3.3 能量守恒定律 分层作业 -2025-2026学年高二下学期物理人教版选择性必修第三册

3.3 能量守恒定律 分层作业 学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________ A层 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 2．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 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．（多选）关于以下四幅图的描述，正确的是（　　） A．图甲是研究布朗运动的实验记录，图中的折线是花粉颗粒的运动轨迹，说明花粉的运动是规则的 B．图乙是水银在玻璃管中呈现出液面上凸的现象，说明水银不能浸润玻璃 C．图丙是光在方解石中的双折射现象，说明方解石是晶体 D．图丁是永动机的示意图，此类永动机不可制成的原因是违背了热力学第二定律 5．近几年流行一种“自发电电动车”，如图所示。其自发电的基本原理是将一小型发电机紧靠车轮处，车轮转动时，带动发电机运转，发出的电又继续供给电动车。你认为仅靠这种方式，电动车能持续运动下去吗？    6．太阳向地球表面每平方米辐射光能的功率是1.4kW，今要用凹面镜制成的太阳灶烧水，并要使初温为20℃、质量为5kg的水在1200s内沸腾，则太阳灶中凹面镜受光照面积的直径至少应该是多少？（设太阳灶的总效率为50%） B层 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．（多选）如图甲，足够长的传送带与水平面的夹角，皮带在电动机的带动下，速率始终不变。时刻在传送带适当位置放上一个具有初速度的小物块。取沿斜面向上为正方向，物块在传送带上运动的速度随时间的变化如图乙所示。已知小物块质量，g取，下列说法正确的是（　　） A．传送带顺时针转动，速度大小为2m/s B．传送带与小物块之间的动摩擦因数 C．时间内电动机多消耗的电能为36J D．时间因摩擦产生热量为15J 9．如图所示，有人设计了这样一台“永动机”：距地面一定高度架设一个水槽，水从槽底的管中流出，冲击一个水轮机，水轮机的轴上安装一个抽水机和一个砂轮。他指望抽水机把地面水槽里的水抽上去，这样循环不已，机器不停地转动，就可以永久地用砂轮磨制工件做功了。请你分析一下，高处水槽中水的势能转变成哪几种形式的能，说明这个机器是否能够永远运转下去。 C层 10．一定质量的理想气体沿如图所示的状态变化，ba的延长线过坐标原点，T＝t＋273K，下列说法中正确的是（　　） A．由a至b，外界对气体不做功 B．气体由c至a，不可能在绝热状态下进行 C． D．气体由a经b至c吸收的热量等于气体由c至a释放的热量 11．（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 12．如图所示，一足够大的倾角=30°的粗糙斜面上有一个粗细均匀的由同种材料制成的金属线框abcd，线框的质量m=0.6kg，其电阻值R=1.0Ω，ab边长L1=1m，bc边长L2=2m。斜面以EF为界，EF上侧有垂直于斜面向上的匀强磁场，磁感应强度B=1T。一质量为M的物体用绝缘细线跨过光滑定滑轮与线框相连，连接线框的细线与斜面平行且细线最初处于松弛状态。现先释放线框再释放物体，当cd边离开磁场时线框即以v=2m/s的速度匀速下滑，在ab边运动到EF位置时，细线恰好被拉直绷紧（时间极短），随即物体和线框一起做匀速运动，t=1s后开始做匀加速运动。g取10m/s2，求： （1）线框与斜面之间的动摩擦因数；（结果保留一位小数） （2）细线绷紧前，M下降的时间t1； （3）系统在线框cd边离开磁场至重新进入磁场过程中产生的热量Q。 试卷第1页，共3页 试卷第1页，共3页 学科网（北京）股份有限公司 《3.3》参考答案 题号 1 2 3 4 7 8 10 11 答案 C B BC BC C AC B ACD 1．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。 2．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。 3．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．BC 【详解】A．图甲为花粉颗粒每隔一段时间的位置的连线，不是运动轨迹，同时花粉的布朗运动是无规则的，故A错误； B．对于玻璃，水银时不浸润液体，在水银表面张力作用下呈现上凸，故B正确； C．双折射现象时光学各向异性的表现，所以方解石是各向异性的晶体，故C正确； D．此类永动机不可制成的原因是违背了热力学第一定律，故D错误。 故选BC。 5．见解析 【详解】仅靠这种方式，不能使电动车持续运动下去，因为靠这种方式，只能将电动车的一部分能量收集起来，但电动车运动时受到的阻力做负功，不断把电动车的机械能转化为内能，根据能量守恒定律，要想使电动车持续运动下去，必须不断地给电动车补充新的能量，如用脚蹬电动车或给电动车的电源充电。 6．1.6m 【详解】设凹面镜的直径为d，在t＝1200s内太阳辐射到凹面镜的能量 E＝Pt·S＝×3.14d2×1400×1200＝1.3188×106d2 根据能量守恒可知 50%E＝c水mΔt 即 1.3188×106d2×50%＝4.2×103×5×（100－20） 解得 d≈1.6m 7．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．AC 【详解】A．从v－t图像可知，小物块最终随传送带一起匀速运动，说明传送带的速度为2m/s，因为取沿斜面向上为正方向，所以传送带顺时针转动，故A正确； B．由图可知时间内小物块的加速度为 a＝1m/s2 对物块受力分析，可得 μmgcosθ－mgsinθ＝ma 解得 μ＝ 故B错误； D．物块运动速度减为零后，反向加速经历时间为 结合v－t图像可得 t2＝3s 根据v－t图像图线与横轴围成面积表示位移可得物块向下运动过程中的位移为 故物块向下运动过程中与传送带间的相对位移为 物块向上运动过程中的位移为 物块向上运动过程中与传送带间的相对位移为 所以传送带与物块的总相对位移为 =4.5m 所以时间因摩擦产生热量为 Q＝μmgcosθ·Δs＝27J 故D错误； C．物块增加的重力势能 ΔEp＝mgsinθ·(x2-x1)＝7.5J 物块动能的增量 ΔEk＝mv2－mv02＝1.5J 则传送带多消耗的电能 W电＝Q＋ΔEp＋ΔEk＝36J 故C正确。 故选AC。 9．见解析 【详解】取顶部水槽中流出的水为研究对象，在其从顶部水槽中流出至底部水槽的过程中，它的重力势能一部分转化为自身的动能，一部分转化为水轮机、抽水机、砂轮的动能，一部分转化为砂轮和工件的内能，还有一部分转化为抽水机抽上去的水的重力势能。由能的转化和守恒定律知，抽水机抽上去的水的重力势能必然小于流下的水的重力势能，如果上抽的水管的横截面积大于或等于下流的水管的横截面积，则根本不可能将底部水槽中的水抽至顶部水槽，即使上抽水管的横截面积小于下流水管的横截面积也不一定能将水抽上去，如果上抽水管比下流水管细很多且能够将底部水槽中的水抽至顶部水槽，则相等时间里抽上去的水也要比流下的水的质量小得多，最后顶部水槽中的水很快就会流光。 10．B 【详解】A．由图像可知 则由a至c的过程是等容变化，而由a至b的过程不是等容变化，且气体体积减小，外界对气体做功，A错误； B．由c至a气体温度降低，内能减小，而外界对气体不做功，则气体要对外放热，即c至a不可能在绝热状态下进行，B正确； C．ba的延长线过坐标原点，由几何关系知，b状态下热力学温度为287K，b至c为等压变化，由状态方程可知 解得 故C错误； D．由题意及图可知 Va＝Vc 由A中分析可得 Vb<Va 从a至b气体压强逐渐增大，b至c为等压过程，根据 W＝pΔV 可得a经b至c的过程外界对气体做的功为 Wabc＝Wab＋Wbc<0 根据热力学第一定律有 ΔUac＝Wabc＋Qabc 而ΔUac>0，则Qabc>0，即气体由a经b至c吸热，吸收的热量为 Qabc＝ΔUac－Wabc 而气体从c至a，外界对气体所做功Wca＝0，根据热力学第一定律有 －ΔUac＝Wca＋Qca 可知气体由c至a放热，释放的热量 Qca＝ΔUac 比较可知，Qabc>Qca，故D错误。 故选B。 11．ACD 【分析】棒第一次与地面碰撞后，速度方向变为向上，环的速度方向向下，二者存在相对运动，相互间存在滑动摩擦力，棒受重力、向下的滑动摩擦力，合力方向向下；一开始环受重力、向上的滑动摩擦力，合力方向向上，先做匀减速，后做匀加速，直至环与棒的速度相同；当棒再次下落时，此时棒的速度与环的速度相同，无摩擦，故棒的下落为自由落体。整个过程中能量的损失都是由于摩擦力对物体做的功，根据能量的守恒可以较简单的求得摩擦力对环及棒做的总功即求得能量损失。 【详解】A．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； BC．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； D．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。 【点睛】本题考查力与运动的关系，只要能正确受力分析，结合当速度与加速度方向相同时做加速运动，方向相反时做减速运动即可求解。 12．（1）；（2）；（3） 【详解】（1）线框cd边离开磁场后受到的安培力 线框cd边离开磁场时匀速下滑，由平衡条件得 解得 （2）由题意，线框第二次匀速运动方向向上，设其速度为，细线拉力为，则匀速运动的速度 对线框，由平衡条件得 对物体，由平衡条件得 设绳突然绷紧过程中绳子作用力冲量为I，由动量定理得 对物体 绳绷紧前物体自由下落 解得 （3）根据能量守恒定律得，线框匀速下滑过程 绳子突然绷紧过程 线框匀速上滑过程 系统在线框cd边离开磁场至重新进入磁场过程中产生的热量 解得 答案第1页，共2页 答案第1页，共2页 学科网（北京）股份有限公司 $