2024-2025學(xué)年高中物理第七章第10節(jié)能量守恒定律與能源練習(xí)含解析新人教版必修2

PAGE8-能量守恒定律與能源[隨堂檢測(cè)]1．設(shè)想在一間與外界絕熱的房間里，有一臺(tái)正在工作的電冰箱，假如電冰箱的門是開(kāi)著的，那么室內(nèi)的溫度將()A．上升 B．降低C．不變 D．都有可能解析：選A.電冰箱是利用制冷劑，如氟利昂從箱內(nèi)蒸發(fā)器處吸熱而汽化后，到箱外冷凝器中放熱液化，然后又到蒸發(fā)器中吸熱汽化…如此循環(huán)而制冷的．由于蒸發(fā)器溫度低，冷凝器溫度高，制冷過(guò)程中，全靠壓縮機(jī)將蒸發(fā)器中的氟利昂抽出再壓縮到冷凝器中，以實(shí)現(xiàn)熱量從低溫物體傳遞到高溫物體．其中壓縮機(jī)對(duì)氟利昂蒸汽做了功．電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，所以制冷劑從蒸發(fā)器汲取的熱量比整臺(tái)冰箱放出的熱量要少，房間又是絕熱的，故室內(nèi)溫度上升．故A正確，B、C、D均錯(cuò)．2．滑雪運(yùn)動(dòng)深受人民群眾寵愛(ài)．某滑雪運(yùn)動(dòng)員(可視為質(zhì)點(diǎn))由坡道進(jìn)入豎直面內(nèi)的圓弧形滑道AB，從滑道的A點(diǎn)滑行到最低點(diǎn)B的過(guò)程中，由于摩擦力的存在，運(yùn)動(dòng)員的速率不變，則運(yùn)動(dòng)員沿AB下滑過(guò)程中()A．所受合外力始終為零 B．所受摩擦力大小不變C．合外力做功肯定為零 D．機(jī)械能始終保持不變解析：選C.運(yùn)動(dòng)員做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，所受合外力指向圓心，A項(xiàng)錯(cuò)誤；由動(dòng)能定理可知，合外力做功肯定為零，C項(xiàng)正確；運(yùn)動(dòng)員所受滑動(dòng)摩擦力大小隨運(yùn)動(dòng)員對(duì)滑道壓力大小的改變而改變，B項(xiàng)錯(cuò)誤；運(yùn)動(dòng)員動(dòng)能不變，重力勢(shì)能削減，所以機(jī)械能削減，D項(xiàng)錯(cuò)誤．3．(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)出光明的光；著陸傘在空中勻速下降．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.在這三個(gè)現(xiàn)象中，物體運(yùn)動(dòng)過(guò)程中都受到阻力，汽車受摩擦阻力，流星、著陸傘受空氣阻力，故選項(xiàng)A正確；三個(gè)物體運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，汽車是動(dòng)能轉(zhuǎn)化為了內(nèi)能，流星、著陸傘是重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為其他形式的能量，總之是機(jī)械能轉(zhuǎn)化為其他形式的能量，故選項(xiàng)D正確．4．如圖所示，工廠利用足夠長(zhǎng)的皮帶傳輸機(jī)把貨物從地面運(yùn)輸?shù)礁叱鏊降孛娴腃平臺(tái)上，C平臺(tái)離地面的高度肯定．傳輸機(jī)的皮帶以肯定的速度v順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)且不打滑．將貨物輕輕地放在A處，貨物隨皮帶到達(dá)平臺(tái)．貨物在皮帶上相對(duì)滑動(dòng)時(shí)，會(huì)留下肯定長(zhǎng)度的痕跡．已知全部貨物與皮帶間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ，滿意tanθ<μ，可以認(rèn)為最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力()A．皮帶對(duì)貨物做的功等于貨物動(dòng)能的增加量B．皮帶對(duì)貨物做的功等于貨物對(duì)皮帶做的功C．因傳送貨物，電動(dòng)機(jī)需多做的功等于貨物機(jī)械能的增加量D．貨物質(zhì)量m越大，系統(tǒng)產(chǎn)生的熱越多解析：選D.皮帶對(duì)貨物做的功等于貨物的機(jī)械能的增加量，即動(dòng)能和勢(shì)能的增加量的和，A錯(cuò)；設(shè)貨物向上加速時(shí)的加速度為a，則它加速過(guò)程沿皮帶方向的位移為x物＝eq\f(v2,2a)，此過(guò)程皮帶前進(jìn)的距離x帶＝v·eq\f(v,a)＝eq\f(v2,a).故皮帶對(duì)貨物做的功W1＝μmgcosθ·x物，貨物對(duì)皮帶做的功W2＝－μmgcosθ·x帶，W1<W2，B錯(cuò)；依據(jù)能量守恒定律知，電動(dòng)機(jī)對(duì)皮帶多做的功，等于貨物機(jī)械能的增加量和系統(tǒng)內(nèi)能增加量的和，C錯(cuò)；系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量Q＝μmgcosθ·(x帶－x物)＝μmgcosθ·eq\f(v2,2a)，故m越大，產(chǎn)生的熱量越多，D對(duì)．5．風(fēng)力發(fā)電是一種環(huán)保的電能獲得方式．設(shè)計(jì)使每臺(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，問(wèn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的葉片長(zhǎng)度約為多少才能滿意設(shè)計(jì)要求？解析：設(shè)葉片的長(zhǎng)度為L(zhǎng)，風(fēng)速為v，在時(shí)間t內(nèi)流向葉片的空氣質(zhì)量為m＝ρV＝ρπL2vt，空氣的動(dòng)能Ek＝eq\f(1,2)mv2．由能量關(guān)系知：ηEk＝Pt，整理得功率P＝eq\f(1,2)ρπL2v3η．代入題給數(shù)據(jù)，解得L≈10m．答案：10m[課時(shí)作業(yè)]一、單項(xiàng)選擇題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，故選項(xiàng)A錯(cuò)誤；做功的多少只是說(shuō)明白能量轉(zhuǎn)化的多少，而不能說(shuō)明能量的多少，故選項(xiàng)B錯(cuò)誤；外力是否做功不能說(shuō)明物體能量的有無(wú)，故選項(xiàng)C錯(cuò)誤；功是能量轉(zhuǎn)化的量度，故選項(xiàng)D正確．2．如圖所示，一小孩從公園中粗糙的滑梯上自由加速滑下，其能量的改變狀況是()A．重力勢(shì)能減小，動(dòng)能不變，機(jī)械能減小，總能量減小B．重力勢(shì)能減小，動(dòng)能增加，機(jī)械能減小，總能量不變C．重力勢(shì)能減小，動(dòng)能增加，機(jī)械能增加，總能量增加D．重力勢(shì)能減小，動(dòng)能增加，機(jī)械能守恒，總能量不變解析：選B.由能量轉(zhuǎn)化和守恒定律可知，小孩在下滑過(guò)程中總能量守恒，故A、C均錯(cuò)誤；由于摩擦力要做負(fù)功，機(jī)械能不守恒，故D錯(cuò)誤；下滑過(guò)程中重力勢(shì)能向動(dòng)能和內(nèi)能轉(zhuǎn)化，故只有B正確．3．如圖所示，兩個(gè)完全相同的物體分別自斜面AC和BC頂端由靜止起先下滑，物體與兩斜面的動(dòng)摩擦因數(shù)相同，物體滑至斜面底部C點(diǎn)時(shí)的動(dòng)能分別為EA和EB，下滑過(guò)程中產(chǎn)生的熱量分別為QA和QB，則()A．EA>EBQA＝QB B．EA＝EBQA>QBC．EA>EBQA>QB D．EA<EBQA>QB解析：選A.設(shè)斜面傾角為θ，底邊長(zhǎng)為b，則WFf＝μmgcosθ·eq\f(b,cosθ)＝μmgb，即摩擦力做功與斜面傾角無(wú)關(guān)，所以兩物體的摩擦力做功相同，產(chǎn)生的熱量相同．由題圖知A物體的重力做的功大于B物體的重力做的功，再由動(dòng)能定理知，EA>EB.故A正確．4．如圖所示，一塊長(zhǎng)木板B放在光滑的水平面上，在B上放一物體A，現(xiàn)以恒定的外力拉B，由于A、B間摩擦力的作用，A將在B上滑動(dòng)，以地面為參照物，A、B都向前移動(dòng)一段距離．在此過(guò)程中()A．外力F做的功等于A和B動(dòng)能的增量B．B對(duì)A的摩擦力所做的功等于A的動(dòng)能增量C．A對(duì)B的摩擦力所做的功等于B對(duì)A的摩擦力所做的功D．外力F對(duì)B做的功等于B的動(dòng)能增量解析：選B.物體A所受的合外力等于B對(duì)A的摩擦力，對(duì)物體A應(yīng)用動(dòng)能定理，則有B對(duì)A的摩擦力所做的功等于A的動(dòng)能增量，B正確；A對(duì)B的摩擦力與B對(duì)A的摩擦力是一對(duì)作用力與反作用力，大小相等，方向相反，但是由于A在B上滑動(dòng)，A、B對(duì)地的位移不相等，故二者做功不相等，C錯(cuò)誤；對(duì)B應(yīng)用動(dòng)能定理，WF－WFf＝ΔEkB，即WF＝WFf＋ΔEkB，就是外力F對(duì)B做的功，等于B的動(dòng)能增量與B克服摩擦力所做的功之和，D錯(cuò)誤；由上述探討知B克服摩擦力所做的功與B對(duì)A的摩擦力所做的功不相等，即WFf≠ΔEkA，WF≠ΔEkA＋ΔEkB，故A錯(cuò)誤．5．蹦床運(yùn)動(dòng)員與床墊接觸的過(guò)程可簡(jiǎn)化為下述模型：運(yùn)動(dòng)員從高處落到處于自然狀態(tài)的床墊(A位置)上，隨床墊一同向下做變速運(yùn)動(dòng)到達(dá)最低點(diǎn)(B位置)，如圖．有關(guān)運(yùn)動(dòng)員從A運(yùn)動(dòng)至B的過(guò)程，說(shuō)法正確的是()A．運(yùn)動(dòng)員的機(jī)械能守恒B．運(yùn)動(dòng)員的速度始終減小C．運(yùn)動(dòng)員的機(jī)械能先增加后減小D．運(yùn)動(dòng)員先失重后超重解析：選D.運(yùn)動(dòng)員從A運(yùn)動(dòng)至B的過(guò)程，床墊彈力對(duì)運(yùn)動(dòng)員做負(fù)功，運(yùn)動(dòng)員的機(jī)械能轉(zhuǎn)化成了蹦床的彈性勢(shì)能，運(yùn)動(dòng)員的機(jī)械能不斷減小，A、C錯(cuò)；該過(guò)程運(yùn)動(dòng)員受到的合力先是向下后向上，加速度也是先向下后向上，所以運(yùn)動(dòng)員先失重后超重，D對(duì)；運(yùn)動(dòng)員的速度是先增加后減小的，B錯(cuò)．6．如圖，兩根相同的輕質(zhì)彈簧，沿足夠長(zhǎng)的光滑斜面放置，下端固定在斜面底部擋板上，斜面固定不動(dòng)．質(zhì)量不同、形態(tài)相同的兩物塊分別置于兩彈簧上端．現(xiàn)用外力作用在物塊上，使兩彈簧具有相同的壓縮量，若撤去外力后，兩物塊由靜止沿斜面對(duì)上彈出并離開(kāi)彈簧，則從撤去外力到物塊速度第一次減為零的過(guò)程，兩物塊()A．最大速度相同B．最大加速度相同C．上升的最大高度不同D．重力勢(shì)能的改變量不同解析：選C.當(dāng)彈簧的彈力和物塊重力沿斜面對(duì)下的分力大小相等時(shí)，物塊的速度最大，由于兩物塊的質(zhì)量不同，故兩物塊速度分別達(dá)到最大時(shí)，與質(zhì)量大的物塊接觸的彈簧的形變量較大，依據(jù)能量守恒定律可知，質(zhì)量大的物塊的最大速度較小，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；剛撤去外力時(shí)，兩物塊的加速度最大，依據(jù)牛頓其次定律得kx－mgsinθ＝ma(θ為斜面傾角)，a＝eq\f(kx,m)－gsinθ，由于兩物塊的質(zhì)量不同，故兩物塊的最大加速度不同，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；從撤去外力到物塊速度第一次減為零的過(guò)程中，彈簧的彈性勢(shì)能全部轉(zhuǎn)化為物塊的重力勢(shì)能，由于兩物塊質(zhì)量不同，故上升的最大高度不同，選項(xiàng)C正確；兩物塊重力勢(shì)能的改變量等于彈簧彈性勢(shì)能的削減量，故重力勢(shì)能的改變量相同，選項(xiàng)D錯(cuò)誤．7．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)程中液體機(jī)械能的削減轉(zhuǎn)化為的內(nèi)能是()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正確．二、多項(xiàng)選擇題8．下列關(guān)于能量轉(zhuǎn)化的說(shuō)法中，正確的是()A．能量在轉(zhuǎn)化過(guò)程中，有一部分能量轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，我們無(wú)法把這些內(nèi)能收集起來(lái)重新利用B．各種形式的能量在轉(zhuǎn)化中，總能量是不變的C．在能源的利用過(guò)程中，能量的總量并未削減，但在可利用的品質(zhì)上降低了，從便于利用的變成了不便于利用的D．各種能量在不轉(zhuǎn)化時(shí)是守恒的，但在轉(zhuǎn)化時(shí)是不守恒的解析：選ABC.依據(jù)能量守恒定律可知，不論在能量的轉(zhuǎn)化還是在能量的轉(zhuǎn)移過(guò)程中，能量的總量都是不變的．由能量耗散知，在能量轉(zhuǎn)化的過(guò)程中，有一部分能量轉(zhuǎn)化為四周環(huán)境的內(nèi)能，而我們無(wú)法把這些內(nèi)能收集起來(lái)重新利用，這表明，在能源的利用過(guò)程中，能量的總量并未削減，但是在可利用的品質(zhì)上降低了，從便于利用的變成不便于利用的了，而自然界的能量仍是守恒的．故選項(xiàng)A、B、C正確，D錯(cuò)誤．9．質(zhì)量為m的物體在豎直向上的恒力F作用下減速上升了H，下列說(shuō)法正確的有()A．物體的重力勢(shì)能增加了mgHB．物體的動(dòng)能削減了FHC．物體的機(jī)械能增加了FHD．物體勢(shì)能的增加量小于動(dòng)能的削減量解析：選AC.物體向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，重力做負(fù)功，重力勢(shì)能增加mgH，選項(xiàng)A正確；合力做負(fù)功，動(dòng)能削減了(mg－F)H，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；除重力以外的力F做了正功，機(jī)械能增加FH，選項(xiàng)C正確；由于機(jī)械能增加，所以物體重力勢(shì)能的增加量大于動(dòng)能的削減量，選項(xiàng)D錯(cuò)誤．10．如圖所示，固定的傾斜光滑桿上套有一個(gè)質(zhì)量為m的小球，小球與一輕質(zhì)彈簧一端相連，彈簧的另一端固定在地面上的A點(diǎn)．已知桿與水平面之間的夾角θ<45°，當(dāng)小球位于B點(diǎn)時(shí)，彈簧與桿垂直，此時(shí)彈簧處于原長(zhǎng)．現(xiàn)讓小球自C點(diǎn)由靜止釋放，在小球滑到桿底端的整個(gè)過(guò)程中，關(guān)于小球的動(dòng)能、重力勢(shì)能和彈簧的彈性勢(shì)能，下列說(shuō)法正確的是()A．小球的動(dòng)能與重力勢(shì)能之和保持不變B．小球的動(dòng)能與重力勢(shì)能之和先增大后減小C．小球的動(dòng)能與彈簧的彈性勢(shì)能之和增大D．小球的重力勢(shì)能與彈簧的彈性勢(shì)能之和保持不變解析：選BC.以彈簧為探討對(duì)象，小球運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，彈簧的形變量先變小到原長(zhǎng)，后變大，所以彈簧的彈性勢(shì)能Ep1先減小后增大．再以彈簧和小球組成的系統(tǒng)為探討對(duì)象，只有重力、彈力做功，所以系統(tǒng)的機(jī)械能守恒，則彈簧的彈性勢(shì)能Ep1、小球的動(dòng)能Ek和重力勢(shì)能Ep2之和保持不變，即Ek＋Ep1＋Ep2＝恒量．由于Ep1先減小后增大，故選項(xiàng)A錯(cuò)誤，選項(xiàng)B正確；由于Ep2始終減小，所以Ek與Ep1之和始終增大，選項(xiàng)C正確；由題意可知，小球的速度先增大后減小，即Ek先增大后減小，所以Ep1與Ep2之和先減小后增大，選項(xiàng)D錯(cuò)誤．三、非選擇題11．某一圓筒橫截面積為3×10－2m2，筒內(nèi)裝水0．6kg，用水測(cè)量射到地面的太陽(yáng)能，某一天中午在太陽(yáng)光直射2min后，水的溫度上升了1℃．已知水的比熱容c＝4．2×103J/(kg·℃)．求：(1)在陽(yáng)光直射下，地球表面每平方厘米每分鐘獲得的能量；(2)假設(shè)射到大氣頂層的太陽(yáng)能只有43%到達(dá)地面，另外57%被大氣汲取和反射而未到達(dá)地面，你能由此估算出太陽(yáng)輻射的功率嗎(日地距離r＝1．5×1013cm)?解析：(1)圓筒內(nèi)的水經(jīng)過(guò)2min照耀后，增加的內(nèi)能ΔE＝Q＝cmΔt解得ΔE＝2．52×103J每分鐘獲得的能量為eq\f(ΔE,2)＝1．26×103J/min圓筒面積S＝3×10－2m2＝3×102cm2地球上每分鐘每平方厘米獲得的能量為eq\f(ΔE,2S)＝4．2J/(min·cm2)．(2)上述能量也相當(dāng)于以太陽(yáng)為球心，以日地距離r為半徑的球面上每分鐘每平方厘米獲得的能量，設(shè)太陽(yáng)輻射的功率為P，則eq\f(P×60,4πr2)×43%＝eq\f(ΔE,2S)其中r＝1．5×1013cm解得P≈4．6×1026W．答案：(1)4.2J/(min·cm2)(2)4.6×1026W12．如圖所示，用一塊長(zhǎng)L1＝1．0m的木板在墻和桌面間架