【同步備課】2020年高中物理課時訓練(新人教必修二)7.10《能量守恒定理與能源》4

第七章第十節(jié)鞏固基礎1．質量為4kg的物體被人由靜止開頭向上提升0.25m后速度達1m/s，則下列推斷正確的是()A．人對物體做功12JB．合外力對物體做功2JC．物體克服重力做功10JD．人對物體做的功等于物體增加的動能解析：此過程中物體的動能增加2J．重力勢能增加10J，機械能增加了12J，動能的增加等于合外力做的功，重力勢能的增加等于物體克服重力做的功，機械能的增加等于人對物體做的功．答案：ABC2．下列關于對能的轉化和守恒定律的生疏正確的是()A．某種形式的能削減，肯定存在其他形式的能增加B．某個物體的能削減，必定有其他物體的能增加C．不需要任何外界的動力而持續(xù)對外做功的機器——永動機不行能制成D．石子從空中落下，最終停止在地面上，說明機械能消逝了解析：從能量守恒和轉化定律可知，某種形式的能削減，肯定存在其他形式的能增加，或者能量從一個物體轉移到另外一個物體，而能的總量不會轉變，任何不需要能量的機器是不行能制成的，故A、B、C選項正確．答案：ABC3．關于“節(jié)省能源”下列說法中正確的是()A．由于自然界的能量的總和是守恒的，所以節(jié)省能源是毫無意義的B．鋪張能源只是鋪張個人金錢，對整個社會和自然界是無關緊要的，由于能量是守恒的C．從能量轉化的角度看，自然界中宏觀過程是有方向性的，能量的利用受這種方向性的制約，所以“節(jié)省能源”對人類社會進展有很大影響D．上述說法都是錯誤的解析：能量雖然守恒，但能量耗散現(xiàn)象表明能量的轉化具有方向性，在利用能量的過程中能量的品質降低了，故需要節(jié)省能源，C選項正確．答案：C4．一顆子彈以某一速度擊中靜止在光滑水平面上的木塊，并從中穿出，對于這一過程，下列說法正確的是()A．子彈削減的機械能等于木塊增加的機械能B．子彈和木塊組成的系統(tǒng)機械能的損失量等于系統(tǒng)產生的熱量C．子彈削減的機械能等于木塊增加的動能與木塊增加的內能之和D．子彈削減的機械能等于木塊增加的動能與木塊和子彈增加的內能之和解析：由能量守恒定律可知，對子彈來講，削減的機械能一是用于增加木塊的動能，二是用于增加子彈和木塊的內能，故D選項正確，A、C選項錯誤；對子彈和木塊組成的系統(tǒng)而言，削減的機械能只能用來增加它們的內能，故B選項正確．答案：BD5．如圖所示，滑塊由靜止開頭沿曲面下滑，滑到B點時，速度恰好等于零；假如滑塊從B點以速度v沿曲面下滑返回A點時，速度恰好也等于零，設滑塊從A到B和從B到A平均摩擦力大小相等，則A、B兩點的高度差等于()A．0 B.eq\f(v2,2g)C.eq\f(v2,4g) D.eq\f(v2,g)解析：由能量守恒和轉化定律可知：由A到B有mgh＝Q，從B到A有eq\f(1,2)mv2－mgh＝Q聯(lián)立解得h＝eq\f(v2,4g).答案：C6．一小滑塊放在如右圖所示的凹形斜面上，用力F沿斜面對下拉小滑塊，小滑塊沿斜面運動了一段距離．若已知在這個過程中，拉力F所做的功的大小(確定值)為A，斜面對滑塊的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.當用這些量表達時，小滑塊的動能的轉變(指末態(tài)動能減去初態(tài)動能)等于________，滑塊的重力勢能的轉變等于________；滑塊機械能(指動能與重力勢能之和)的轉變等于________．解析：依據(jù)功能關系，動能的轉變等于外力做功的代數(shù)和，其中做負功的有空氣阻力，斜面對滑塊的作用力的功(因彈力不做功，實際上為摩擦阻力的功)，因此ΔEk＝A－B＋C－D；重力勢能的削減等于重力做的功，因此ΔEp＝－C；滑塊機械能的轉變等于重力之外的其他力做的功，因此ΔE＝A－B－D.答案：A－B＋C－D－CA－B－D7．某脈沖激光器的耗電功率為2×103W，每秒鐘輸出10個光脈沖，每個脈沖持續(xù)的時間為10－8s，攜帶的能量為0.2J．則每個脈沖的功率為________W，該激光器將電能轉化為激光能量的效率為________．解析：每個脈沖的功率為P＝eq\f(W,t)＝eq\f(0.2,10－8)W＝2×107W.激光器將電能轉化為激光能量的效率為η＝eq\f(W脈,W總)＝eq\f(0.2×10,2×103×1)＝0.1%.答案：2×1070.1%提升力量8．如圖所示，M是一個有半圓形軌道的物體，固定在地面上，軌道位于豎直平面內，a、b兩點等高，金屬塊P從H高處自由下落，滑過M從b處豎直上升，到達最大高度eq\f(H,2)處，當它再次落下滑過軌道最低點后()A．恰能到達a點 B．能沖出a點C．不能到達a點 D．無法確定解析：設金屬塊質量為m，第一次滑過M時克服摩擦力做功Wf，其次次滑過M時克服摩擦力做功Wf′，其次次經(jīng)a點時速度為va，則由動能定理，對兩個過程列出表達式分別為第一次：mgeq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(H－\f(H,2)))－Wf＝0其次次：mgeq\f(H,2)－Wf′＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,a).由于第一次經(jīng)過M時金屬塊的速率較大，由向心力的來源可知，金屬塊對M的壓力較大，從而Wf>Wf′，所以va>0，即能從a點滑出，B選項正確．答案：B9．如圖所示，一個粗細均勻的U形管內裝有同種液體，液體質量為m.在管口右端用蓋板A密閉，兩邊液面高度差為h，U形管內液體的總長度為4h，現(xiàn)拿去蓋板，液體開頭運動，由于液體的管壁的阻力作用，最終管內液體停止運動，則該過程中產生的內能為()A.eq\f(1,16)mgh B.eq\f(1,8)mghC.eq\f(1,4)mgh D.eq\f(1,2)mgh解析：拿去蓋板后管中液體開頭運動，但由于管壁阻力的作用，最終U形管中左右兩邊液面相平，在此過程中管中液體削減的機械能轉化為系統(tǒng)的內能．當左右兩管液面等高時，可簡化為把右管中長度為eq\f(h,2)的液柱移到左管，此過程削減的重力勢能ΔEp＝eq\f(mg,8)·eq\f(h,2)＝eq\f(1,16)mgh，故A選項正確．答案：A10．如下圖所示，傳送帶與水平面之間的夾角為θ＝30°，其上A、B兩點間的距離為l＝5m，傳送帶在電動機的帶動下以v＝1m/s的速度勻速運動，現(xiàn)將一質量為m＝10kg的小物體(可視為質點)輕放在傳送帶的A點，已知小物體與傳送帶之間的動摩擦因數(shù)μ＝eq\r(3)/2，在傳送帶將小物體從A點傳送到B點的過程中，求：(1)傳送帶對小物體做的功；(2)電動機做的功(g取10m/s2)．解析：(1)由ma＝μmgcosθ－mgsinθ知，物塊上升加速度為a＝eq\f(1,4)g，當它的速度為v＝1m/s時，位移是l＝eq\f(v2,2a)＝0.2m，即物塊將以v＝1m/s的速度完成4.8m的路程，由功能關系得W＝ΔEk＋ΔEp＝255J.(2)電動機做功使小物體機械能增加，同時小物體與傳送帶間因摩擦產生熱量Q.而由v＝at得t＝0.4s，相對位移l′＝vt－eq\f(v,2)t＝0.2m，Q＝μmgl′cosθ＝15J，W電＝W＋Q＝270J.答案：(1)255J(2)270J11．一臺水輪發(fā)電機組，每秒有2.0m3的水流過水輪機，若河壩水位高度差是20m，求水每秒對水輪機最多能做多少功？若有40%的機械能轉化為電能，問發(fā)電機的輸出功率為多大？解析：若使水對水輪機做的功最多，則把水的重力勢能全部轉給水輪機，則每秒對水輪機做功為W＝mgh＝ρVgh＝103×2×10×20J＝4×105J；有40%的機械能轉化為電能，由P＝eq\f(W,t)又得發(fā)電機的功率P＝eq\f(W·40%,t)＝eq\f(4×105×0.4J,1s)＝1.6×105W.答案：4×105J1.6×105W12．一小物體以Ek1＝100J的初動能滑上斜面，當動能削減ΔEk＝80J時，機械能削減E＝32J，則當物體滑回原動身點時動能為多少？解析：設斜面傾角為θ，滑動摩擦力為F，動能削減80J時位移為l1，依據(jù)功能關系動能削減量等于合外力做的功，即ΔEk＝(mgsinθ＋F)l1①機械能削減量等于除重力以外的力(此題中即為F)所做的功，即E＝Fl1②設物體從斜面底端到最高點位移為l2則動能的削減量為100J，即Ek1＝(mgsinθ＋F)l2③設機械能的削減量為WF，即為上滑過程中滑動摩擦力所做的總功有WF＝F·l2④綜合①②③④有eq\f(80,32)＝eq\f(100,WF)，所以WF＝40J.上滑及下滑過程中滑動摩擦力都做負功，且數(shù)值相等，所以一個來回摩擦力做負功總和為WF總＝2WF＝80J.物體回到原動身點時的動能Ek2由動能定理WF總＝Ek1－Ek2Ek2＝20J.答案：20J13．一傳送帶裝置示意如圖，其中傳送帶經(jīng)過AB區(qū)域時是水平的，經(jīng)過BC區(qū)域時變?yōu)閳A弧形(圓弧由光滑模板形成，未畫出)，經(jīng)過CD區(qū)域時是傾斜的，AB和CD都與BC相切．現(xiàn)將大量的質量均為m的小貨箱一個一個在A處放到傳送帶上，放置時初速度為零，經(jīng)傳送帶運送到D處，D和A的高度差為h.穩(wěn)定工作時傳送帶速度不變，CD段上各箱等距排列，相鄰兩箱的距離為L.每個箱子在A處投放后，在到達B之間已經(jīng)相對于傳送帶靜止，且以后也不再滑動(忽視經(jīng)BC段時的微小滑動)．已知在一段相當長的時間T內，共運送小貨箱的數(shù)目為N.這裝置由電動機帶動，傳送帶與輪子間無相對滑動，不計輪軸處的摩擦．求電動機的平均輸出功率P.解析：以地面為參考系(下同)，設傳送帶的運動速度為v0，在水平段運輸?shù)倪^程中，小貨箱先在滑動摩擦力作用下做勻加速運動，設這段路程為s，所用時間為t，加速度為a，則對小箱有s＝eq\f(1,2)at2，v0＝at.在這段時間內，傳送帶運動的路程為s0＝v0t.由以上可得s0＝2s.用Ff表示小箱與傳送帶之間的滑動摩擦力，則傳送帶對小箱做功為A＝Ff·s＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,0).傳送帶克服小箱對它的摩擦力做功A0＝Ffs0＝2·eq\f(1,2)mveq\o\al(2,0).兩者之差就是克服摩擦力做功發(fā)出的熱量Q＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,0).①可見，在小箱加速運動過程中，小箱獲得的動能與發(fā)出的熱量相等．T時間內，電動機輸出的功為W＝PT.②此功用于增加小箱的動能、勢能以及克服摩擦力發(fā)熱