3.3 能量守恒定律（高效培优讲义）物理人教版选择性必修第三册

3.能量守恒定律 【题型导航】 【重难题型讲解】 1 题型1 能量守恒定律 1 题型2 永动机不可能制成 2 【能力培优练】 5 【重难题型讲解】 题型1 能量守恒定律 1、能量守恒定律的内容：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其他形式，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、能量守恒定律的两种表达 （1）某种形式的能减少，一定有其他形式的能增加，且减少量和增加量一定相等。 （2）某个物体的能量减少，一定存在其他物体的能量增加，且减少量和增加量一定相等。 3、能量的相互转化：各种形式的能，通过某种力做功可以相互转化，例如：利用电炉取暖或烧水，电能转化为内能；煤燃烧，化学能转化为内能。 ★特别提醒 （1）与某种运动形式对应的能是否守恒是有条件的不同，能量守恒定律是没有条件的，它是一切自然现象都遵守的基本规律。 （2）能量守恒定律是自然界最基础的定律之一，要牢记能量守恒定律的内容。 4、能量守恒定律的重要意义 （1）找到了各种自然现象的公共量度——能量，从而把各种自然现象用定量规律联系起来，揭示了自然规律的多样性和统一性。 （2）突破了人们关于物质运动的机械观念的范围，从本质上表明了各种运动形式之间相互转化的可能性，能量守恒定律比机械能守恒定律更普遍，它是物理学中解决问题的重要思维方法，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，其重要意义由此可见。 （3）具有重大实践意义，即彻底粉碎了永动机的幻想。 5、热力学第一定律与能量守恒定律的比较 （1）能量守恒定律是各种形式的能相互转化或转移的过程，总能量保持不变，它包括各个领域，范围广泛。 （2）热力学第一定律是物体内能与其他形式的能之间的相互转化或转移，是能量守恒定律在热现象领域内的具体体现。 【探究归纳】能量既不会凭空产生也不会凭空消失，只能从一种形式转化为另一种形式或从一个物体转移到另一个物体，总量保持不变。 【典例1-1】一物体先后经过几个不同的物理过程，其温度均从升高到，则在这些过程中（　　） A．物体一定从外界吸收热量 B．物体与外界交换的热量都相等 C．外界对物体所做的功均相等 D．物体内分子动能的平均值增加量都相等 【典例1-2】（多选）子弹射入静止于光滑水平地面上的木头，则（　　） A．做功使木块的内能增大 B．热传递使木块的内能增大 C．子弹损失的机械能大于木块增加的内能 D．子弹损失的机械能等于木块增加的动能 跟踪训练1下列说法正确的是（　　） A．条形磁体下落过程中穿过闭合线圈，线圈中产生了感应电流，说明电能是可以被创造的 B．太阳照射到地球上的光能转化成了其他形式的能量，但照射到宇宙空间的能量都消失了 C．“既要马儿跑，又让马儿不吃草”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，说明能量是可以凭空产生的 跟踪训练2（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 题型2 永动机不可能制成 1、第一类永动机：不需要任何动力或燃料，却能不断地对外做功的机器。 2、第一类永动机不可能制成的原因：违背了能量守恒定律。 3、意义：正是历史上设计永动机的失败，才使后人的思考走上了正确的道路。 4、第一类永动机失败的原因分析：如果没有外界热源供给热量，则有U2－U1＝W，就是说，如果系统内能减少，即U2＜U1，则W＜0，系统对外做功是要以内能减少为代价的，若想源源不断地做功，就必须使系统不断回到初始状态，在无外界能量供给的情况下，是不可能的。 5、如下图所示的饮水小鸭不是永动机。 小鸭的头和身由两个玻璃球构成，并通过细玻璃管相连。下球盛有一些乙醚，上球连同尖嘴被吸水毛毡包起来。那么，它是靠什么来维持工作的呢？原来小鸭头部的毛毡“饮水”后，水蒸发吸热，导致头部温度降低。上段玻璃管中的乙醚蒸气被液化，压强减小，液柱上升（图甲），小鸭重心上移，直到小鸭倾倒。处于倾倒位置的小鸭，头部再次被浸湿，上下玻璃球内的气体相通，压强相等，乙醚流回下玻璃球内（图乙），重心下移，小鸭站立。如此循环往复。可见，正是因为小鸭头部“饮水”后水不断蒸发，吸收了察觉不到的空气的热量，才使小鸭能够持续工作下去。 【探究归纳】违背能量守恒定律，无法无中生有持续对外做功，故第一类永动机不可能实现。 【典例2-1】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 【典例2-2】（多选）下列关于第一类永动机的说法正确的是（　　） A．第一类永动机是不消耗任何能量却能源源不断对外做功的机器 B．随着科技的发展，第一类永动机是可以制成的 C．第一类永动机不可能制成的原因是技术问题 D．第一类永动机不可能制成的原因是违背了能量守恒定律 跟踪训练1永动机是不可能制成的，这是因为（ ） A．不符合机械能守恒定律 B．做功产生的热量不符合热功当量 C．违背了热力学第一定律 D．找不到合适的材料和合理的设计方案 跟踪训练2（多选）约翰·维尔金斯设计了一种磁力“永动机”，如图所示，在斜坡顶上放一块强有力的磁铁，斜坡上端有一个小孔，斜面下有一个连接小孔直至底端的弯曲轨道。维尔金斯认为∶如果在斜坡底端放一个小铁球，那么由于磁铁的吸引，小铁球就会向上运动，当小球运动到小孔P处时，它就要掉下，再沿着斜面下的弯曲轨道返回斜坡底端Q，由于有速度而可以对外做功，然后又被磁铁吸引回到上端，到小孔P处又掉下。关于维尔金斯“永动机”，正确的认识应该是（　　） A．一定不可能实现 B．如果忽略斜面的摩擦，维尔金斯“永动机”一定可以实现 C．如果忽略斜面的摩擦，铁球质量较小，磁铁磁性又较强，则维尔金斯“永动机”可以实现 D．违背能量守恒定律 跟踪训练3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，“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，成为一台神奇的“永动机”。根据所学物理知识，试分析饮水鸟上下运动的能量来源：_______________。当水杯中的水干了之后，小鸟还能上下运动吗？_________（填“能”或“不能”）。 【能力培优练】 1．图所示四种家用电器中，主要利用电流热效应工作的是（　　） A．电饼铛 B．电风扇 C．平板电视 D．洗衣机 2．一定质量的理想气体在某一过程中，外界对气体做了的功，气体的内能减少了，则下列各式中正确的是（　　） A． B． C． D． 3．《荀子·王制》中有一句箴言：“春耕、夏耘、秋收、冬藏，四者不失时，故五谷不绝”春种一粒粟，秋收万颗子。一颗种子就是一个世界。下列说法正确的是（　　） A．种子发芽属于机械运动 B．早晨叶子上的露珠，是水蒸气凝华形成的 C．一颗果子的质量大概10kg D．稻谷成熟的过程是太阳能转化成化学能的过程 4．宋朝开庆年间，宋军发明的管状火器——突火枪（如图甲），是世界上第一种发射子弹的步枪。突火枪以厚竹筒为枪管，内部装填火药与子弹，点燃引线引爆火药后，瞬间完成燃烧，子弹开始加速运动，至子弹出枪管前可认为枪管中的气体质量不变，该过程中气体压强p与体积V的关系图像如图乙所示，S1、S2为ABC和BCED区域的面积，忽略子弹与枪管之间的摩擦力，则子弹射出枪管时的动能大小可表示为（　　） A．S1 B．S2 C． D． 5．下列说法正确的是（　　） A．单晶体有确定的熔点，而多晶体没有确定的熔点 B．水和空气接触处形成“表面层”，其中的水分子距离大于水内部分子距离 C．给自行车打气时，向下压越来越费力，原因是要克服气体分子间的斥力作用 D．教材中的“饮水小鸭”实验说明“永动机”可以制成 6．冲击摆实验装置如图所示，一水平飞行的子弹射入沙箱后与沙箱合为一体，共同摆起一定高度，在此过程中下列有关能量转化的说法正确的是（　　） A．子弹的动能转变成沙箱和子弹的内能 B．子弹的动能转变成沙箱和子弹的重力势能 C．子弹的动能转变成沙箱和子弹的动能 D．子弹的动能一部分转变成沙箱和子弹的内能，另一部分转变为沙箱和子弹的机械能 7．如图所示，将一只气球放到绝热密闭的升温箱中缓慢加热，随温度的升高，气球缓慢膨胀，气球内气体压强增大，将气体视为理想气体，且气球不漏气，下列说法正确的是（　　） A．气球内所有气体分子的动能都增大 B．气球内气体对外做的功大于气球内气体吸收的热量 C．气球内的气体分子对气球壁单位面积的平均撞击力增大 D．箱内气体及气球内气体总内能增加量等于从加热器上吸收的热量 8．砷化镓薄膜电池可将太阳能转化为电能，其光电转化率高达30%。下列说法不正确的是（　　） A．电池可创造能量 B．太阳能是不可再生能源 C．此电池的光电转化率虽然不到100%，但能量守恒 D．此电池通过非静电力做功把太阳能转化为电能 9．以下说法正确的是（　　） A．当两个分子间的距离为（平衡位置）时，分子势能最小 B．第一类永动机不可能制成是因为它违反了能量守恒定律 C．布朗运动反映了花粉小颗粒内部分子的无规则运动 D．温度、压力、电磁作用等不可以改变液晶的光学性质 10．如图所示是某喷水壶示意图。未喷水时阀门K闭合，压下压杆A可向瓶内储气室充气。多次充气后按下按柄B打开阀门K，水会自动经导管从喷嘴喷出。储气室气体可视为理想气体，充气和喷水过程温度保持不变，则（　　） A．充气过程中，储气室内气体的内能增大 B．充气过程中，储气室内气体分子平均动能减小 C．喷水过程中，储气室内气体压强减小 D．喷水过程中，储气室内气体放热 11．下列说法中正确的是（　　） A．物体吸收热量后，温度一定升高 B．物体温度改变时，物体分子的平均动能不一定改变 C．当分子间的距离变小时，分子间作用力有可能减小 D．第一类永动机无法制成是因为其违背了能量守恒定律 12．如图，一开口向上的导热汽缸内，用活塞封闭了一定质量的理想气体，活塞与汽缸壁间无摩擦。现用外力作用在活塞上，使其缓慢上升。环境温度保持不变，大气压不变，系统始终处于平衡状态。在活塞上升过程中（　　） A．气体体积逐渐增大，内能增加 B．气体压强逐渐减小，内能不变 C．气体压强逐渐增大，放出热量 D．气体对外界做功，吸收热量 13．如图，两端开口、下端连通的导热汽缸，用两个轻质绝热活塞（截面积分别为S1和S2）封闭一定质量的理想气体，活塞与汽缸壁间无摩擦。在左端活塞上缓慢加细沙，活塞从A下降h高度到B位置时，活塞上细沙的总质量为m。在此过程中，用外力F作用在右端活塞上，使活塞位置始终不变。整个过程环境温度和大气压强p0保持不变，系统始终处于平衡状态，重力加速度为g。下列说法正确的是（ ） A．整个过程，理想气体的分子平均动能保持不变 B．整个过程，理想气体的内能增大 C．整个过程，理想气体向外界释放的热量小于（p0S1h＋mgh） D．左端活塞到达B位置时，外力F等于 14．如图所示，一定质量的理想气体由状态经过等压变化到达状态，再从状态经过等容变化到达状态。状态与状态温度相等。则：气体在状态的温度______在状态的温度（选填“小于”“等于”或“大于”），气体在状态的内能______在状态的内能（选填“小于”“等于”或“大于”）；从状态到状态的过程中，气体______（选填“吸热”或“放热”）。 15．用活塞将一定质量的理想气体密闭在汽缸内。通过外界因素改变缸内气体的状态，气体从状态A经状态B变化到状态C，再从状态C回到状态A，其体积的倒数与压强的变化关系图像如图所示，图中AB与横轴平行，BC与纵轴平行。AC的连线过坐标原点。从状态A到状态B的过程中，气体____（填“吸热”“放热”或“绝热”）；从状态B到状态C的过程中，单位时间内碰撞器壁单位面积上的气体分子个数____（填“增大”“减小”或“不变”）；从状态C到状态A的过程中，气体的内能____（填“增大”“减小”或“不变”）。 16．人的体温是由下丘脑中特殊神经细胞监察和控制的，当下丘脑温度高于时，人体散热机制（如血管舒张、出汗等）就活跃起来，已知人体温度为时蒸发汗水所需要能量。现有一中年人慢步行走时新陈代谢功率为，此人慢步行走时的体温保持，行走出汗约为，试求此人通过传导辐射等方式（不包括出汗）产生的散热功率。 / 学科网（北京）股份有限公司 $ 3.能量守恒定律 【题型导航】 【重难题型讲解】 1 题型1 能量守恒定律 1 题型2 永动机不可能制成 3 【能力培优练】 7 【重难题型讲解】 题型1 能量守恒定律 1、能量守恒定律的内容：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其他形式，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、能量守恒定律的两种表达 （1）某种形式的能减少，一定有其他形式的能增加，且减少量和增加量一定相等。 （2）某个物体的能量减少，一定存在其他物体的能量增加，且减少量和增加量一定相等。 3、能量的相互转化：各种形式的能，通过某种力做功可以相互转化，例如：利用电炉取暖或烧水，电能转化为内能；煤燃烧，化学能转化为内能。 ★特别提醒 （1）与某种运动形式对应的能是否守恒是有条件的不同，能量守恒定律是没有条件的，它是一切自然现象都遵守的基本规律。 （2）能量守恒定律是自然界最基础的定律之一，要牢记能量守恒定律的内容。 4、能量守恒定律的重要意义 （1）找到了各种自然现象的公共量度——能量，从而把各种自然现象用定量规律联系起来，揭示了自然规律的多样性和统一性。 （2）突破了人们关于物质运动的机械观念的范围，从本质上表明了各种运动形式之间相互转化的可能性，能量守恒定律比机械能守恒定律更普遍，它是物理学中解决问题的重要思维方法，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，其重要意义由此可见。 （3）具有重大实践意义，即彻底粉碎了永动机的幻想。 5、热力学第一定律与能量守恒定律的比较 （1）能量守恒定律是各种形式的能相互转化或转移的过程，总能量保持不变，它包括各个领域，范围广泛。 （2）热力学第一定律是物体内能与其他形式的能之间的相互转化或转移，是能量守恒定律在热现象领域内的具体体现。 【探究归纳】能量既不会凭空产生也不会凭空消失，只能从一种形式转化为另一种形式或从一个物体转移到另一个物体，总量保持不变。 【典例1-1】一物体先后经过几个不同的物理过程，其温度均从升高到，则在这些过程中（　　） A．物体一定从外界吸收热量 B．物体与外界交换的热量都相等 C．外界对物体所做的功均相等 D．物体内分子动能的平均值增加量都相等 【答案】D 【详解】A．温度升高，内能增加，内能可通过吸热（）或外界做功（）改变，如果物体放出的热量小于外界对物体做的功，物体内能同样会增加，故A错误。 B．热量交换与过程相关。例如，等容过程（体积不变）中，而等压过程（压强不变）中，若体积变化不同，热量不等。故B错误。 C．功与过程相关。例如，等容过程，而等压过程 ，若体积变化不同，功不等。故C错误。 D．分子平均动能仅与温度成正比，温度变化相同（），则平均动能增加量相同，与过程无关。故D正确。 故选D。 【典例1-2】（多选）子弹射入静止于光滑水平地面上的木头，则（　　） A．做功使木块的内能增大 B．热传递使木块的内能增大 C．子弹损失的机械能大于木块增加的内能 D．子弹损失的机械能等于木块增加的动能 【答案】AC 【详解】AB．子弹射入木块时，子弹对木块做功，所以是靠做功改变木块的内能，故B错误，A正确； CD．根据能量守恒定律知，子弹损失的动能一部分转化为木块的动能，还有一部分转化为子弹和木块的内能，故D错误，C正确。 故选AC。 跟踪训练1下列说法正确的是（　　） A．条形磁体下落过程中穿过闭合线圈，线圈中产生了感应电流，说明电能是可以被创造的 B．太阳照射到地球上的光能转化成了其他形式的能量，但照射到宇宙空间的能量都消失了 C．“既要马儿跑，又让马儿不吃草”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，说明能量是可以凭空产生的 【答案】C 【详解】A．条形磁体下落导致线圈中产生感应电流，这是机械能转化为电能的过程，A错误； B．根据能量守恒定律，太阳光照射到宇宙空间的能量并未消失，而是以其他形式存在或转移，B错误； C．“马儿跑”需要能量输入，“不吃草”意味着无能量来源，违背能量守恒定律，C正确； D．“全自动”手表的能量来源于环境（如人体运动或温度变化），并非凭空产生，D错误。 故选C。 跟踪训练2（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。 题型2 永动机不可能制成 1、第一类永动机：不需要任何动力或燃料，却能不断地对外做功的机器。 2、第一类永动机不可能制成的原因：违背了能量守恒定律。 3、意义：正是历史上设计永动机的失败，才使后人的思考走上了正确的道路。 4、第一类永动机失败的原因分析：如果没有外界热源供给热量，则有U2－U1＝W，就是说，如果系统内能减少，即U2＜U1，则W＜0，系统对外做功是要以内能减少为代价的，若想源源不断地做功，就必须使系统不断回到初始状态，在无外界能量供给的情况下，是不可能的。 5、如下图所示的饮水小鸭不是永动机。 小鸭的头和身由两个玻璃球构成，并通过细玻璃管相连。下球盛有一些乙醚，上球连同尖嘴被吸水毛毡包起来。那么，它是靠什么来维持工作的呢？原来小鸭头部的毛毡“饮水”后，水蒸发吸热，导致头部温度降低。上段玻璃管中的乙醚蒸气被液化，压强减小，液柱上升（图甲），小鸭重心上移，直到小鸭倾倒。处于倾倒位置的小鸭，头部再次被浸湿，上下玻璃球内的气体相通，压强相等，乙醚流回下玻璃球内（图乙），重心下移，小鸭站立。如此循环往复。可见，正是因为小鸭头部“饮水”后水不断蒸发，吸收了察觉不到的空气的热量，才使小鸭能够持续工作下去。 【探究归纳】违背能量守恒定律，无法无中生有持续对外做功，故第一类永动机不可能实现。 【典例2-1】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 【答案】A 【详解】A．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，温度降低，压强减小，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； B．根据上述分析可知，当水杯中的水干了之后，不能蒸发制冷，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； CD．这种玩具饮水鸟仍然遵循能量守恒定律，此现象没有违背热力学第一定律，不是一架永动机，CD错误。 故选A。 【典例2-2】（多选）下列关于第一类永动机的说法正确的是（　　） A．第一类永动机是不消耗任何能量却能源源不断对外做功的机器 B．随着科技的发展，第一类永动机是可以制成的 C．第一类永动机不可能制成的原因是技术问题 D．第一类永动机不可能制成的原因是违背了能量守恒定律 【答案】AD 【详解】A．第一类永动机的定义就是不消耗任何能量却能源源不断对外做功的机器，，A正确； B．第一类永动机违背了能量守恒定律，是不可能制成的，无论科技如何发展都无法实现，B错误； C．第一类永动机不可能制成的原因不是技术问题，而是违背了能量守恒定律，C错误； D．能量守恒定律表明能量既不会凭空产生也不会凭空消失，第一类永动机试图无中生有地产生能量对外做功，违背了这一定律，故D正确。 故选AD。 跟踪训练1永动机是不可能制成的，这是因为（ ） A．不符合机械能守恒定律 B．做功产生的热量不符合热功当量 C．违背了热力学第一定律 D．找不到合适的材料和合理的设计方案 【答案】C 【详解】第一类永动机是指不需要消耗任何能量就能对外做功的机器，因此第一类永动机不可能制成不是因为找不到合适的材料和合理的设计方案，而是因为它违背了热力学第一定律。 故选C。 跟踪训练2（多选）约翰·维尔金斯设计了一种磁力“永动机”，如图所示，在斜坡顶上放一块强有力的磁铁，斜坡上端有一个小孔，斜面下有一个连接小孔直至底端的弯曲轨道。维尔金斯认为∶如果在斜坡底端放一个小铁球，那么由于磁铁的吸引，小铁球就会向上运动，当小球运动到小孔P处时，它就要掉下，再沿着斜面下的弯曲轨道返回斜坡底端Q，由于有速度而可以对外做功，然后又被磁铁吸引回到上端，到小孔P处又掉下。关于维尔金斯“永动机”，正确的认识应该是（　　） A．一定不可能实现 B．如果忽略斜面的摩擦，维尔金斯“永动机”一定可以实现 C．如果忽略斜面的摩擦，铁球质量较小，磁铁磁性又较强，则维尔金斯“永动机”可以实现 D．违背能量守恒定律 【答案】AD 【详解】该思想违背了能量守恒定律，不可能实现。 故选AD。 跟踪训练3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，“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，成为一台神奇的“永动机”。根据所学物理知识，试分析饮水鸟上下运动的能量来源：_______________。当水杯中的水干了之后，小鸟还能上下运动吗？_________（填“能”或“不能”）。 【答案】 内能 不能 【详解】[1][2]饮水鸟的结构如图所示，其大致原理是先在鸟嘴上滴一些水，水分蒸发吸热使得头部气压小于肚子的气压，从而使肚子中的部分液体被压入头部，使重心上移，鸟的身体变得不稳开始倾斜，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，使鸟身体再回到开始时的竖直状态，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，重复刚才的过程。综上所述，饮水鸟上下运动的能量来源是周围空气的内能，当水杯中的水干了之后，由于不能造成头部和肚子的压强差，小鸟显然不能再上下运动了。 【能力培优练】 1．图所示四种家用电器中，主要利用电流热效应工作的是（　　） A．电饼铛 B．电风扇 C．平板电视 D．洗衣机 【答案】A 【详解】A．电饼铛使用时将电能转化为热能，利用电流热效应工作，故A正确； B．电风扇工作时把电能转化为机械能，不是利用电流的热效应来工作的，故B错误； C．平板电视工作时把电能转化为声能及光能，不是利用电流的热效应来工作的，故C错误； D．洗衣机工作时把电能转化为机械能，不是利用电流的热效应来工作的，故D错误。 故选A。 2．一定质量的理想气体在某一过程中，外界对气体做了的功，气体的内能减少了，则下列各式中正确的是（　　） A． B． C． D． 【答案】B 【详解】由热力学第一定律可知，外界对气体做功则为正值，气体内能减少则 为负值，代入热力学第一定律表达式得 故选B。 3．《荀子·王制》中有一句箴言：“春耕、夏耘、秋收、冬藏，四者不失时，故五谷不绝”春种一粒粟，秋收万颗子。一颗种子就是一个世界。下列说法正确的是（　　） A．种子发芽属于机械运动 B．早晨叶子上的露珠，是水蒸气凝华形成的 C．一颗果子的质量大概10kg D．稻谷成熟的过程是太阳能转化成化学能的过程 【答案】D 【详解】A．机械运动的定义是物体的空间位置随时间发生变化的运动，种子发芽是生物生长过程，不存在宏观位置的改变，不属于机械运动，故A错误； B．凝华是物质由气态直接变为固态的过程，露珠是液态小水滴，是水蒸气遇冷液化形成的，故B错误； C．10kg相当于20斤，一颗普通果子的质量仅为几十到几百克，远小于10kg，故C错误； D．稻谷成熟过程中通过光合作用，将太阳能转化为化学能储存在有机物内，故D正确。 故选D。 4．宋朝开庆年间，宋军发明的管状火器——突火枪（如图甲），是世界上第一种发射子弹的步枪。突火枪以厚竹筒为枪管，内部装填火药与子弹，点燃引线引爆火药后，瞬间完成燃烧，子弹开始加速运动，至子弹出枪管前可认为枪管中的气体质量不变，该过程中气体压强p与体积V的关系图像如图乙所示，S1、S2为ABC和BCED区域的面积，忽略子弹与枪管之间的摩擦力，则子弹射出枪管时的动能大小可表示为（　　） A．S1 B．S2 C． D． 【答案】C 【详解】由题意，气体的图像中，图线与坐标轴所围成图形的面积表示气体对外做的功，由动能定理，有 则子弹射出枪管时的动能大小可表示为 故选C。 5．下列说法正确的是（　　） A．单晶体有确定的熔点，而多晶体没有确定的熔点 B．水和空气接触处形成“表面层”，其中的水分子距离大于水内部分子距离 C．给自行车打气时，向下压越来越费力，原因是要克服气体分子间的斥力作用 D．教材中的“饮水小鸭”实验说明“永动机”可以制成 【答案】B 【详解】A．单晶体有确定的熔点，多晶体也有确定的熔点，选项A错误； B．水和空气接触处形成“表面层”，其中的水分子距离大于水内部分子距离，分子力表现为引力，选项B正确； C．给自行车打气时，向下压越来越费力，原因是大气压作用的缘故，与气体分子间的斥力无关，选项C错误； D．教材中的“饮水小鸭”实验违背能量守恒定律，即该“永动机”不可以制成，选项D错误。 故选B。 6．冲击摆实验装置如图所示，一水平飞行的子弹射入沙箱后与沙箱合为一体，共同摆起一定高度，在此过程中下列有关能量转化的说法正确的是（　　） A．子弹的动能转变成沙箱和子弹的内能 B．子弹的动能转变成沙箱和子弹的重力势能 C．子弹的动能转变成沙箱和子弹的动能 D．子弹的动能一部分转变成沙箱和子弹的内能，另一部分转变为沙箱和子弹的机械能 【答案】D 【详解】子弹在射入沙箱的过程中，要克服摩擦阻力做功，有一部分动能转变成沙箱和子弹的内能，一部分动能变成沙箱和子弹的机械能。 故选D。 7．如图所示，将一只气球放到绝热密闭的升温箱中缓慢加热，随温度的升高，气球缓慢膨胀，气球内气体压强增大，将气体视为理想气体，且气球不漏气，下列说法正确的是（　　） A．气球内所有气体分子的动能都增大 B．气球内气体对外做的功大于气球内气体吸收的热量 C．气球内的气体分子对气球壁单位面积的平均撞击力增大 D．箱内气体及气球内气体总内能增加量等于从加热器上吸收的热量 【答案】C 【详解】A．温度升高，气体分子的平均动能增大，但不是每个分子的动能都增大，故A错误； B．气球内气体温度升高，内能增加，根据热力学第一定律可知 故 气球内气体对外做的功小于气球内气体吸收的热量，故B错误； C．气球内的气体压强增大，故气球内的气体分子对气球壁单位面积的平均撞击力增大，故C正确； D．箱内气体及气球内气体从加热器中吸收的热量等于总内能增加量与气球弹性势能增加量的总和，故D错误。 故选C。 8．砷化镓薄膜电池可将太阳能转化为电能，其光电转化率高达30%。下列说法不正确的是（　　） A．电池可创造能量 B．太阳能是不可再生能源 C．此电池的光电转化率虽然不到100%，但能量守恒 D．此电池通过非静电力做功把太阳能转化为电能 【答案】AB 【详解】 A．根据能量守恒定律，能量不能被创造，电池仅实现能量转化，故A错误； B．太阳能源于太阳核聚变，可再生，故B错误； C．转化率低是因能量散失（如热能），总能量守恒未被破坏，故C正确； D．非静电力（如半导体内部电场）驱动电荷分离，将光能转化为电能，故D正确。 故选AB。 9．以下说法正确的是（　　） A．当两个分子间的距离为（平衡位置）时，分子势能最小 B．第一类永动机不可能制成是因为它违反了能量守恒定律 C．布朗运动反映了花粉小颗粒内部分子的无规则运动 D．温度、压力、电磁作用等不可以改变液晶的光学性质 【答案】AB 【详解】A．当两个分子间的距离从无穷远到（平衡位置）时，分子引力做正功，分子势能减小；当个分子间的距离从继续减小时，分子斥力做负功，分子势能增加，则两个分子间的距离为（平衡位置）时，分子势能最小，故A正确； B．第一类永动机不可能制成是因为它违反了能量守恒定律，故B正确； C．布朗运动是花粉小颗粒的无规则运动，反映了液体分子的无规则运动，故C错误； D．温度、压力、电磁作用等可以改变液晶的光学性质，故D错误。 故选AB。 10．如图所示是某喷水壶示意图。未喷水时阀门K闭合，压下压杆A可向瓶内储气室充气。多次充气后按下按柄B打开阀门K，水会自动经导管从喷嘴喷出。储气室气体可视为理想气体，充气和喷水过程温度保持不变，则（　　） A．充气过程中，储气室内气体的内能增大 B．充气过程中，储气室内气体分子平均动能减小 C．喷水过程中，储气室内气体压强减小 D．喷水过程中，储气室内气体放热 【答案】AC 【详解】AB．充气过程中，储气室内气体的质量增加，气体的温度不变，故气体分子的平均动能不变，气体内能增大，A正确，B错误； CD．喷水过程中，气体体积增大，气体对外做功，而气体温度不变，则气体内能不变，气体吸热，由＝C可知，气体压强减小，C正确，D错误。 故选AC。 11．下列说法中正确的是（　　） A．物体吸收热量后，温度一定升高 B．物体温度改变时，物体分子的平均动能不一定改变 C．当分子间的距离变小时，分子间作用力有可能减小 D．第一类永动机无法制成是因为其违背了能量守恒定律 【答案】CD 【详解】A．根据热力学第一定律有 可知，物体吸收热量后如果同时对外做功，且所做的功大于吸收的热量时，则物体的温度将降低，故A错误； B．温度是物体分子平均动能的标志，温度越高分子的平均动能就越大，因此物体温度改变时，物体分子的平均动能一定改变，故B错误； C．当分子间的距离变小时，分子间作用力有可能增大，也有可能减小，故C正确； D．第一类永动机无法制成是因为其违背了能量守恒定律，故D正确。 故选CD。 12．如图，一开口向上的导热汽缸内，用活塞封闭了一定质量的理想气体，活塞与汽缸壁间无摩擦。现用外力作用在活塞上，使其缓慢上升。环境温度保持不变，大气压不变，系统始终处于平衡状态。在活塞上升过程中（　　） A．气体体积逐渐增大，内能增加 B．气体压强逐渐减小，内能不变 C．气体压强逐渐增大，放出热量 D．气体对外界做功，吸收热量 【答案】BD 【详解】A．活塞上升，体积逐渐增大，理想气体的内能与温度相关联，温度保持不变，则内能不变，故A错误； BCD．根据理想气体状态方程 可知体积增大，温度不变，故压强减小；因为温度不变，内能不变，体积增大，气体对外界做功，根据热力学第一定律 可知系统吸热，故BD正确，C错误。 故选BD。 【点睛】根据理想气体状态方程及热力学第一定律，结合题意进行逐步分析。 13．如图，两端开口、下端连通的导热汽缸，用两个轻质绝热活塞（截面积分别为S1和S2）封闭一定质量的理想气体，活塞与汽缸壁间无摩擦。在左端活塞上缓慢加细沙，活塞从A下降h高度到B位置时，活塞上细沙的总质量为m。在此过程中，用外力F作用在右端活塞上，使活塞位置始终不变。整个过程环境温度和大气压强p0保持不变，系统始终处于平衡状态，重力加速度为g。下列说法正确的是（　　） A．整个过程，理想气体的分子平均动能保持不变 B．整个过程，理想气体的内能增大 C．整个过程，理想气体向外界释放的热量小于（p0S1h＋mgh） D．左端活塞到达B位置时，外力F等于 【答案】ACD 【详解】AB．根据汽缸导热且环境温度没有变，可知汽缸内的温度也保持不变，则整个过程，理想气体的分子平均动能保持不变，内能不变，故A正确，B错误； C．由内能不变可知理想气体向外界释放的热量等于外界对理想气体做的功 故C正确； D．左端活塞到达B位置时，根据压强相等可得 即 故D正确。 故选ACD。 14．如图所示，一定质量的理想气体由状态经过等压变化到达状态，再从状态经过等容变化到达状态。状态与状态温度相等。则：气体在状态的温度______在状态的温度（选填“小于”“等于”或“大于”），气体在状态的内能______在状态的内能（选填“小于”“等于”或“大于”）；从状态到状态的过程中，气体______（选填“吸热”或“放热”）。 【答案】 小于 等于 放热 【详解】[1]气体从状态到状态发生等压变化，根据盖—吕萨克定律知，体积增大，温度升高，所以气体在状态的温度小于在状态的温度。 [2]理想气体的内能只与温度有关，两状态气体温度相等，内能相等，即气体在状态的内能等于气体在状态的内能。 [3]气体从到的过程，体积不变，温度降低，内能减少，做功为零，根据热力学第一定律 应该放出热量。 15．用活塞将一定质量的理想气体密闭在汽缸内。通过外界因素改变缸内气体的状态，气体从状态A经状态B变化到状态C，再从状态C回到状态A，其体积的倒数与压强的变化关系图像如图所示，图中AB与横轴平行，BC与纵轴平行。AC的连线过坐标原点。从状态A到状态B的过程中，气体____（填“吸热”“放热”或“绝热”）；从状态B到状态C的过程中，单位时间内碰撞器壁单位面积上的气体分子个数____（填“增大”“减小”或“不变”）；从状态C到状态A的过程中，气体的内能____（填“增大”“减小”或“不变”）。 【答案】 放热； 减小； 不变； 【详解】[1]由可得 斜率的倒数和温度成正比，根据图像可知，从状态A到状态B的过程中，气体的体积不变，不对外做功，气体温度减小，内能减小，由热力学第一定律知气体向外界放热； [2]从状态B到状态C的过程中，气体体积增大，单位体积内分子数减小，单位时间内碰撞器壁单位面积上的气体分子个数减小； [3]状态C到状态A的过程中斜率不变，气体温度不变，内能不变。 16．人的体温是由下丘脑中特殊神经细胞监察和控制的，当下丘脑温度高于时，人体散热机制（如血管舒张、出汗等）就活跃起来，已知人体温度为时蒸发汗水所需要能量。现有一中年人慢步行走时新陈代谢功率为，此人慢步行走时的体温保持，行走出汗约为，试求此人通过传导辐射等方式（不包括出汗）产生的散热功率。 【详解】此人因出汗消耗的能量 对应的功率 根据能量守恒定律，所求散热功率为 / 学科网（北京）股份有限公司 $