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第三節(jié) 能量守恒定律 課時訓練16　能量守恒定律 基礎(chǔ)夯實 1.一木塊在一不光滑的V形槽內(nèi)來回滑動的過程中,下列說法正確的是(　　) 　 　　　　　　　　　　　　 A.機械能守恒 B.能量正在消失 C.只有動能和重力勢能的相互轉(zhuǎn)化 D.減少的機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,但總能量守恒 答案D 解析木塊在滑動過程中要克服摩擦阻力做功,機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,但總能量守恒. 2.“第一類永動機”是不可能制成的,這是因為(　　) A.不符合機械能守恒定律 B.違背了能量守恒定律 C.做功產(chǎn)生的熱不符合熱功當量 D.暫時找不到合理的設計方案和理想材料 答案B 解析第一類永動機不能制成的原因是違背了能量守恒定律,任何設計永動機的努力都是徒勞的. 3.在一個與外界沒有熱交換的房間內(nèi)打開冰箱門,冰箱正常工作,過一段時間房間內(nèi)的溫度將(　　) A.降低 B.升高 C.不變 D.無法確定 答案B 解析取房間內(nèi)氣體及電冰箱(有散熱裝置)為系統(tǒng),外界消耗電能,對系統(tǒng)做功,系統(tǒng)總內(nèi)能增加,溫度升高. 4.(多選)行駛中的汽車制動后滑行一段距離,最后停下;流星在夜空中墜落并發(fā)出明亮的火焰;降落傘在空中勻速下降;條形磁鐵在下落過程中穿過閉合線圈,線圈中產(chǎn)生電流.上述不同現(xiàn)象中,所包含的相同的物理過程是(　　) A.物體克服阻力做功 B.物體的動能轉(zhuǎn)化為其他形式的能量 C.物體的勢能轉(zhuǎn)化為其他形式的能量 D.物體的機械能轉(zhuǎn)化為其他形式的能量 答案AD 解析這四個現(xiàn)象中物體運動過程都受到阻力作用,汽車主要是受制動阻力,流星、降落傘是受空氣阻力,條形磁鐵下落是受磁場阻力,因而物體都克服阻力做功,A項正確.四個物體運動過程中,汽車是動能轉(zhuǎn)化成了其他形式的能,流星、降落傘、條形磁鐵是重力勢能轉(zhuǎn)化成其他形式的能,總之是機械能轉(zhuǎn)化為其他形式的能,D項正確. 5.(多選)運動員跳傘后,在某一段時間內(nèi)以8 m/s2的加速度下降,在該過程中(　　) (導學號51140106) A.重力勢能只轉(zhuǎn)化為動能 B.機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能 C.機械能守恒 D.系統(tǒng)的總能量守恒 答案BD 解析物體加速度為8 m/s2,說明物體受重力以外還受阻力作用,克服阻力做功,機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,但總能量守恒. 能力提升 6.如圖所示,一演示用的“永動機”轉(zhuǎn)輪由5根輕桿和轉(zhuǎn)軸構(gòu)成,輕桿的末端裝有用形狀記憶合金制成的葉片.輕推轉(zhuǎn)輪后,進入熱水的葉片因伸展而“劃水”,推動轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動.離開熱水后,葉片形狀迅速恢復,轉(zhuǎn)輪因此能較長時間轉(zhuǎn)動.下列說法正確的是(　　) (導學號51140107) A.轉(zhuǎn)輪依靠自身慣性轉(zhuǎn)動,不需要消耗外界能量 B.轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動所需能量來自形狀記憶合金自身 C.轉(zhuǎn)動的葉片不斷攪動熱水,水溫升高 D.葉片在熱水中吸收的熱量一定大于在空氣中釋放的熱量 答案D 解析轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動,機械能增加,必須從外界吸收能量,選項A、B錯誤;轉(zhuǎn)動葉片從水中吸收能量,水溫降低,選項C錯誤;葉片吸收的熱量一部分轉(zhuǎn)化為機械能,選項D正確. 7.如圖所示,直立絕熱容器內(nèi)正中間有被隔板隔開的A、B兩部分氣體,A的密度小,B的密度大,抽去隔板,加熱氣體使兩部分氣體均勻混合,設在此過程中氣體吸熱為Q,氣體的內(nèi)能增加為ΔU,則(　　) A.ΔU=Q B.ΔUQ D.無法比較 答案B 解析A、B兩部分氣體開始的合重心在中線以下,混合均勻后,合重心在中線上,所以系統(tǒng)的重力勢能增大,根據(jù)能量守恒定律可得,吸收的熱量應等于增加的重力勢能與增加的內(nèi)能之和,即Q=ΔEp+ΔU,顯然Q>ΔU. 8.如圖所示,由導熱材料制成的汽缸和活塞將一定質(zhì)量的理想氣體封閉在汽缸內(nèi),活塞與汽缸壁之間無摩擦,活塞上方存有少量液體.將一根細管插入液體,由于虹吸現(xiàn)象,活塞上方液體逐漸流出.在此過程中,大氣壓強與外界的溫度保持不變.關(guān)于這一過程,下列說法正確的是(　　) (導學號51140108) A.氣體分子的平均動能逐漸增大 B.單位時間氣體分子對活塞撞擊的次數(shù)增多 C.氣體分子對活塞的平均沖力保持不變 D.氣體對外界做功等于氣體從外界吸收的熱量 答案D 解析當活塞上方液體逐漸流出時,氣體的壓強逐漸減小,由于是虹吸現(xiàn)象,水流出過程緩慢,所以氣體狀態(tài)變化為等溫變化,因此氣體分子的平均動能不變,選項A錯誤;由于壓強減小,所以單位時間內(nèi)氣體分子對活塞撞擊的次數(shù)減小,氣體分子對活塞的平均沖力減小,選項B、C錯誤.根據(jù)玻意耳定律有p1V1=p2V2,由于氣體壓強減小,所以體積增大,氣體對外做功,又因為氣體溫度不變、內(nèi)能不變,所以氣體從外界吸熱且W=-Q,選項D正確. 9.如圖所示,密閉絕熱容器內(nèi)有一絕熱的具有一定質(zhì)量的活塞,活塞的上部封閉著氣體,下部為真空,活塞與器壁間的摩擦忽略不計.置于真空中的輕彈簧一端固定于容器的底部,另一端固定在活塞上,彈簧被壓縮后用繩扎緊,此時彈簧的彈性勢能為Ep(彈簧處在自然長度時的彈性勢能為零).現(xiàn)繩突然斷開,彈簧推動活塞向上運動,經(jīng)過多次往復運動后活塞靜止,氣體達到平衡狀態(tài).經(jīng)過此過程(　　) A.Ep全部轉(zhuǎn)換為氣體的內(nèi)能 B.Ep一部分轉(zhuǎn)換成活塞的重力勢能,其余部分仍為彈簧的彈性勢能 C.Ep全部轉(zhuǎn)換成活塞的重力勢能和氣體的內(nèi)能 D.Ep一部分轉(zhuǎn)換成活塞的重力勢能,一部分轉(zhuǎn)換為氣體的內(nèi)能,其余部分仍為彈簧的彈性勢能 答案D 解析當繩子突然斷開時,活塞受彈簧的彈力F、活塞的重力G、封閉氣體對活塞向下的壓力F的共同作用,如圖所示,其合力向上,經(jīng)多次往復運動后活塞靜止時,活塞處于三力平衡狀態(tài),氣體體積必減小,外力對氣體做正功,由于絕熱,所做的功全部轉(zhuǎn)化為氣體的內(nèi)能,氣體的內(nèi)能增加,而活塞最終的靜止位置比初始位置高,其重力勢能增加,最終彈力與另外兩個力的合力平衡,彈簧仍有形變.設最終彈簧的彈性勢能為Ep,由能量守恒定律得Ep=Ep+活塞增加的重力勢能+氣體增加的內(nèi)能,所以D選項正確. 10.雨滴從400 m高處由靜止開始下落,設它受到的阻力大小為重力的0.7,雨滴落地前所產(chǎn)生的內(nèi)能有30%為其吸收,則落地前雨滴溫度可升高多少度?〔g取10 m/s2,水的比熱容c=4.2103 J/(kg℃)〕 答案0.2 ℃ 解析落地前因克服空氣阻力而產(chǎn)生的熱量為 Q=kmgh. ① 設溫度升高了Δt,由能量守恒定律,得 Qη=mcΔt. ② 聯(lián)立①②,解得Δt=0.2 ℃. 11.要把質(zhì)量為103 kg的衛(wèi)星發(fā)射到地球附近的圓形軌道上,如果燃料完全燃燒產(chǎn)生的熱量有1%轉(zhuǎn)化為衛(wèi)星在軌道上運行時的動能,則燃料質(zhì)量至少為多少?(地球半徑R=6 400 km,燃料的燃燒值q=6.4107 J/kg,g取9.8 m/s2) (導學號51140109) 答案4.9104 kg 解析設衛(wèi)星在地球附近圓形軌道上的運行速度是v 由m0g=m0,得v=. ① 由題意,得ηqm=m0v2. ② 聯(lián)立①②式,得 m= kg=4.9104 kg. 12.(2015四川理綜)霧霾天氣對國計民生已造成嚴重的影響,汽車尾氣是形成霧霾的重要污染源,“鐵腕治污”已成為國家的工作重點.地鐵列車可實現(xiàn)零排放,大力發(fā)展地鐵,可以大大減少燃油公交車的使用,減少汽車尾氣排放. 若一地鐵列車從甲站由靜止啟動后做直線運動,先勻加速運動20 s達最高速度72 km/h,再勻速運動80 s,接著勻減速運動15 s到達乙站停住.設列車在勻加速運動階段牽引力為1106 N,勻速運動階段牽引力的功率為 6103 kW,忽略勻減速運動階段牽引力所做的功. (導學號51140110) (1)求甲站到乙站的距離; (2)如果燃油公交車運行中做的功與該列車從甲站到乙站牽引力做的功相同,求公交車排放氣態(tài)污染物的質(zhì)量.(燃油公交車每做1焦耳功排放氣態(tài)污染物310-6克) 答案(1)1 950 m　(2)2.04 kg 解析(1)設列車勻加速直線運動階段所用的時間為t1,距離為s1;在勻速直線運動階段所用的時間為t2,距離為s2,速度為v;在勻減速直線運動階段所用的時間為t3,距離為s3;甲站到乙站的距離為s,則s1=vt1, ① s2=vt2, ② s3=vt3, ③ s=s1+s2+s3. ④ 聯(lián)立①②③④式,并代入數(shù)據(jù),得 s=1 950 m. ⑤ (2)設列車在勻加速直線運動階段的牽引力為F,所做的功為W1;在勻速直線運動階段的牽引力的功率為P,所做的功為W2.設燃油公交車做與該列車從甲站到乙站相同的功W,將排放氣態(tài)污染物質(zhì)量為M,則 W1=Fs1, ⑥ W2=Pt2, ⑦ W=W1+W2, ⑧ M=(310-9 kgJ-1)W. ⑨ 聯(lián)立①⑥⑦⑧⑨式,并代入數(shù)據(jù),得 M=2.04 kg. ⑩