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. 能量守恒定律只适用于机械能与内能的转化 B. 能量可以凭空产生，也可以凭空消失 C. 能量守恒定律是自然界最基本、最重要的规律之一，适用于所有物理过程 D. 只有在理想条件下（无能量损耗），能量才守恒 2. 建筑施工中，塔吊将重物匀速提升的过程中，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. 关于能量的转化，下列说法正确的是（ ） A. 机械能可以完全转化为内能，内能也可以完全转化为机械能而不引起其他变化 B. 能量的转化具有方向性，如热量不能自发地从低温物体传到高温物体 C. 太阳能电池板将电能转化为太阳能 D. 机械制动过程中，动能转化为电能 4. 机械加工中，摩擦生热的过程中，能量转化情况是（ ） 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. 建筑施工中，炸药爆炸将化学能转化为机械能和内能 B. 冬天搓手取暖，机械能转化为内能 C. 蓄电池充电时，电能转化为化学能 D. 永动机的设计方案 6. 关于内能的说法，正确的是（ ） A. 物体的内能只与温度有关 B. 物体的内能是物体内所有分子动能和分子势能的总和 C. 温度为0℃的物体没有内能 D. 物体的内能与物体的运动速度有关 7. 建筑施工中，混凝土凝固时会放热，这一过程中能量转化情况是（ ） A. 内能转化为化学能 B. 化学能转化为内能 C. 机械能转化为内能 D. 内能转化为机械能 8. 机械部件在运转过程中，由于摩擦会产生能量损耗，这些损耗的能量最终转化为（ ） A. 电能 B. 机械能 C. 内能 D. 化学能 9. 关于能量守恒定律的应用，下列说法正确的是（ ） A. 发电机是根据能量守恒定律将机械能转化为电能 B. 电动机是根据能量守恒定律将电能转化为内能 C. 电磁铁是根据能量守恒定律将电能转化为机械能 D. 电磁起重机是根据能量守恒定律将机械能转化为电能 10. 建筑中的太阳能热水器，其能量转化情况是（ ） A. 太阳能转化为内能 B. 内能转化为太阳能 C. 电能转化为内能 D. 太阳能转化为电能 11. 机械传动装置中，输入的总能量为E总，输出的有用能量为E有，损耗的能量为E损，下列关系正确的是（ ） A. E总 = E有 + E损 B. E总 = E有 - E损 C. E总 = E损 - E有 D. E总 + E有 = E损 12. 关于能量损耗的说法，正确的是（ ） A. 能量损耗是指能量消失了 B. 能量损耗实际上是能量转化为其他形式的能（如内能），但总能量仍然守恒 C. 减少能量损耗的唯一方法是消除摩擦 D. 能量损耗越多，能量守恒定律越不成立 二、填空题（本题共6小题，共24分） 13. 能量守恒定律的内容是：能量既不会凭空__________，也不会凭空__________，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. 常见的能量形式有__________、__________、__________、化学能、太阳能等；机械建筑领域中，最常涉及的能量转化是__________与__________的相互转化。 15. 物体的内能是物体内所有__________和__________的总和，改变物体内能的两种方式是__________和__________。 16. 热传递的实质是__________的转移，做功的实质是__________的转化；摩擦生热是通过__________的方式改变物体的内能。 17. 机械建筑施工中，塔吊提升重物时，将__________能转化为重物的__________能；机械制动时，将__________能转化为__________能。 18. 某建筑施工设备的功率P=10kW，工作时间t=1h，消耗的电能E电=__________J；若设备的能量转化效率η=80%，则转化的有用机械能E有=__________J，损耗的能量E损=__________J。 三、简答题（本题共2小题，每小题8分，共16分） 19. 结合机械建筑专业场景，画出“建筑塔吊提升重物的能量转化流程图”（标注输入能量、转化过程、输出能量、能量损耗途径），并简述能量守恒定律在塔吊工作中的具体体现；说明为什么塔吊工作时会发热，如何减少其能量损耗。 20. 机械加工中，车床切削金属零件时会产生大量热量，结合能量守恒定律分析热量产生的原因及能量转化过程；说明为什么切削过程中需要对刀具和零件进行冷却，从能量损耗和材料性能的角度解释；简述在建筑施工中，如何利用能量守恒定律提高施工设备的能量利用效率。 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. 建筑施工中，一台塔吊将质量m=5×10³kg的重物匀速提升到高度h=20m处，已知塔吊的能量转化效率η=70%，重力加速度g=10m/s²，回答下列问题： （1）求重物提升过程中增加的重力势能Eₚ； （2）求塔吊消耗的电能E电（提示：η=E有/E电，E有为增加的重力势能）； （3）求损耗的能量E损，并说明损耗的能量转化为哪种形式的能。 22. 结合能量守恒定律及机械建筑专业应用，回答下列问题： （1）机械加工中，一台车床的功率P=5kW，工作时间t=2h，消耗的电能E电=Pt，若能量转化效率η=75%，求转化的有用机械能E有和损耗的能量E损； （2）建筑施工中，一台柴油发电机的输出功率P=20kW，工作时柴油的燃烧效率η₁=30%（燃烧放出的热量转化为机械能的比例），柴油的热值q=4.3×10⁷J/kg，求发电机每小时消耗的柴油质量m（提示：Pt=η₁mq）； （3）某建筑用太阳能热水器，水箱容积V=100L，水的密度ρ=1×10³kg/m³，水的比热容c=4.2×10³J/(kg·℃)，若太阳能转化为水的内能的效率η=60%，阳光照射4h后，水温从20℃升高到60℃，求水吸收的热量Q吸和太阳能热水器接收的总太阳能E总（提示：Q吸=cmΔt，Δt=t₂-t₁，η=Q吸/E总）； （4）机械制动装置中，一辆质量m=2×10³kg的施工车辆以速度v=10m/s行驶，制动时通过摩擦将动能完全转化为内能，求制动过程中产生的热量Q（提示：动能Eₖ=½mv²，能量守恒Q=Eₖ）；若这些热量被质量m水=10kg的水吸收，求水温升高的度数Δt（不计热量损失）。 参考答案 一、选择题（每小题3分，共36分） 1. C 2. B 3. B 4. A 5. D 6. B 7. B 8. C 9. A 10. A 11. A 12. B 二、填空题（每空2分，共24分） 13. 产生；消失；转化；转移；保持不变 14. 机械能；内能；电能；机械能；内能（或电能；机械能，合理即可） 15. 分子动能；分子势能；做功；热传递 16. 能量；能量；做功 17. 电；重力势；动；内 18. 3.6×10⁷；2.88×10⁷；7.2×10⁶ 三、简答题（每小题8分，共16分） 19. 塔吊提升重物能量转化流程图描述：以方框和箭头表示能量流向，标注“输入能量：电能”，箭头指向“能量转化过程1：电能转化为机械能（电机运转）”，再指向“能量转化过程2：机械能转化为重物的重力势能”；从“能量转化过程1”和“能量转化过程2”分别引出分支，标注“能量损耗：电机发热（电能→内能）、机械摩擦发热（机械能→内能）、空气阻力损耗（机械能→内能）”；最终标注“输出能量：重物的重力势能、损耗的内能”。 能量守恒定律的具体体现：塔吊工作时，消耗的电能E电等于转化的有用机械能（重物增加的重力势能Eₚ）与损耗的能量E损（内能等）之和，即E电 = Eₚ + E损，总能量保持不变；电能先转化为电机的机械能，再通过传动装置转化为重物的重力势能，同时部分能量因摩擦、发热等转化为内能，但能量总量始终守恒。 塔吊发热原因及减损措施：①发热原因：电机运转时线圈电阻发热、机械部件（如齿轮、钢丝绳）摩擦生热，这些都是能量损耗的表现，损耗的机械能和电能转化为内能；②减损措施：给电机线圈采用低电阻材料，减少电热损耗；定期给机械传动部件添加润滑油，减小摩擦损耗；优化塔吊结构，减小空气阻力；提高电机和传动装置的能量转化效率。 20. 切削热量产生原因及能量转化：①原因：车床切削金属时，刀具与零件之间的摩擦力做功，根据能量守恒定律，消耗的机械能一部分用于克服金属分子间的作用力（使零件成形），另一部分转化为内能，导致刀具和零件温度升高；②能量转化过程：电能→车床电机的机械能→切削过程的机械能→零件的机械能（成形）+ 内能（发热）。 冷却的必要性：①能量损耗角度：切削产生的大量热量会导致能量损耗增加，降低能量利用效率；②材料性能角度：高温会使刀具硬度降低、磨损加快，同时可能导致金属零件变形，影响加工精度；冷却可及时带走热量，减少刀具磨损和零件变形，保证加工质量。 提高设备能量利用效率的措施：①选择高效能的施工设备（如高转化率的电机、发电机），减少能量转化过程中的损耗；②合理安排施工流程，避免设备空载运行，提高设备的负载率；③对设备进行定期维护和保养（如润滑、清洁），减小摩擦和电阻损耗；④利用可再生能源（如太阳能、风能）替代部分化石能源，优化能量来源结构；⑤回收利用损耗的能量（如将设备发热回收用于冬季施工保温）。 四、综合应用题（共24分） 21. （1）重物增加的重力势能Eₚ=mgh=5×10³kg×10m/s²×20m=1×10⁶J （2）由η=E有/E电得，消耗的电能E电=E有/η=1×10⁶J/70%≈1.43×10⁶J （3）损耗的能量E损=E电 - E有=1.43×10⁶J - 1×10⁶J≈4.3×10⁵J；损耗的能量主要转化为内能（电机发热、机械摩擦发热）。 答：（1）1×10⁶J；（2）≈1.43×10⁶J；（3）≈4.3×10⁵J，转化为内能。 22. （1）消耗的电能E电=Pt=5×10³W×2×3600s=3.6×10⁷J；有用机械能E有=ηE电=75%×3.6×10⁷J=2.7×10⁷J；损耗的能量E损=E电 - E有=3.6×10⁷J - 2.7×10⁷J=9×10⁶J （2）发电机每小时输出的机械能E=Pt=20×10³W×3600s=7.2×10⁷J；由η₁=E/mq得，消耗的柴油质量m=E/(η₁q)=7.2×10⁷J/(30%×4.3×10⁷J/kg)≈5.58kg （3）水的质量m水=ρV=1×10³kg/m³×0.1m³=100kg；水吸收的热量Q吸=cm水Δt=4.2×10³J/(kg·℃)×100kg×(60℃-20℃)=1.68×10⁷J；由η=Q吸/E总得，接收的总太阳能E总=Q吸/η=1.68×10⁷J/60%=2.8×10⁷J （4）车辆的动能Eₖ=½mv²=½×2×10³kg×(10m/s)²=1×10⁵J；制动产生的热量Q=Eₖ=1×10⁵J；由Q=cm水Δt得，水温升高Δt=Q/(cm水)=1×10⁵J/(4.2×10³J/(kg·℃)×10kg)≈2.38℃ 答：（1）E有=2.7×10⁷J，E损=9×10⁶J；（2）≈5.58kg；（3）Q吸=1.68×10⁷J，E总=2.8×10⁷J；（4）热量1×10⁵J，水温升高≈2.38℃。 学科网（北京）股份有限公司 $