习题2：能量守恒定律与能源

能量守恒定律和能源基础夯实1．下列说法正确的是()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．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()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。3．能源短缺和环境恶化指的是()①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。②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。③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。④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．①③B．①④C．②③D．②④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，②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，④正确。故D正确。4．出行是人们工作生活中必不可少的环节，出行的工具五花八门，使用的能源也各不相同。自行车、电动自行车、普通汽车消耗能量的类型分别是()①生物能②核能③电能④太阳能⑤化学能A．①④⑤ B．①③⑤C．①②③ D．①③④答案：B解析：现代生活使用的煤、石油、天然气等常规能源，对空气环境的污染越来越严重，而利用太阳能、风能、氢能等新能源则可改善空气质量。此外，限制购买家用轿车可大量减少尾气的排放，提倡使用电动车也能改善空气环境质量，正确答案为B。5.如图所示，一小孩从图中粗糙的滑梯上自由加速滑下，其能量的变化情况是()A．重力势能减小，动能不变，机械能减小，总能量减小B．重力势能减小，动能增加，机械能减小，总能量不变C．重力势能减小，动能增加，机械能增加，总能量增加D．重力势能减小，动能增加，机械能守恒，总能量不变答案：B解析：由能量转化和守恒定律可知，小孩在下滑过程中总能量守恒，故A、C均错；由于摩擦力要做负功，机械能不守恒，故D错；下滑过程中重力势能向动能和内能转化，故只有B正确。6．我国人民有在房前种树的习惯，夏天大树长出茂密的叶子，为人们挡住炎炎烈日，冬天叶子又会全部掉光，使温暖的阳光照入屋内，可以起到冬暖夏凉的作用。炎热的夏天，我们在经过有树的地方时，也会感到很明显的凉意，关于树木周围比较凉爽的现象，下列说法中正确的是()A．树木把大部分太阳光反射出去，使地面温度降低B．树木吸收阳光，使自己温度升高，周围温度降低C．树木吸收阳光，将阳光的能量转化为化学能，使环境温度变低D．白天大树将热量存起来，晚上再将热量放出来，所以白天在树林里感觉凉爽而晚上感觉到热答案：C解析：植物发生光合作用，消耗掉太阳能转化成化学能，根据能量守恒，阳光的能量被转化成化学能，所以树木下会比较凉爽，故C正确。7．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：(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。(g＝10m/s2)位置ABC速度(m/s)0时刻(s)0410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ΔE＝mgh＋eq\f(1,2)mveq\o\al(2,A)－eq\f(1,2)mveq\o\al(2,B)损失的机械能转化为热量Q＝ΔE＝(70×10×20＋eq\f(1,2)×70×22－eq\f(1,2)×70×122)J＝9100J(2)人与雪橇在BC段做减速运动的加速度a＝eq\f(vC－vB,t)＝eq\f(0－12,10－4)m/s＝－2m/s2根据牛顿第二定律f＝ma＝70×(－2)N＝－140N。能力提升1．(2022·衡水中学高一期中)如图(甲)所示，质量不计的弹簧竖直固定在水平面上，t＝0时刻，将一金属小球从弹簧正上方某一高度处由静止释放，小球落到弹簧上压缩弹簧到最低点，然后又被弹起离开弹簧，上升到一定高度后下落，如此反复。通过安装在弹簧下端的压力传感器，测出这一过程弹簧弹力F随时间t变化的图象如图(乙)所示，则()A．t1时刻小球动能最大B．t2时刻小球动能最大C．t2～t3这段时间内，小球的动能先增加后减少D．t2～t3这段时间内，小球增加的动能等于弹簧减少的弹性势能答案：C解析：0～t1时间内小球做自由落体运动，t1～t2时间内小球落到弹簧上并往下运动的过程中，小球重力与弹簧对小球弹力的合力方向先向下后向上，故小球先加速后减速，t2时刻到达最低点，动能为0，A、B错；t2～t3时间内小球向上运动，合力方向先向上后向下，小球先加速后减速，动能先增加后减少，C对；t2～t3时间内由能量守恒知小球增加的动能等于弹簧减少的弹性势能减去小球增加的重力势能，D错。2.(临朐一中12～13学年高一下学期期中)在学校举行的2022年春季运动会上，高一·八班的张明同学在男子100m的决赛中，勇夺桂冠。他采用蹲踞式起跑，在发令枪响后，左脚迅速蹬离起跑器，在向前加速的同时提升身体重心。如图所示，假设他的质量为m，在起跑后前进的距离s内，重心上升高度为h，获得的速度为v，阻力做功为W阻，则在此过程中()A．运动员的机械能增加了eq\f(1,2)mv2B．运动员机械能增加了eq\f(1,2)mv2＋mghC．运动员的重力做功为W重＝mghD．运动员自身做功W人＝eq\f(1,2)mv2＋mgh＋W阻答案：B3．一小滑块放在如图所示的凹形斜面上，用力F沿斜面向下拉小滑块，小滑块沿斜面运动了一段距离。若已知在这过程中，拉力F所做的功的大小(绝对值)为A，斜面对滑块作用力所做的功的大小为B，重力做功的大小为C，空气阻力做功的大小为D。当用这些量表达时，小滑块的动能的改变(指末态动能减去初态动能)等于________，滑块的重力势能的改变等于________；滑块机械能(指动能与重力势能之和)的改变等于______。答案：A－B＋C－D－CA－B－D解析：根据功能关系，动能的改变等于外力做功的代数和，其中做负功的有空气阻力，斜面对滑块的作用力的功(因弹力不做功，实际上为摩擦阻力的功)。因此ΔEk＝A－B＋C－D；重力势能的减少等于重力做的功，因此ΔEP＝－C；滑块机械能的改变等于重力之外的其他力做的功，因此ΔE＝A－B－D。4．如图所示，皮带的速度是3m/s，两圆心距离s＝4.5m，现将m＝1kg的小物体轻放在左轮正上方的皮带上，物体与皮带间的动摩擦因数μ＝，电动机带动皮带将物体从左轮运送到右轮正上方时，求：(1)小物体获得的动能Ek；(2)这一过程摩擦产生的热量Q；(3)这一过程电动机消耗的电能E是多少？(g＝10m/s2)答案：(1)(2)(3)9J解析：(1)μmg＝maa＝1.5m/s2μmgs′＝eq\f(1,2)mv2所以s′＝3m<4.5m，即物体可与皮带达到共同速度，Ek＝eq\f(1,2)mv2＝eq\f(1,2)×1×32J＝(2)v＝att＝2sQ＝μmg(vt－s′)＝×1×10×(6－3)J＝(3)E电＝Ek＋Q＝＋＝9J。5．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。(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ρ，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v1＝9m/s时能够输出电功率P1＝540kW。我国某地区风速不低于v2＝6m/s的时间每年约为5000小时。试估算这台风力发电机在该地区的最小年发电量是多少千瓦时。答案：(1)eq\f(1,2)πρr2v3(2)8×105kW·h解析：(1)风垂直流向风轮机时，提供的风能功