2012届高考物理二轮复习 专题 内能、能的转化和守恒试题

用心 爱心 专心1 20122012 届高考二轮复习专题届高考二轮复习专题 内能 能的转化和守恒 内能 能的转化和守恒 一 内能一 内能 例 1 用 r 表示两个分子间的距离 EP表示两个分子间相互作用的势能 当 r r0时两分 子间斥力等于引力 设两分子间距离在很远时 Ep 0 则 A 当 r r0时 EP随 r 的增大而增加 B 当 r r0时 EP随 r 的减小而增加 C 当 r r0时 EP不随 r 而变 D 当 r r0时 Ep 0 解析 r r0时 分子间的引力大于斥力 分子间相互吸引 r 增大 分子克服引力做功 Ep 增加 r r0时 分子间的引力小于斥力 分子间互相排斥 r 减小 分子克服斥力做 功 Ep 也要增加 因此 A B 正确 例 2 lg0 的冰溶解成 1g0 的水需要吸收 336J 的热量 则 1g0 的水和 1g 的冰相比 较 其内能的值相差 E A E 336J B E 336J C E 336J D 条件不足 无法确定 解析 冰溶解成水 体积是减小的 说明了外界对它做功 由能量守恒定律 E W Q 说明了 W 0 故 E Q 336J 所以 B 选项正确 二 能的转化和守恒定律 例 3 质量为 M kg 的铅块固定不动 质量为 mkg 的铅弹以一定速率击中铅块并留在其中 它们的温度 升高了 120C 若铅块放置在光滑的水平面上 同样以铅弹以相同的速率击中它并留在其中 它们的温度升高了 110C 求铅块与铅弹的质量比 解析 在第一种情况下铅弹原来所具有的动能全部转化为铅弹与铅块的内能 而使它们 在温度上升了 12 因此有 Ql mv02 c m M 12 C 表示铅的比热 在第二种情况下 铅弹与铅块在光滑的水平面上发生完全非弹性碰撞在碰撞过程中子 弹与铅块组成的整体动量守恒 但在碰撞过程中将损失动能 根据能量守恒定律 系统损 失的动能转化为铅弹与铅块的内能 使其温度升高 有 mv0 m M v Q2 mv02 m M v2 Mm mMv 2 2 0 c m M 11 12 11 Mm M M m 11 三三 热力学第二定律热力学第二定律 例 4 根据热力学第二定律 可知下列说法中正确的有 A 热量能够从高温物体传到低温物体 但不能从低温物体传到高温物体 B 热量能够从高温物体传到低温物体 也可能从低温物体传到高温物体 C 机械能可以全部转化为热量 但热量不可能全部转化为机械能 D 机械能可以全部转化为热量 热量也可能全部转化为机械能 解析 解析 根据热传递的规律可知热量能够从高温物体传到低温物体 当外界对系统做功时 可以使系统从低温物体吸取热量传到高温物体上去 致冷机 如冰箱和空调 就是这样的 装置 但是热量不能自发地从低温物体传到高温物体 选项 A 错误 B 正确 一个运动的物体 克服摩擦阻力做功 最终停止 在这个过程中机械能全部转化为热量 外界条件发生变化时 热量也可以全部转化为机械能 如在等温膨胀过程中 系统吸收的 热量全部转化为对外界做的功 选项 C 错误 D 正确 综上所述 该题的正确答案是 B D 例 5 图中气缸内盛有定量的理想气体 气缸壁是导热的 缸外环境保持恒温 活 用心 爱心 专心2 塞与气缸壁的接触是光滑的 但不漏气 现将活塞杆与外界连接使其缓慢的向右移动 这 样气体将等温膨胀并通过杆对外做功 若已知理想气体的内能只与温度有关 则下列说法 正确的是 A 气体是从单一热源吸热 全用来对外做功 因此此过程违反热力学第二定律 B 气体是从单一热源吸热 但并未全用来对外做功 所以此过程不违反热力学第二定律 C 气体是从单一热源吸热 全用来对外做功 但此过程不违反热力学第二定律 D ABC 三种说法都不对 答案 例 6 如图所示的 A B 是两个管状容器 除了管较粗的部分高低不同之外 其他一切全 同 将此两容器 抽成真空 再同时分别插入两个水银池中 当水银柱停止运动时 问二管中水银的温度是 否相同 为什么 设水银与外界没有热交换 分析与解 分析与解 不同 A 管中水银的温度略高于 B 管中水银的温度 两管插入水银池时 大气压强均为 P0 进入管中的水银的体积均为 V 所以大气压力对两池中水银所做 的功相同 但两装置中水银重力势能的增量不同 所以两者内能改变量也不同 由 图可知 A 管中水银的重力势能较小 所以 A 管中水银的内能增量较多 其温度应略 高 四四 能源与环境能源与环境 例 7 在墙壁与外界无热传递的封闭房间里 夏天为了降低温度 同时打开电冰箱 和电风扇 二电器工作较长时间后 房内的气温度将会怎样变化 说明原因 解析 电冰箱是把里面热量转移到外面 达到降温的效果 电风扇通过风扇转动 带动 空气流动 使身体汗液蒸发起到人体降温作用 但从总体上电冰箱 电风扇消耗的电能最 后都转化为内能 因而房内温度升高 例 8 如图所示 直立容器内部有被隔板隔开的 A B 两部分气体 A 的密度小 B 的 密度较大 抽去隔板 加热气体 使两部分气体均匀混合 设在此过程中气体吸热为 Q 气体内能增加量为 E 则 A E Q B E Q C E Q D 无法比较 解析 由于 A B 气体开始的合重心在中线下 混合均匀后在中线 所以系统重力势能 增大 由能量守恒有 吸收热量一部分增加气体内能 一部分增加重力势能 所以 B 正确 例 9 金属筒内装有与外界温度相同的压缩空气 打开筒的开关 筒内高压空气迅速向 外溢出 待筒内 外压强相等时 立即关闭开关 在外界保持恒温的条件下 经过一段较 长的时间后 再次打开开关 这时出现的现象是 A 筒外空气流向筒内 B 筒内空气流向筒外 C 筒内外有空气交换 处于动平衡态 筒内空气质量不变 D 筒内外无空气交换 解析 因高压空气急剧外溢时 气体来不及充分与外界发生热交换 近似可看成绝热膨 胀过程 气体对外做功 内能减少 所以关闭开关当时 筒内气温度较外界偏低 再经过 较长时间后 筒内外达温度相同 对筒内剩余气体分析 属等容升温过程 压强要升高 大于外界气压 所以再打开开关时 筒内气体要流向筒外 例 10 如图所示 固定容器及可动活塞 P 都是绝热的 中间有一导热的固定隔板 B B 的两边分别盛有气体甲和乙 现将活塞 P 缓慢地向 B 移动一段距离 已知气体的温度随其 内能的增加而升高 则在移动 P 的过程中 A B 甲 乙 BP A B 用心 爱心 专心3 A 外力对乙做功 甲的内能不变 B 外力对乙做功 乙的内能不变 C 乙传递热量给甲 乙的内能增加 D 乙的内能增加 甲的内能不变 分析与解 在移动 P 的过程中 外界对乙气体做功 乙的内能要增加 所以乙的温度要 升高 乙的温度升高后 甲 乙两部分气体就存在温度差 乙的温度较高 这样乙传递热量 给甲 所以正确答案为 C 2 2 能量守恒的综合应用 能量守恒的综合应用 例 11 暖瓶中盛有 0 5kg250C 的水 一个学生想用上下摇晃的方法使冷水变为开水 设每摇晃一次水的落差为 15cm 每分钟摇晃 30 次 不计所有热散失 他约需多长时间可 以把水 摇开 C 水 4 2 103J kg 0C g 10m s2 解析 此问题中能量转化方向是 上摇时学生消耗自身的内能通过对水做功转化为水的 重力势能 下摇时水的重力势能转化为动能再转化为水的内能 由于不计一切热散失 水 的重力势能的减少量等于水的内能的增加量 设 摇开 水需时 t 分钟 水升温 T 由 Ep 减 E内增 Q水吸 得 30mg ht Cm T t Cm T 30mg h 7 l 103 min 即他要 摇开 水约需 7 1 103min 约为 5 天 例 12 人们工作 学习和劳动都需要能量 食物在人体内经消化过程转化为葡萄糖 葡 萄糖在体内又转化为 CO2和 H2O 同时产生能量 E 2 80 106Jmol 1 一个质量为 60kg 的短 跑运动员起跑时以 1 6s 的时间冲出 lm 远 他在这一瞬间内消耗体内储存的萄萄糖多少克 解析 运动员在起跑了 1 6s 时间内是做变加速运动 由于时间很短 为解决问题方便 我们可以认为在这 1 6s 时间内运动员做初速度为零的匀加速直线运动 由 s v t 和v 2 0t vv 知 运动员冲出 lm 时的末速度为 vt 2s t 12m s 运动员在 1 6s 中增加的动能为 Ek mvt2 mv02 4320J 消耗葡萄糖的质量为 m E Ek 180 6 10802 4320 180 0 28 g 例 13 1 1791 年 米被定义为 在经过巴黎的子午线上 取从赤道到北极长度的一千 万分之一 请由此估算地球的半径R 答案保留两位有效数字 2 太阳与地球的距离为 1 5 1011m 太阳光以平行光束入射到地面 地球表面 2 3 的面积被水面所覆盖 太阳在一年中辐射到地球表面水面部分的总能量 W 约为 1 87 1024J 设水面对太阳辐射的平均反射率为 7 而且将吸收到能量的约 35 重新辐 射出去 太阳辐射可将水面的水蒸发 设在常温 常压下蒸发 1kg 水需要 2 2 106J 的能 量 而后凝结成雨滴降落到地面 2001 年 上海 估算整个地球表面的年平均降雨量 以毫米表示 地球面积为 4 R2 太阳辐射到地球的能量中只有约 50 到达地面 W 只是其中的一部分 太阳 辐射到 地球的能量没能全部到达地面 这是为什么 请说明理由 解析 1 地球表面 1 4 圆弧的长度为 1 0 107m 则地球半径 R 为 用心 爱心 专心4 2 R L R 2L 2 1 0 107 6 4 103km 2 地球表面水面吸收太阳能后得到的能量为 E1 1 7 1 35 W 一年中蒸发水的总质量为 1 6 2 2 10 E M 这些水均匀分布在地球表面的平均厚度即为年降雨量 24 3 2 2 366 93 65 1 87 10 1 0 10 4 1 104 2 2 103 146 4 10 M hmm R 大气层吸收太阳光能 还要反射回太空中 这样使得近一半的能量没有能到达地球表面 例 14 如图所示 在质量为 M 的细玻璃管中盛有少量乙醚液体 用质量为 m 的软木塞将 管口封闭 加热玻璃管使软木塞在乙醚蒸气的压力下水平飞出 玻璃管悬于长为 L 的轻杆 上 细杆可绕上端 O