高中物理 第4章 能量守恒与可持续发展 4_3+4_4 能量的转化与守恒 能源与可持续发展学业分层测评 沪科版必修2

能量的转化与守恒 能源与可持续发展(建议用时：45分钟)学业达标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【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一段时间，它一定会停摆的，D错【答案】C2市面上出售一种装有太阳能电扇的帽子(如图437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()图437A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【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【答案】A3(2016杭州高一检测)下列对能的转化和守恒定律的认识错误的是()A某种形式的能减少，一定存在其他形式的能增加B某个物体的能减少，必然有其他物体的能增加C不需要任何外界的动力而持续对外做功的机器永动机是不可能制成的D石子从空中落下，最后静止在地面上，说明机械能消失了【解析】根据能量守恒定律得知，某种形式的能减少，其他形式的能一定增大；某个物体的能量减少，必然有其他物体的能量增加，A、B正确；不需要任何外界的动力而持续对外做功的机器永动机，违反了能量的转化和守恒定律，不可能制成，C正确；石子在运动和碰撞中机械能转化为了石子本身及周围物体的内能，能量并没有消失，故D错误【答案】D4(多选)(2016桂林高一检测)如图438所示，高h2 m 的曲面固定不动一个质量为1 kg的物体，由静止开始从曲面的顶点滑下，滑到底端时的速度大小为4 m/s.g取10 m/s2.在此过程中，下列说法正确的是() 【导学号：02690049】图438A物体克服摩擦力做功20 JB物体的动能增加了8 JC物体的重力势能减少了20 JD曲面对物体的支持力对物体不做功【解析】根据动能定理得mghWfmv2142 J8 J，B对；其中重力做功WGmgh1102 J20 J，故重力势能减少20 J，C对；所以摩擦力做功Wf8 J20 J12 J，A错；支持力始终与物体的速度垂直，故支持力不做功，D对【答案】BCD5(多选)竖直向上的恒力F作用在质量为m的物体上，使物体从静止开始运动，升高h时速度达到v，在这个过程中，设阻力恒为f.则下列表述正确的是()A恒力F对物体做的功等于物体动能的增量，即Fhmv2B恒力F对物体做的功等于物体机械能的增量，即Fhmv2mghC恒力F与阻力f对物体做功之和等于物体机械能的增量，即(Ff)hmv2mghD物体所受合力做的功等于物体动能的增量，即(Ffmg)hmv2【解析】由动能定理得Fhfhmghmv2，D正确；由上式得Fhmghmv2fh，由此得出F做的功等于物体机械能的增量与克服阻力做功之和，A，B错；由式得(Ff)hmv2mgh，即恒力F与阻力f对物体做功之和等于机械能的增加量，C对【答案】CD6(多选)(2016琼海高一检测)如图所示439，长木块A放在光滑的水平地面上，物体B以水平速度冲上A后，由于摩擦力作用，最后停止在木块A上，则从物体B冲到木块A上到相对木块A静止的过程中，下述说法中正确的是()图439A物体B动能的减少量等于系统损失的机械能B物体B克服摩擦力做的功等于系统内能的增加量C物体B损失的机械能等于木块A获得的动能与系统内能的增加量之和D摩擦力对物体B做的功和对木块A做的功的总和等于系统内能的增加量【解析】物体B动能的减少量等于B克服摩擦力做的功，也等于B的机械能的减少量，A错；摩擦力对物体B做的功等于B机械做的减少，摩擦力对木板A做的功等于A机械能的增加，故摩擦力对物体B做的功和对木块A做的功的总和等于系统机械能的减少量，由能量守恒定律，系统内能增加量等于机械能的减少量，故B错，C、D对【答案】CD7(多选)下列过程中，可能实现的是()A水的温度自动下降时释放的内能全部转化为机械能B利用不同深度的海水温度不同来制造一种机器，把海水的内能转化为机械能C粗糙水平面上运动的物体的动能转化为内能，使物体温度升高D静止在光滑水平面上的物体，温度降低时释放的内能转化为物体的动能，使物体运动起来【解析】根据能量转化和转移的方向性可知，物体温度下降释放的内能不可能在不引起其他变化的情况下完全转化为机械能，因此选项A、D是错误的，而选项B、C都是可实现的过程【答案】BC8在质量为0.5 kg的重物上安装一极轻的细棒(设细棒足够长)，如图4310所示的那样，用手在靠近重物处握住细棒，使重物静止，握细棒的手不动，稍稍减小握力，使手和细棒间保持一定的摩擦力，让重物和细棒保持一定的加速度下落，在起初的1.0 s的时间里，重物落下了0.50 m在此过程中手和细棒之间所产生的热量是多少？(g取10 m/s2)图4310【解析】由hat2a1 m/s2得vat11.0 m/s1 m/s由能量守恒mghmv2Q热得，Q热0.5100.50 J0.512 J2.25 J.【答案】2.25 J能力提升9足够长的传送带以v匀速传动，一质量为m的小物块A由静止轻放于传送带上，若小物块与传送带之间的动摩擦因数为，如图4311所示，当小物块与传送带相对静止时，转化为内能的能量为()图4311Amv2B2mv2C.mv2 D.mv2【解析】物块A被放于传送带即刻做匀加速直线运动，加速度ag，匀加速过程前进的距离：x1，该时间内传送带前进距离：x2vtv，所以物块相对传送带滑动距离：xx2x1，故产生的内能：Qmgxmgmv2，D正确【答案】D10两块完全相同的木块A、B，其中A固定在水平桌面上，B放在光滑的水平桌面上，两颗同样的子弹以相同的水平速度射入两木块，穿透后子弹的速度分别为vA、vB，在子弹穿透木块过程中因克服摩擦力产生的热量分别为QA、QB，设木块对子弹的摩擦力大小一定，则()AvAvB，QAQBBvAvB，QAQBCvAvB，QAQBDvAvB，QAQB【解析】两颗同样的子弹穿透木块的过程中，摩擦阻力f相同，子弹相对木块滑动的距离相同，所以摩擦力做功过程中产生的内能Qfx相同，根据能量守恒定律有：mv2QAmvmv2QBmvmBv2由以上两式可知vAvB，综上所述选项D正确【答案】D11太阳能是21世纪重点发展的能源之一太阳能汽车是利用太阳能电池将接收到的太阳能转化为电能，再利用电动机来驱动汽车的一种新型汽车如图4312所示的是一辆太阳能实验车，车上太阳能电池接受太阳能的面板的有效面积为S8 m2，太阳光照射到电池板每平方米面积上的辐射功率为P01 kW.在晴朗天气，电池对着太阳时产生的电压为U120 V，并对车上的电动机提供10 A的电流. 【导学号：02690050】图4312试问：(1)该太阳能电池将太阳能转化为电能的效率是多少？(2)如果这辆汽车的电动机将电能最终转化为机械能的效率为80 %，则汽车在水平路面上以6 m/s的速度匀速行驶时，电动机提供的牵引力是多大？【解析】(1)对于太阳能电池有：P有用P电IU10120 W1 200 W.P总P0S1 0008 W8 000 W，故转化效率1100%15%.(2)对于电动机有：F N160 N.【答案】(1)15%(2)160 N12小物块A的质量为m，物块与坡道间的动摩擦因数为，水平面光滑；坡道顶端距水平面高度为h，倾角为；物块从坡道进入水平滑道时，在底端O点处无机械能损失，重力加速度为g.将轻弹簧的一端连接在水平滑道M处并固定在墙上，另一自由端恰位于坡道的底端O点，如图4313所示物块A从坡顶由静止滑下，求：图4313(1)物块滑到O点时的速度大小；(2)弹簧为最大压缩量d时的弹性势能；(3)物块A被弹回到坡道上升的最大高度【解析】(1)由动能定理得mghmgcos mv2得v.(2)在水平滑道上由能量守恒定律得mv2Ep联立解得Epmghmghcot .(3)设物块A能够上升的最大高度为h1，物块A被弹回过程中由能量守恒定律得Epmgh1cot mgh1联立解得h1.【答案】(1)(2)mghmghcot (3)重点强化卷(四)动能定理和机械能守恒定律(建议用时：60分钟)一、选择题1一质量为m的小球，用长为l的轻绳悬挂于O点，小球在水平力F作用下，从平衡位置P点很缓慢地移动到Q点，如图1所示，则力F所做的功为()图1Amglcos BFlsin Cmgl(1cos ) DFl【解析】小球缓慢由PQ过程中，F大小变化，为变力做功设力F做功为WF，对小球由PQ应用动能定理WFmgl(1cos )0所以WFmgl(1cos )，故选C.【答案】C2(多选)某人用手将1 kg的物体由静止向上提起1 m，这时物体的速度为2 m/s(g取10 m/s2)，则下列说法正确的是()A手对物体做功12 JB合力做功2 JC合力做功12 JD物体克服重力做功10 J【解析】WGmgh10 J，D对；由动能定理W合Ekmv202 J，B对，C错；又因W合W手WG，故W手W合WG12 J，A对【答案】ABD3有一质量为m的木块，从半径为r的圆弧曲面上的a点滑向b点，如图2所示如果由于摩擦使木块的运动速率保持不变，则以下叙述正确的是()图2A木块所受的合外力为零B因木块所受的力都不对其做功，所以合外力做的功为零C重力和摩擦力的合力做的功为零D重力和摩擦力的合力为零【解析】物体做曲线运动，速度方向变化，加速度不为零，故合外力不为零，A错；速率不变，动能不变，由动能定理知，合外力做的功为零，而支持力始终不做功，重力做正功，所以重力做的功与摩擦力做的功的代数和为零，但重力和摩擦力的合力不为零，C对，B、D错【答案】C4物体在合外力作用下做直线运动的vt图象如图3所示，下列表述正确的是() 【导学号：02690051】图3A在01 s内，合外力做正功B在02 s内，合外力总是做负功C在1 s2 s内，合外力不做功D在03 s内，合外力总是做正功【解析】由vt图象知01 s内，v增加，动能增加，由动能定理可知合外力做正功，A对，B错；1 s2 s内v减小，动能减小，合外力做负功，可见C、D错【答案】A5(多选)质量为m的汽车在平直公路上行驶，发动机的功率P和汽车受到的阻力f均恒定不变，在时间t内，汽车的速度由v0增加到最大速度vm，汽车前进的距离为x，则此段时间内发动机所做的功W可表示为()AWPtBWfxCWmvmvfxDWmvfx【解析】由题意知，发动机功率不变，故t时间内发动机做功WPt，所以A正确；车做加速运动，故牵引力大于阻力f，故B错误；根据动能定理Wfxmvmv，所以C正确，D错误【答案】AC6木块静止挂在绳子下端，一子弹以水平速度射入木块并留在其中，再与木块一起共同摆到一定高度，如图4所示，从子弹开始入射到共同上摆到最大高度的过程中，下面说法正确的是()图4A子弹的机械能守恒B木块的机械能守恒C子弹和木块的总机械能守恒D以上说法都不对【解析】子弹打入木块的过程中，子弹克服摩擦力做功产生热能，故系统机械能不守恒【答案】D7如图5所示，在高1.5 m的光滑平台上有一个质量为2 kg的小球被一细线拴在墙上，球与墙之间有一根被压缩的轻质弹簧当烧断细线时，小球被弹出，小球落地时的速度大小为2 m/s，则弹簧被压缩时具有的弹性势能为(g取10 m/s2)()图5A10 JB15 JC20 JD25 J【解析】弹簧与小球组成的系统机械能守恒，以水平地面为零势能面，Epmghmv2，解得Ep10 J，A正确【答案】A8.如图6所示，一根很长的、不可伸长的柔软轻绳跨过光滑定滑轮，绳两端各系一小球a和b，a球质量为m，静置于地面；b球质量为3m，用手托住，高度为h，此时轻绳刚好拉紧，从静止开始释放b球后，a可能达到的最大高度为()图6AhB1.5hC2h D2.5h【解析】释放b后，在b到达地面之前，a向上加速运动，b向下加速运动，a、b系统的机械能守恒，若b落地瞬间速度为v，则3mghmghmv2(3m)v2，可得v.b落地后，a向上做匀减速运动，设能够继续上升的高度为h，由机械能守恒得mv2mgh，h.所以a达到的最大高度为1.5h，B正确【答案】B9(2015天津高考)如图7所示，固定的竖直光滑长杆上套有质量为m的小圆环，圆环与水平状态的轻质弹簧一端连接，弹簧的另一端连接在墙上，且处于原长状态现让圆环由静止开始下滑，已知弹簧原长为L，圆环下滑到最大距离时弹簧的长度变为2L(未超过弹性限度)，则在圆环下滑到最大距离的过程中()图7A圆环的机械能守恒B弹簧弹性势能变化了mgLC圆环下滑到最大距离时，所受合力为零D圆环重力势能与弹簧弹性势能之和保持不变【解析】圆环沿杆下滑的过程中，圆环与弹簧组成的系统动能、弹性势能、重力势能之和守恒，选项A、D错误；弹簧长度为2L时，圆环下落的高度hL，根据机械能守恒定律，弹簧的弹性势能增加了EpmghmgL，选项B正确；圆环释放后，圆环向下先做加速运动，后做减速运动，当速度最大时，合力为零，下滑到最大距离时，具有向上的加速度，合力不为零，选项C错误【答案】B二、计算题10如图8所示，斜面长为s，倾角为，一物体质量为m，从斜面底端的A点开始以初速度v0沿斜面向上滑行，斜面与物体间的动摩擦因数为，物体滑到斜面顶端B点时飞出斜面，最后落在与A点处于同一水平面上的C处，则物体落地时的速度大小为多少？ 【导学号：02690052】图8【解析】对物体运动的全过程，由动能定理可得：mgscos mvmv所以vC.【答案】11(2016天津高考)我国将于2022年举办冬奥会，跳台滑雪是其中最具观赏性的项目之一如图9所示，质量m60 kg的运动员从长直助滑道AB的A处由静止开始以加速度a3.6 m/s2匀加速滑下，到达助滑道末端B时速度vB24 m/s，A与B的竖直高度差H48 m为了改变运动员的运动方向，在助滑道与起跳台之间用一段弯曲滑道衔接，其中最低点C处附近是一段以O为圆心的圆弧助滑道末端B与滑道最低点C的高度差h5 m，运动员在B、C间运动时阻力做功W1 530 J，取g10 m/s2.图9(1)求运动员在AB段下滑时受到阻力Ff的大小；(2)若运动员能够承受的最大压力为其所受重力的6倍，则C点所在圆弧的半径R至少应为多大【解析】(1)运动员在AB段做初速度为零的匀加速运动，设AB的长度为x，则有v2ax由牛顿第二定律有mgFfma联立式，代入数据解得Ff144 N(2)设运动员到达C点时的速度为vC，在由B到达C的过程中，由动能定理有mghWmvmv设运动员在C点所受的支持力FN，由牛顿第二定律有FNmgm 由运动员能够承受的最大压力为其所受重力的6倍，联立式，代入数据解得R12.5 m【答案】(1)144 N(2)12.5 m12如图10所示，质量为m的木块放在光滑的水平桌面上，用轻绳绕过桌边的光滑定滑轮与质量为M的砝码相连已知M2m，让绳拉直后使砝码从静止开始下降h的距离(未落地)时，木块仍没离开桌面，则砝码的速度为多少？图10【解析】解法一：用E初E末求解设砝码开始离桌面的高度为x，取桌面所在的水平面为参考面，则系统的初始机械能E初Mgx，系统的末机械能E末Mg(xh)(Mm)v2.由E初E末得：MgxMg(xh)(Mm)v2，解得v.解法二：用Ek增Ep减求解在砝码下降h的过程中，系统增加的动能为Ek增(Mm)v2，系统减少的重力势能Ep减Mgh，由Ek增Ep减得：(Mm)v2Mgh，解得v.【答案】