2011年高三物理同步测控优化训练23（10.能量守恒定律与能源） 新人教版必修2

第十节第十节 能量守恒定律与能源能量守恒定律与能源 5 5 分钟训练分钟训练 预习类训练 可用于课前 1 能量既不会 也不会 它只会从一种形式 为其他形 式 或者从一个物体 到另一个物体 在转化或转移的过程中 能量的 保持不变 这个规律叫做能量守恒定律 能量守恒定律是自然界中最 最重要 最可靠的自然规律之一 而且是大自然普遍和谐性的一种表现形式 答案 答案 消灭 创生 转化 转移 总量 普遍 2 在能源的利用过程中 即在能量 的过程中 能量在数值上并未 但在可利用的品质上降低了 从便于利用的变为 的了 这是能源 危机更深层次的含意 也是 自然界的能量虽然守恒 但还是要节约能源 的根本原因 答案 答案 转化 减少 不便于利用 3 能量的耗散是从能量的转化的角度反映出自然界中宏观过程的 能源的利用 受这种 的制约 所以能源的利用是有 的 也是有代价的 答案 答案 方向性 方向性 条件 4 试说明下列现象中能量转化的情况 其中有的现象 你可能对过程的具体情况不太清楚 但是你起码能说出 起初是什么形式的能量 最后又转化成什么形式的能量 1 在水平公路上行驶的汽车 发动机熄火之后 速度越来越小 最后停止 2 在阻尼振动中 单摆的振幅越来越小 最后停下来 3 你用力蹬自行车上一个斜坡 4 植物的光合作用 5 用太阳能电池作动力的电动汽车在赛车场上奔驰 6 用柴油机带动发电机发电 供给电动水泵抽水 把水从低处抽到高处 解析及答案 解析及答案 1 机械能转化为内能 2 机械能转化为内能 3 化学能转化为机械能和内能 4 太阳能转化为化学能 5 太阳能转化为电能 然后电能再转化为机械能和内能 6 化学能转化为电能 然后电能转化为机械能 1010 分钟训练分钟训练 强化类训练 可用于课中 1 关于能的转化与守恒定律 下列说法错误的是 A 能量能从一种形式转化为另一种形式 但不能从一个物体转移到另一物体 B 能量的形式多种多样 它们之间可以相互转化 C 一个物体能量增加了 必然伴随着别的物体的能量减少了 D 因为能量守恒 所以 能源危机 是不可能的 答案 答案 AD 2 一个物体沿粗糙斜面匀速滑下 则下列说法正确的是 A 物体机械能不变 内能也不变 B 物体机械能减少 内能不变 C 物体机械能减少 内能增加 机械能与内能总量减少 D 物体机械能减少 内能增加 机械能与内能总量不变 答案 答案 D 3 人身体在最佳状态下 只能把人体化学能的 25 转化为有用的机械能 假如一位质量为 60 kg 的登山运动员恰好具有这样的转化效率 若他平均每小时登高 500 m 那么 他在 5 h 内共消耗的化学能为 g 取 10 m s2 解析 解析 设运动员克服重力做功的功率为 P1 则 P1 1 t mgh t1 1 h 则人体消耗化学能的功 率 P2 1 P 为转化效率 因此 P2 1 t mgh 运动员在 5 h 内共消耗的化学能 E P2t2 125 0 55001060 1 2 t mght J 6 106 J 答案 答案 6 106 J 4 一质量为 2 kg 的物块从离地 80 m 高处由静止下落 测得落地速度为 30 m s 求下落过 程中产生的内能 g 取 10 m s2 解析 解析 这里 内能显然无法直接计算 但是下落过程中减少的机械能变成了内能 根据能量守恒 产生的内能为 E mgh 2 1 mv2 2 10 80 2 1 2 302 J 700 J 答案 答案 700 J 5 一个多世纪以来 人类能源消耗急剧增长 如图 5 10 1 所示 图 5 10 1 1 看图后 说说你最担心的问题 2 要解决你最担心的问题 一方面谈谈在日常生活中你应该怎么做 至少说出两点 另一 方面谈谈你有什么设想 谈一点即可 解析及答案 解析及答案 1 只要说出关于能源危机或环境保护方面的问题即可 2 日常生活中只要说出节约能源 如电能 水能 天然气 煤 柴 说出开发新能源 提高燃料的利用率 提高各种耗能设备效率等方面的想法即可 如 集中供热 进一步开发 水能 风能 核能 太阳能 利用锅炉的余热 将化学能直接转化为电能 减少能量多次 转化中的损失 6 列车在机车牵引下在平直的轨道上做匀速直线运动 有哪些力对列车做功 哪些能之间发 生转化 如果列车在平直的轨道上加速运动 情况又如何 解析及答案 解析及答案 牵引力对列车做正功 摩擦力等阻力对列车做负功 燃料的化学能转化为内 能 加速运动与匀速运动相比较 做功情况相同 但加速运动牵引力做的正功大于阻力做 的功 燃料的化学能转化为列车的动能和内能 3030 分钟训练分钟训练 巩固类训练 可用于课后 1 以下哪些过程遵守能的转化和守恒定律 A 自由落体运动 B 弹丸击中沙袋 C 炮弹爆炸 D 子弹击中木块 答案 答案 ABCD 2 足球运动员用力将静止的足球踢出 足球沿地面滚动了一段距离而停止 那么 下列关于 功和能的分析中 正确的是 A 踢球过程中 人对足球的作用力做正功 足球的动能增加 B 踢球过程中 足球没有明显位移 人对足球的作用力没有做功 C 足球滚动过程中 地面阻力对足球做负功 足球的动能转化成了内能 D 整个过程中 所有功的代数和为零 足球的动能前后都为零 运动员消耗的体内的化学 能消失了 答案 答案 AC 3 行驶中的汽车制动后滑行一段距离 最后停下 流星在夜空中坠落并发出明亮的光焰 降落伞在空中匀速下降 上述不同现象所包含的相同的物理过程是 A 物体克服阻力做功 B 物体的动能转化为其他形式的能量 C 物体的势能转化为其他形式的能量 D 物体的机械能转化为其他形式的能量 答案 答案 AD 4 如图 5 10 2 所示 ABCD 是 个盆式容器 盆内侧壁与盆底 BC 的连接都是一段与 BC 相 切的圆弧 BC 为水平的 其距离 d 0 50 m 盆边缘的高度为 h 0 30 m 在 A 处放一个质量 为 m 的小物块并让其从静止开始下滑 已知盆内侧壁是光滑的 而盆底 BC 面与小物块间的 动摩擦因数为 0 10 小物块在盆内来回滑动 最后停下来 则停的地点到 B 的距离为 图 5 10 2 A 0 50 m B 0 25 m C 0 10 m D 0 解析 解析 小物块在盆内侧壁滑动无机械能损失 而在盆底滑动时 滑动摩擦力做功 使机械 能转化为内能 即 mgs mgh 解得 s 3 m 6d 所以它应在 B 点停止 答案 答案 D 5 二氧化碳对长波辐射有强烈的吸收作用 行星表面发出的长波辐射到大气以后被二氧化 碳截获 最后使大气升温 大气中的二氧化碳像暖房的玻璃一样 只准太阳的热辐射进来 却不让室内的长波热辐射出去 大气中的二氧化碳的这种效应叫温室效应 这是目前科学界 对地球气候变暖进行分析的一种观点 根据这种观点 以下说法成立的是 A 在地球形成的早期 火山活动频繁 排出大量的二氧化碳 当时地球的气温很高 B 经过漫长的年代 地壳的岩石和气体二氧化碳发生化学反应 导致二氧化碳减少 地球 上出现了生命 C 由于工业的发展和人类的活动 导致二氧化碳在空气中的含量增大 地球上的气温正在 升高 D 现在地球正在变暖的原因是工业用电和生活用电的急剧增加 使电能和其他形式的能转 化为内能 解析 解析 本题的观点是二氧化碳的温室效应 地球形成的早期 地壳不如现在牢固 地球不如 现在稳定 火山活动频繁 符合地质的发展规律 由于火山的喷发 排出大量的二氧化碳 这是必然的现象 进而导致当时地球的气温很高 由于多种原因 其中包括岩石中的矿物成 分与水 氧气 二氧化碳发生化学反应 使地球上的岩石进一步分化 最后形成土壤 二 氧化碳减少 形成了生命适合生存的条件 由于工业的发展和人类的活动 大量地使用常规 能源 导致二氧化碳在空气中的含量增大 地球上的气温正在升高 生活用电和工业用电是 电能向其他形式能的转化 会产生热 四个选项说法都正确 但就温室效应这一观点而言 A B C 是正确的 答案 答案 ABC 6 如图 5 10 3 所示 一固定的楔形木块 其斜面的倾角为 30 另一边与地面垂直 顶上有一定滑轮 一柔软的细线跨过定滑轮 两端分别与物块 A 和 B 连接 A 的质量为 4m B 的质量为 m 开始时将 B 按在地上不动 然后放开手 让 A 沿斜面下滑而 B 上升 物块 A 与斜面间无摩擦 设当 A 沿斜面下滑 s 距离后 细线突然断了 求物块 B 上升的最大高度 图 5 10 3 解析 解析 本题是恒力作用的情形 可以采用隔离法 用牛顿定律求解 也可以利用机械能守 恒求解 现在我们直接根据普遍的能量守恒定律求解 物块 A 下滑时 减少的重力势能有三 个去处 使自己的动能增加 使物块 B 的动能 重力势能都增加 细线断后 物体 B 做竖直 上抛运动 细线断时 A B 的速度大小相同 设为 v B 上升的高度为 h1 s 由能量守恒得 4mgssin 2 1 4m v2 2 1 m v2 mgs 设物体 B 在细线断后还能再上升 h2 单独对物体 B 上升 h2的这一段用能量守恒得 2 1 mv2 mgh2 联立以上两式可得 h2 5 1 s 所以物体 B 上升的最大高度为 h h1 h2 5 6 s 答案 答案 5 6 s 7 如图 5 10 4 所示 质量为 m 的子弹 以速度 v1水平射入放在水平光滑桌面上质量为 M 的木块中 子弹未穿出木块 设子弹和木块的共同速度为 v2 木块的位移为 s2 子弹的位 移为 s1 子弹对木块的位移为 s 子弹与木块间的相互作用力为 f 求在此过程中 系统 增加的内能 Q 图 5 10 4 解析 解析 对子弹 f 为阻力 做负功 有 fs1 2 1 mv12 2 1 mv22 对木块 f 为动力 做正功 有 fs2 2 1 Mv22 由 得 fs1 fs2 2 1 mv12 2 1 M m v22 式说明 系统内一对滑动摩擦力总是做负功 而机械能的减少通过做功转化为物体的内 能 即 Q Ek 又因为 s1 s2 s 所以 Q f s 答案 答案 系统增加的内能等于 2 1 mv12 2 1 M m v22或 f s1 s2 8 关于潮汐 古人云 潮者 据朝来也 汐者 言夕至也 如图 5 10 5 所示是利用潮 汐发电的示意图 左方为陆地和海湾 中间为水坝 其下有通道 水经通道可带动发电机 潮汐时 水进入海湾 待内外水面高度相同 堵住通道 潮落至最低点时放水发电 待内外 水面高度相同 再堵住通道 直到下次涨潮至最高点 又进水发电 设海湾面积为 5 0 107 m2 高潮与低潮间高度差为 3 0 m 则一天内水流的平均功率为多少千瓦 一天 两潮 图 5 10 5 解析 解析 在发电的过程中 水的重力做功将重力势能转化为电能 重力的位移只考虑流进和 流出海湾海水重心的变化 由于海面广阔 进入海湾的水可认为其重心在海面上 进入海湾 后的水的重心在其几何中心 这部分水的质量为 m hS 1 5 1011 kg 这部分水的重心相 对低潮时上升的高度为 2 1 h 在发电的过程中 水的重力做功将重力势能转化为电能和动能 一 天内海水两进两出 水流功率为 P 360024 2 3 105 14 4 11 t W W 108 W 105 kW 实际上由于各种损失 发电功率仅为水流的 平均功率的 10 25 能源是人类生存和发展的重要支撑因素 海洋蕴藏着极丰富的能源 如潮汐能 波浪能 温差能 盐度差能 海流能等 海洋能源亟待人类去开发 潮汐发电是 海洋能开发较早的一种 我国潮汐能源约 1 1 108 kW 开发利用潮汐能技术也在不断提 高 答案 答案 105 kW 9 电机带动水平传送带以速度 v 匀速传动 一质量为 m 的小木块由静止轻放在传送带上 若小木块与传送带之间的动摩擦因数为 如图 5 10 6 所示 当小木块与传送带相对静 止时 求 图 5 10 6 1 小木块的位移 2 传送带转过的路程 3 小木块获得的动能 4 摩擦过程产生的摩擦热 5 电机带动传送带匀速转动输出的总能量 解析 解析 木块刚放上时速度为零 必然受到传送带的动摩擦力作用做匀加速直线运动 达到 与传送带共速后不再相互滑动 整个过程中木块获得一定的能量 系统要产生摩擦热 对小木块 相对滑动时 由 ma mg 得加速度 a g 由 v at 得 达相对静止所用时间 t g v 1 小木块的位移 s1 g v t v 22 2 2 传送带始终匀速运动 路程 s2 vt g v 2 3 对小木块获得的动能 Ek 2 1 mv2 这一问也可用动能定理解 mgs1 Ek 故 Ek 2 1 mv2 4 产生的摩擦热 Q mg s2 s1 2 1 mv2 注意 这儿凑巧了 Q Ek 但不是所有的问题都这样 5 由能的转化与守恒定律得 电机输出的总能量转化为小木块的动能与摩擦热 所以 E总 Ek Q mv2 答案 答案 1 s1 g v t v 22 2 2 s2 vt g v 2 3 Ek 2 1 mv2 4 Q mg s2 s1 2 1 mv2 5 mv2 10 2005 高考上海卷 19 如图 5 10 7 所示 某人乘雪橇从山坡经 A 点滑至 B 点 接着沿 水平路面滑到 C 点停止 人与雪橇的总质量为 70 kg 表中记录了沿坡滑下过程中的有关数 据 则根据图表中的数据解决下列问题 位置 ABC 速度 m s 2 012