2019-2020学年高中物理 能力导练二十三 能量守恒定律与能源（含解析）新人教版必修2

能力导练二十三能量守恒定律与能源基础巩固1关于能源的利用和节能，下列说法正确的是()a根据能量守恒定律，能源的利用率应该是100%b由于能量既不会凭空消失，也不会凭空产生，总是守恒的，所以节约能源的意义不大c节约能源只要提高节能意识就行，与科学进步无关d在能源的利用中，总会有一部分能源未被利用而损失掉解析：能源的使用在任何情况下都不可能达到理想状态，做到没有任何损失，虽然遵从能量守恒定律，但它指的是损失部分和被利用部分总和与原来的能量总量相等，选项a错误，d正确；根据能量转化的方向性可知，能量经转化后，可利用的能量只可能减少，不可能增加，因此节能的意义重大，同时，只有节能意识是不够的，必须利用科技手段来提高能源的利用率，不断开发新能源，以满足人类社会可持续发展的需要，选项b、c错误答案：d2(多选)关于功和能，下列说法正确的是()a功和能的单位相同，它们的物理意义也相同b做功的过程就是物体能量的转化过程c做了多少功，就有多少能量发生了转化d各种不同形式的能量可以互相转化，而且在转化过程中，能的总量是守恒的解析：a中功和能的单位相同，但它们的物理意义不同a错据功是能量转化的量度，做功过程就是能量转化的过程，并且做多少功能量就转化多少，在转化过程中能量守恒，所以bcd正确答案：bcd图13如图1所示，弹性轻绳的一端套在手指上，另一端与弹力球连接，用手将弹力球以某一竖直向下的初速度向下抛出，抛出后手保持不动从球抛出瞬间至球第一次到达最低点的过程中(弹性轻绳始终在弹性限度内，空气阻力忽略不计)，下列说法正确的是()a绳伸直以后，绳的拉力始终做负功，球的动能一直减小b该过程中，手受到的绳的拉力先增大后减小c该过程中，重力对球做的功大于球克服绳的拉力做的功d在最低点时，球、绳和地球组成的系统势能最大解析：绳伸直以后，绳的拉力向上，始终做负功，分析受力可知，重力大于拉力时，球的速度增大，动能增大，当重力与拉力相等时，球的速度最大，动能最大，当重力小于拉力时球的速度减小，动能减小，a选项错误；该过程中，绳子伸长量逐渐增大，手受到绳的拉力一直增大，b选项错误；从球抛出瞬间至球第一次到达最低点的过程中，动能损失，重力对球做的功小于球克服绳的拉力做的功，c选项错误；根据能量守恒定律可知，在最低点时，小球的动能为零，球、绳和地球组成的系统势能最大，d选项正确答案：d图24如图2所示，一根弹簧原长为l，一端固定在墙上，另一端与物体接触但不连接，物体与地面间的动摩擦因数为，物体的质量为m，现用力推物体m使之压缩弹簧，放手后物体在弹力的作用下沿地面运动距离s而停止(此物体与弹簧已分离)，则弹簧被压缩后具有的弹性势能是 ()akl2 bmgscmg(ls) dmg(ls)解析：弹簧释放的过程，物体和弹簧组成的系统能量守恒，最终弹簧的弹性势能转化为内能，epmgs，由于弹簧压缩的长度x未知，不能根据epkx2求解弹性势能，a、c、d选项错误，b选项正确答案：b5小球从高处自静止开始下落，不计空气阻力，小球动能ek随下落的高度h变化的图线正确的是()解析：小球自由下落，由动能定理可得，ekmgh，所以动能ek与下落的高度h是正比例的关系，故b正确故选b.答案：b6一质量均匀、不可伸长的绳索，重为g，a、b两端固定在天花板上，现在最低点c处施加一竖直向下的力，将最低点缓慢拉至d点，在此过程中，绳的重心位置()图3a逐渐升高 b逐渐降低c先降低后升高 d始终不变解析：外力对绳索做正功，绳索的机械能增加，由于绳索的动能不变，增加的必是重力势能，重力势能增加是重心升高的结果，故a正确答案：a7.图4(多选)如图4所示，一块长木板b放在光滑的水平面上，在b上放一物体a，现以恒定的外力拉b，由于a、b间摩擦力的作用，a将在b上滑动，以地面为参照物，a、b都向前移动一段距离在此过程中()a外力f做的功等于a和b动能的增量bb对a的摩擦力所做的功等于a的动能增量ca对b的摩擦力所做的功等于b对a的摩擦力所做的功d外力f对b做的功等于b的动能的增量与b克服摩擦力所做的功之和解析：物体a所受的合外力等于b对a的摩擦力，对物体a运用动能定理，则有b对a的摩擦力所做的功等于a的动能增量，b对a对b的摩擦力与b对a的摩擦力是一对作用力与反作用力，大小相等，方向相反，但是由于a在b上滑动，a、b对地的位移不相等，故二者做功不相等，c错对b应用动能定理，wfwfekb，即wfwfekb就是外力f对b做的功，等于b的动能增量与b克服摩擦力所做的功之和，d对由上述讨论知b克服摩擦力所做的功与a的动能增量(等于b对a的摩擦力所做的功)不相等，故a错答案：bd图58如图5所示，将一个小球用细线悬挂起来，让小球在a、b之间来回摆动，c点为小球圆弧轨迹的最低点，则以下说法中正确的是()a小球由a到c的过程，动能减小，重力势能增大b小球由c到b的过程，动能减小，重力势能增大c小球在c点时的重力势能最大d小球在b点时的动能最大解析：a.小球摆动过程中，受到重力和细线的拉力，拉力与速度垂直，不做功，只有重力做功，机械能守恒，小球由a到c的过程，动能增加，重力势能减小，a错误；b.小球由c到b的过程，动能减小，重力势能增大，b正确；c.小球在c点时的重力势能最小，c错误；d.小球在b点时的动能为零，d错误；故选b.答案：b综合应用9(2019年鹤岗一中月考)(多选)如图6所示，一木块放在光滑水平面上，一子弹水平射入木块中，射入深度为d，子弹所受平均阻力为f，设木块离原位置s远时开始匀速前进，下列判断正确的是()图6a子弹损失的动能为fsb子弹损失的动能为f(sd)c子弹损失的动能为fdd子弹、木块系统损失的机械能为fd解析：根据动能定理知，子弹损失的动能f(sd)，a、c错，b对，根据功能原理知，d对答案：bd图710(多选)如图7所示为某探究活动小组设计的节能运动系统，斜面轨道倾角为30，质量为m的木箱与轨道的动摩擦因数为.木箱在轨道顶端时，自动装货装置将质量为m的货物装入木箱，然后木箱载着货物沿轨道无初速地滑下，当轻弹簧被压缩至最短时，自动卸货装置立刻将货物卸下，然后木箱恰好被弹回到轨道顶端，再重复上述过程下列选项正确的是()ammbm2mc木箱不与弹簧接触时，上滑的加速度大于下滑的加速度d在木箱与货物从顶端滑到最低点的过程中，减少的重力势能全部转化为弹簧的弹性势能解析：在木箱与货物一起向下滑到卸货过程中，则有(mm)glsin 30(mm)glcos 30w弹，卸下货后，木箱被弹回轨道顶端，有w弹mglsin 30mglcos 300，联立解得m2m，a错误b正确；设下滑时加速度为a1，弹起离开弹簧后加速度为a2，则有(mm)gsin 30(mm)gcos 30(mm)a1解得：a12.5 m/s2，mgsin 30mgcos 30ma2，解得：a27.5 m/s2，所以木箱不与弹簧接触时，上滑的加速度大于下滑的加速度，c正确；过程中摩擦力做功，一部分能量转化为内能，d错误答案：bc11(多选)如图8所示，有三个斜面a、b、c，底边的长分别为l、l、2l，高度分别为2h、h、h.某物体与三个斜面间的动摩擦因数都相同，这个物体分别沿三个斜面从顶端由静止开始下滑到底端三种情况相比较，下列说法正确的是()图8a物体减少的重力势能epa2epb2epcb物体到达底端的动能eka2ekb2ekcc因摩擦产生的热量2qa2qbqcd因摩擦产生的热量4qa2qbqc解析：重力势能的减少量等于物体重力做的功，所以epamg2h，epbepcmgh，即epa2epb2epc，a正确设斜面和水平方向间的夹角为，斜面长度为x，则物体下滑过程中克服摩擦力做的功wmgcosx，xcos即底边长度；物体下滑过程中，除重力外有摩擦力做功，根据能量守恒，损失的机械能转化成摩擦产生的内能，由图可知a和b底边相等且等于c的一半，故摩擦生热关系为2qa2qbqc，故c正确，d错误设物体滑到底端时的速度为v，根据动能定理得mghmgxcosmv20，则ekamg2hmgl，ekbmghmgl，ekcmghmg2l，根据图中斜面高度和底边长度可知滑到底端时动能大小关系为ekaekbekc，b错误答案：ac12.图9如图9所示，滑块从a点由静止开始沿曲面下滑，过o点后滑上右边曲面b点时的速度恰好等于零，o点附近光滑，滑块经过o点不发生碰撞若滑块从b点以某一速度v沿原路径往回滑，到达a点时的速度也恰好为零，求a、b两点间的高度差(假设滑块从a到b与从b到a因摩擦而产生的内能相同)解析：滑块从a到b，由能量守恒定律得mghe内滑块从b到a，由能量守恒定律得mv2mghe内联立以上两式解得h.答案：图1013如图10所示，传送带与水平面之间的夹角为30，其上a、b两点间的距离为l5 m，传送带在电动机的带动下以v1 m/s的速度匀速运动，现将一质量为m10 kg的小物体(可视为质点)轻放在传送带的a点，已知小物块与传送带之间的动摩擦因数，在传送带将小物体从a点传送到b点的过程中，求：(g取10 m/s2)(1)传送带对小物体做的功；(2)电动机做的功解析：图11(1)小物块轻放在传送带上时，受力分析如图11所示，根据牛顿第二定律得沿斜面方向：mgcosmgsinma，可知，小物体上升的加速度为a2.5 m/s2.当小物体的速度为v1 m/s时，位移x0.2 m.然后小物体将以v1 m/s的速度完成4.8 m的路程，由功能关系得：wepekmglsinmv2255 j.(2)电动机做功使小物体机械能增加，同时小物体与传送带间因摩擦产生热量q，由vat得t0.4 s.相对位移xv tat20.2 m，因摩擦产生的热量qmgxcos15 j，故电动机做的功w电机wq270 j.答案：(1)255 j(2)270 j探究拓展14如图12所示，让摆球从图中的c位置由静止开始摆下，摆到最低点d处，摆线刚好拉断，小球在粗糙的水平面上由d点向右做匀减速运动滑向a点，到达a孔进入半径r0.3 m的竖直放置的光滑圆弧轨道，当摆球进入圆轨道立即关闭a孔，已知摆线长为l2.5 m，60，小球质量为m1 kg，小球可视为质点，d点与小孔a的水平距离s2 m，g取10 m/s2，试求：图12(1)摆线能承受的最大拉力为多大？(2)要使摆球能进入圆轨道并恰能通过圆轨道的最高点，求粗糙水平面摩擦因数的范围解析：(1)摆球摆动过程中，受到重力和绳子拉力作用，只有重力做功，机械能