3.3 能量守恒定律 同步练习-2026-2027学年高二下学期物理人教版选择性必修第三册

**基本信息** 分层进阶设计，覆盖能量守恒定律从概念理解到综合应用，适配新授课教学，强化物理观念与科学思维。 **分层设计** |层次|知识覆盖|设计特色| |----|----------|----------| |A级|能量守恒定律理解、永动机原理|选择题为主，聚焦基础概念辨析（如第1-7题）| |B级|能量转化与守恒综合应用|含计算与情境分析，融合力学与热学（如第10-11题）| |C级|实际问题能量估算|开放探究题，提升科学探究与建模能力（如第12题）|

3　能量守恒定律 A级 必备知识基础 一、对能量守恒定律的理解和应用 1.下列说法错误的是(　　) A.能量守恒定律只适用于物体内能的变化 B.只要有能的转化和转移,就一定遵从能量守恒定律 C.能量守恒定律是人们认识自然和利用自然的有力武器 D.任何一种形式的能在转化为其他形式的能的过程中,消耗多少某种形式的能量,就能得到多少其他形式的能量,且能的总量保持不变 2.下列说法正确的是(　　) A.随着科技的发展,永动机是可以制成的 B.在低速运动时,宏观物体的运动不服从牛顿运动定律 C.“既要马儿跑,又要马儿不吃草”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,说明能量可以凭空产生 3.细绳的一端固定在天花板上,另一端拴一质量为m的小球,如图所示。使小球在竖直平面内摆动,经过一段时间后,小球停止摆动。下列说法正确的是(　　) A.小球的机械能守恒 B.小球的能量正在消失 C.小球在摆动过程中,只有动能和重力势能在相互转化 D.总能量守恒,但小球的机械能减少 4.在一个密闭绝热的房间里,有一电冰箱正在工作,如果打开电冰箱的门,过一段时间后房间的温度会(　　) A.降低 B.不变 C.升高 D.无法判断 5. 如图所示,容器内部有被隔板隔开的A、B两部分气体,A气体的密度小,B气体的密度大。抽去隔板,加热气体,使两部分气体均匀混合。设在此过程中气体吸热Q,气体内能的增加量为ΔE,则(　　) A.ΔE=Q B.ΔE<Q C.ΔE>Q D.ΔE=0 6.如图所示,密封的矿泉水瓶中,距瓶口越近水的温度越高。一开口向下、导热良好的小瓶置于矿泉水瓶中,小瓶中封闭一段空气。挤压矿泉水瓶,小瓶下沉到底部;松开后,小瓶缓慢上浮,上浮过程中,小瓶内气体(　　) A.内能减少 B.对外界做正功 C.增加的内能大于吸收的热量 D.增加的内能等于吸收的热量 二、永动机不可能制成 7.“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.它违背了能量守恒定律 C.没有合理的设计方案 D.找不到合适的材料 B级 关键能力提升 8.如图所示,密闭绝热容器内有一绝热的具有一定质量的活塞,活塞的上部封闭着气体,下部为真空,活塞与器壁的摩擦忽略不计。置于真空中的轻弹簧的一端固定于容器的底部,另一端固定在活塞上,弹簧被压缩后用绳扎紧,此时弹簧的弹性势能为Ep(弹簧处在自然长度时的弹性势能为零)。现在绳突然断开,弹簧推动活塞向上运动,经过多次往复运动后活塞静止,气体达到平衡态,经过此过程(　　) A.Ep全部转化为气体的内能 B.Ep一部分转化为活塞和气体的重力势能,其余部分仍为弹簧的弹性势能 C.Ep全部转化为活塞和气体的重力势能及气体的内能 D.Ep一部分转化为活塞和气体的重力势能,一部分转化为气体的内能,其余部分仍为弹簧的弹性势能 9.如图所示,A、B是两个完全相同的铁球,A放在绝热板上,B用绝热绳悬挂。现只让它们吸收热量,当它们升高相同的温度时所吸收的热量分别为QA、QB,则(　　) A.QA=QB B.QA<QB C.QA>QB D.无法确定 10.暖瓶中有0.5 kg、25 ℃的水,一人想用上下摇晃的方法使冷水变为开水,设每摇晃一次水的落差为15 cm,每分钟摇晃30次,不计所有热散失,理论上他约需多长时间可以把水“摇开”?[c水=4.2×103 J/(kg·℃),g取10 m/s2] 11.如图所示,这是冲击摆实验装置,一质量为m的子弹以v0射入质量为m沙的沙箱后与沙箱合为一体,共同摆起一定高度h,则整个过程中子弹和沙箱由于相互作用所产生的内能为多少?(不计空气阻力) C级 学科素养培优 12.某同学想要估测每秒钟太阳辐射到地球表面上的能量,现有一个横截面积S=3.2 dm2的保温圆筒,筒内装有质量m=0.4 kg的水,他让太阳光垂直照射筒t=3 min,水升高温度Δt=2.2 ℃,已知水的比热容c=4.2×103 J/(kg·℃),地球半径R=6 400 km,试求出太阳向地球表面辐射能量的功率。(太阳辐射到地球的面积按S地=πR2计算) 参考答案 1.A　 解析 各种形式的能都可以相互转化,并不是只适用于物体内能的变化,且有能的转化和转移,就一定遵从能量守恒定律,A错误,符合题意,B、C、D正确,不符合题意。 2.C　 解析 永动机违反能量守恒定律,即使科技发展,永动机也不可能制成,A项错误;牛顿运动定律适用于宏观低速运动的物体,B项错误;“既要马儿跑,又要马儿不吃草”违背了能量守恒定律,因而是不可能的,C项正确;由能量守恒定律可知,能量是不能凭空产生的,D项错误。 3.D　 解析 小球在竖直平面内摆动,经过一段时间后,小球停止摆动,说明小球的机械能通过克服阻力做功不断地转化为内能,即机械能不守恒,故A项错误;小球的机械能转化为内能,能量的种类变了,但能量不会消失,故B项错误;小球在摆动过程中,重力势能和动能相互转化的同时,机械能也不断地转化为内能,故摆动的幅度越来越小,但总能量守恒,故C项错误,D项正确。 4.C　 解析 冰箱只是把冰箱内的热量转移到外面,但在密闭绝热的房间中,冰箱门打开,冰箱不工作时,整个房间内的热量是不变的,而在冰箱工作时有电流在做功,产生焦耳热,电能转化为内能,根据能量守恒定律可知室内温度升高。故选C。 5.B　 解析 抽去隔板,加热气体,使两部分气体均匀分布,由于原A气体密度较小,因此其重心升高,重力势能增加。由能量守恒定律知,气体吸收的热量除使内能增加外,还使重力势能增加,故选项B正确。 6.B　 解析 由于越接近矿泉水瓶瓶口,水的温度越高,因此在小瓶上浮的过程中,小瓶内气体的温度升高,内能增加,A错误;在小瓶上升的过程中,小瓶内气体的温度逐渐升高,压强逐渐减小,根据理想气体状态方程=C,可知气体体积膨胀,对外界做正功,B项正确;由A、B分析,在小瓶上升时,小瓶内气体内能增加,气体对外做功,根据热力学第一定律ΔU=W+Q,由于气体对外做功,因此吸收的热量大于增加的内能,C、D项错误。 7.B　 解析 第一类永动机不可能制成的原因是违背了能量守恒定律,故B项正确。 8.D　 解析 以活塞为研究对象,设气体压强为p1,活塞质量为m,横截面积为S,末态时气体的压强为p2,初态F弹>mg+p1S,由题意可得末态位置必须高于初位置,否则不能平衡,则由ΔU=W(绝热),W为正,ΔU必为正;温度升高,内能增加,活塞和气体的重力势能增加,末态时,由力的平衡条件知F弹'=mg+p2S,仍然具有一部分弹性势能,故D项正确,A、B、C项错误。 9.C　 解析 根据Q=cmΔt可知,A、B升高相同的温度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,吸收的热量QA一部分用于升温,剩余部分用于增加重力势能,即QA=Q+ΔEpA;B受热膨胀重心降低,重力势能减少,吸收的热量QB和减少的重力势能共同用于升温,即Q=QB+ΔEpB,显然QA>QB。C项正确。 10.7×103 min 解析 设“摇开”水需时间t,水升温ΔT,由W=ΔU 得30mgΔht=c水mΔT 代入数据得t= min=7×103 min 即“摇开”水约需7×103 min。 11.-(m沙+m)gh 解析 子弹和沙箱相互作用的过程中,损失动能,产生内能,设子弹和沙箱的共同运动的速度为v,由能量守恒定律得ΔU=(m沙+m)v2,由于子弹和沙箱相互作用的时间极短,它们一起从最低点以速度v做圆周运动,满足机械能守恒,即(m沙+m)v2=(m沙+m)gh,解得ΔU=-(m沙+m)gh。 12.8.2×1016 W 解析 水吸收的能量Q=cmΔt=4.2×103×0.4×2.2 J=3 696 J,太阳光在1 s内垂直照射到S0=1 m2面积上的功率P=W≈6.4×102 W,太阳辐射到地球表面上能量的功率P'=P×=6.4×102×3.14×(6 400×103)2 W=8.2×1016 W。 学科网（北京）股份有限公司 $