2019-2020学年高中物理 第七章 机械能守恒定律 第10节 能量守恒定律与能源课时作业（含解析）新人教版必修2

第10节能量守恒定律与能源基础训练1.利用新能源发电的形式很多,如甲、乙、丙和丁图所示,其中甲表示潮汐能发电,乙表示地热能发电,而丙和丁图所对应的发电形式分别是(b)a.化学能,风能b.太阳能,风能c.核能,太阳能d.核能,化学能2.关于能量耗散,下列说法中正确的是(d)a.能量耗散是指在一定条件下,能量在转化过程中总量减少了b.能量耗散表明能量守恒定律具有一定的局限性c.能量耗散表明在能源的利用过程中,能量在数量上越来越少d.能量耗散从能量转化的角度反映出自然界中宏观过程的方向性解析:能量耗散是不可避免的,但是能量耗散也遵守能量守恒定律,故选d。3.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,和为垫块,楔块与弹簧盒、垫块间均有摩擦,在车厢相互撞击时弹簧压缩过程中(b)a.缓冲器的机械能守恒b.摩擦力做功消耗机械能c.垫块的动能全部转化成内能d.弹簧的弹性势能全部转化为动能解析:由于楔块与弹簧盒、垫块间均有摩擦,摩擦力做负功,则缓冲器的机械能部分转化为内能,故选项a错误,b正确;车厢撞击过程中,弹簧被压缩,摩擦力和弹簧弹力都做功,所以垫块的动能转化为内能和弹性势能,选项c,d错误。4.画作瀑布如图所示,有人对这画作作了如下解释,水流从高处倾斜而下,推动水轮机发电,又顺着水渠流动,回到瀑布上方。然后再次倾斜而下,如此周而复始,这一解读违背了(d)a.库仑定律b.欧姆定律c.电荷守恒定律d.能量守恒定律5.如图所示为“风光互补路灯”系统,在有阳光时通过太阳能电池板发电,有风时通过风力发电机发电,二者皆备时同时发电,并将电能输至蓄电池储存起来,供路灯照明使用。该系统(d)a.只可以实现风能转化为电能b.只可以实现太阳能转化为电能c.可以实现电能转化为风能d.可以同时实现风能、太阳能转化为电能6.滑雪运动深受人民群众喜爱。某滑雪运动员(可视为质点)由坡道进入竖直面内的圆弧形滑道ab,从滑道的a点滑行到最低点b的过程中,由于摩擦力的存在,运动员的速率不变,则运动员沿ab下滑过程中(c)a.所受合外力始终为零b.所受摩擦力大小不变c.合外力做功一定为零d.机械能始终保持不变解析:运动员做匀速圆周运动,合外力指向圆心,a错误;对运动员受力分析如图所示,ff=mgsin ,下滑过程中减小,sin 变小,故摩擦力ff变小,b错误;由动能定理知,匀速下滑动能不变,合外力做功为零,c正确;运动员下滑过程中动能不变,重力势能减小,机械能减小,d错误.7.铅球运动员将静止在地面上的质量为1 kg的铅球向上提升1 m的高度,并以2 m/s的速度将铅球投掷出去,则在这一过程中(b)a.手对铅球做功10 jb.铅球的重力势能增加10 jc.铅球克服重力做功2 jd.铅球的机械能增加2 j解析:手对铅球做功应等于铅球获得的总机械能,即w=12mv2+mgh=12 j,故a,d错误;铅球克服重力做功w=mgh=10 j,则b正确,c错误。8.(2017浙江11月选考)如图所示是具有登高平台的消防车,具有一定质量的伸缩臂能够在5 min内使承载4人的登高平台(人连同平台的总质量为400 kg)上升60 m到达灭火位置。此后,在登高平台上的消防员用水炮灭火,已知水炮的出水量为3 m3/min,水离开炮口时的速率为20 m/s,则用于(g取10 m/s2)(b)a.水炮工作的发动机输出功率约为1104 wb.水炮工作的发动机输出功率约为4104 wc.水炮工作的发动机输出功率约为2.4106 wd.伸缩臂抬升登高平台的发动机输出功率约为800 w解析:登高平台的发动机输出功率为克服伸缩臂和人连同平台的重力的功率,克服人和平台重力的功率,p=m1ght=4001060300 w=800 w,故输出功率应大于800 w,选项d错误;在1 s内,喷出去水的质量为m2=v=103120 kg=50 kg,增加的重力势能为wg=m2gh=501060 j=3104 j,增加的动能为12m2v2=1104 j,所以1 s内水增加的机械能为4104 j,所以水炮工作的发动机输出功率为4104 w,选项b正确,a,c错误。9.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,设水对运动员的阻力大小恒为f,已知重力加速度为g,那么在运动员减速下降h的过程中(d)a.运动员的重力势能增加了mghb.运动员的动能减少了fhc.运动员的机械能减少了(f-mg)hd.运动员的机械能减少了fh解析:运动员减速下降h,重力势能在减小,a错误;合外力做功为(mg-f)h,是负功,所以运动员的动能减少了(f-mg)h,b错误;机械能的变化等于除重力、弹力外其他力做的功,所以运动员的机械能减少了fh,故c错误,d正确。10.如图所示,轻质弹簧一端固定,另一端连接一小物块,o点为弹簧在原长时物块的位置。物块由a点静止释放,沿粗糙程度相同的水平面向右运动,最远到达b点。在从a到b的过程中,物块(d)a.加速度一直减小b.经过o点时的速度最大c.所受弹簧弹力始终做正功d.所受弹簧弹力做的功等于克服摩擦力做的功解析:由a点开始运动时,f弹ff,合力向右,小物块向右加速运动,弹簧压缩量逐渐减小,f弹减小,由f弹-ff=ma知,a减小;当运动到f弹=ff时,a减小为零,此时弹簧仍处于压缩状态,由于惯性,小物块继续向右运动,此时,f弹ff,小物块做减速运动,且随着压缩量继续减小,f弹与ff差值增大,即加速度增大;当越过o点后,弹簧被拉伸,此时弹力方向与摩擦力方向相同,有f弹+ff=ma,随着拉伸量增大,a也增大,故从a到b过程中,物块加速度先减小后增大,在压缩状态f弹=ff时速度达到最大,选项a,b错误;在ao段物块运动方向与弹力方向相同,弹力做正功,在ob段物块运动方向与弹力方向相反,弹力做负功,选项c错误;由动能定理知,a到b的过程中,弹力做功和摩擦力做功之和为0,选项d正确。能力提升11.从地面竖直向上抛出一物体,其机械能e总等于动能ek与重力势能ep之和。取地面为重力势能零点,该物体的e总和ep随它离开地面的高度h的变化如图所示。重力加速度取10 m/s2。由图中数据可得(a)a.物体的质量为2 kgb.h=0时,物体的速率为20 m/sc.h=2 m时,物体的动能ek=40 jd.从地面至h=4 m,物体的动能减少80 j解析:eph图象的斜率表示物体受到的重力mg,即mg=804 n=20 n,解得m=2 kg,故a正确;由图象可知,物体离地面的高度h=0时,重力势能ep=0,机械能e总=100 j,则动能ek=e总-ep=100 j,而ek=12mv2=100 j,解得v=10 m/s,故b错误;同理可得,h=2 m时,ep=40 j,ek=e总-ep=90 j-40 j=50 j;h=4 m时,ek=e总-ep=80 j-80 j=0 j,从地面至h=4 m,物体的动能减少100 j,故c,d错误。12.(2015浙江10月选考)快艇在运动中受到的阻力与速度平方成正比(即ff=kv2)。若油箱中有20 l燃油,当快艇以10 m/s匀速行驶时,还能行驶40 km,假设快艇发动机的效率保持不变,则快艇以20 m/s匀速行驶时,还能行驶(c)a.80 kmb.40 kmc.10 kmd.5 km解析:发动机的功率p=ffv=kv3,以10 m/s匀速行驶40 km的时间t1=x1v1=4 000 s,总功一定,由于发动机的效率不变,发动机输出的有用功相等即kv13t1=kv23t2,得t2=500 s,x2=v2t2=10 000 m=10 km。13.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5.0108 m2,平均潮差为3.0 m,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=1.0103 kg/m3,g取10 m/s2)(b)a.2.6104 kwb.5.2104 kwc.2.6105 kwd.5.2105 kw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ep=2mgh=2海水vgh=21.01035.01083.0101.5 j=4.51013 j,则一天内发电的平均功率为p=ep10%243 600s5.2104 kw。故选项b正确。14.(2019浙江6月学考)如图所示是质量可忽略不计的秋千,悬点o离地面高度h=2 m。质量m=5 kg的小猴(可视为质点)趴在秋千上,它到悬点o的距离l1=1.6 m。饲养员在图中左侧推秋千,每次做功都为w=5 j。秋千首次从最低点被推动,以后每次推动都是在秋千荡回左侧速度变为零时进行。若不计空气阻力,g取10 m/s2,求:(1)经1次推动,小猴荡起的最高点比最低点高多少。(2)经多少次推动,小猴经过最低点的速度v=4 m/s。(3)某次小猴向右经过最低点时,一个挂在秋千绳上c点的金属小饰物恰好脱落,并落在地上d点。d到c的水平距离x=0.96 m,c到o的距离l2=1.28 m。则小猴此次经过最低点时对秋千的作用力多大。解析:(1)推动一次w=mgh,得h=0.1 m。(2)推动n次后,回到最低点,由动能定理nw=12mv2,得n=8。(3)小饰物下落时间满足h-l2=12gt2,t=31025 s,脱落时的速度v1=xt=4105 m/s,设小猴经过最低点时速度为v2,v1v2=l2l1,得v2=10 m/s,对小猴受力分析,有ft-mg=mv22l1,解得ft=81.25 n,由牛顿第三定律得,小猴对秋千的作用力为81.25 n。答案:(1)0.1 m(2)8次(3)81.25 n15.如图所示,竖直放置的半径为r的半圆形光滑轨道bcd跟水平直轨道ab相切于b点,d点为半圆形轨道的最高点。木块m(可视为质点)跟轨道a,b间的动摩擦因数为,ab两点间的距离为s。现给木块m以水平向右的初速度v0从a点滑出。试问:(1)如果要求木块经d点滑出后重新回到a点,则v0应满足什么条件?(2)如果要求木块能沿原路返回并重新回到a点,则v0应满足什么条件?r,s之间还应满足什么条件?解析:(1)木块m从d点滑出后做平抛运动又回到a点,设木块在d点的速度为v,木块从d点运动到a点所用的时间为t,在水平方向:s=vt,竖直方向上:2r=12gt2,解得v=s2gr。对木块从a到d由动能定理有-mgs-mg2r=12mv2-12mv02,解得 v0 =2gs+4rg+gs24r。(2)要使木块沿原路返回,则沿圆轨道上滑时,不能超过题图中c点。根据功能关系,v0应满足:12mv02mgs+mgr, 又要使木块能回到a点,则有12mv022mgs,联立两式得2gs+2gr v02gs, 要使上式成立,则r,s之间还应满足rs。答案:(1)v0=2gs+4rg+gs24r(2)2gs+2gr v02gsrs16.(2017浙江11月选考)如图1所示是游乐园的过山车,其局部可简化为如图2所示的示意图,倾角=37的两平行倾斜轨道bc,de的下端与水平半圆形轨道cd顺滑连接。倾斜轨道bc的b端高度h=24 m,倾斜轨道de与圆弧ef相切于e点,圆弧ef的圆心o1、水平半圆轨道cd的圆心o2与a点在同一水平面上,do1的距离l=20 m。质量m=1 000 kg的过山车(包括乘客)从b点自静止滑下,经过水平半圆轨道后,滑上另一倾斜轨道,到达圆弧顶端f时乘客对座椅的压力为自身重力的0.25倍。已知过山车在bcde段运动时所受的摩擦力与轨道对过山车的支持力成正比,比例系数=132,ef段摩擦力不计,整个运动过程空气阻力不计。(sin 37=0.6,cos 37=0.8)(1)求过山车过f点时的速度大小。(2)求从b到f整个运动过程中摩擦力对过山车做的功。(3)如果过d点时发现圆轨道ef段有故障,为保证乘客的安全,立即触发制动装置,使过山车不能到达ef段并保证不再下滑,则过山车受到的摩擦力至少应多大?解析:(1)在f点有m人g-14m人g=m人vf2r, r=lsin =12 m, 得vf=34gr=310 m/s。 (2)设整个过程摩擦阻力做功为w,对b到f