2024-2025學(xué)年高中物理第7章機(jī)械能守恒定律第10節(jié)能量守恒定律與能源課時(shí)分層訓(xùn)練新人教版必修2

PAGEPAGE1第10節(jié)能量守恒定律與能源課時(shí)分層訓(xùn)練「基礎(chǔ)達(dá)標(biāo)練」1．下列說(shuō)法中正確的是()A．能就是功，功就是能B．做功越多，物體的能量就越大C．外力對(duì)物體不做功，這個(gè)物體就沒(méi)有能量D．能量轉(zhuǎn)化的多少可以用做功來(lái)量度解析：選D功和能是兩個(gè)不同的概念，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；做功的多少只是說(shuō)明能量轉(zhuǎn)化的多少，而不能說(shuō)明能量的多少，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；外力做功與否不能說(shuō)明物體能量的有無(wú)，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；功是能量轉(zhuǎn)化的量度，選項(xiàng)D正確．2．下列哪些現(xiàn)象屬于能量的耗散()A．利用水流能發(fā)電產(chǎn)生電能B．電能在燈泡中變成光能C．電池的化學(xué)能變成電能D．火爐把屋子烤暖解析：選D能量耗散主要指其他形式的能量最終轉(zhuǎn)化為環(huán)境的內(nèi)能后，不能再被收集起來(lái)重新利用，故選項(xiàng)D正確．3．下列說(shuō)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(yáng)照耀到地球上的光能轉(zhuǎn)化成了其他形式的能量，但照耀到宇宙空間的能量都消逝了C．“既要馬兒跑，又不讓馬兒吃草”違反了能量守恒定律，因而是不行能的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，卻能始終走動(dòng)，說(shuō)明能量可以憑空產(chǎn)生解析：選C永動(dòng)機(jī)違反了能量守恒定律，所以永動(dòng)機(jī)是恒久不行能制成的，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；太陽(yáng)輻射大量的能量，但輻射到宇宙空間的能量并沒(méi)有消逝，而是轉(zhuǎn)化成了其他形式的能量，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；馬和其他動(dòng)物，包括人的運(yùn)動(dòng)，必需消耗能量，動(dòng)物的能量來(lái)源是食物中儲(chǔ)存的生物質(zhì)能，選項(xiàng)C正確；所謂“全自動(dòng)”手表，其內(nèi)部是有能量轉(zhuǎn)扮裝置的，一般是一個(gè)擺錘，當(dāng)人戴著手表活動(dòng)時(shí)，使擺錘不停搖擺，給游絲(彈簧)補(bǔ)充能量，才會(huì)維持手表的走動(dòng)，假如把這種表放在桌面上靜置幾天，它也是會(huì)停的，選項(xiàng)D錯(cuò)誤．4.下列關(guān)于力做功與對(duì)應(yīng)能量改變的說(shuō)法正確的是()A．合力做正功，機(jī)械能增加B．合力做正功，物體的動(dòng)能肯定增加C．摩擦力做功，物體的機(jī)械能肯定削減D．合力做負(fù)功，重力勢(shì)能肯定削減解析：選B除重力外其余力做的功等于物體機(jī)械能的改變量，除重力外其余力做正功，物體的機(jī)械能增加，故A、C錯(cuò)誤；由動(dòng)能定理，可知合力做功是動(dòng)能改變的量度，合力做正功，物體的動(dòng)能肯定增加，重力勢(shì)能的改變是看重力是否做功，故B正確，D錯(cuò)誤．5．(多選)行駛中的汽車制動(dòng)后滑行一段距離，最終停下；流星在夜空中墜落并發(fā)出光明的火焰；著陸傘在空中勻速下降；條形磁鐵在下落過(guò)程中穿過(guò)閉合線圈，線圈中產(chǎn)生電流．上述不同現(xiàn)象中所包含的相同的物理過(guò)程是()A．物體克服阻力做功B．物體的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為其他形式的能量C．物體的勢(shì)能轉(zhuǎn)化為其他形式的能量D．物體的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為其他形式的能量解析：選AD這四個(gè)現(xiàn)象中物體運(yùn)動(dòng)過(guò)程中都受到阻力作用，汽車主要受摩擦阻力，流星、著陸傘受空氣阻力，條形磁鐵下落受磁場(chǎng)阻力，因而物體都克服阻力做功，A正確；四個(gè)物體的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，汽車是動(dòng)能轉(zhuǎn)化成了內(nèi)能，流星、著陸傘、條形磁鐵是重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化成其他形式的能，總之機(jī)械能轉(zhuǎn)化成了其他形式的能，D正確．6．(多選)在最近幾年的空調(diào)市場(chǎng)上出現(xiàn)一個(gè)新寵——變頻空調(diào)，據(jù)專家介紹變頻空調(diào)比定頻的要節(jié)能，因?yàn)槎l空調(diào)開(kāi)機(jī)時(shí)就等同于汽車啟動(dòng)時(shí)，很耗能，是正常運(yùn)行的5～7倍．空調(diào)在工作時(shí)達(dá)到設(shè)定溫度就停機(jī)，等溫度高了再接著啟動(dòng)．這樣的頻繁啟動(dòng)，耗電多，而變頻空調(diào)啟動(dòng)時(shí)有一個(gè)由低到高的過(guò)程，而運(yùn)行過(guò)程是自動(dòng)變速來(lái)保持室內(nèi)溫度，從開(kāi)機(jī)到關(guān)機(jī)中間不停機(jī)．而是達(dá)到設(shè)定溫度后就降到最小功率運(yùn)行，所以比較省電．閱讀上述介紹后，探究以下說(shuō)法中合理的是()A．變頻空調(diào)整能，運(yùn)行中不遵守能量守恒定律B．變頻空調(diào)運(yùn)行中做功少，轉(zhuǎn)化能量多C．變頻空調(diào)在同樣工作條件下運(yùn)行效率高，省電D．變頻空調(diào)與定頻空調(diào)做同樣功時(shí)，消耗同樣電能解析：選CD自然界的一切過(guò)程都遵守能量守恒定律，A錯(cuò)誤；功是能量轉(zhuǎn)化的量度，做同樣功，消耗同樣電能，B錯(cuò)誤，D正確；由變頻空調(diào)的工作特點(diǎn)可知省電的原理是效率高，C正確．7．質(zhì)量為M的物體其初動(dòng)能為100J，從傾角為θ的足夠長(zhǎng)的斜面上的A點(diǎn)向上勻減速滑行，到達(dá)斜面上的B點(diǎn)時(shí)物體動(dòng)能削減了80J，機(jī)械能削減了32J，若μ＜tanθ，則當(dāng)物體回到A點(diǎn)時(shí)具有的動(dòng)能為()A．60J B．20JC．50J D．40J解析：選B機(jī)械能的削減量即為物體克服摩擦力所做的功，當(dāng)物體上滑到最高點(diǎn)時(shí)動(dòng)能削減了100J，按比例計(jì)算，機(jī)械能削減了eq\f(100,80)×32J＝40J，因物體沿斜面上滑和下滑過(guò)程中克服摩擦力做的功相等，由能量守恒定律可知物體回到A點(diǎn)時(shí)，具有的動(dòng)能為100J－2×40J＝20J．故選項(xiàng)B正確．8．如圖所示，光滑水平面AB與豎直面內(nèi)的半圓形導(dǎo)軌在B點(diǎn)相切，半圓形導(dǎo)軌的半徑為R.一個(gè)質(zhì)量為m的物體將彈簧壓縮至A點(diǎn)后由靜止釋放，在彈力作用下物體獲得某一向右的速度后脫離彈簧，當(dāng)它經(jīng)過(guò)B點(diǎn)進(jìn)入導(dǎo)軌的瞬間對(duì)軌道的壓力為其重力的8倍，之后向上運(yùn)動(dòng)恰能到達(dá)最高點(diǎn)C，C、O、B三點(diǎn)在同一豎直線上(不計(jì)空氣阻力)．試求：(1)物體到達(dá)B點(diǎn)時(shí)的速度大小；(2)物體在A點(diǎn)時(shí)彈簧的彈性勢(shì)能；(3)物體從B點(diǎn)運(yùn)動(dòng)至C點(diǎn)的過(guò)程中產(chǎn)生的內(nèi)能．解析：(1)設(shè)物體在B點(diǎn)的速度為vB，所受的軌道的支持力為FN，物體在B點(diǎn)受到重力和支持力，由牛頓其次定律有：FN－mg＝meq\f(v\o\al(B,2),R)，依據(jù)題意得FN＝8mg聯(lián)立解得vB＝eq\r(7gR).(2)由能量守恒定律可知：物體在A點(diǎn)時(shí)彈簧的彈性勢(shì)能Ep＝eq\f(1,2)mveq\o\al(B,2)＝eq\f(7,2)mgR.(3)設(shè)物體在C點(diǎn)的速度為vC，由題意可得：mg＝meq\f(v\o\al(C,2),R)物體由B點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn)的過(guò)程中，由能量守恒定律知產(chǎn)生的內(nèi)能Q＝eq\f(1,2)mveq\o\al(B,2)－eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)mv\o\al(C,2)＋2mgR))解得Q＝mgR.答案：(1)eq\r(7gR)(2)eq\f(7,2)mgR(3)mgR「實(shí)力提升練」9．如圖所示，質(zhì)量為M、長(zhǎng)度為L(zhǎng)的木板靜止在光滑的水平面上，質(zhì)量為m的小物塊(可視為質(zhì)點(diǎn))放在木板上最左端，現(xiàn)用一水平恒力F作用在小物塊上，使物塊從靜止起先做勻加速直線運(yùn)動(dòng)．已知物塊和木板之間的摩擦力為Ff.當(dāng)物塊滑到木板的最右端時(shí)，木板運(yùn)動(dòng)的距離為x.則在此過(guò)程中()A．物塊到達(dá)木板最右端時(shí)具有的動(dòng)能為(F－Ff)LB．物塊到達(dá)木板最右端時(shí)，木板具有的動(dòng)能為FfLC．物塊和木板增加的內(nèi)能為FfLD．物塊和木板增加的機(jī)械能為Fx解析：選C物塊m在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中受到兩個(gè)力F和Ff作用，而物塊相對(duì)于地面的位移為L(zhǎng)＋x，由動(dòng)能定理得出A項(xiàng)錯(cuò)誤；而對(duì)木板M在水平方向上受到的力只有Ff，且木板在Ff的作用下位移為x，由動(dòng)能定理得出B項(xiàng)錯(cuò)誤；系統(tǒng)增加的內(nèi)能等于滑動(dòng)摩擦力乘以相對(duì)位移，C項(xiàng)正確；而物塊m和木塊M增加的機(jī)械能為(F－Ff)(L＋x)＋Ffx，D項(xiàng)錯(cuò)誤．10．(多選)如圖所示，傾角θ＝30°的粗糙斜面固定在地面上，長(zhǎng)為l、質(zhì)量為m、粗細(xì)勻稱、質(zhì)量分布勻稱的軟繩置于斜面上，其上端與斜面頂端齊平．用細(xì)線將物塊與軟繩連接，物塊由靜止釋放后向下運(yùn)動(dòng)，直到軟繩剛好全部離開(kāi)斜面(此時(shí)物塊未到達(dá)地面)，在此過(guò)程中()A．物塊的機(jī)械能漸漸增加B．軟繩重力勢(shì)能共削減了eq\f(1,4)mglC．物塊重力勢(shì)能的削減等于軟繩克服摩擦力所做的功D．軟繩重力勢(shì)能的削減小于其動(dòng)能的增加與克服摩擦力所做功之和解析：選BD物塊克服繩的拉力做功，其機(jī)械能削減，故A錯(cuò)誤；軟繩重力勢(shì)能削減量ΔE＝mg·eq\f(l,2)－mg·eq\f(l,2)sinθ＝eq\f(1,4)mgl，故B正確；由功能關(guān)系知，細(xì)線拉力對(duì)軟繩所做的功和軟繩重力勢(shì)能的削減之和等于其動(dòng)能的增加與克服摩擦力所做功之和，故C錯(cuò)誤，D正確．11．如圖所示，一個(gè)粗細(xì)勻稱的U形管內(nèi)裝有同種液體，液體質(zhì)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(nèi)液體的總長(zhǎng)度為4h，先拿去蓋板，液體起先運(yùn)動(dòng)，由于管壁的阻力作用，最終管內(nèi)液體停止運(yùn)動(dòng)，則該過(guò)程中產(chǎn)生的內(nèi)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：選A去掉右側(cè)蓋板之后，液體向左側(cè)流淌，最終兩側(cè)液面相平，液體的重力勢(shì)能削減，削減的重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能．如圖所示，最終狀態(tài)可等效為右側(cè)eq\f(1,2)h的液柱移到左側(cè)管中，即增加的內(nèi)能等于該液柱削減的重力勢(shì)能，則Q＝eq\f(1,8)mg·eq\f(1,2)h＝eq\f(1,16)mgh，故A選項(xiàng)正確．12．如圖所示，在豎直平面內(nèi)有一半徑為R的圓弧軌道，半徑OA水平、OB豎直，一個(gè)質(zhì)量為m的小球自A的正上方P點(diǎn)由靜止起先自由下落，小球沿軌道到達(dá)最高點(diǎn)B時(shí)恰好對(duì)軌道沒(méi)有壓力．已知AP＝2R，重力加速度為g，則小球從P到B的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中()A．重力做功2mgRB．機(jī)械能削減mgRC．合外力做功mgRD．克服摩擦力做功eq\f(1,2)mgR解析：選D一個(gè)小球在A點(diǎn)正上方由靜止釋放，通過(guò)B點(diǎn)時(shí)恰好對(duì)軌道沒(méi)有壓力，此時(shí)小球的重力供應(yīng)向心力，即mg＝eq\f(mv2,R)，得v2＝gR，小球從P到B的過(guò)程中，重力做功W＝mgR，A錯(cuò)誤；減小的機(jī)械能ΔE＝mgR－eq\f(1,2)mv2＝eq\f(1,2)mgR，B錯(cuò)誤；合外力做功W合＝eq\f(1,2)mv2＝eq\f(1,2)mgR，C錯(cuò)誤；由動(dòng)能定理得：mgR－Wf＝eq\f(1,2)mv2－0，所以Wf＝eq\f(1,2)mgR，D正確．13．風(fēng)力發(fā)電是一種環(huán)保的電能獲得方式．圖為某風(fēng)力發(fā)電機(jī)外觀圖，現(xiàn)設(shè)計(jì)的每臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的功率為40kW.試驗(yàn)測(cè)得風(fēng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能的效率約為20%，空氣的密度是1.29kg/m3，當(dāng)?shù)厮斤L(fēng)速約為10m/s.求風(fēng)力發(fā)電機(jī)的葉片長(zhǎng)度約為多少時(shí)才能滿意設(shè)計(jì)要求？解析：設(shè)葉片長(zhǎng)度為r，則葉片轉(zhuǎn)動(dòng)的面積S＝πr2.取時(shí)間t內(nèi)作用到面積為S的葉片上的空氣流為探討對(duì)象，如圖所示．這部分空氣流的質(zhì)量m＝ρV＝ρ·Svt，空氣流的動(dòng)能Ek＝eq\f(1,2)mv2，電功率P＝eq\f(Ek×20%,t)＝eq\f(1,10)ρπr2v3，得r＝eq\r(\f(10P,ρπv3))≈9.94m.答案：9.94m14．如圖所示，在光滑水平地面上放置質(zhì)量M＝2kg的長(zhǎng)木板，木板上表面與固定的光滑弧面相切．一質(zhì)量m＝1kg的小滑塊自弧面上高h(yuǎn)處由靜止自由滑下，在木板上滑行t＝1s后，滑塊和木塊以共同速度v＝1m/s勻速運(yùn)動(dòng)，g取10m/s2.求：(1)滑塊與木塊間的摩擦力大小Ff；(2)滑塊下滑的高度h；(3)滑塊與木板相對(duì)滑動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生的熱量Q.解析：(1)對(duì)木板：Ff＝Ma1由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式，有v＝a1t解得Ff＝2N.(2)對(duì)滑塊：－Ff＝ma2設(shè)滑塊滑上木板時(shí)