《能量守恒定律》同步练习3.doc

第三节　能量守恒定律

1．(双选)下列设想中，符合能的转化和守恒的有(　　)
A．利用永磁铁和软铁的作用，做一架机器永远地运动下去
B．制造一架飞机，不带燃料，利用太阳能就能飞行
C．做成一只船，利用水的流动，逆水行驶，不用其他力
D．利用核动力，驶离太阳系

解析：由能的转化和守恒定律知第一类永动机不可能制成，由此可得B、D正确．
答案：BD
2．自由摆动的秋千摆动幅度越来越小，下列说法正确的是(　　)
A．机械能守恒
B．能量正在消失
C．只有动能和重力势能之间相互转化
D．减少的机械能转化为内能，但总能量守恒

解析：秋千摆动的幅度越来越小，说明机械能有所减少，机械能减少并不代表能量消失了，而是转化为其他形式的能量，这个能量就是内能，能量仍然是守恒的，故D正确．
答案：D

3．第一类永动机是不可能制成的，这是因为它(　　)
A．不符合机械能守恒定律
B．违背了能的转化和守恒定律
C．做功时机械能无法转化为其他形式的能量
D．找不到合适的材料和合理的设计方案

解析：第一类永动机是以前人们幻想的一种不需要任何动力或燃料却能不断对外做功的机器．它违背了能量守恒定律，是不可能制成的，B正确．
答案：B

4．关于能的转化与守恒定律的下列说法，错误的是(　　)
A．能量能从一种形式转化为另一种形式的能，但不能从一个物体转移到另一物体
B．能量的形式多种多样，它们之间可以相互转化
C．一个物体能量增加了，必然伴随着别的物体能量减少
D．能的转化与守恒定律证明了第一类永动机是不可能存在的

解析：根据能量守恒定律的内容可知，A选项说法错误，答案选A.
答案：A
5．汽车关闭发动机后恰能沿斜坡匀速下滑，在这过程中(　　)
A．汽车的机械能守恒
B．汽车的动能和势能相互转化
C．机械能转化为内能，总能量守恒
D．机械能和内能之间没有转化

解析：汽车沿斜坡匀速下滑，重力势能减小，动能不变，总的机械能减小不守恒，因摩擦力做负功，减小的机械能转化为内能，A、B、D错误，根据能量守恒定律可知C正确．
答案：C

6．(双选)一颗子弹以某一水平速度击中了静止在光滑水平面上的木块，未从木块中穿出．对于这一过程，下列说法中正确的是(　　)
A．子弹减少的机械能等于木块增加的机械能
B．子弹减少的动量等于木块增加的动量
C．子弹减少的机械能等于木块增加的动能与增加的内能之和
D．子弹减少的动能等于木块增加的动能与子弹和木块的内能增量之和

解析：子弹击木块未穿出，它们之间摩擦生热，子弹减少的机械能一部分转化为子弹和木块的内能，A、C错误； A子弹木块系统合外力为零，动量守恒，能量也守恒，B、D正确．
答案：BD

7．(双选)行驶中的汽车制动后滑行一段距离最后停下；流星在夜空中坠落并发出明亮的光焰；降落伞在空中匀速下降；条形磁铁在下落过程中穿过闭合线圈，线圈中产生电流．上述不同现象中所包含的相同的物理过程是(　　)
A．物体克服阻力做功
B．物体的动能转化为其他形式的能量
C．物体的势能转化为其他形式的能量
D．物体的机械能转化为其他形式的能量

解析：这四个现象中物体运动过程都受到阻力作用，汽车主要受制动阻力，流星、降落伞受空气阻力，条形磁铁下落受磁场阻力．因而物体都克服阻力做功，A项对；四个物体运动过程中，汽车是动能转化成了其他形式的能，流星、降落伞、条形磁铁是重力势能转化成其他形式的能，总之是机械能转化成了其他形式的能，D项对．
答案：AD

8．如

图所示，直立容器内部被隔板隔开的A、B两部分气体，A的密度小，B的密度大，加热气体，并使两部分气体混合均匀，设此过程中气体吸热为Q，气体内能的增量为ΔU，则(　　)
A．ΔU＝Q　　　　B．ΔUQ D．无法比较

解析：因A部分气体密度小，B部分气体密度大，以整体气体为研究对象，开始时，气体的重心在中线以下，混合均匀后，气体的重心应在中线处，所以有重力做负功，使气体的重力势能增大，由能量守恒定律可知，吸收的热量Q有一部分增加气体的重力势能，另一部分增加内能．故正确答案为B.
答案：B

9．一小滑块放在如下图所示的凹形斜面上，用力F沿斜面向下拉小滑块，小滑块沿斜面运动了一段距离．若已知在这过程中拉力F所做的功的大小(绝对值)为A，斜面对滑块的作用力所做的功的大小为B，重力做功的大小为C，空气阻力做功的大小为D.当用这些量表达时，小滑块的动能的改变(指末态动能减去初态动能)等于多少？滑块的重力势能的改变等于多少？滑块机械能(指动能与重力势能之和)改变了多少？

解析：根据动能定理，动能的改变等于外力做功的代数和，其中做负功的有空气阻力，斜面对滑块的作用力的功(因弹力不做功，实际上为摩擦阻力做的功)，因此ΔEk＝A－B＋C－D；根据重力做功与重力势能的关系，重力势能的减少等于重力做的功，因此ΔEp＝－C滑块机械能的改变等于重力之外的其他力做的功，因此ΔE＝A－B－D.

10．如图所示，一个小铁块沿半径为R＝0.2 m的半球内壁自上端由静止下滑，当滑至半球底部时，速度为1 m/s，设此过程中损失的机械能全部变为内能，并有40%被铁块吸收．已知铁的比热容c＝0.46×103 J/(kg·℃)，重力加速度g取10 m/s2.求铁块滑至半球底部时升高的温度．

解析：铁块滑到底部产生的内能
ΔE＝mgh－mv2＝1.5m J
升高温度Δt＝＝1.3×10－3 ℃.
答案：1.3×10－3 ℃

能量守恒定律的建立过程
从16世纪到18世纪，经过伽利略、牛顿、惠更斯、莱布尼茨以及伯努利等许多物理学家的认真研究，使动力学得到了较大的发展，机械能的转化和守恒的初步思想在这一时期已经萌发.18世纪末和19世纪初，各种自然现象之间的联系相继被发现．伦福德和戴维的摩擦生热实验否定了热质说，把物体内能的变化与机械运动联系起来.1800年发明伏打电池之后不久，又发现了电流的热效应、磁效应和其他的一些电磁现象．这一时期，电流的化学效应也被发现，并被用来进行电镀．在生物学界，证明了动物维持体温和进行机械活动的能量跟它所摄取的食物的化学能有关，自然科学的这些成就为建立能量守恒定律做了必要的准备．
能量守恒定律的最后确定，是在19世纪中叶由迈尔、焦耳和亥姆霍兹等人完成．德国医生迈尔是从生理学的角度开始对能量进行研究的.1842年，他从“无不生有，有不变无”的哲学观念出发，表达了能量转化和守恒思想，他分析了25种能量的转化和守恒现象，成为世界上最先阐述能量守恒思想的人．英国物理学家焦耳从1840年到1878年将近40年的时间里研究了电流的热效应、压缩空气的温度升高，以及电、化学和机械作用之间的联系，做了400多次实验，用各种方法测定了热和功之间的当量关系，为能量守恒定律的发现奠定了坚实的实验基础．在1847年，当焦耳宣布他的能量观点的时候，德国学者亥姆霍兹在柏林也宣读了同样课题的论文．在这篇论文里，他分析了化学能、机械能、电磁能、光能等不同形式的能的转化和守恒，并且把结果跟永动机不可能制造成功联系起来，他认为不可能无中生有地创造一个永久的推动力，机器只能转化能量，不能创造和消灭能量．
亥姆霍兹在论文里对能量守恒定律作了一个清晰、全面而且概括的论述，使这一定律为人们广泛接受．在19世纪中叶，还有一些人也致力于能量守恒的研究，他们从不同的角度出发，彼此独立地研究，却几乎同时发现了这一伟大的定律．因此，能量守恒定律的发现是科学发展的必然结果．此时，能量转化和守恒定律得到了科学界的普遍承认．
自然界的一切物质都具有能量，对应于不同的运动形式，能量也有不同的形式，如机械运动的动能和势能、热运动的内能、电磁运动的电磁能、化学运动的化学能等，它们分别以各种运动形式、特定的状态参量来表示．当运动形式发生变化或运动量发生转移时，能量也从一种形式转化为另一种形式，从一个系统传递给另一个系统，而在转化和传递中总能量始终不变．恩格斯曾经把能量转化和守恒定律称为“伟大的运动基本规律”，认为它的发现是19世纪自然科学的三大发现之一(另两个发现是细胞学说和达尔文的生物进化论)．
能量守恒定律的建立过程，是人类认识自然的一次重大的飞跃，是哲学和自然科学长期发展和进步的结果．它是最普遍、最重要、最可靠的自然规律之一，而且是大自然普遍和谐性的一种表现形式．和谐美是科学的魅力所在．