習(xí)題2：能量守恒定律與能源

能量守恒定律和能源基礎(chǔ)夯實(shí)1．下列說法正確的是()A．隨著科技的發(fā)展，永動機(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”手表，不用上發(fā)條，也不用任何形式的電源，卻能一直走動，說明能量可以憑空產(chǎn)生答案：C解析：永動機(jī)是指不消耗或少消耗能量，而可以大量對外做功的裝置，違背了能量轉(zhuǎn)化和守恒定律，A錯。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。馬和其他動物，包括人要運(yùn)動，必須消耗能量，動物的能量來源是食物中儲存的生物質(zhì)能，C正確。所謂的“全自動”手表內(nèi)部是有能量轉(zhuǎn)化裝置的，只有當(dāng)人戴著手表活動時，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，它一定會停擺的，D錯。2．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，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，小電動機(jī)中電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。3．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．①③B．①④C．②③D．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；能源在使用時會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。4．出行是人們工作生活中必不可少的環(huán)節(jié)，出行的工具五花八門，使用的能源也各不相同。自行車、電動自行車、普通汽車消耗能量的類型分別是()①生物能②核能③電能④太陽能⑤化學(xué)能A．①④⑤ B．①③⑤C．①②③ D．①③④答案：B解析：現(xiàn)代生活使用的煤、石油、天然氣等常規(guī)能源，對空氣環(huán)境的污染越來越嚴(yán)重，而利用太陽能、風(fēng)能、氫能等新能源則可改善空氣質(zhì)量。此外，限制購買家用轎車可大量減少尾氣的排放，提倡使用電動車也能改善空氣環(huán)境質(zhì)量，正確答案為B。5.如圖所示，一小孩從圖中粗糙的滑梯上自由加速滑下，其能量的變化情況是()A．重力勢能減小，動能不變，機(jī)械能減小，總能量減小B．重力勢能減小，動能增加，機(jī)械能減小，總能量不變C．重力勢能減小，動能增加，機(jī)械能增加，總能量增加D．重力勢能減小，動能增加，機(jī)械能守恒，總能量不變答案：B解析：由能量轉(zhuǎn)化和守恒定律可知，小孩在下滑過程中總能量守恒，故A、C均錯；由于摩擦力要做負(fù)功，機(jī)械能不守恒，故D錯；下滑過程中重力勢能向動能和內(nèi)能轉(zhuǎn)化，故只有B正確。6．我國人民有在房前種樹的習(xí)慣，夏天大樹長出茂密的葉子，為人們擋住炎炎烈日，冬天葉子又會全部掉光，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，我們在經(jīng)過有樹的地方時，也會感到很明顯的涼意，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，所以樹木下會比較涼爽，故C正確。7．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ABC速度(m/s)0時刻(s)0410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＋eq\f(1,2)mveq\o\al(2,A)－eq\f(1,2)mveq\o\al(2,B)損失的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為熱量Q＝ΔE＝(70×10×20＋eq\f(1,2)×70×22－eq\f(1,2)×70×122)J＝9100J(2)人與雪橇在BC段做減速運(yùn)動的加速度a＝eq\f(vC－vB,t)＝eq\f(0－12,10－4)m/s＝－2m/s2根據(jù)牛頓第二定律f＝ma＝70×(－2)N＝－140N。能力提升1．(2022·衡水中學(xué)高一期中)如圖(甲)所示，質(zhì)量不計(jì)的彈簧豎直固定在水平面上，t＝0時刻，將一金屬小球從彈簧正上方某一高度處由靜止釋放，小球落到彈簧上壓縮彈簧到最低點(diǎn)，然后又被彈起離開彈簧，上升到一定高度后下落，如此反復(fù)。通過安裝在彈簧下端的壓力傳感器，測出這一過程彈簧彈力F隨時間t變化的圖象如圖(乙)所示，則()A．t1時刻小球動能最大B．t2時刻小球動能最大C．t2～t3這段時間內(nèi)，小球的動能先增加后減少D．t2～t3這段時間內(nèi)，小球增加的動能等于彈簧減少的彈性勢能答案：C解析：0～t1時間內(nèi)小球做自由落體運(yùn)動，t1～t2時間內(nèi)小球落到彈簧上并往下運(yùn)動的過程中，小球重力與彈簧對小球彈力的合力方向先向下后向上，故小球先加速后減速，t2時刻到達(dá)最低點(diǎn)，動能為0，A、B錯；t2～t3時間內(nèi)小球向上運(yùn)動，合力方向先向上后向下，小球先加速后減速，動能先增加后減少，C對；t2～t3時間內(nèi)由能量守恒知小球增加的動能等于彈簧減少的彈性勢能減去小球增加的重力勢能，D錯。2.(臨朐一中12～13學(xué)年高一下學(xué)期期中)在學(xué)校舉行的2022年春季運(yùn)動會上，高一·八班的張明同學(xué)在男子100m的決賽中，勇奪桂冠。他采用蹲踞式起跑，在發(fā)令槍響后，左腳迅速蹬離起跑器，在向前加速的同時提升身體重心。如圖所示，假設(shè)他的質(zhì)量為m，在起跑后前進(jìn)的距離s內(nèi)，重心上升高度為h，獲得的速度為v，阻力做功為W阻，則在此過程中()A．運(yùn)動員的機(jī)械能增加了eq\f(1,2)mv2B．運(yùn)動員機(jī)械能增加了eq\f(1,2)mv2＋mghC．運(yùn)動員的重力做功為W重＝mghD．運(yùn)動員自身做功W人＝eq\f(1,2)mv2＋mgh＋W阻答案：B3．一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(絕對值)為A，斜面對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，小滑塊的動能的改變(指末態(tài)動能減去初態(tài)動能)等于________，滑塊的重力勢能的改變等于________；滑塊機(jī)械能(指動能與重力勢能之和)的改變等于______。答案：A－B＋C－D－CA－B－D解析：根據(jù)功能關(guān)系，動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。4．如圖所示，皮帶的速度是3m/s，兩圓心距離s＝4.5m，現(xiàn)將m＝1kg的小物體輕放在左輪正上方的皮帶上，物體與皮帶間的動摩擦因數(shù)μ＝，電動機(jī)帶動皮帶將物體從左輪運(yùn)送到右輪正上方時，求：(1)小物體獲得的動能Ek；(2)這一過程摩擦產(chǎn)生的熱量Q；(3)這一過程電動機(jī)消耗的電能E是多少？(g＝10m/s2)答案：(1)(2)(3)9J解析：(1)μmg＝maa＝1.5m/s2μmgs′＝eq\f(1,2)mv2所以s′＝3m<4.5m，即物體可與皮帶達(dá)到共同速度，Ek＝eq\f(1,2)mv2＝eq\f(1,2)×1×32J＝(2)v＝att＝2sQ＝μmg(vt－s′)＝×1×10×(6－3)J＝(3)E電＝Ek＋Q＝＋＝9J。5．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)葉片長度為r。求單位時間內(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時能夠輸出電功率P1＝540kW。我國某地區(qū)風(fēng)速不低于v2＝6m/s的時間每年約為5000小時。試估算這臺風(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。答案：(1)eq\f(1,2)πρr2v3(2)8×105kW·h解析：(1)風(fēng)垂直流向風(fēng)輪機(jī)時，提供的風(fēng)能功