2016-2017学年高中物理 第7章 机械能守恒定律新人教版必修2

1 第 10 节 能量守恒定律与能源 基础夯实 一、选择题(13 题为单选题，4、5 题为多选题) 1下列说法正确的是 ( )导 学 号 00820547 A随着科技的发展，永动机是可以制成的 B太阳照射到地球上的光能转化成了其他形式的能量，但照射到宇宙空间的能量都消 失了 C “既要马儿跑，又让马儿不吃草”违背了能量转化和守恒定律，因而是不可能的 D有种“全自动”手表，不用上发条，也不用任何形式的电源，却能一直走动，说明 能量可以凭空产生 答案：C 解析：永动机是指不消耗或少消耗能量，而可以大量对外做功的装置，违背了能量转 化和守恒定律，A 错。太阳辐射大量的能量，地球只吸收了极少的一部分，但辐射到星际 空间的能量也没有消失，一定是转化成了别的能量，B 错。马和其他动物，包括人要运动， 必须消耗能量，动物的能量来源是食物中储存的生物质能，C 正确。所谓的“全自动”手 表内部是有能量转化装置的，只有当人戴着手表活动时，才能不断补充能量，维持手表的 运行，如果把表放在桌面上静置两天，它一定会停摆的，D 错。 2能源短缺和环境恶化指的是 ( )导 学 号 00820548 煤炭和石油的开采与技术有关，在当前技术条件下，煤炭和石油的开采是有限的， 这叫能源短缺。 煤炭和石油资源是有限的，以今天的开采和消耗速度，石油储藏将在百年内用尽， 煤炭资源也不可能永续，这叫能源短缺。 煤炭和石油具有很大的气味，在开采、存放和使用过程中这些气味会聚集在空气中 污染空气，使环境恶化。 大量煤炭和石油产品在燃烧时排出的有害气体污染了空气，改变了大气成分，使环 境恶化 A B C D 答案：D 解析：煤炭和石油都是由几亿年以前的生物遗体形成的，这些能源不能再次生成，也 不可重复使用，它们的储量是有限的，并不是取之不尽、用之不竭的，这是所讲的能源短 缺，正确；能源在使用时会排出有害气体污染空气，这是所讲的环境恶化，正确。故 D 正确。 3市面上出售一种装有太阳能电扇的帽子(如图所示)。在阳光的照射下，小电扇快速 2 转动，能给炎热的夏季带来一丝凉爽。该装置的能量转化情况是 ( )导 学 号 00820549 A太阳能电能机械能 B太阳能机械能电能 C电能太阳能机械能 D机械能太阳能电能 答案：A 解析：电池板中太阳能转化为电能，小电动机中电能转化为机械能。 4溜溜球是一种流行的健身玩具，具有很浓的趣味性，备受学 生的欢迎。溜溜球类似“滚摆” ，对称的左右两轮通过固定轴连接(两 轮均用透明塑料制成)，轴上套一个可以自由转动的圆筒，圆筒上系 条长约 1m 的棉线，玩时手掌向下，用力向正下方掷出溜溜球，当滚 到最低处时，轻抖手腕，向上拉一下绳线，溜溜球将返回到你的手上， 如图所示。溜溜球在运动过程中 ( )导 学 号 00820550 A一边转动一边向下运动，由于重力做功，溜溜球越转越快， 动能不断增大，溜溜球的势能转变为动能 B在溜溜球上下运动中，由于发生动能和势能的相互转化，因此机械能守恒 C在溜溜球上下运动中，由于空气阻力和绳子与固定轴之间摩擦力的作用，会损失一 部分能量 D在溜溜球转到最低点绳子将要开始向上缠绕时，轻抖手腕，向上拉一下绳子，给溜 溜球提供能量 答案：ACD 解析：溜溜球向下运动时由于重力做正功，动能一定增大，势能转化为动能，选项 A 正确；溜溜球在上下运动的过程中由于有阻力做功，所以会损失一部分机械能，机械能不 守恒，若不及时补充能量则上升的高度会越来越低，因此可在溜溜球运动到最低点时轻抖 手腕，向上拉一下绳子，给其补充能量，故选项 C、D 正确，B 错误。 5在体育比赛项目中，高台跳水是我国运动员的强项。质量为 m 的跳 水运动员进入水中后受到水的阻力而做减速运动，设水对他的阻力大小恒为 F，那么在他减速下降高度为 h 的过程中，下列说法正确的是( g 为当地的重 力加速度) ( )导 学 号 00820551 A他的动能减少了 Fh mgh B他的重力势能增加了 mgh C他的机械能减少了( F mg)h D他的机械能减少了 Fh 答案：AD 解析：由动能定理， Ek mgh Fh，动能减少了 Fh mgh，A 选项正确；他的重力势 3 能减少了 mgh，B 选项错误；他的机械能减少了 E Fh；C 选项错误，D 选项正确。 二、非选择题 6如图所示，某人乘雪橇从雪坡经 A 点滑至 B 点，接着沿水平路面滑至 C 点停止。人 与雪橇的总质量为 70kg。表中记录了沿坡滑下过程中的有关数据，请根据图表中的数据解 决下列问题： 导 学 号 00820552 (1)人与雪橇从 A 到 B 的过程中，产生的热量是多少？ (2)设人与雪橇在 BC 段所受阻力恒定，求阻力大小。( g10m/s 2) 位置 A B C 速度(m/s) 20 120 0 时刻(s) 0 4 10 答案：(1)9100J (2)140N 解析：(1)从 A 到 B 的过程中，人与雪橇损失的机械能为 E mgh mv mv 12 2A 12 2B 损失的机械能转化为热量 Q E(701020 7022 70122)J9100J 12 12 (2)人与雪橇在 BC 段做减速运动的加速度 a m/s2m/s 2 vC vBt 0 1210 4 根据牛顿第二定律 f ma70(2)N140N。 7如图所示为一种摆式摩擦因数测量仪，可测量轮胎与地面间动摩擦因数，其主要部 件有：底部固定有轮胎橡胶片的摆锤和连接摆锤的轻质细杆。摆锤的质量为 m，细杆可绕 轴 O 在竖直平面内自由转动，摆锤重心到 O 点距离为 L。测量时，测量仪固定于水平地面， 将摆锤从与 O 等高的位置处静止释放。摆锤到最低点附近时，橡胶片紧压地面擦过一小段 距离 s(sL)，之后继续摆至与竖直方向成 角的最高位置。若摆锤对地面的压力可视为 大小为 F 的恒力，重力加速度为 g，求 导 学 号 00820553 4 (1)摆锤在上述过程中损失的机械能； (2)在上述过程中摩擦力对摆锤所做的功； (3)橡胶片与地面之间的动摩擦因数。 答案：(1) mgLcos (2) mgLcos (3) mgLcosFs 解析：(1)由功能关系知，损失的机械能为 E E1 E2 mgLcos (2)上述过程中只有摩擦力对摆锤做功 ，故摩擦力对摆锤做的功为 Wf mgLcos (3)由功的概念 Wf Ffs Fs ，所以有 Fs mgLcos ，得 mgLcosFs 能力提升 一、选择题(13 题为单选题，4、5 题为多选题) 1如图是安装在列车车厢之间的摩擦缓冲器结构图，图中和为楔块，和为垫 板，楔块与弹簧盒、垫板间均有摩擦，在车厢相互撞击使弹簧压缩的过程中 ( )导 学 号 00820554 A缓冲器的机械能守恒 B摩擦力做功消耗机械能 C垫板的动能全部转化为内能 D弹簧的弹性势能全部转化为动能 答案：B 解析：在撞击缓冲过程中，摩擦力和弹力做负功，机械能转化为内能，动能转化为弹 性势能和内能，机械能不守恒，B 正确，A、C、D 不正确。 2如图所示是某类潮汐发电示意图。涨潮时开闸，水由通道进入海湾水库蓄水，待水 面升至最高点时关闭闸门(如图甲)，落潮时，开闸放水发电(如图乙)。设海湾水库面积为 5010 8m2，平均潮差为 30m，一天涨落潮两次，发电机的平均能量转化效率为 10%， 则一天内发电的平均功率约为( 海水 1010 3kg/m3， g 取 10m/s2) ( )导 学 号 00820555 A2610 4kW B5210 4kW C2610 5kW D5210 5kW 5 答案：B 解析：放水发电时，海水的重力势能减少，其中 10%转化为电能。一天内提供的重力 势能为 Ep2 mgh2 Vgh 21010 35010 8301015J4510 13J， 则一天内发电的平均功率为 P 5210 4kW。故选项 B 正确。 Ep10%243600s 3如图，木块 m 放在光滑的水平面上，一颗子弹水平射入木块中，子弹受到的平均作 用力为 f，射入深度为 d，此过程中木块移动了 s，则 ( )导 学 号 00820556 A子弹损失的动能为 fs B木块增加的动能为 f(s d) C子弹动能的减少等于木块动能的增加 D子弹、木块系统总机械能的损失为 fd 答案：D 解析：子弹克服阻力做功为 Wf f(s d)，子弹损失的动能为 f(s d)，A 错； f 对木 块做的功为 Wf fs，木块增加的动能为 fs，B 错；由功能关系知，子弹减少的动能等于 木块增加的动能与子弹和木块系统增加的内能之和，C 错；子弹和木块组成的系统机械能 的损失量等于系统内能的增加量等于 fd，D 正确。 4(杭州二中 20152016 学年高一检测)如图所示是流星在夜空中发 出的明亮光焰，此时会有人在内心里许下一个美好的愿望。有些流星是外 太空物体被地球强大引力吸引坠落到地面的过程中同空气发生剧烈摩擦产 生的。下列相关说法正确的是 ( )导 学 号 00820557 A形成流星的物体同空气摩擦时部分机械能转化为内能 B引力对形成流星的物体做正功，其动能增加，机械能守恒 C当形成流星的物体的速度方向与空气阻力和重力的合力不在同一直线上时，形成流 星的物体做曲线运动 D形成流星的物体进入大气层后做斜抛运动 答案：AC 解析：形成流星的物体同空气摩擦时部分机械能转化为内能，A 正确；引力对形成流 星的物体做正功，除了重力之外还有其他力做功，机械能不守恒，B 错误；当形成流星的 物体的速度方向与空气阻力和重力的合力方向不在同一直线上时，形成流星的物体做曲线 运动，C 正确；由于存在空气阻力及重力加速度变化，故 D 错误。 5(南阳一中 20152016 学年高一下学期检测)构建和谐、节约型社会的思想深得民 6 心，也体现在生活的方方面面。自动充电式电动车就是很好的一例：将电动车的前轮装有 发电机，发电机与蓄电池连接，当电动车滑行时，就可以向蓄电池充电，将其他形式的能 转化成电能储存起来。现有某人骑车以 500J 的初动能在粗糙的水平路面上滑行，第一次关 闭充电装置，让车自由滑行，其动能随位移的变化关系如图线所示；第二次启动充电装 置。其动能随位移的变化关系如图线所示，则 ( )导 学 号 00820558 A电动车受到的摩擦阻力为 50N B电动车受到的摩擦阻力为 83N C第二次启动充电装置，向蓄电池所充的电能是 200J D第二次启动充电装置，向蓄电池所充的电能是 300J 答案：AC 解析：当关闭充电装置，让车自由滑行时，电动车的动能全部用来克服摩擦力做功， 转化为内能，有 Ek fs1，解得 f50N；当启动充电装置滑行时，自行车的动能一部分克 服摩擦力做功，另一部分转化为蓄电池的电能，根据能量守恒有 Ek fs2 E 电 ，故 E 电 Ek fs2200J。 二、非选择题 6(福建师大附中 20152016 学年高一下学期期中)如图所示，质量为 m 的工件，从 高 h 的光滑曲面上由静止下滑，水平向右进入传送带，传送带以 v0 速度匀速向左运2gh 动，传送带长 L，物体与传送带之间的动摩擦因数 。求： h2L (1)物体离开传送带时的速度。物体是从传送带的左边还是右边离开传送带？ (2)物体在传送带上运动过程产生的热能。 导 学 号 00820559 答案：(1) ；右边 (2) mghgh 5 222 解析：(1)设工件从传送带右边离开，工件到达传送带右边时速度大小为 v，则 mgh mgL mv2 12 解得 v 0gh 工件从传送带右边离开 (2)工件到达传送带时速度大小为 v，在传送带上运动时间为 t 7 mgh mv 2 12 v v at a g 产生的热量 Q mg (v0t L) 由以上各式解得 Q mgh 5 222 7风能将成为 21 世纪大规模开发的一种可再生清洁能源。风力发电机是将风能(气流 的动能)转化为电能的装置，其主要部件包括风轮机、齿轮箱、发电机等。如图所示。 导 学 号 00820560 (1)风轮机叶片旋转所扫过的面积为风力发电机可接受风能的面积。设空气密度为 ，气流速度为 v，风轮机叶片长度为 r。求单位时间内流向风轮机的最大风能 Pm； (2)已知风力发电机的输出电功率 P 与 Pm成正比。某风力发电机在风速 v19m/s 时能 够输出电功率 P1540kW。我国某地区风速不