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2019-2020年高中物理 第七章 第10節(jié) 能量守恒定律與能源練習(xí) 新人教版必修2 一、選擇題(1～3題為單選題，4、5題為多選題) 1．下列說法正確的是(　　) A．隨著科技的發(fā)展，永動(dòng)機(jī)是可以制成的 B．太陽照射到地球上的光能轉(zhuǎn)化成了其他形式的能量，但照射到宇宙空間的能量都消失了 C．“既要馬兒跑，又讓馬兒不吃草”違背了能量轉(zhuǎn)化和守恒定律，因而是不可能的 D．有種“全自動(dòng)”手表，不用上發(fā)條，也不用任何形式的電源，卻能一直走動(dòng)，說明能量可以憑空產(chǎn)生 答案：C 解析：永動(dòng)機(jī)是指不消耗或少消耗能量，而可以大量對(duì)外做功的裝置，違背了能量轉(zhuǎn)化和守恒定律，A錯(cuò)。太陽輻射大量的能量，地球只吸收了極少的一部分，但輻射到星際空間的能量也沒有消失，一定是轉(zhuǎn)化成了別的能量，B錯(cuò)。馬和其他動(dòng)物，包括人要運(yùn)動(dòng)，必須消耗能量，動(dòng)物的能量來源是食物中儲(chǔ)存的生物質(zhì)能，C正確。所謂的“全自動(dòng)”手表內(nèi)部是有能量轉(zhuǎn)化裝置的，只有當(dāng)人戴著手表活動(dòng)時(shí)，才能不斷補(bǔ)充能量，維持手表的運(yùn)行，如果把表放在桌面上靜置兩天，它一定會(huì)停擺的，D錯(cuò)。 2．能源短缺和環(huán)境惡化指的是(　　) ①煤炭和石油的開采與技術(shù)有關(guān)，在當(dāng)前技術(shù)條件下，煤炭和石油的開采是有限的，這叫能源短缺。 ②煤炭和石油資源是有限的，以今天的開采和消耗速度，石油儲(chǔ)藏將在百年內(nèi)用盡，煤炭資源也不可能永續(xù)，這叫能源短缺。 ③煤炭和石油具有很大的氣味，在開采、存放和使用過程中這些氣味會(huì)聚集在空氣中污染空氣，使環(huán)境惡化。 ④大量煤炭和石油產(chǎn)品在燃燒時(shí)排出的有害氣體污染了空氣，改變了大氣成分，使環(huán)境惡化 A．①③　　 B．①④　　 C．②③　　 D．②④ 答案：D 解析：煤炭和石油都是由幾億年以前的生物遺體形成的，這些能源不能再次生成，也不可重復(fù)使用，它們的儲(chǔ)量是有限的，并不是取之不盡、用之不竭的，這是所講的能源短缺，②正確；能源在使用時(shí)會(huì)排出有害氣體污染空氣，這是所講的環(huán)境惡化，④正確。故D正確。 3．市面上出售一種裝有太陽能電扇的帽子(如圖所示)。在陽光的照射下，小電扇快速轉(zhuǎn)動(dòng)，能給炎熱的夏季帶來一絲涼爽。該裝置的能量轉(zhuǎn)化情況是(　　) A．太陽能→電能→機(jī)械能 B．太陽能→機(jī)械能→電能 C．電能→太陽能→機(jī)械能 D．機(jī)械能→太陽能→電能 答案：A 解析：電池板中太陽能轉(zhuǎn)化為電能，小電動(dòng)機(jī)中電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。 4．為了探究能量轉(zhuǎn)化和守恒，小明將小鐵塊綁在橡皮筋中部，并讓橡皮筋穿入鐵罐，兩端分別固定在罐蓋和罐底上，如圖所示。讓該裝置從不太陡的斜面上A處滾下，到斜面上B處停下，發(fā)現(xiàn)橡皮筋被卷緊了，接著鐵罐居然從B處自動(dòng)滾了上去。下列關(guān)于該裝置能量轉(zhuǎn)化的判斷正確的是(　　) A．從A處滾到B處，主要是重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能 B．從A處滾到B處，主要是重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為彈性勢(shì)能 C．從B處滾到最高處，主要是動(dòng)能轉(zhuǎn)化為重力勢(shì)能 D．從B處滾到最高處，主要是彈性勢(shì)能轉(zhuǎn)化為重力勢(shì)能 答案：BD 解析：在A處和B處時(shí)鐵罐速度為零，動(dòng)能為零，所以從A處到B處是重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為彈性勢(shì)能，故A項(xiàng)錯(cuò)誤B項(xiàng)正確。從B處又滾到最高處的過程是彈性勢(shì)能轉(zhuǎn)化為重力勢(shì)能的過程，故C錯(cuò)，D對(duì)。 5．在體育比賽項(xiàng)目中，高臺(tái)跳水是我國(guó)運(yùn)動(dòng)員的強(qiáng)項(xiàng)。質(zhì)量為m的跳水運(yùn)動(dòng)員進(jìn)入水中后受到水的阻力而做減速運(yùn)動(dòng)，設(shè)水對(duì)他的阻力大小恒為F，那么在他減速下降高度為h的過程中，下列說法正確的是(g為當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣?(　　) A．他的動(dòng)能減少了Fh－mgh B．他的重力勢(shì)能增加了mgh C．他的機(jī)械能減少了(F－mg)h D．他的機(jī)械能減少了Fh 答案：AD 解析：由動(dòng)能定理，ΔEk＝mgh－Fh，動(dòng)能減少了Fh－mgh，A選項(xiàng)正確；他的重力勢(shì)能減少了mgh，B選項(xiàng)錯(cuò)誤；他的機(jī)械能減少了ΔE＝Fh；C選項(xiàng)錯(cuò)誤，D選項(xiàng)正確。 二、非選擇題 6．如圖所示，某人乘雪橇從雪坡經(jīng)A點(diǎn)滑至B點(diǎn)，接著沿水平路面滑至C點(diǎn)停止。人與雪橇的總質(zhì)量為70kg。表中記錄了沿坡滑下過程中的有關(guān)數(shù)據(jù)，請(qǐng)根據(jù)圖表中的數(shù)據(jù)解決下列問題： (1)人與雪橇從A到B的過程中，產(chǎn)生的熱量是多少？ (2)設(shè)人與雪橇在BC段所受阻力恒定，求阻力大小。(g＝10m/s2) 位置 A B C 速度(m/s) 2.0 12.0 0 時(shí)刻(s) 0 4 10 答案：(1)9100J　(2)140N 解析：(1)從A到B的過程中，人與雪橇損失的機(jī)械能為ΔE＝mgh＋mv－mv 損失的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為熱量 Q＝ΔE＝(701020＋7022－70122)J＝9100J (2)人與雪橇在BC段做減速運(yùn)動(dòng)的加速度 a＝＝m/s＝－2m/s2 根據(jù)牛頓第二定律 f＝ma＝70(－2)N＝－140N。 7．如圖所示為一種擺式摩擦因數(shù)測(cè)量?jī)x，可測(cè)量輪胎與地面間動(dòng)摩擦因數(shù)，其主要部件有：底部固定有輪胎橡膠片的擺錘和連接擺錘的輕質(zhì)細(xì)桿。擺錘的質(zhì)量為m，細(xì)桿可繞軸O在豎直平面內(nèi)自由轉(zhuǎn)動(dòng)，擺錘重心到O點(diǎn)距離為L(zhǎng)。測(cè)量時(shí)，測(cè)量?jī)x固定于水平地面，將擺錘從與O等高的位置處靜止釋放。擺錘到最低點(diǎn)附近時(shí)，橡膠片緊壓地面擦過一小段距離s(s?L)，之后繼續(xù)擺至與豎直方向成θ角的最高位置。若擺錘對(duì)地面的壓力可視為大小為F的恒力，重力加速度為g，求 (1)擺錘在上述過程中損失的機(jī)械能； (2)在上述過程中摩擦力對(duì)擺錘所做的功； (3)橡膠片與地面之間的動(dòng)摩擦因數(shù)。 答案：(1)mgLcosθ　(2)－mgLcosθ　(3) 解析：(1)由功能關(guān)系知，損失的機(jī)械能為ΔE＝E1－E2＝mgLcosθ (2)上述過程中只有摩擦力對(duì)擺錘做功 ，故摩擦力對(duì)擺錘做的功為Wf＝－mgLcosθ (3)由功的概念Wf＝Ffs＝－μFs，所以有－μFs＝－mgLcosθ，得μ＝ 能力提升 一、選擇題(1～3題為單選題，4題為多選題) 1．我國(guó)人民有在房前種樹的習(xí)慣，夏天大樹長(zhǎng)出茂密的葉子，為人們擋住炎炎烈日，冬天葉子又會(huì)全部掉光，使溫暖的陽光照入屋內(nèi)，可以起到冬暖夏涼的作用。炎熱的夏天，我們?cè)诮?jīng)過有樹的地方時(shí)，也會(huì)感到很明顯的涼意，關(guān)于樹木周圍比較涼爽的現(xiàn)象，下列說法中正確的是(　　) A．樹木把大部分太陽光反射出去，使地面溫度降低 B．樹木吸收陽光，使自己溫度升高，周圍溫度降低 C．樹木吸收陽光，將陽光的能量轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，使環(huán)境溫度變低 D．白天大樹將熱量存起來，晚上再將熱量放出來，所以白天在樹林里感覺涼爽而晚上感覺到熱 答案：C 解析：植物發(fā)生光合作用，消耗掉太陽能轉(zhuǎn)化成化學(xué)能，根據(jù)能量守恒，陽光的能量被轉(zhuǎn)化成化學(xué)能，所以樹木下會(huì)比較涼爽，故C正確。 2．(河北衡水中學(xué)xx～xx學(xué)年高一下學(xué)期調(diào)研)兩塊完全相同的木塊A、B，其中A固定在水平桌面上，B放在光滑的水平桌面上，兩顆同樣的子彈以相同的水平速度射入兩木塊，穿透后子彈的速度分別為vA、vB，在子彈穿透木塊過程中因克服摩擦力產(chǎn)生的熱量分別為QA、QB，設(shè)木塊對(duì)子彈的摩擦力大小一定；則(　　) A．vA>vB，QA>QB B．vAvB，QA＝QB 答案：D 解析：兩顆同樣的子彈穿透木塊的過程中，摩擦阻力f相同，子彈相對(duì)木塊滑動(dòng)的距離相同，所以摩擦力做功過程中產(chǎn)生的內(nèi)能Q＝fΔx相同，根據(jù)能量守恒定律有： mv2＝QA＋mv mv2＝QB＋mv＋mBv′2 由以上兩式可知vA>vB，綜上所述選項(xiàng)D正確。 3.如圖所示是某類潮汐發(fā)電示意圖。漲潮時(shí)開閘，水由通道進(jìn)入海灣水庫蓄水，待水面升至最高點(diǎn)時(shí)關(guān)閉閘門(如圖甲)，落潮時(shí)，開閘放水發(fā)電(如圖乙)。設(shè)海灣水庫面積為5.0108m2，平均潮差為3.0m，一天漲落潮兩次，發(fā)電機(jī)的平均能量轉(zhuǎn)化效率為10%，則一天內(nèi)發(fā)電的平均功率約為(ρ海水＝1.0103kg/m3，g取10m/s2)(　　) A．2.6104kW B．5.2104kW C．2.6105kW D．5.2105kW 答案：B 解析：放水發(fā)電時(shí)，海水的重力勢(shì)能減少，其中10%轉(zhuǎn)化為電能。一天內(nèi)提供的重力勢(shì)能為Ep＝2mgh＝2ρVgh＝21.01035.01083.0101.5J＝4.51013J，則一天內(nèi)發(fā)電的平均功率為P＝≈5.2104kW。故選項(xiàng)B正確。 4．構(gòu)建和諧、節(jié)約型社會(huì)的思想深得民心，也體現(xiàn)在生活的方方面面。自動(dòng)充電式電動(dòng)車就是很好的一例：將電動(dòng)車的前輪裝有發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)與蓄電池連接，當(dāng)電動(dòng)車滑行時(shí)，就可以向蓄電池充電，將其他形式的能轉(zhuǎn)化成電能儲(chǔ)存起來?，F(xiàn)有某人騎車以500J的初動(dòng)能在粗糙的水平路面上滑行，第一次關(guān)閉充電裝置，讓車自由滑行，其動(dòng)能隨位移的變化關(guān)系如圖線①所示；第二次啟動(dòng)充電裝置。其動(dòng)能隨位移的變化關(guān)系如圖線②所示，則(　　) A．電動(dòng)車受到的摩擦阻力為50N B．電動(dòng)車受到的摩擦阻力為83N C．第二次啟動(dòng)充電裝置，向蓄電池所充的電能是200J D．第二次啟動(dòng)充電裝置，向蓄電池所充的電能是300J 答案：AC 解析：當(dāng)關(guān)閉充電裝置，讓車自由滑行時(shí)，電動(dòng)車的動(dòng)能全部用來克服摩擦力做功，轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，有Ek＝fs1，解得f＝50N；當(dāng)啟動(dòng)充電裝置滑行時(shí)，自行車的動(dòng)能一部分克服摩擦力做功，另一部分轉(zhuǎn)化為蓄電池的電能，根據(jù)能量守恒有Ek＝fs2＋E電，故E電＝Ek－fs2＝200J。 二、非選擇題 5.一小滑塊放在如圖所示的凹形斜面上，用力F沿斜面向下拉小滑塊，小滑塊沿斜面運(yùn)動(dòng)了一段距離。若已知在這過程中，拉力F所做的功的大小(絕對(duì)值)為A，斜面對(duì)滑塊作用力所做的功的大小為B，重力做功的大小為C，空氣阻力做功的大小為D。當(dāng)用這些量表達(dá)時(shí)，小滑塊的動(dòng)能的改變(指末態(tài)動(dòng)能減去初態(tài)動(dòng)能)等于________，滑塊的重力勢(shì)能的改變等于________；滑塊機(jī)械能(指動(dòng)能與重力勢(shì)能之和)的改變等于______。 答案：A－B＋C－D?。瑿　A－B－D 解析：根據(jù)功能關(guān)系，動(dòng)能的改變等于外力做功的代數(shù)和，其中做負(fù)功的有空氣阻力，斜面對(duì)滑塊的作用力的功(因彈力不做功，實(shí)際上為摩擦阻力的功)。因此 ΔEk＝A－B＋C－D；重力勢(shì)能的減少等于重力做的功，因此ΔEP＝－C； 滑塊機(jī)械能的改變等于重力之外的其他力做的功，因此 ΔE＝A－B－D。 6．風(fēng)能將成為21世紀(jì)大規(guī)模開發(fā)的一種可再生清潔能源。風(fēng)力發(fā)電機(jī)是將風(fēng)能(氣流的動(dòng)能)轉(zhuǎn)化為電能的裝置，其主要部件包括風(fēng)輪機(jī)、齒輪箱、發(fā)電機(jī)等。如圖所示。 (1)風(fēng)輪機(jī)葉片旋轉(zhuǎn)所掃過的面積為風(fēng)力發(fā)電機(jī)可接受風(fēng)能的面積。設(shè)空氣密度為ρ，氣流速度為v，風(fēng)輪機(jī)葉片長(zhǎng)度為r。求單位時(shí)間內(nèi)流向風(fēng)輪機(jī)的最大風(fēng)能Pm； (2)已知風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出電功率P與Pm成正比。某風(fēng)力發(fā)電機(jī)在風(fēng)速v1＝9m/s時(shí)能夠輸出電功率P1＝540kW。我國(guó)某地區(qū)風(fēng)速不低于v2＝6m/s的時(shí)間每年約為5000小時(shí)。試估算這臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)在該地區(qū)的最小年發(fā)電量是多少千瓦時(shí)。 答案：(1)πρr2v3　(2)8105kWh 解析：(1)風(fēng)垂直流向風(fēng)輪機(jī)時(shí)，提供的風(fēng)能功率最大。 單位時(shí)間內(nèi)垂直流向葉片旋轉(zhuǎn)面積的氣體質(zhì)量為ρvS，S＝πr2 風(fēng)能的最大功率可表示為 Pm＝(ρvS)v2 ＝ρvπr2v2＝πρr2v3 (2)按題意，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出功率為 P2＝()3P1＝()3540kW＝160kW 最小年發(fā)電量約為 W＝P2t＝1605000kWh＝8105kWh。