7.2 能量守恒定律及其应用 同步作业 -2025-2026学年高二下学期（中职）物理高教版(2021)机械建筑类

主题七 热现象及其应用 第二节 能量守恒定律及其应用同步作业 一、选择题（本题共12小题，每小题3分，共36分。每小题只有一项符合题目要求） 1. 下列关于能量守恒定律的说法，正确的是（ ） A. 能量可以凭空产生，也可以凭空消失 B. 机械运转过程中，能量的总量一定保持不变 C. 建筑施工中，消耗的电能全部转化为机械能 D. 能量守恒定律只适用于机械能与内能的转化 2. 建筑工地上，起重机将建筑材料匀速提升的过程中，能量转化情况是（ ） A. 动能转化为重力势能 B. 电能转化为重力势能 C. 内能转化为机械能 D. 重力势能转化为动能 3. 关于热力学第一定律ΔU=Q+W，下列说法正确的是（ ） A. Q表示物体放出的热量，W表示物体对外做的功 B. 物体吸热且外界对物体做功，内能一定增加 C. 物体放热且对外做功，内能一定增加 D. ΔU为内能变化量，若ΔU=0，则Q与W一定都为0 4. 机械传动系统中，齿轮相互摩擦发热，该过程中能量转化形式是（ ） A. 机械能转化为内能 B. 内能转化为机械能 C. 电能转化为内能 D. 内能转化为电能 5. 下列现象中，不符合能量守恒定律的是（ ） A. 建筑供暖系统中，电能转化为热能传递给室内空气 B. 太阳能热水器将太阳能转化为水的内能 C. 机械钟摆动过程中，动能与势能相互转化，总能量不变 D. 电动机工作时，消耗的电能全部转化为机械能，无能量损失 6. 建筑工程中使用的柴油发电机，其能量转化流程是（ ） A. 化学能→内能→机械能→电能 B. 内能→化学能→机械能→电能 C. 电能→机械能→内能→化学能 D. 化学能→机械能→内能→电能 7. 一定质量的理想气体，在绝热容器中被压缩，下列说法正确的是（ ） A. 气体吸热，内能增加 B. 气体放热，内能减少 C. 气体不吸热也不放热，内能增加 D. 气体不吸热也不放热，内能不变 8. 关于能量的转化与转移，下列说法错误的是（ ） A. 能量的转化具有方向性，如内能不能自发转化为机械能 B. 建筑室内的热量通过窗户向外传递，属于能量的转移 C. 机械零件的磨损过程，是机械能转化为内能的过程 D. 能量转移时，能量的形式发生改变 9. 某建筑机械的功率为10kW，正常工作10min，消耗的电能为（ ） A. 1×10⁵J B. 6×10⁶J C. 1×10⁶J D. 6×10⁵J 10. 热力学第一定律应用中，物体对外界做功200J，同时吸收热量150J，则物体的内能变化量ΔU为（ ） A. +50J B. -50J C. +350J D. -350J 11. 建筑施工中，利用打桩机打桩时，重锤下落过程中能量转化情况是（ ） A. 重力势能转化为动能 B. 动能转化为重力势能 C. 内能转化为机械能 D. 动能转化为内能 12. 关于能量守恒定律的应用，下列说法正确的是（ ） A. 机械效率越高，消耗的能量越少 B. 节能设备的核心是减少能量的转化 C. 建筑保温的目的是减少内能的转移 D. 能量守恒定律说明能源是取之不尽、用之不竭的 二、填空题（本题共6小题，每空2分，共24分） 13. 能量守恒定律的内容是：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只会从一种形式__________为其他形式，或者从一个物体__________到另一个物体，在转化和转移的过程中，能量的总量__________。 14. 热力学第一定律的表达式为__________，其中ΔU表示物体的__________，Q表示物体__________的热量（Q为正表示吸热，为负表示放热），W表示__________对物体做的功（W为正表示外界对物体做功，为负表示物体对外界做功）。 15. 机械工程中，热机是将__________能转化为__________能的装置，如建筑工地上的柴油机；热机的效率总是小于1，原因是部分能量以__________的形式散失。 16. 建筑供暖系统中，电暖器工作时将__________能转化为__________能；太阳能供暖系统则将__________能转化为水的内能，实现能量的转移。 17. 某机械做功时，消耗电能5×10⁵J，其中转化为机械能的部分为4×10⁵J，其余部分转化为内能，则该机械的能量转化效率为__________%，转化为内能的能量为__________J。 18. 打桩机的重锤质量为100kg，举高到2m处静止，此时重锤具有的重力势能为__________J（g=10N/kg）；下落过程中，重力势能逐渐转化为__________能，撞击桩子时，部分能量转化为内能和声能，总能量仍遵循守恒定律。 三、简答题（本题共2小题，每小题8分，共16分） 19. 结合机械建筑专业知识，举例说明能量守恒定律在实际生产中的3个应用场景，并简要解释能量转化或转移的过程。 20. 建筑施工中，起重机提升建筑材料时会发热，且机械效率始终小于100%。请结合能量守恒定律，解释起重机发热的原因及机械效率小于100%的理由，并说明如何提高起重机的机械效率。 四、综合应用题（本题共2小题，第21题10分，第22题14分，共24分） 21. 某建筑工地上的柴油发电机，正常工作时输出功率为20kW，效率为30%（效率为输出电能与消耗柴油完全燃烧释放热量的比值）。已知柴油的热值q=4.3×10⁷J/kg，g=10N/kg，回答下列问题： （1）发电机正常工作1小时，输出的电能是多少？ （2）发电机正常工作1小时，需要消耗多少千克的柴油？ （3）若这些柴油完全燃烧释放的热量有40%被水吸收，可将多少千克的水从20℃加热到100℃？（水的比热容c水=4.2×10³J/(kg·℃)，结果保留整数） 22. 热力学第一定律应用问题：一定质量的理想气体被封闭在气缸内，已知气体初始内能为5×10³J，回答下列问题： （1）若气体吸收热量2×10³J，同时外界对气体做功1×10³J，求气体的末态内能； （2）若气体放出热量1.5×10³J，同时气体对外界做功3×10³J，求气体的内能变化量； （3）结合机械气动系统，说明该定律在气缸工作过程中的应用，分析气体压缩和膨胀时的能量转化情况； （4）若气体在绝热条件下（不吸热也不放热）被压缩，内能会如何变化？请解释原因。 参考答案 一、选择题（每小题3分，共36分） 1. B 2. B 3. B 4. A 5. D 6. A 7. C 8. D 9. B 10. B 11. A 12. C 二、填空题（每空2分，共24分） 13. 转化；转移；保持不变 14. ΔU=Q+W；内能变化量；吸收或放出；外界 15. 内；机械；内能 16. 电；内；太阳 17. 80；1×10⁵ 18. 2000；动 三、简答题（每小题8分，共16分） 19. 示例1：建筑用太阳能热水器，能量转化过程：太阳能（光能）转移并转化为水的内能，遵循能量守恒定律，实现清洁能源供暖；示例2：机械传动中的齿轮箱，能量转化过程：电动机的电能转化为齿轮的机械能，同时部分机械能因摩擦转化为内能，总能量保持不变；示例3：打桩机打桩，能量转化过程：重锤的重力势能转化为动能，撞击桩子时动能部分转化为桩的机械能（克服阻力做功），部分转化为内能和声能，能量总量守恒。（每点2分，场景1分，转化过程1分，任选3点即可） 20. 发热原因：起重机工作时，电动机内部线圈发热、机械部件间摩擦生热，这些过程是电能转化为内能的过程，符合能量守恒定律；机械效率小于100%的理由：输入起重机的电能，一部分转化为提升材料的有用机械能，另一部分转化为内能、声能等无用能量，有用能量小于总能量，故效率小于100%（4分）。提高效率的方法：①减小机械部件间的摩擦，如涂抹润滑油；②减轻起重机自身部件的重力，减少额外功；③优化电动机结构，降低线圈发热损耗；④合理安排负载，避免超载或空载运行（4分，答出2点即可）。 四、综合应用题（共24分） 21. （1）输出电能W=Pt=20×10³W×3600s=7.2×10⁷J （2）由效率η=W/Q放，得Q放=W/η=7.2×10⁷J/30%=2.4×10⁸J 消耗柴油质量m=Q放/q=2.4×10⁸J/4.3×10⁷J/kg≈5.58kg （3）水吸收的热量Q吸=Q放×40%=2.4×10⁸J×40%=9.6×10⁷J 由Q吸=c水m水Δt，得m水=Q吸/(c水Δt)=9.6×10⁷J/(4.2×10³J/(kg·℃)×(100℃-20℃))=9.6×10⁷/(3.36×10⁵)≈286kg 答：（1）7.2×10⁷J；（2）约5.58kg；（3）286kg。 22. （1）由热力学第一定律ΔU=Q+W，Q=+2×10³J，W=+1×10³J ΔU=2×10³J+1×10³J=3×10³J 末态内能U末=U初+ΔU=5×10³J+3×10³J=8×10³J （2）Q=-1.5×10³J，W=-3×10³J ΔU=Q+W=-1.5×10³J+(-3×10³J)=-4.5×10³J （3）应用：气动系统中，气缸压缩气体时，外界对气体做功（W为正），气体不吸热不放热（绝热），内能增加，温度升高；气体膨胀推动活塞做功时，气体对外界做功（W为负），内能减少，温度降低，实现内能与机械能的相互转化，遵循热力学第一定律。 （4）内能增加；原因：绝热条件下Q=0，气体被压缩时外界对气体做功（W为正），由ΔU=Q+W可知ΔU为正，故内能增加。 答：（1）8×10³J；（2）-4.5×10³J；（3）压缩时外界对气体做功，内能增加；膨胀时气体对外做功，内能减少；（4）内能增加，原因见解析。 学科网（北京）股份有限公司 $