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第三節(jié) 能量守恒定律 課時訓(xùn)練16　能量守恒定律 基礎(chǔ)夯實(shí) 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(jī)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(jī)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(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,但總能量守恒. 2.“第一類永動機(jī)”是不可能制成的,這是因?yàn)?　　) A.不符合機(jī)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(dāng)量 D.暫時找不到合理的設(shè)計(jì)方案和理想材料 答案B 解析第一類永動機(jī)不能制成的原因是違背了能量守恒定律,任何設(shè)計(jì)永動機(jī)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(jī)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(yùn)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(xiàng)正確.四個物體運(yùn)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(jī)械能轉(zhuǎn)化為其他形式的能,D項(xiàng)正確. 5.(多選)運(yùn)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(dǎo)學(xué)號51140106) A.重力勢能只轉(zhuǎn)化為動能 B.機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能 C.機(jī)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(jī)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(jī)”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(jìn)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(fù),轉(zhuǎn)輪因此能較長時間轉(zhuǎn)動.下列說法正確的是(　　) (導(dǎo)學(xué)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(jī)械能增加,必須從外界吸收能量,選項(xiàng)A、B錯誤;轉(zhuǎn)動葉片從水中吸收能量,水溫降低,選項(xiàng)C錯誤;葉片吸收的熱量一部分轉(zhuǎn)化為機(jī)械能,選項(xiàng)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(shè)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(yīng)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(dǎo)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(xì)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(qiáng)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(dǎo)學(xué)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(dāng)活塞上方液體逐漸流出時,氣體的壓強(qiáng)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(xiàng)A錯誤;由于壓強(qiáng)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(xiàng)B、C錯誤.根據(jù)玻意耳定律有p1V1=p2V2,由于氣體壓強(qiáng)減小,所以體積增大,氣體對外做功,又因?yàn)闅怏w溫度不變、內(nèi)能不變,所以氣體從外界吸熱且W=-Q,選項(xiàng)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(jì).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(yùn)動,經(jīng)過多次往復(fù)運(yùn)動后活塞靜止,氣體達(dá)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(dāng)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(fù)運(yùn)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(shè)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(xiàng)正確. 10.雨滴從400 m高處由靜止開始下落,設(shè)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(shè)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(yùn)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(dǎo)學(xué)號51140109) 答案4.9104 kg 解析設(shè)衛(wèi)星在地球附近圓形軌道上的運(yùn)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(jì)民生已造成嚴(yán)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(diǎn).地鐵列車可實(shí)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(yùn)動,先勻加速運(yùn)動20 s達(dá)最高速度72 km/h,再勻速運(yùn)動80 s,接著勻減速運(yùn)動15 s到達(dá)乙站停住.設(shè)列車在勻加速運(yùn)動階段牽引力為1106 N,勻速運(yùn)動階段牽引力的功率為 6103 kW,忽略勻減速運(yùn)動階段牽引力所做的功. (導(dǎo)學(xué)號51140110) (1)求甲站到乙站的距離; (2)如果燃油公交車運(yùn)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(shè)列車勻加速直線運(yùn)動階段所用的時間為t1,距離為s1;在勻速直線運(yùn)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(yùn)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(shè)列車在勻加速直線運(yùn)動階段的牽引力為F,所做的功為W1;在勻速直線運(yùn)動階段的牽引力的功率為P,所做的功為W2.設(shè)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