孔，如果透气孔堵塞，容易造成小型爆炸，下列说法正确的是（　　） A．饭盒爆炸前，盒内气体温度升高，则盒内每一个气体分子速率都增大了 B．饭盒爆炸，是盒内气体温度升高，气体压强增大导致的结果 C．在饭盒爆炸的瞬间，外界对盒内气体做正功 D．在饭盒爆炸的瞬间，盒内气体温度急剧升高 【对点训练5】(多选)空调市场上有很多变频空调，据专家介绍变频空调比定频的要节能，因为定频空调开机时就等同于汽车启动时，很耗能，是正常运行的5~7倍。空调在工作时达到设定温度就停机，等温度高了再继续启动。这样的频繁启动，耗电多，而变频空调启动时有一个由低到高的过程，运行过程是自动变速来保持室内温度，从开机到关机中间不停机，而是达到设定温度后就降到最小功率运行，所以比较省电。阅读上述介绍后，以下说法合理的是(　　) A．变频空调节能，运行中不遵守能量守恒定律 B．变频空调运行中做功少，转化能量多 C．变频空调在同样工作条件下运行效率高，省电 D．变频空调与定频空调做同样功时，消耗同样电能 【对点训练6】(多选)下列关于能量转化现象的说法中，正确的是(　　) A．用太阳灶烧水是太阳能转化为内能 B．电灯发光是电能转化为光能 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 ( 0 5 0 1 强化训练 ) 【基础强化】 1．静止于水平地面上，现在用一个80 N的水平推力推动木箱前进10 m，木箱受到地面的摩擦力为60 N，则转化为木箱与地面系统的内能U和转化为木箱的动能Ek分别是(空气阻力不计)(　　) A.U＝200 J，Ek＝600 J B.U＝600 J，Ek＝200 J C.U＝600 J，Ek＝800 J D.U＝800 J，Ek＝200 J 2.某次蹦极时，跳跃者站在悬崖的平台上，把一端固定的一根长长的橡皮条绑在踝关节处，然后两臂伸开，双腿并拢，头朝下跳下去，仿若掉入无底洞，整个心脏仿佛要跳出，约时突然往上反弹，反复持续次，定神一看，自己已安全悬挂于半空中。在人从跳出到静止的过程中（　　） A．只有动能和势能的相互转化，机械能的总量保持不变 B．减少的机械能转化为其他形式的能，转化过程中能的总量减少了 C．减少的机械能转化为其他形式的能，转化过程中能的总量是守恒的 D．其他形式的能转化为机械能，转化过程中能的总量增加 3.（多选）下列关于能量的说法中正确的是（　　） A．地面上滚动的足球最终停下来，说明能量消失了 B．能量有不同的表现形式，并可以相互转化，但总量不变 C．伽利略的斜面实验表明了小球在运动过程中某个量是守恒的 D．人类对太阳能的利用说明能量可以凭空产生 4.如图是爬山所带的氧气瓶，爬高过程中，氧气瓶里的气体体积和质量均不变，温度降低，则气体(　　) A.对外做功 　　 B.内能减少 C.吸收热量 　　 D.压强不变 5.（多选）如图所示为电冰箱的工作原理示意图。压缩机工作时，强迫制冷剂在冰箱内外的管道中不断循环。在蒸发器中制冷剂汽化，吸收箱体内的热量，经过冷凝器时制冷剂液化，放出热量到箱体外。下列说法正确的是（　　）    A．热量可以自发地从冰箱内传到冰箱外 B．电冰箱的制冷系统能够不断地把冰箱内的热量传到外界，是因为其消耗了电能 C．电冰箱的工作原理不违背能量守恒定律 D．电冰箱的工作原理违背了能量守恒定律 6.如图所示，在竖直放置的导热性能良好的圆柱形容器内用质量为m的活塞密封一部分理想气体，活塞能无摩擦地滑动，容器的横截面积为S。整个装置放在大气压为p0的室内，稳定时活塞与容器底的距离为h0。现把容器移至大气压仍为p0的室外，活塞缓慢上升d后再次平衡，重力加速度大小为g。若此过程中气体吸收的热量为Q，则密闭气体的内能（　　） A．减少了Q－(mg+p0S)d B．减少了Q+(mg+p0S)d C．增加了Q－(mg+p0S)d D．增加了Q+(mg+p0S)d 【素养提升】 7.如图所示，一定质量的理想气体从状态a依次经过状态b、c和d再回到状态a的过程，a→b是温度为T1的等温过程，c→d是温度为T2的等温过程，b→c和d→a为绝热过程(气体与外界无热量交换)，这就是著名的“卡诺循环”。卡诺循环构建了从单一热源吸收热量用来做功的理想过程，符合卡诺循环的热机的效率为。下列说法正确的是(　　) A．a→b过程气体对外界做功且吸收热量 B．b→c过程气体对外做的功小于气体内能的减少量 C．c→d过程单位时间内碰撞器壁单位面积的分子数减少 D．由卡诺循环可知热机效率可能达到100% 8．如图所示为冲击摆实验装置，一飞行子弹射入沙箱后与沙箱合为一体，共同摆起一定的高度，则下面有关能量的转化的说法中正确的是(　　) A．子弹的动能转变成沙箱和子弹的内能 B．子弹的动能转变成了沙箱和子弹的热能 C．子弹的动能转变成了沙箱和子弹的动能 D．子弹动能的一部分转变成沙箱和子弹的内能，另一部分动能转变成沙箱和子弹的机械能 9.如图所示，上端开口、粗细均匀的U形管的底部中间有一阀门，开始阀门关闭，两管中的水面高度差为h.现将阀门打开，最终两管水面相平，则这一过程中(　　) A．大气压做正功，重力做负功，水的内能不变 B．大气压不做功，重力做正功，水的内能增大 C．大气压不做功，重力做负功，水的内能增大 D．大气压做负功，重力做正功，水的内能不变 10．有一种在超市中常见的“强力吸盘挂钩”如图甲所示。图乙、图丙是其工作原理示意图。使用时，按住锁扣把吸盘紧压在墙上（如图乙），然后把锁扣扳下（如图丙），让锁扣以盘盖为依托把吸盘向外拉出，使吸盘牢牢地被固定在墙壁上，若吸盘内气体可视为理想气体，且温度始终保持不变。则此过程中（　　） A．吸盘内气体要吸收热量 B．吸盘内气体分子的密度增大 C．吸盘被向外拉出过程中，吸盘内气体不对外界做功 D．吸盘内气体压强增大 11．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 12.（多选）如图所示，水平放置的密封汽缸内的气体被一竖直隔板分隔为左右两部分，隔板可在汽缸内无摩擦滑动，右侧气体内有一电热丝。汽缸壁和隔板均绝热。初始时隔板静止，左右两边气体温度相等。现给电热丝提供一微弱电流，通电一段时间后切断电流。当缸内气体再次达到平衡时，与初始状态相比（　　） A．左边气体分子单位时间内撞击活塞的次数增加 B．左右两边气体温度都升高 C．左边气体压强增大 D．右边气体内能的增加量等于电热丝放出的热量 13.如图所示，是中国古代玩具饮水鸟，它的神奇之处是，在鸟的面前放上一杯水，鸟就会俯下身去，把嘴浸到水里，“喝”了一口水后，鸟将绕着O点不停摆动，一会儿它又会俯下身去，再“喝”一口水。A、B是鸟上两点，说法正确的是（　　） A．A、B两点的向心加速度大小相同 B．A、B两点的线速度大小不同，角速度大小相同 C．此过程虽然不违反能量守恒定律，但不可能发生 D．此过程违反能量守恒定律，但可能发生，说明第一类永动机可以制成 14.某地突发洪涝灾害，救援人员驾驶气垫船施救，到达救援地点后，将围困在水中的群众拉上气垫船，如图所示。若在救援人员将群众拉上气垫船的过程中，气垫船中气垫内的气体视为理想气体温度不变，气垫不漏气，则在该过程中，下列说法正确的是（　　） A．气垫内的气体内能增加 B．外界对气垫内的气体做负功 C．气垫内的气体从外界吸收热量 D．气垫内的气体单位时间、单位面积撞击气垫壁的分子数增加 【能力培优】 15.2022北京为运动员、工作人员、志愿者等提供接驳服务，成为一道亮丽风景线。大巴车的总质量为11.5t，轮胎与地面的接触总面积。该车利用氢燃料电池驱动电动机工作，在平直公路上以72km/h的速度匀速行驶时，电动机的额定功率为84kW。若水的比热容为，氢气的热值为，g取10N/kg，求： （1）质量为200kg的水吸收0.3kg的氢完全燃烧放出的热量升高的温度。 （2）大巴车静止在水平地面上时，对地面的压强。 （3）大巴车匀速行驶10min的路程和电动机所做的功。 16．一定质量的理想气体缓慢地经过一个逆时针循环过程，在图中这一循环过程是一个椭圆，点为该椭圆中心，如图所示。试求： （1）此气体若处在与椭圆中心点所对应的状态时，其温度为，那么，该气体经过循环过程中椭圆上的A点时，其温度是多少？ （2）这一循环过程是吸热过程还是放热过程？吸收或放出的热量是多少？（提示：椭圆面积公式，其中a、b分别是椭圆的半长轴和半短轴，取3.14） / 学科网（北京）股份有限公司 $$ 3.3 能量守恒定律 ( 学习目标 ) 课程标准 物理素养 3.2.1 通过有关史实，了解能量守恒定律的发现过程，体会科学探索中的挫折和失败对科学发现的意义。 3.2.2 理解能量守恒定律，能用能量守恒的观点解释自然现象。体会能量守恒定律是最基本、最普遍的自然规律之一。 物理观念：能量观念。 科学思维：知道人类对能量概念的逐步认识过程，并理解能量和能量守恒观念对世界统一性的意义。理解能量守恒定律，知道能量守恒定律是自然界普遍遵从的基本规律。知道第一类永动机是不可能实现的。 科学探究：知道人类对能量概念的逐步认识过程。 科学态度与责任：知道能量守恒定律是自然界普遍遵从的基本规律。要重视科学与技术之间的关系。 ( 0 2 思维导图 ) ( 0 3 知识梳理 ) （1） 课前研读课本，梳理基础知识： 一、探索能量守恒的足迹 1、能量的概念是人类在对物质运动规律进行长期探索中建立起来的。所有自然现象都涉及能量，人类的任何活动都离不开能量。 （1）能量具有不同的形式 （2）各种形式的能量之间可以相互转化 （3）能量转化的研究成果 2、能量守恒观念的形成 俄国化学家盖斯：任何一个化学反应，不论是一步完成，还是分几步完成，放出的总热量相同。 表明一个系统（即参加化学反应的几种物质）存在着一个与热量相关的物理量，在一个确定的化学反应中这个量是不变的。 德国医生迈尔通过比对不同地区人血颜色的差异，认识到食物中化学能与内能的等效性，即生物体内能量的输入和输出是平衡的。另外，他还通过海水在暴风雨中较热的现象，猜想热与机械运动的等效性。他在1841年和1842年连续写出“论‘自然力’（指能量）守恒”的论文，并推算了多少热与多少功相当。因此，迈尔是公认的第一个提出能量守恒思想的人。 人类对能量的认识过程，体现了科学前辈们对“守恒”这一科学思想的追寻。 焦耳的实验精确地测量了做功与传热之间的等价关系，从而为能量守恒定律奠定了牢固的实验基础，也为能量守恒的定量描述迈出了重要的一步。 德国科学家亥姆霍兹在不了解迈尔和焦耳研究的情况下，从永动机不可能制成这一事实出发，考察了自然界不同的“力”（指能量）之间的相互关系，提出了“张力”（即势能）与“活力”（即动能）的转化。他还分析了在电磁现象和生物机体中能量的守恒问题。 能量守恒不是由某一个人通过某一项的研究而得到的。 二、能量守恒定律 1、内容：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别的物体，在转化或转移的过程中，能量的总量保持不变。 2、能量守恒定律的历史意义：能的转化和守恒定律是19世纪自然科学中三大发现之一（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），也庄严宣告了永动机幻想的彻底破灭. 能量守恒定律是认识自然、改造自然的有力武器，这个定律将广泛的自然科学技术领域联系起来，使不同领域的科学工作者有一系列的共同语言. 3、能量守恒定律的特例 机械能守恒定律 能量守恒在机械能范围内的表现 热力学第一定律 能量守恒在热力学范围内的表现 区别：热力学第一定律和机械能守恒定律能够给出具体的定量形式，而能量守恒定律却给不出。 4、能量是与质量相关联的一个物理量 能量守恒的观点也在不断地发展，相对论建立以后，基本粒子的研究使我们认识到，能量其实是与质量相关联的一个物理量。在20世纪30年代初，奥地利物理学家泡利根据能量守恒定律预言了中微子。 三、永动机不可能制成 任何动力机械的作用都是把其他形式的能转化为机械能。内燃机把燃料的化学能转化为燃气的内能然后再转化为机械能，电动机把电能转化为机械能......如果没有燃料、电流或其他动力的输入，能量从哪里来呢！ 永动机的思想违背了能量守恒定律，所以是不可能制成的。 ( 0 4 题型精讲 ) 【题型一】第一类永动机 【典型例题1】(1)如图甲所示，一理想的“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面“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．下列说法中正确的是(　　) 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 (2)如图乙所示，内壁光滑的汽缸水平放置，一定质量的理想气体被密封在汽缸内，外界大气压强为p0.现对汽缸缓慢加热，气体吸收热量Q后，体积由V1增大为V2，则在此过程中，气体分子的平均动能______(选填“增大”、“不变”或“减小”)，气体内能变化了______． 答案　(1)A　(2)增大　Q－p0(V2－V1) 解析　(2)根据热力学定律，汽缸内气体的内能增加量等于气体吸收的热量减去气体对外做的功． 【典型例题2】“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．它违背了能的转化和守恒定律 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 【解析】 第一类永动机不可能制成的原因是违背了能的转化和守恒定律，故B正确，ACD错误。故选B。 【答案】 B 【对点训练1】关于热学现象和热学规律，下列说法中正确的是(　　) A．布朗运动就是液体分子的热运动 B．用油膜法测分子直径的实验中，应使用纯油酸滴到水面上 C．第一类永动机不可能制成是因为它违背了能量守恒定律 D．用活塞压缩汽缸里的空气，对空气做功3.0×105 J，同时空气的内能增加2.2×105 J，则空气从外界吸热5.2×105 J 【解析】布朗运动是小颗粒的运动，只是间接反映了液体分子的无规则运动，故A错误；用油膜法测分子直径的实验中，应使用油酸溶液滴到水面上，便于稀释后紧密排列在水面上，故B错误；第一类永动机违背了能量守恒定律，故C正确；由热力学第一定律△U=W+Q可知，空气向外界散出0.8×105J的热量，故D错误；故选C。 【答案】 C 【对点训练2】下列说法正确的是(　　) A．气体吸收了热量，其温度一定升高 B．第一类永动机不可能造成的原因是违反了能量守恒定律 C．对于确定的液体和确定材质的毛细管，管的内径越细，毛细现象越不明显 D．晶体均有规则的几何形状 【解析】由热力学第一定律，可知气体吸收热量，如果气体对外做功，内能可能减小，则其温度可能降低，故A错误；做功的过程就是能量转化的过程，第一类永动机指的是不消耗能量就能做功的机器，因违反了能量守恒定律不可能造成，故B正确；对于确定的液体和确定材质的毛细管，管的内径越细，毛细现象越明显，故C错误；晶体分为单晶体和多晶体，多晶体没有规则的几何形状，故D错误。故选B。 【答案】 B 【题型二】能量守恒定律的应用 【典型例题3】(多选)如图所示，一轻绳吊着粗细均匀的棒，棒下端离地面高Ｈ，上端套着一个细环。棒和环的质量分为4m和m，相互间最大静摩擦力等于滑动摩擦力，其大小为4mg。断开轻绳，棒和环自由下落。假设棒足够长，与地面发生碰撞时，触地时间极短，无动能损失。棒在整个运动过程中始终保持竖直，空气阻力不计。则(　　) A．从断开轻绳到棒和环都静止，系统损失的机械能为 B．从断开轻绳到棒和环都静止的过程中，环相对地面始终向下运动 C．棒第一次与地面碰撞弹起上升过程中，环相对地面先做匀减后匀加最后做匀减速运动 D．从断开轻绳到棒和环都静止的过程中，环相对于棒没有往复运动，但总位移向下 【解析】设环相对棒滑动距离为l，根据能量守恒，解得，摩擦力对棒及环做的总功为，联立解得，故A正确； 棒第一次与地面碰撞后，一开始棒的速度方向变为向上，环的速度方向继续向下，二者存在相对运动，相互间存在滑动摩擦力，棒所受合力方向向下，加速度大小为，环受重力、向上的滑动摩擦力，合力方向向上，加速度大小为，此时环的加速度大于棒的加速度，而环的速度与棒的速度相同，所以环的减速时间小于棒的减速时间，最终环会向上做匀加速运动，加速度大小为3g，直至环与棒速度大小相同，此时两者无相对运动，不受摩擦影响，均做加速度大小为g的向上的匀减速运动，直至速度为0，故B错误C正确； 当棒再次下落时，由于此时棒的速度等于环的速度，此时棒与环之间无摩擦，所以环的下落为自由落体运动，无相对于棒做往复运动，且位移总向下。故D正确；故选ACD。 【答案】 ACD 【典型例题4】如图甲所示，在竖直放置的圆柱形容器内用横截面积的质量不计且光滑的活塞密封一定质量的气体，活塞上静止一质量为m的重物。图乙是密闭气体从状态A变化到状态B的图像，密闭气体在A点的压强，从状态A变化到状态B的过程中吸收热量。已知外界大气压强，下列说法正确的是（    ） A．重物质量 B．气体在状态B时的体积为 C．从状态A变化到状态B的过程，气体对外界做功 D．从状态A变化到状态B的过程，气体的内能增加 解析: 在A状态，根据题意 解得故A错误；根据图像可知所以气体做等压变化解得故B错误；从状态A变化到状态B的过程，气体对外界做功故C错误；根据热力学第一定律故D正确。 答案：D 【对点训练3】如图所示，A、B是两个完全相同的热胀冷缩明显的金属球，初温相同。A放在绝热板上，B用绝热绳悬挂。现只让它们吸热，当它们升高相同的温度时，吸热分别为QA、QB，则(　　) A．QA=QB B．QA<QB C．QA>QB D．无法确定 【解析】 A、B升高相同的温度，根据Q=cmΔt可知，升温需要的能量是相同的。由于受热膨胀，A的重心升高，重力势能增加，QA一部分用于升温，一部分用于增加重力势能ΔEp，即QA=Q+ΔEp;B的重心降低，重力势能减小，QB和减少的重力势能ΔEp共同用于升温，即Q=QB+ΔEp;显然QA>QB。故选项C正确。 【答案】 C 【对点训练4】(多选)如图所示，带有活塞的汽缸中封闭着一定质量的理想气体(不考虑气体分子势能)，汽缸和活塞均具有良好的绝热性能。将一个热敏电阻置于汽缸中，热敏电阻与汽缸外的欧姆表连接，汽缸固定不动，缸内活塞可自由移动且不漏气，活塞下挂一沙桶，沙桶装满沙子时活塞恰好静止。现将沙桶底部钻一小洞，细沙缓缓漏出。则下列说法正确的是(　　) A．外界对气体做功，气体的内能增大 B．气体对外界做功，气体的内能减小 C．气体的压强增大，体积减小 D．欧姆表的指针逐渐向右偏转 【解析】 在细沙缓慢漏出的过程中，沙桶对活塞向下的拉力减小，活塞在大气压的作用下向上运动，气体体积减小，压强增大，外界对气体做功，气体的内能增大，温度升高，由于热敏电阻的阻值随温度的升高而减小，欧姆表示数减小，指针右偏，故A、C、D正确，B错误。故选ACD。 【答案】 ACD 【题型三】联系实际 【典型例题5】一种冷暖两用型空调在制热时，每消耗电能，放出约的热量。下列说法正确的是(　　) A．空调制热过程产生了新能量 B．空调制热时放出的热量全部是由电能转化面来的 C．此过程违反了能量守恒定律 D．空调制热时放出的热量，一部分是由电能转化而来，另一部分则是从外界吸收 【解析】 该空调向室内放出的热量，一部分是通过电流做功，消耗电能转化而来，另一部分则是通过从外界吸收，因此并不违反能量守恒定律，故选项D正确，ABC错误。故选D。 【答案】 D 【典型例题6】如图是一自热米饭盒，盒内有一个发热包，遇水发生化学反应而产生大量热量，盖上盒盖便能在10～15分钟内加热食品。自热米饭盒的盖子上有一个透气孔，如果透气孔堵塞，容易造成小型爆炸，下列说法正确的是（　　） A．饭盒爆炸前，盒内气体温度升高，则盒内每一个气体分子速率都增大了 B．饭盒爆炸，是盒内气体温度升高，气体压强增大导致的结果 C．在饭盒爆炸的瞬间，外界对盒内气体做正功 D．在饭盒爆炸的瞬间，盒内气体温度急剧升高 解析:饭盒爆炸前，盒内气体温度升高，分子的平均动能增大，但是不是盒内每一个气体分子速率都增大了，故A错误；饭盒爆炸前，盒内气体温度升高，分子的平均动能增大，所以气体压强增大导致饭盒爆炸，故B正确；在饭盒爆炸的瞬间，气体体积增大，气体对外界做正功，故C错误；根据热力学第一定律可知，爆炸前气体温度升高，内能增大，在饭盒爆炸的瞬间，气体对外界做功，其内能应减小，盒内气体温度急剧下降，故D错误。 答案：B 【对点训练5】(多选)空调市场上有很多变频空调，据专家介绍变频空调比定频的要节能，因为定频空调开机时就等同于汽车启动时，很耗能，是正常运行的5~7倍。空调在工作时达到设定温度就停机，等温度高了再继续启动。这样的频繁启动，耗电多，而变频空调启动时有一个由低到高的过程，运行过程是自动变速来保持室内温度，从开机到关机中间不停机，而是达到设定温度后就降到最小功率运行，所以比较省电。阅读上述介绍后，以下说法合理的是(　　) A．变频空调节能，运行中不遵守能量守恒定律 B．变频空调运行中做功少，转化能量多 C．变频空调在同样工作条件下运行效率高，省电 D．变频空调与定频空调做同样功时，消耗同样电能 【解析】自然界的一切过程都遵守能量守恒定律，A错；功是能量转化的量度，做同样的功，消耗同样电能，B错D正确；对由变频空调的工作特点可知省电的原因是效率高，C正确。故选CD。 【答案】 CD 【对点训练6】(多选)下列关于能量转化现象的说法中，正确的是(　　) A．用太阳灶烧水是太阳能转化为内能 B．电灯发光是电能转化为光能 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 【解析】用太阳灶烧水是太阳能转化为内能；A正确；电灯发光是消耗电能，转化为光能；B正确；核电站发电是核能转化为电能；C错误；生石灰放入凉水中，水温升高是化学能转化为内能。D错误。故选AB。 【答案】 AB ( 0 5 0 1 强化训练 ) 【基础强化】 1．静止于水平地面上，现在用一个80 N的水平推力推动木箱前进10 m，木箱受到地面的摩擦力为60 N，则转化为木箱与地面系统的内能U和转化为木箱的动能Ek分别是(空气阻力不计)(　　) A.U＝200 J，Ek＝600 J B.U＝600 J，Ek＝200 J C.U＝600 J，Ek＝800 J D.U＝800 J，Ek＝200 J 答案　B 解析　U＝Ffx＝60×10 J＝600 J Ek＝Fx－U＝80×10 J－600 J＝200 J。 2.某次蹦极时，跳跃者站在悬崖的平台上，把一端固定的一根长长的橡皮条绑在踝关节处，然后两臂伸开，双腿并拢，头朝下跳下去，仿若掉入无底洞，整个心脏仿佛要跳出，约时突然往上反弹，反复持续次，定神一看，自己已安全悬挂于半空中。在人从跳出到静止的过程中（　　） A．只有动能和势能的相互转化，机械能的总量保持不变 B．减少的机械能转化为其他形式的能，转化过程中能的总量减少了 C．减少的机械能转化为其他形式的能，转化过程中能的总量是守恒的 D．其他形式的能转化为机械能，转化过程中能的总量增加 【答案】C 【详解】A.人在蹦极过程中橡皮条的弹力与阻力对人做功，所以机械能不守恒，A错误。 BCD.减少的机械能转化为其他形式的能（内能），转化过程中能的总量是守恒的，B、D错误，C正确。 故选C。 3.（多选）下列关于能量的说法中正确的是（　　） A．地面上滚动的足球最终停下来，说明能量消失了 B．能量有不同的表现形式，并可以相互转化，但总量不变 C．伽利略的斜面实验表明了小球在运动过程中某个量是守恒的 D．人类对太阳能的利用说明能量可以凭空产生 【答案】BC 【详解】ABD．根据能量守恒定律，能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只会从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到其它物体，而能量的总量保持不变，AD错误，B正确； C．伽利略的斜面实验表明了小球在运动过程中某个量是守恒的，C正确。 故选BC。 4.如图是爬山所带的氧气瓶，爬高过程中，氧气瓶里的气体体积和质量均不变，温度降低，则气体(　　) A.对外做功 　　 B.内能减少 C.吸收热量 　　 D.压强不变 答案　B 解析　爬高过程中，气体的体积保持不变，则气体对外不做功，A错误；爬高过程中，气体温度降低，则气体的内能减少，B正确；根据热力学第一定律可知ΔU＝W＋Q，又W＝0，ΔU<0，则Q<0，即气体放出热量，C错误；爬高过程中，气体的体积不变，温度降低，根据查理定律p＝CT可知气体的压强减小，D错误。 5.（多选）如图所示为电冰箱的工作原理示意图。压缩机工作时，强迫制冷剂在冰箱内外的管道中不断循环。在蒸发器中制冷剂汽化，吸收箱体内的热量，经过冷凝器时制冷剂液化，放出热量到箱体外。下列说法正确的是（　　）    A．热量可以自发地从冰箱内传到冰箱外 B．电冰箱的制冷系统能够不断地把冰箱内的热量传到外界，是因为其消耗了电能 C．电冰箱的工作原理不违背能量守恒定律 D．电冰箱的工作原理违背了能量守恒定律 【答案】BC 【详解】A．因为冰箱内的温度低于冰箱外的温度，所以热量不可以自发地从冰箱内传到冰箱外，故A错误； BCD．电冰箱的制冷系统能够不断地把冰箱内的热量传到外界，是因为其消耗了电能，电冰箱的工作原理不违背能量守恒定律，故BC正确，D错误。 故选BC。 6.如图所示，在竖直放置的导热性能良好的圆柱形容器内用质量为m的活塞密封一部分理想气体，活塞能无摩擦地滑动，容器的横截面积为S。整个装置放在大气压为p0的室内，稳定时活塞与容器底的距离为h0。现把容器移至大气压仍为p0的室外，活塞缓慢上升d后再次平衡，重力加速度大小为g。若此过程中气体吸收的热量为Q，则密闭气体的内能（　　） A．减少了Q－(mg+p0S)d B．减少了Q+(mg+p0S)d C．增加了Q－(mg+p0S)d D．增加了Q+(mg+p0S)d 【答案】C 【详解】活塞上升的过程，密闭气体克服大气压力和活塞的重力做功，所以外界对系统做的功 根据势力学第一定律得密闭气体增加的内能 即在此过程中的密闭气体的内能增加了，故C正确，ABD错误。 故选C。 【素养提升】 7.如图所示，一定质量的理想气体从状态a依次经过状态b、c和d再回到状态a的过程，a→b是温度为T1的等温过程，c→d是温度为T2的等温过程，b→c和d→a为绝热过程(气体与外界无热量交换)，这就是著名的“卡诺循环”。卡诺循环构建了从单一热源吸收热量用来做功的理想过程，符合卡诺循环的热机的效率为。下列说法正确的是(　　) A．a→b过程气体对外界做功且吸收热量 B．b→c过程气体对外做的功小于气体内能的减少量 C．c→d过程单位时间内碰撞器壁单位面积的分子数减少 D．由卡诺循环可知热机效率可能达到100% 【解析】 a→b过程为等温过程，温度不变，气体的内能不变，气体体积增大，气体对外界做功，根据热力学第一定律可知气体从外界吸收热量，故A正确；b→c过程中，绝热膨胀，气体对外做功，内能减小，温度降低，根据热力学第一定律可知b→c过程气体对外做的功等于气体内能的减少量，故B错误；c→d为等温过程，压强变大，体积减小，因为温度不变，故气体分子的平均动能不变，压强变大说明单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数增多，故C错误；热机在工作时不可避免的要克服机械部件间的摩擦做额外功，并且还存在热量损失，机械效率不可能达到100%，故D错误。故选A。 【答案】 A 8．如图所示为冲击摆实验装置，一飞行子弹射入沙箱后与沙箱合为一体，共同摆起一定的高度，则下面有关能量的转化的说法中正确的是(　　) A．子弹的动能转变成沙箱和子弹的内能 B．子弹的动能转变成了沙箱和子弹的热能 C．子弹的动能转变成了沙箱和子弹的动能 D．子弹动能的一部分转变成沙箱和子弹的内能，另一部分动能转变成沙箱和子弹的机械能 【解析】子弹在射入沙箱瞬间，要克服摩擦阻力做功，一部分动能转变成沙箱和子弹的内能，另一部分动能转变成沙箱和子弹的机械能． 【答案】 D 9.如图所示，上端开口、粗细均匀的U形管的底部中间有一阀门，开始阀门关闭，两管中的水面高度差为h.现将阀门打开，最终两管水面相平，则这一过程中(　　) A．大气压做正功，重力做负功，水的内能不变 B．大气压不做功，重力做正功，水的内能增大 C．大气压不做功，重力做负功，水的内能增大 D．大气压做负功，重力做正功，水的内能不变 解析:选B,　由于两管粗细相同，作用在液体上的大气压力的合力为零，故大气压力不做功；水流动过程中重心下降，重力做正功，水的重力势能减少，减少的重力势能最终转化为内能，故水的内能增大，选项B对，A、C、D错． 10．有一种在超市中常见的“强力吸盘挂钩”如图甲所示。图乙、图丙是其工作原理示意图。使用时，按住锁扣把吸盘紧压在墙上（如图乙），然后把锁扣扳下（如图丙），让锁扣以盘盖为依托把吸盘向外拉出，使吸盘牢牢地被固定在墙壁上，若吸盘内气体可视为理想气体，且温度始终保持不变。则此过程中（　　） A．吸盘内气体要吸收热量 B．吸盘内气体分子的密度增大 C．吸盘被向外拉出过程中，吸盘内气体不对外界做功 D．吸盘内气体压强增大 解析：吸盘内气体体积增大，气体对外做功，W<0，由于气体温度不变，气体内能不变，∆U=0，由热力学第一定律∆U=W+Q可知Q=∆U−W>0吸盘内气体要吸收热量，A正确，C错误；吸盘内气体分子数不变，而气体体积变大，则吸盘内气体分子的密度减小，B错误；吸盘内气体温度不变而体积变大，由玻意耳定律PV=C可知，吸盘内气体压强减小，D错误。 答案：A 11．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】D 【详解】AB．水力发电不会有污染，同时将水的机械能转化为电能，故AB正确； C．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C正确； D．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，故D错误。该题选择错误选项，故选D。 12.（多选）如图所示，水平放置的密封汽缸内的气体被一竖直隔板分隔为左右两部分，隔板可在汽缸内无摩擦滑动，右侧气体内有一电热丝。汽缸壁和隔板均绝热。初始时隔板静止，左右两边气体温度相等。现给电热丝提供一微弱电流，通电一段时间后切断电流。当缸内气体再次达到平衡时，与初始状态相比（　　） A．左边气体分子单位时间内撞击活塞的次数增加 B．左右两边气体温度都升高 C．左边气体压强增大 D．右边气体内能的增加量等于电热丝放出的热量 【答案】ABC 【详解】ABC.当电热丝通电后，右侧的气体吸收电热丝放出的热量，温度升高，同时绝热膨胀，向左推动活塞，从而对左边气体做功，由题意并根据热力学第一定律可知，左边气体内能增加，温度升高；根据理想气体状态方程可知左边气体压强增大，所以左边气体分子单位时间内撞击活塞的次数增加，故ABC正确； D．根据能量守恒定律可知，两边气体内能的总增加量等于电热丝放出的热量，故D错误。 故选ABC。 13.如图所示，是中国古代玩具饮水鸟，它的神奇之处是，在鸟的面前放上一杯水，鸟就会俯下身去，把嘴浸到水里，“喝”了一口水后，鸟将绕着O点不停摆动，一会儿它又会俯下身去，再“喝”一口水。A、B是鸟上两点，说法正确的是（　　） A．A、B两点的向心加速度大小相同 B．A、B两点的线速度大小不同，角速度大小相同 C．此过程虽然不违反能量守恒定律，但不可能发生 D．此过程违反能量守恒定律，但可能发生，说明第一类永动机可以制成 【答案】B 【详解】B．根据同轴转动角速度相等知，A、B两点的角速度大小相同，根据知A点半径大，线速度较大，故B正确； A．根据知A点半径大，加速度较大，故A错误； C．饮水鸟的头和躯体分别为两个薄壁玻璃球，其间以一个玻璃管连接，内部装有易挥发的液体。其原理是先在鸟嘴上滴一些水，水分蒸发会吸收头部空气中的热量，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，重复前方的运动，即饮水鸟上下运动的能量来源于周围空气的内能，此过程不违反能量守恒定律，可能发生，故C错误； D．此过程不违反能量守恒定律，可能发生，说明第一类永动机不可以制成，故D错误。 故选B。 14.某地突发洪涝灾害，救援人员驾驶气垫船施救，到达救援地点后，将围困在水中的群众拉上气垫船，如图所示。若在救援人员将群众拉上气垫船的过程中，气垫船中气垫内的气体视为理想气体温度不变，气垫不漏气，则在该过程中，下列说法正确的是（　　） A．气垫内的气体内能增加 B．外界对气垫内的气体做负功 C．气垫内的气体从外界吸收热量 D．气垫内的气体单位时间、单位面积撞击气垫壁的分子数增加 解析:选D。 ABC．由于该过程中气垫内的气体温度不变，因此气垫内的气体内能不变，该过程中气垫内的气体压强增大，根据玻意耳定律可知，气垫内的气体体积减小，外界对气垫内的气体做正功，结合热力学第一定律可知，该过程中气垫内的气体放热，选项ABC均错误； D．由于温度不变，气垫内的气体分子平均动能不变，而气体压强增大，因此该过程中气垫内的气体单位时间、单位面积撞击气垫壁的分子数增加，选项D正确。 故选D。 【能力培优】 15.2022北京为运动员、工作人员、志愿者等提供接驳服务，成为一道亮丽风景线。大巴车的总质量为11.5t，轮胎与地面的接触总面积。该车利用氢燃料电池驱动电动机工作，在平直公路上以72km/h的速度匀速行驶时，电动机的额定功率为84kW。若水的比热容为，氢气的热值为，g取10N/kg，求： （1）质量为200kg的水吸收0.3kg的氢完全燃烧放出的热量升高的温度。 （2）大巴车静止在水平地面上时，对地面的压强。 （3）大巴车匀速行驶10min的路程和电动机所做的功。 答案（1）；（2）；（3）1.2×104m，5.04×108J 解析（1）0.3kg的氢完全燃烧放出的热量为 则质量为200kg的水吸收的热量 得升高的温度 （2）大巴车静止在水平地面上时，对地面的压强 （3）车的速度v=72km/h=20m/s 匀速行驶10min的路程s=vt=20×10×60m=1.2×104m 电动机所做的功W=Pt=84×104×600J=5.04×108J 16．一定质量的理想气体缓慢地经过一个逆时针循环过程，在图中这一循环过程是一个椭圆，点为该椭圆中心，如图所示。试求： （1）此气体若处在与椭圆中心点所对应的状态时，其温度为，那么，该气体经过循环过程中椭圆上的A点时，其温度是多少？ （2）这一循环过程是吸热过程还是放热过程？吸收或放出的热量是多少？（提示：椭圆面积公式，其中a、b分别是椭圆的半长轴和半短轴，取3.14） 答案（1）450K；（2）见解析 解析（1）气体处在点所对应的状态与处在A点所对应的状态的体积相等，根据理想气体定律可得 解得 （2）该循环过程假设从A循环到A，初、末状态温度相同，即内能相同，由热力学第一定律可得 根据图像与横轴围成的面积表示功的大小，由于气体经过一个逆时针循环过程，由图像可知在气体体积减小过程外界对气体做的功大于气体体积增大过程气体对外界做的功，故整个过程外界对气体做功为 则 此循环过程是放热过程，放出热量。 / 学科网（北京）股份有限公司 $$