能量守恒定律【含答案解析】人教版【知識(shí)架構(gòu)+對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練】 高二物理備課精研提升

3.3能量守恒定律基礎(chǔ)導(dǎo)學(xué)要點(diǎn)一、能量守恒定律1．探索能量守恒的足跡2．能量守恒定律能量既不會(huì)憑空產(chǎn)生，也不會(huì)憑空消失，它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為其他形式，或者從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到別的物體，在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過(guò)程中，能量的總量保持不變。3．永動(dòng)機(jī)不可能制成(1)第一類永動(dòng)機(jī)：不需要任何動(dòng)力或燃料，卻能不斷地對(duì)外做功的機(jī)器；(2)第一類永動(dòng)機(jī)由于違背了能量守恒定律，所以不可能制成。要點(diǎn)突破突破一：能量守恒定律的理解1．能量的存在形式及相互轉(zhuǎn)化各種運(yùn)動(dòng)形式都有對(duì)應(yīng)的能：機(jī)械運(yùn)動(dòng)對(duì)應(yīng)機(jī)械能，分子的熱運(yùn)動(dòng)對(duì)應(yīng)內(nèi)能，還有諸如電磁能、化學(xué)能、原子能等．各種形式的能，通過(guò)某種力做功可以相互轉(zhuǎn)化，例如：利用電爐取暖或燒水，電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能；煤燃燒，化學(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能；列車剎車后，輪子溫度升高，機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能．2．與某種運(yùn)動(dòng)形式對(duì)應(yīng)的能是否守恒是有條件的，例如，物體的機(jī)械能守恒，必須是只有重力做功；而能量守恒定律是沒(méi)有條件的，它是一切自然現(xiàn)象都遵守的基本規(guī)律．3．能量守恒定律的重要意義(1)找到了各種自然現(xiàn)象的公共量度——能量，從而把各種自然現(xiàn)象用定量規(guī)律聯(lián)系起來(lái)，揭示了自然規(guī)律的多樣性和統(tǒng)一性．(2)突破了人們關(guān)于物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械觀念的范圍，從本質(zhì)上表明了各種運(yùn)動(dòng)形式之間相互轉(zhuǎn)化的可能性．能量守恒定律比機(jī)械能守恒定律更普遍，它是物理學(xué)中解決問(wèn)題的重要思維方法．能量守恒定律與電子的發(fā)現(xiàn)、達(dá)爾文的進(jìn)化論并稱19世紀(jì)自然科學(xué)中三大發(fā)現(xiàn)，其重要意義由此可見(jiàn)．(3)具有重大實(shí)踐意義，即徹底粉碎了永動(dòng)機(jī)的幻想．4．第一類永動(dòng)機(jī)失敗的原因分析如果沒(méi)有外界熱源供給熱量，則有U2－U1＝W，就是說(shuō)，如果系統(tǒng)內(nèi)能減少，即U2＜U1，則W＜0，系統(tǒng)對(duì)外做功是要以內(nèi)能減少為代價(jià)的，若想源源不斷地做功，就必須使系統(tǒng)不斷回到初始狀態(tài)，在無(wú)外界能量供給的情況下，是不可能的．典例精析題型一：能量守恒定律的應(yīng)用例一．如圖所示，一個(gè)質(zhì)量為20kg的絕熱汽缸豎直放置，絕熱活塞的質(zhì)量為5kg，處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)被封閉氣體的高度為50cm，現(xiàn)在活塞上方加一15kg的物體，待穩(wěn)定后，被封閉氣體的高度變?yōu)?0cm.求在這一過(guò)程中氣體的內(nèi)能增加多少．(g取10m/s2，不考慮活塞受到的大氣壓力及摩擦阻力)思路點(diǎn)撥：絕熱過(guò)程→外界對(duì)氣體做功→內(nèi)能增加→ΔU＝W解析：由能量守恒定律可知，內(nèi)能的增加等于活塞和物體重力勢(shì)能的減少，ΔU＝ΔE＝(M＋m)gh＝(15＋5)×10×(50－40)×10－2J＝20J.答案：20J變式遷移1：水能不產(chǎn)生污染物，是一種清潔能源，位于美國(guó)和加拿大交界處的尼亞加拉瀑布流量可達(dá)每秒6000m3，而且一年四季流量穩(wěn)定，瀑布落差為50m．若利用這一資源發(fā)電，設(shè)其發(fā)電效率為50%，估算發(fā)電機(jī)的輸出功率．(g取10m/s2)解析：每秒流下的水的質(zhì)量m＝ρV＝1×103×6000kg＝6×106kg減少的機(jī)械能E＝mgh＝6×106×10×50J＝3×109J設(shè)發(fā)電機(jī)的輸出功率為P，則由能量守恒定律可得Eη＝Pt解得P＝3×109×50%W＝1.5×109W.答案：1.5×109W強(qiáng)化訓(xùn)練選擇題1.關(guān)于能量轉(zhuǎn)化與守恒的理解,下列說(shuō)法中正確的是()A.能量是守恒的,不可能消失,所以不會(huì)發(fā)生能源危機(jī)B.能量既會(huì)憑空產(chǎn)生,也會(huì)憑空消失C.能量可以從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式D.能量在轉(zhuǎn)化的過(guò)程中,能量在數(shù)量上會(huì)減少解析:能量雖然是守恒的,總量不變,但是我們可以利用的能源是有限的,隨著可利用能源的消耗,能量可以利用的品質(zhì)降低了,所以會(huì)有能源危機(jī),故A錯(cuò)誤;根據(jù)能量守恒定律可知能量既不會(huì)憑空產(chǎn)生,也不會(huì)憑空消失,它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式,或者從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體上,在轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)化過(guò)程中,能量的總量保持不變,故B、D錯(cuò)誤,C正確。2.(2020·湖南長(zhǎng)沙月考)能量守恒定律是自然界最普遍的規(guī)律之一,以下現(xiàn)象、規(guī)律不能體現(xiàn)能量守恒定律的是()A.行駛的汽車 B.牛頓第三定律C.神舟飛船返回地面 D.機(jī)械能守恒定律解析:能量守恒定律是普遍規(guī)律,生產(chǎn)生活、自然現(xiàn)象無(wú)一例外都遵守能量守恒定律,A、C不符合題意;牛頓第三定律描述的是作用力與反作用力間的關(guān)系,不能體現(xiàn)能量守恒定律,B符合題意;機(jī)械能守恒定律是能量守恒定律的特殊情況,D不符合題意。3.(2020·山西臨汾期中)(多選)電動(dòng)汽車是近幾年國(guó)家提倡的流行汽車,其電池包括鉛酸蓄電池、鎳基電池、鈉硫電池、二次鋰電池、空氣電池等?，F(xiàn)有一輛汽車裝有鎳基電池,對(duì)于其工作原理,下列說(shuō)法正確的是()A.工作時(shí)化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能和內(nèi)能B.充電時(shí)化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能和內(nèi)能C.工作時(shí)電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能和內(nèi)能D.充電時(shí)電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能和內(nèi)能解析:電池工作時(shí)化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能,同時(shí)由于用電元件發(fā)熱,也轉(zhuǎn)化為部分內(nèi)能,故A正確,C錯(cuò)誤;充電時(shí)電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能,同時(shí)由于用電元件發(fā)熱,也轉(zhuǎn)化為部分內(nèi)能,故B錯(cuò)誤,D正確。4.(2020·江蘇蘇州期中)在一個(gè)密閉隔熱的房間里,有一電冰箱正在工作,如果打開電冰箱的門,過(guò)一段時(shí)間后房間的溫度會(huì)()A.降低 B.不變C.升高 D.無(wú)法判斷解析:冰箱只是把冰箱內(nèi)的熱量移到外面,但在密閉隔熱的房間里,冰箱門打開,整個(gè)房間內(nèi)的熱量應(yīng)該是不變的,由于整個(gè)過(guò)程中只有電在做功,產(chǎn)生焦耳熱,電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,根據(jù)能量守恒定律可知室內(nèi)溫度升高了。故選C。5、下列對(duì)能量守恒定律的認(rèn)識(shí)不正確的是()A.某種形式的能量減少，一定存在其他形式的能量增加B.某個(gè)物體的能量減少，必然有其他物體的能量增加C.不需要任何外界的動(dòng)力而持續(xù)對(duì)外做功的機(jī)器——永動(dòng)機(jī)是不可能制成的D.石子從空中落下，最后停止在地面上，說(shuō)明機(jī)械能消失了答案：D解析：選項(xiàng)A是指不同形式的能量間的轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化過(guò)程中能量是守恒的；選項(xiàng)B是指能量在不同的物體間發(fā)生轉(zhuǎn)移，轉(zhuǎn)移過(guò)程中能量是守恒的，這正好是能量守恒定律的兩個(gè)方面——轉(zhuǎn)化與轉(zhuǎn)移；選項(xiàng)C中任何永動(dòng)機(jī)都是不可能制成的，它違背了能量守恒定律；選項(xiàng)D中石子的機(jī)械能并沒(méi)有消失，只是轉(zhuǎn)化成了其他形式的能量，D符合題意。6、“第一類永動(dòng)機(jī)”是不可能制成的，這是因?yàn)椋ǎ〢．它不符合機(jī)械能守恒定律B．它違背了能量守恒定律C．它做功產(chǎn)生的熱不符合熱功當(dāng)量D．暫時(shí)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(dòng)機(jī)不可能制成的原因是違背了能量守恒定律，故B正確，ACD錯(cuò)誤。故選B。7、在下列家用電器中，把電能主要轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的是（）A．吸塵器 B．充電器C．電水壺 D．電烤箱【答案】A【解析】吸塵器裝備有電動(dòng)機(jī)，能夠把電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能；充電器是變壓器，是升高或者降低電壓的裝置；電水壺是把電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能電器；電冰箱是把熱量從低溫物體轉(zhuǎn)移到高溫物體的裝置，同時(shí)會(huì)產(chǎn)生熱量。故選A。8、以下說(shuō)法正確的是（）A．當(dāng)分子間距離增大時(shí)，分子間作用力減小，分子勢(shì)能增大B．某物體溫度升高，則該物體分子熱運(yùn)動(dòng)的總動(dòng)能一定增大C．液晶顯示屏是應(yīng)用液晶的光學(xué)各向同性制成的D．自然界發(fā)生的一切過(guò)程能量都守恒，符合能量守恒定律的宏觀過(guò)程都能自然發(fā)生【答案】B【解析】A．當(dāng)r＜r0時(shí)，當(dāng)分子間距增大時(shí)，分子力減小，分子勢(shì)能減?。划?dāng)r＞r0時(shí)，當(dāng)分子間距增大時(shí)，分子力先增加后減小，分子勢(shì)能增加，故A錯(cuò)誤；B．某物體溫度升高，則分子的平均動(dòng)能增大，該物體分子熱運(yùn)動(dòng)的總動(dòng)能一定增大，故B正確；C．液晶顯示屏是應(yīng)用液晶的光學(xué)各向異性制成的，故C錯(cuò)誤；D．自然界發(fā)生的一切過(guò)程能量都守恒，符合能量守恒定律的宏觀過(guò)程不一定都能自然發(fā)生，例如水能由高處自然的流向低處，但是不能自發(fā)的由低處流向高處，故D錯(cuò)誤。故選B。9、高空形成的冰雹加速下落，并有部分熔化，以下說(shuō)法中不正確的是（）A．只有重力做功，冰雹下落時(shí)機(jī)械能守恒B．冰雹的勢(shì)能轉(zhuǎn)化為冰雹的動(dòng)能C．冰雹的內(nèi)能增大D．冰雹的機(jī)械能不守恒【答案】A【解析】AD．除了重力做功，還有阻力做功，所以冰雹下落時(shí)機(jī)械能不守恒，則A錯(cuò)誤，符合題意；D正確，不符合題意；BC．冰雹的勢(shì)能轉(zhuǎn)化為冰雹的動(dòng)能與內(nèi)能，所以BC正確，不符合題意；故選A。10、如圖所示，柱形容器內(nèi)封有一定質(zhì)量的空氣，光滑活塞（質(zhì)量為）與容器用良好的隔熱材料制成。活塞橫截面積為，大氣壓為，另有質(zhì)量為的物體從活塞上方的點(diǎn)自由下落到活塞上，并隨活塞一起到達(dá)最低點(diǎn)而靜止，在這一過(guò)程中，容器內(nèi)空氣內(nèi)能的改變量，外界對(duì)容器內(nèi)空氣所做的功與物體及活塞的重力勢(shì)能的變化量的關(guān)系是（）A．B．，C．，D．，【答案】C【解析】由于系統(tǒng)隔熱，所以氣體與外界沒(méi)有熱交換，活塞對(duì)氣體做正功，所以由熱力學(xué)第一定律知?dú)怏w的內(nèi)能增加，且△E=W而從能量守恒的角度考慮，m和M減少的機(jī)械能即重力勢(shì)能和大氣壓做功共Mgh+mg△h+poS△h這部分損失的能量一部分使氣體的內(nèi)能增加，另一部分損失到碰撞過(guò)程中m和M的內(nèi)能上，所以W＜Mgh+mg△h+poS△h故選C。二、解答題11、如圖所示，固定容器及可動(dòng)活塞P都是絕熱的，中間有一導(dǎo)熱的固定隔板B，B的兩邊分別盛有氣體甲和乙。現(xiàn)將活塞P緩慢地向B移動(dòng)一段距離，已知?dú)怏w的溫度隨其內(nèi)能的增加而升高?；卮鹣铝袉?wèn)題(1)若將活塞P緩慢地向外拉動(dòng)，則甲、乙的內(nèi)能如何改變？(2)若隔板B絕熱但可以自由移動(dòng)，當(dāng)活塞P緩慢地向B移動(dòng)時(shí)，甲、乙的內(nèi)能如何變化？

【答案】(1)均減?。?2)均增加【解析】(1)若將活塞P緩慢向外拉動(dòng)，則氣體乙對(duì)外做功，乙的內(nèi)能減小，溫度降低。這時(shí)甲要將熱量傳遞給乙，故甲、乙的內(nèi)能均減小。(2)若隔板B絕熱但可以自由移動(dòng)，則當(dāng)活塞P緩慢向B移動(dòng)時(shí)，乙氣體壓強(qiáng)增大，隔板B向里移動(dòng)，甲氣體也被壓縮，