2019-2020學(xué)年高中物理 第七章 機械能守恒定律 第10節(jié) 能量守恒定律與能源課時作業(yè)（含解析）新人教版必修2

第10節(jié)能量守恒定律與能源基礎(chǔ)訓(xùn)練1.利用新能源發(fā)電的形式很多,如甲、乙、丙和丁圖所示,其中甲表示潮汐能發(fā)電,乙表示地?zé)崮馨l(fā)電,而丙和丁圖所對應(yīng)的發(fā)電形式分別是(b)a.化學(xué)能,風(fēng)能b.太陽能,風(fēng)能c.核能,太陽能d.核能,化學(xué)能2.關(guān)于能量耗散,下列說法中正確的是(d)a.能量耗散是指在一定條件下,能量在轉(zhuǎn)化過程中總量減少了b.能量耗散表明能量守恒定律具有一定的局限性c.能量耗散表明在能源的利用過程中,能量在數(shù)量上越來越少d.能量耗散從能量轉(zhuǎn)化的角度反映出自然界中宏觀過程的方向性解析:能量耗散是不可避免的,但是能量耗散也遵守能量守恒定律,故選d。3.如圖是安裝在列車車廂之間的摩擦緩沖器結(jié)構(gòu)圖,圖中和為楔塊,和為墊塊,楔塊與彈簧盒、墊塊間均有摩擦,在車廂相互撞擊時彈簧壓縮過程中(b)a.緩沖器的機械能守恒b.摩擦力做功消耗機械能c.墊塊的動能全部轉(zhuǎn)化成內(nèi)能d.彈簧的彈性勢能全部轉(zhuǎn)化為動能解析:由于楔塊與彈簧盒、墊塊間均有摩擦,摩擦力做負功,則緩沖器的機械能部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,故選項a錯誤,b正確;車廂撞擊過程中,彈簧被壓縮,摩擦力和彈簧彈力都做功,所以墊塊的動能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能和彈性勢能,選項c,d錯誤。4.畫作瀑布如圖所示,有人對這畫作作了如下解釋,水流從高處傾斜而下,推動水輪機發(fā)電,又順著水渠流動,回到瀑布上方。然后再次傾斜而下,如此周而復(fù)始,這一解讀違背了(d)a.庫侖定律b.歐姆定律c.電荷守恒定律d.能量守恒定律5.如圖所示為“風(fēng)光互補路燈”系統(tǒng),在有陽光時通過太陽能電池板發(fā)電,有風(fēng)時通過風(fēng)力發(fā)電機發(fā)電,二者皆備時同時發(fā)電,并將電能輸至蓄電池儲存起來,供路燈照明使用。該系統(tǒng)(d)a.只可以實現(xiàn)風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能b.只可以實現(xiàn)太陽能轉(zhuǎn)化為電能c.可以實現(xiàn)電能轉(zhuǎn)化為風(fēng)能d.可以同時實現(xiàn)風(fēng)能、太陽能轉(zhuǎn)化為電能6.滑雪運動深受人民群眾喜愛。某滑雪運動員(可視為質(zhì)點)由坡道進入豎直面內(nèi)的圓弧形滑道ab,從滑道的a點滑行到最低點b的過程中,由于摩擦力的存在,運動員的速率不變,則運動員沿ab下滑過程中(c)a.所受合外力始終為零b.所受摩擦力大小不變c.合外力做功一定為零d.機械能始終保持不變解析:運動員做勻速圓周運動,合外力指向圓心,a錯誤;對運動員受力分析如圖所示,ff=mgsin ,下滑過程中減小,sin 變小,故摩擦力ff變小,b錯誤;由動能定理知,勻速下滑動能不變,合外力做功為零,c正確;運動員下滑過程中動能不變,重力勢能減小,機械能減小,d錯誤.7.鉛球運動員將靜止在地面上的質(zhì)量為1 kg的鉛球向上提升1 m的高度,并以2 m/s的速度將鉛球投擲出去,則在這一過程中(b)a.手對鉛球做功10 jb.鉛球的重力勢能增加10 jc.鉛球克服重力做功2 jd.鉛球的機械能增加2 j解析:手對鉛球做功應(yīng)等于鉛球獲得的總機械能,即w=12mv2+mgh=12 j,故a,d錯誤;鉛球克服重力做功w=mgh=10 j,則b正確,c錯誤。8.(2017浙江11月選考)如圖所示是具有登高平臺的消防車,具有一定質(zhì)量的伸縮臂能夠在5 min內(nèi)使承載4人的登高平臺(人連同平臺的總質(zhì)量為400 kg)上升60 m到達滅火位置。此后,在登高平臺上的消防員用水炮滅火,已知水炮的出水量為3 m3/min,水離開炮口時的速率為20 m/s,則用于(g取10 m/s2)(b)a.水炮工作的發(fā)動機輸出功率約為1104 wb.水炮工作的發(fā)動機輸出功率約為4104 wc.水炮工作的發(fā)動機輸出功率約為2.4106 wd.伸縮臂抬升登高平臺的發(fā)動機輸出功率約為800 w解析:登高平臺的發(fā)動機輸出功率為克服伸縮臂和人連同平臺的重力的功率,克服人和平臺重力的功率,p=m1ght=4001060300 w=800 w,故輸出功率應(yīng)大于800 w,選項d錯誤;在1 s內(nèi),噴出去水的質(zhì)量為m2=v=103120 kg=50 kg,增加的重力勢能為wg=m2gh=501060 j=3104 j,增加的動能為12m2v2=1104 j,所以1 s內(nèi)水增加的機械能為4104 j,所以水炮工作的發(fā)動機輸出功率為4104 w,選項b正確,a,c錯誤。9.質(zhì)量為m的跳水運動員進入水中后受到水的阻力而做減速運動,設(shè)水對運動員的阻力大小恒為f,已知重力加速度為g,那么在運動員減速下降h的過程中(d)a.運動員的重力勢能增加了mghb.運動員的動能減少了fhc.運動員的機械能減少了(f-mg)hd.運動員的機械能減少了fh解析:運動員減速下降h,重力勢能在減小,a錯誤;合外力做功為(mg-f)h,是負功,所以運動員的動能減少了(f-mg)h,b錯誤;機械能的變化等于除重力、彈力外其他力做的功,所以運動員的機械能減少了fh,故c錯誤,d正確。10.如圖所示,輕質(zhì)彈簧一端固定,另一端連接一小物塊,o點為彈簧在原長時物塊的位置。物塊由a點靜止釋放,沿粗糙程度相同的水平面向右運動,最遠到達b點。在從a到b的過程中,物塊(d)a.加速度一直減小b.經(jīng)過o點時的速度最大c.所受彈簧彈力始終做正功d.所受彈簧彈力做的功等于克服摩擦力做的功解析:由a點開始運動時,f彈ff,合力向右,小物塊向右加速運動,彈簧壓縮量逐漸減小,f彈減小,由f彈-ff=ma知,a減小;當(dāng)運動到f彈=ff時,a減小為零,此時彈簧仍處于壓縮狀態(tài),由于慣性,小物塊繼續(xù)向右運動,此時,f彈ff,小物塊做減速運動,且隨著壓縮量繼續(xù)減小,f彈與ff差值增大,即加速度增大;當(dāng)越過o點后,彈簧被拉伸,此時彈力方向與摩擦力方向相同,有f彈+ff=ma,隨著拉伸量增大,a也增大,故從a到b過程中,物塊加速度先減小后增大,在壓縮狀態(tài)f彈=ff時速度達到最大,選項a,b錯誤;在ao段物塊運動方向與彈力方向相同,彈力做正功,在ob段物塊運動方向與彈力方向相反,彈力做負功,選項c錯誤;由動能定理知,a到b的過程中,彈力做功和摩擦力做功之和為0,選項d正確。能力提升11.從地面豎直向上拋出一物體,其機械能e總等于動能ek與重力勢能ep之和。取地面為重力勢能零點,該物體的e總和ep隨它離開地面的高度h的變化如圖所示。重力加速度取10 m/s2。由圖中數(shù)據(jù)可得(a)a.物體的質(zhì)量為2 kgb.h=0時,物體的速率為20 m/sc.h=2 m時,物體的動能ek=40 jd.從地面至h=4 m,物體的動能減少80 j解析:eph圖象的斜率表示物體受到的重力mg,即mg=804 n=20 n,解得m=2 kg,故a正確;由圖象可知,物體離地面的高度h=0時,重力勢能ep=0,機械能e總=100 j,則動能ek=e總-ep=100 j,而ek=12mv2=100 j,解得v=10 m/s,故b錯誤;同理可得,h=2 m時,ep=40 j,ek=e總-ep=90 j-40 j=50 j;h=4 m時,ek=e總-ep=80 j-80 j=0 j,從地面至h=4 m,物體的動能減少100 j,故c,d錯誤。12.(2015浙江10月選考)快艇在運動中受到的阻力與速度平方成正比(即ff=kv2)。若油箱中有20 l燃油,當(dāng)快艇以10 m/s勻速行駛時,還能行駛40 km,假設(shè)快艇發(fā)動機的效率保持不變,則快艇以20 m/s勻速行駛時,還能行駛(c)a.80 kmb.40 kmc.10 kmd.5 km解析:發(fā)動機的功率p=ffv=kv3,以10 m/s勻速行駛40 km的時間t1=x1v1=4 000 s,總功一定,由于發(fā)動機的效率不變,發(fā)動機輸出的有用功相等即kv13t1=kv23t2,得t2=500 s,x2=v2t2=10 000 m=10 km。13.如圖所示是某類潮汐發(fā)電示意圖。漲潮時開閘,水由通道進入海灣水庫蓄水,待水面升至最高點時關(guān)閉閘門(如圖甲),落潮時,開閘放水發(fā)電(如圖乙)。設(shè)海灣水庫面積為5.0108 m2,平均潮差為3.0 m,一天漲落潮兩次,發(fā)電機的平均能量轉(zhuǎn)化效率為10%,則一天內(nèi)發(fā)電的平均功率約為(海水=1.0103 kg/m3,g取10 m/s2)(b)a.2.6104 kwb.5.2104 kwc.2.6105 kwd.5.2105 kw解析:放水發(fā)電時,海水的重力勢能減少,其中10%轉(zhuǎn)化為電能。一天內(nèi)提供的重力勢能為ep=2mgh=2海水vgh=21.01035.01083.0101.5 j=4.51013 j,則一天內(nèi)發(fā)電的平均功率為p=ep10%243 600s5.2104 kw。故選項b正確。14.(2019浙江6月學(xué)考)如圖所示是質(zhì)量可忽略不計的秋千,懸點o離地面高度h=2 m。質(zhì)量m=5 kg的小猴(可視為質(zhì)點)趴在秋千上,它到懸點o的距離l1=1.6 m。飼養(yǎng)員在圖中左側(cè)推秋千,每次做功都為w=5 j。秋千首次從最低點被推動,以后每次推動都是在秋千蕩回左側(cè)速度變?yōu)榱銜r進行。若不計空氣阻力,g取10 m/s2,求:(1)經(jīng)1次推動,小猴蕩起的最高點比最低點高多少。(2)經(jīng)多少次推動,小猴經(jīng)過最低點的速度v=4 m/s。(3)某次小猴向右經(jīng)過最低點時,一個掛在秋千繩上c點的金屬小飾物恰好脫落,并落在地上d點。d到c的水平距離x=0.96 m,c到o的距離l2=1.28 m。則小猴此次經(jīng)過最低點時對秋千的作用力多大。解析:(1)推動一次w=mgh,得h=0.1 m。(2)推動n次后,回到最低點,由動能定理nw=12mv2,得n=8。(3)小飾物下落時間滿足h-l2=12gt2,t=31025 s,脫落時的速度v1=xt=4105 m/s,設(shè)小猴經(jīng)過最低點時速度為v2,v1v2=l2l1,得v2=10 m/s,對小猴受力分析,有ft-mg=mv22l1,解得ft=81.25 n,由牛頓第三定律得,小猴對秋千的作用力為81.25 n。答案:(1)0.1 m(2)8次(3)81.25 n15.如圖所示,豎直放置的半徑為r的半圓形光滑軌道bcd跟水平直軌道ab相切于b點,d點為半圓形軌道的最高點。木塊m(可視為質(zhì)點)跟軌道a,b間的動摩擦因數(shù)為,ab兩點間的距離為s?，F(xiàn)給木塊m以水平向右的初速度v0從a點滑出。試問:(1)如果要求木塊經(jīng)d點滑出后重新回到a點,則v0應(yīng)滿足什么條件?(2)如果要求木塊能沿原路返回并重新回到a點,則v0應(yīng)滿足什么條件?r,s之間還應(yīng)滿足什么條件?解析:(1)木塊m從d點滑出后做平拋運動又回到a點,設(shè)木塊在d點的速度為v,木塊從d點運動到a點所用的時間為t,在水平方向:s=vt,豎直方向上:2r=12gt2,解得v=s2gr。對木塊從a到d由動能定理有-mgs-mg2r=12mv2-12mv02,解得 v0 =2gs+4rg+gs24r。(2)要使木塊沿原路返回,則沿圓軌道上滑時,不能超過題圖中c點。根據(jù)功能關(guān)系,v0應(yīng)滿足:12mv02mgs+mgr, 又要使木塊能回到a點,則有12mv022mgs,聯(lián)立兩式得2gs+2gr v02gs, 要使上式成立,則r,s之間還應(yīng)滿足rs。答案:(1)v0=2gs+4rg+gs24r(2)2gs+2gr v02gsrs16.(2017浙江11月選考)如圖1所示是游樂園的過山車,其局部可簡化為如圖2所示的示意圖,傾角=37的兩平行傾斜軌道bc,de的下端與水平半圓形軌道cd順滑連接。傾斜軌道bc的b端高度h=24 m,傾斜軌道de與圓弧ef相切于e點,圓弧ef的圓心o1、水平半圓軌道cd的圓心o2與a點在同一水平面上,do1的距離l=20 m。質(zhì)量m=1 000 kg的過山車(包括乘客)從b點自靜止滑下,經(jīng)過水平半圓軌道后,滑上另一傾斜軌道,到達圓弧頂端f時乘客對座椅的壓力為自身重力的0.25倍。已知過山車在bcde段運動時所受的摩擦力與軌道對過山車的支持力成正比,比例系數(shù)=132,ef段摩擦力不計,整個運動過程空氣阻力不計。(sin 37=0.6,cos 37=0.8)(1)求過山車過f點時的速度大小。(2)求從b到f整個運動過程中摩擦力對過山車做的功。(3)如果過d點時發(fā)現(xiàn)圓軌道ef段有故障,為保證乘客的安全,立即觸發(fā)制動裝置,使過山車不能到達ef段并保證不再下滑,則過山車受到的摩擦力至少應(yīng)多大?解析:(1)在f點有m人g-14m人g=m人vf2r, r=lsin =12 m, 得vf=34gr=310 m/s。 (2)設(shè)整個過程摩擦阻力做功為w,對b到f