第3章《能量的轉化與守恒》參考答案與試題解析一．選擇題（共20小題）1．在學習內能一課后，小周利用盛有少量水的礦泉水瓶進行如下實驗：先將瓶蓋蓋緊，使勁旋轉礦泉水瓶下部，然后擰松瓶蓋，可看到瓶蓋被彈出數米遠，瓶內出現了白霧。對該過程的分析或解釋正確的是（）A．瓶蓋彈出前越擰越費勁，是因為內部氣壓在不斷增加 B．瓶蓋彈出前瓶壁溫度升高，是因為瓶壁的機械能在增加 C．瓶蓋彈出后落回地面，是因為摩擦力改變了瓶蓋的運動狀態 D．瓶蓋彈出后出現了白霧，是因為水遇熱汽化成水蒸氣【解答】解：A、用力擰瓶子時，越擰越費勁，這是因為瓶內氣體壓強增大，是因為內部氣壓在不斷增加瓶蓋被彈出，瓶內氣體對瓶蓋做了功，內能減小，故A正確；B、瓶蓋彈出前瓶壁溫度升高，是因為瓶壁的內能在增加，故B錯誤；C、瓶蓋彈出后落回地面，是因為重力改變了瓶蓋的運動狀態，故C錯誤；D、當瓶蓋彈出時，瓶內及瓶口有白霧，這是因為瓶內氣體（包含水蒸氣）對外做功，內能減小，水蒸氣遇冷液化形成了小水滴，故D錯誤。故選：A。2．晶晶的爸爸從國外帶回來一個電飯鍋。電飯鍋上標著“110V1000W”。則該電飯鍋正常工作1min，消耗的電能是（）A．6×104J B．1.1×105J C．6.6×106J D．545.4J【解答】解：工作時間t＝1min＝60s，消耗電能W＝Pt＝1000W×60s＝6×104J。故選：A。3．甲、乙兩只普通照明燈泡的銘牌如圖所示，下列說法中正確的是（）（假設燈絲電阻不變）A．甲燈的實際功率一定是40V B．將乙燈接入110V電路中，它的實際功率為30W C．兩燈串聯接入220V電路中，電路的總功率一定小于40瓦 D．兩燈均正常發光時，甲燈消耗的電能較少【解答】解：A、甲燈的額定功率是40W，在不同電壓下實際功率不同，甲燈的實際功率不一定是40W，故A錯誤；B、由乙燈的銘牌可知乙燈的額定電壓為220V、額定功率為60W，由P＝可得乙燈的電阻R乙＝；燈絲電阻不變，由P＝可得將乙燈接入110V電路中，乙燈的實際功率P實乙＝＝＝×P額乙＝（×60W＝15W，故B錯誤；C、甲燈的額定電壓為220V，額定功率為40W，將甲、乙串聯在220V電源上，串聯總電阻大于甲燈電阻，由P＝可知，此時電路的總功率小于40W，故C正確；D、兩燈均正常發光時，兩燈的實際功率等于額定功率，則乙的實際功率大，但不知通電時間，無法比較兩燈消耗電能的大小關系，故D錯誤。故選：C。4．如圖所示是足球從A處落到地面后反復彈起落下的示意圖，圖中虛線為足球的運動軌跡。以下說法正確的是（）A．從A點到E點的過程中機械能守恒 B．從C點到D點的過程中重力勢能在變大 C．從D點到E點的過程中彈性勢能變大 D．D點的機械能大于E點的機械能【解答】解：AD、小球向右運動過程中，彈起的高度逐漸減小，這是因為小球受到空氣阻力的作用會損失一部分機械能，同時與地面碰撞時也會損失一部分機械能，即小球的機械能不守恒，故A錯誤、D正確；B、從C點到D點的過程中，小球的質量不變，高度變小，重力勢能變小，故B錯誤；C、D點到E點的過程中，小球的彈性形變程度變小，彈性勢能變小，彈性勢能轉化為動能，故C錯誤。故選：D。5．原長為l的橡皮筋一端固定在O點，另一端懸掛一個小鋼球，將鋼球從O點釋放，鋼球運動到A點后開始向上返回，O、A兩點間距離為2l，如圖所示。則能反映鋼球從O點運動到A點的過程中，其動能Ek隨運動距離s變化的關系圖象可能是（）A． B． C． D．【解答】解：橡皮筋長為l，小球從初始狀態下降至l過程中，重力勢能轉化為動能，小球做加速運動，動能逐漸變大；小球從l繼續下降至2l過程中，受到橡皮筋向上的拉力作用；當拉力小于重力時，合力向下，小球仍加速，動能仍然增大；當拉力大于重力時，合力向上，小球做減速運動，動能逐漸減小，最后變為零；對照選項中的圖象可知，只有D選項符合題意。故選：D。6．公筷公勺是文明新“食尚”。當你用筷子夾菜時（如圖），你就在使用杠桿了。下列工具正常使用時與筷子是同類型杠桿的是（）A．起子 B．鉗子 C．釣魚竿 D．撬石木棒【解答】解：筷子在使用過程中，動力臂小于阻力臂，是費力杠桿；A、起子在使用過程中，動力臂大于阻力臂，是省力杠桿，故A錯誤；B、鉗子在使用過程中，動力臂大于阻力臂，是省力杠桿，故B錯誤；C、釣魚竿在使用過程中，動力臂小于阻力臂，是費力杠桿，故C正確；D、撬石木棒在使用過程中，動力臂大于阻力臂，是省力杠桿，故D錯誤。故選：C。7．關于溫度、內能、熱量，下列說法正確的是（）A．物體內能增大，溫度一定升高 B．物體吸收熱量，溫度一定升高 C．溫度高的物體含有的熱量多 D．氣體膨脹對外做功，自身內能會減少【解答】解：AB、物體吸收熱量，內能增大，溫度不一定升高，如晶體熔化時，吸熱，內能變大，但溫度不變，故AB錯誤；C、熱量是過程量，不能說含有或者具有熱量，故C錯誤；D、氣體膨脹對外做功，內能轉化為機械能，自身內能會減少，故D正確。故選：D。8．如圖所示是兒童樂園的摩天輪，小明乘坐勻速轉動的“摩天輪”向最高點運動的過程中，關于小明的能量變化，下列說法正確的是（）A．動能轉化為重力勢能，機械能守恒 B．動能轉化為重力勢能，機械能變小 C．動能不變，重力勢能變大，機械能變大 D．動能不變，重力勢能不變，機械能不變【解答】解：由于摩天輪是在勻速轉動，所以小明在上升到最高點的過程中，其速度、質量不變，故動能保持不變。同時高度增加，故重力勢能增加，即其機械能增加，故C正確，ABD錯誤。故選：C。9．如圖為家用的一款電能表，關于家庭電路下列說法正確的是（）A．電能表是測量電功率的儀表 B．家用電能表應該安裝在總開關與用電器之間 C．為了保證電路安全，同時工作的用電器的總功率最大不能超過2200W D．電能表轉盤轉了1200轉，電能表的示數將變為1123.8kW?h【解答】解：A、電能表是用來測量電功的儀表，而不是測量電功率的儀表，故A錯誤；B、電能表應該安裝在總開關之前，故B錯誤；C、由圖可知，電能表的額定最大電流I＝20A，則為了保證電路安全，同時工作的用電器的最大總功率：P＝UI＝220V×20A＝4400W，故C錯誤；D、3000r/（kW?）表示電路中用電器每消耗1kW?h電能，電能表的轉盤轉過3000轉，則轉盤轉1200轉，用電器消耗的電能W＝＝＝0.4kW?h，由圖可知，電能表原來的示數為1123.4kW?h，則電能表轉盤轉了1200轉，電能表的示數將變1123.4kW?h+0.4kW?h＝1123.8kW?h，故D正確。故選：D。10．如圖所示，一根質地均勻的木桿可繞O點自由轉動，在木桿的右端施加一個始終垂直于木桿的作用力F，使木桿從OA位置勻速轉到水平位置的過程中，力F的大小將（）A．逐漸變大 B．逐漸變小 C．先變大，后變小 D．先變小，后變大【解答】解：將杠桿緩慢地由最初位置拉到水平位置時，因作用力F始終與OA垂直，則動力臂不變，阻力為杠桿的重力，則阻力大小也不變，但阻力臂變大，根據杠桿的平衡條件F1L1＝F2L2可知，動力F變大。故選：A。11．籃球是同學們喜歡的運動，其中也蘊含了許多科學知識。請回答下面小題。在距地為h的高度，小明先后兩次用不同的力拍打籃球使其落在地面，第一次用較小的力，第二次用較大的力。在兩次下落過程中，籃球重力做功分別為W1和W2，重力做功的功率分別為P1和P2，則下列關系正確的是（）A．W1＝W2P1＞P2 B．W1＞W2P1＝P2 C．W1＜W2P1＝P2 D．W1＝W2P1＜P2【解答】解：籃球的重力不變，兩次情況下下落的高度相同；由W＝Gh可知，兩次重力所做的功相等，即W1＝W2；第二次用較大的力，則籃球到達地面時所用的時間短，做功相同，根據P＝可知，第二次的功率大，即P1＜P2。故選：D。12．2020年6月23日，我國用長征三號乙運載火箭成功發射第55顆北斗導航衛星！收官之星，組網圓夢。長征系列火箭使用液態氫作燃料，主要是由于該燃料（）A．比熱容大 B．熱值大 C．密度大 D．內能大【解答】解：運載火箭采用液態氫作為火箭的燃料，原因是液態氫具有較高的熱值，完全燃燒相同質量的氫時，可以釋放出更多的熱量；故選：B。13．如圖是“探究電流通過導體產生的熱量與什么因素有關”的實驗裝置。將兩根阻值不等的電阻絲R1、R2串聯后分別放入兩個透明容器中，并封閉等量的空氣。通電前，A、B兩個U形管內的液面相平。接通電源一分鐘后，通過R1、R2的電流分別為I1、I2，則（）A．I1＞I2，B管中的液面較高 B．I1＜I2，A管中的液面降低 C．I1＝I2，B管中的液面較高 D．I1＝I2，A管中的液面較高【解答】解：因串聯電路中各處的電流相等，所以，兩電阻絲串聯時通過它們的電流相等，故AB不正確；由Q＝I2Rt可知，在電路和通電時間相同時，右側電阻較大，產生的熱量較多，密閉空氣吸收熱量后，體積不變，壓強變大，右側容器內氣體的壓強與大氣壓的差值較大，B測玻璃管液面較高，故D不正確，C正確。故選：C。14．如圖所示，小寧組裝了甲、乙兩種滑輪，用來提升同一物體，G物＝400N（不計繩重、滑輪重和摩擦）。將物體豎直勻速提升1m，下列說法正確的是（）A．F甲＝400N，施力處向上移動2m B．F甲＝200N，施力處向上移動1m C．F乙＝400N，施力處向上移動0.5m D．F乙＝800N，施力處向上移動0.5m【解答】解：AB.如圖可知，G物＝400N，將物體豎直勻速提升1m，甲為省力動滑輪，n＝2，F甲＝＝＝200N；繩端通過的距離s＝2h＝2×1m＝2m；故AB錯誤；CD.乙為費力動滑輪。n＝2，F乙＝2G＝2×200N＝400N；繩端通過的距離s＝h＝＝0.5m；故C錯誤，D正確。故選：D。15．婚禮上常用的禮花噴射器結構如圖，氣罐內有高壓氣體，氣罐通過氣閥與紙筒相連，使用時通過扭動氣閥可釋放壓縮氣罐內的氣體產生沖擊，將紙管里填充的禮花彩條噴向高處，對該過程的分析正確的是（）A．罐內氣體的內能增加 B．氣罐內壁的溫度升高 C．罐內氣體通過做功改變了內能 D．該過程能量轉化方式與汽油機壓縮沖程類似【解答】解：ABC、在噴出禮花的過程中，罐內的壓縮空氣對禮花做功，空氣內能轉化為禮花的機械能；罐內氣體內能減少，氣罐內壁溫度降低，故AB錯誤，C正確；D、汽油機做功沖程是將內能轉化為機械能，汽油機壓縮沖程是將機械能轉化為內能，而氣體將紙筒內的禮花快速噴向遠處時，是將內能轉化為機械能，所以與汽油機的做功沖程能量轉化方式相同，故D錯誤。故選：C。16．平板支撐屬于肌肉等長收縮的運動，人需要用上肢支撐在地面上靜止時，如圖所示。能正確表示人在平板支撐時的杠桿示意圖是（）A． B． C． D．【解答】解：從圖示可知，0是支點，動力和阻力在支點的同一方，故它們的方向應該相反，故選A。故選：A。17．新冠疫情期間，各地經常進行核酸檢測。如圖是醫務人員在用核酸拭子采集完后，將拭子頭掰折入試管的情景。該情景下拭子相當于杠桿，下列關于該杠桿的分析正確的是（）A． B． C． D．【解答】解：該情境下拭子相當于杠桿，F1繞O點逆時針旋轉，F2繞O點順時針旋轉。故選：B。18．如圖所示，開瓶蓋的起子可以看作是一個杠桿，在圖中能正確表示開瓶蓋時，杠桿的支點、動力和阻力的是（）A． B． C． D．【解答】解：A、要把瓶蓋打開，要克服瓶蓋和瓶口之間的摩擦力，瓶蓋給起子的阻力是向下的。不符合題意。B、瓶蓋給起子的阻力是向下的。動力和阻力都使繞支點O順時針轉動。不符合題意。C、瓶蓋給起子的阻力是向下的。動力是起子繞支點O逆時針轉動，阻力繞支點O順時針轉動。符合題意。D、如圖，動力和阻力都使起子繞支點O逆時針轉動。不符合題意。故選：C。19．如圖是生活中常用的高壓鍋。當高壓鍋內的氣壓達到一定值時，限氣閥會被高壓蒸汽頂起。這一過程高壓鍋內氣體內能會發生變化。選項是四沖程汽油機的工作示意圖，其中圖（選填符號）所示的沖程也發生同樣的能量變化（）A． B． C． D．【解答】解：（1）限氣閥會被高壓蒸汽頂起，鍋內氣體膨脹對外做功，氣體的內能轉化為瓶塞的機械能，這一過程氣體是通過做功改變了內能；（2）選項中：A、一個氣門關閉，一個氣門打開，活塞向上運動，是排氣沖程；B、兩個氣門都關閉，活塞向下運動，是做功沖程，將內能轉化為機械能；C、兩個氣門都關閉，活塞向上運動，是壓縮沖程，將機械能轉化為內能；D、一個氣門關閉，一個氣門打開，活塞向下運動，是吸氣沖程；故B正確。故選：B。20．火箭噴氣發動機是利用燃料在燃燒室中燃燒，經噴管燃氣向后高速噴出，從而獲得向前的動力。下列內燃機四個沖程工作時，其原理跟火箭發動機燃燒室工作時原理一致的是（）A． B． C． D．【解答】解：火箭的噴氣發動機工作時，燃料燃燒產生高溫高壓的氣體，經噴管向后高速噴出，從而獲得向前的動力，使火箭發射出去，燃料燃燒時將化學能轉化為內能，然后再將內能轉化為火箭的機械能；A、該圖中兩個氣門關閉，活塞下行，為做功沖程，內能轉化為機械能，故A正確；B、該圖中排氣門打開，活塞上行，為排氣沖程，沒有能量的轉化，故B錯誤；C、該圖中進氣門打開，活塞下行，為吸氣沖程，沒有能量的轉化，故C錯誤；D、該圖中兩個氣門關閉，活塞上行，為壓縮沖程，是機械能轉化為內能，故D錯誤。故選：A。二．計算題（共6小題）21．質量為60kg的工人用如圖所示的滑輪組將重為600N的貨物運送上樓，摩擦力及繩重忽略不計。求：（1）若工人在1min內將貨物勻速向上提高了6m，作用在鋼繩上的拉力為400N，拉力的功率是多大？（2）此工人利用該機械最大能拉起質量為多少的貨物？【解答】解：（1）由圖可知，n＝2，繩子通過的距離：s＝nh＝2×6m＝12m，拉力做得總功：W總＝Fs＝400N×12m＝4800J，拉力的功率：P＝＝＝80W；（2）不考慮繩重和摩擦，拉力F＝（G+G輪），則動滑輪重力：G輪＝2F﹣G＝2×400N﹣600N＝200N，工人的重力：G人＝m人g＝60kg×10N/kg＝600N，工人施加的最大拉力：F最大＝G人＝600N，由F＝（G+G輪）得拉起的最大物重：G最大＝2F最大﹣G輪＝2×600N﹣200N＝1000N，其質量：m最大＝＝＝100kg；答：（1）若工人在1min內將貨物勻速向上提高了6m，作用在鋼繩上的拉力為400N，拉力的功率是80W；（2）此工人利用該機械最大能拉起質量為100kg的貨物。22．如圖所示為某汽車起重機利用卷揚機吊起物體A的示意圖。卷揚機把質量為2.7×103kg的物體A以0.1m/s的速度勻速提升。卷揚機牽引力F為104N，不計繩重與摩擦。求：（1）卷揚機牽引力的功率。（2）動滑輪的重力。（3）滑輪組的機械效率。【解答】解：（1）由圖可知，n＝3，自由端移動的速度為：v＝nv物＝3×0.1m/s＝0.3m/s，則卷揚機牽引力的功率：P＝＝＝Fv＝104N×0.3m/s＝3000W；（2）不計繩重與摩擦，根據F＝（mg+G動）可知，動滑輪的重力為：G動＝nF﹣mg＝3×104N﹣2.7×103kg×10N/kg＝3000N；（3）該滑輪組的機械效率為：η＝＝＝＝＝＝90%。答：（1）卷揚機牽引力的功率為3000W；（2）動滑輪的重力為3000N；（3）滑輪組的機械效率為90%。23．小啟同學用如圖所示的滑輪組提升貨物，已知動滑輪重30N，貨物重360N，貨物上升速度是0.3m/s，拉力F的功率是180W（不計繩重）。求：（1）繩子的拉力為多少牛。（2）滑輪組的機械效率η。（3）貨物上升3m過程中，克服摩擦力做的功。【解答】（1）由圖知，滑輪組由3段繩子承擔物重，所以手拉繩子的速度為v2＝3v1＝3×0.3m/s＝0.9m/s，由P＝＝Fv得，作用在繩子自由端的拉力為：F＝＝180W÷0.9m/s＝200N；（2）滑輪組的機械效率為η＝＝＝＝＝×100%＝60%；（3）繩子自由端拉下的長度為s＝3h＝3×3m＝9m，拉力做的總功為W總＝Fs＝200N×9m＝1800J，滑輪組克服物重、動滑輪重做的功為WG＝Gh＝（360N+30N）×3m＝1170J，滑輪組克服摩擦力做的功為Wf＝W總﹣WG＝1800J﹣1170J＝630J。故答案為：為η＝＝＝（1）200N；（2）60%；（3）630J。24．張麗買了一個三擋電暖寶，電暖寶內部裝有某種濃度的氯化鈉水溶液充當保熱介質，電熱絲產生的熱量全部被保熱介質吸收。其電路圖如圖所示，R1、R2都是電熱絲，電源電壓保持36V不變。（1）當S1閉合，S2接a時為中溫擋，此時電暖寶的功率為18W，求R1的阻值為多少？（2）當S1閉合，S2接b時為高溫擋，此時電暖寶的功率為45W，求電路中的總電流和R2的阻值為多少？（3）若用高溫擋給保熱介質加熱，5分鐘內使氯化鈉水溶液的溫度上升了5℃．那么該電熱寶內0.9kg的氯化鈉水溶液的比熱容為多少？【解答】解：（1）中溫擋工作時，R2被短路，P1＝18W，U＝36V，則R1的阻值：R1＝＝＝72Ω；（2）高溫擋工作時，R1和R2并聯，P2＝45W，則I總＝＝＝1.25A，I1＝＝＝0.5A，I2＝I總﹣I1＝1.25A﹣0.5A＝0.75A，R2＝＝＝48Ω；（3）5min消耗的電能：W＝Pt＝45W×300s＝13500J；∵W＝Q吸，Q吸＝cmΔt∴c＝＝＝3000J/（kg?℃。答：（1）R1的阻值為72Ω；（2）高溫擋時電路中的總電流為1.25A，R2的電阻為48Ω；（3）氯化鈉水溶液的比熱容為3000J/（kg?℃）。25．如圖甲所示的電飯鍋，額定電壓為220V，加熱功率為1210W。從銘牌上可知該電飯鍋能效等級為三級，簡化電路圖如圖乙所示，有加熱和保溫兩擋，由開關S調節，其中R1和R2均為發熱電阻，且阻值不隨著溫度的變化而改變。求：（1）電阻R1的阻值；（2）小明利用電能表測量電飯鍋的保溫功率，他關閉家里的其它用電器，讓電飯鍋處于“保溫”狀態下正常工作，觀察在10min內電能表轉盤轉了30圈。求該電飯鍋保溫功率。（3）小明上網查詢了解，國家標準中規定電飯鍋在該加熱功率下正常工作時，三級能效的熱效率值范圍為81%≤η＜86%（熱效率是指裝置的有效輸出能量與輸入能量的比值）。他用學過的知識對電飯鍋進行測試：在加熱狀態下，將溫度為23℃、質量為2.2kg的水加熱到100℃，電飯鍋正常工作用時700s。已知c水＝4.2×103J/（kg?℃），請你通過計算幫助小明判斷該電飯鍋的熱效率值是否達到三級能效。【解答】解：（1）由電路圖知，S斷開時兩電阻串聯，電路中電阻較大，功率較小，為保溫狀態，當S閉合時，只有R1接入電路中，電阻較小，功率較大，為加熱狀態，由P＝可得R1的電阻：R1＝＝＝40Ω；（2）“3000r/（kW?h）”表示每消耗1kW?h電能，電能