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2019-2020年高中物理第七章机械能守恒定律10能量守恒定律与能源课时训练新人教版必修题组一 功能关系的分析
1.有人设想在夏天用电冰箱来降低房间的温度他的办法是:关好房间的门窗然后打开冰箱的所有门让冰箱运转且不考虑房间内外热量的传递开机后室内的温度将 A.升高B.保持不变C.开机时降低停机时又升高D.开机时升高停机时降低解析:电冰箱的压缩机运行时一部分电能转化为内能室内的温度将升高答案:A
2.我国居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树叶又会全部掉光使温暖的阳光进入屋内可以起到冬暖夏凉的作用被人们称为天然空调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.树木吸收太阳能使自己温度升高周围温度降低C.树木吸收太阳能将太阳光的能量转化为化学能使环境温度降低D.白天树木将热量存起来晚上再将热量放出来所以白天在树林里感到凉爽而晚上感到热解析:树木进行光合作用将太阳能转化成树木生长所需的化学能因此能使环境温度降低并不是将能量反射或使自己温度升高故正确选项为C答案:C
3.关于能的转化与守恒下列说法错误的是 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能量减少D.能的转化与守恒定律证明了第一类永动机是不可能存在的解析:能量可从一种形式转化为另一形式也可从一个物体转移到另一物体如热传递的过程A错答案:A
4.已知货物的质量为m在某段时间内起重机将货物以加速度a加速升高h则在这段时间内叙述正确的是重力加速度为g A.货物的动能一定增加mah-mghB.货物的机械能一定增加mahC.货物的重力势能一定增加mahD.货物的机械能一定增加mah+mgh解析:准确把握功和对应能量变化之间的关系是解答此类问题的关键具体分析如下:选项内容指向、联系分析结论A动能定理货物动能的增加量等于货物合外力做的功mah错误B功能关系货物机械能的增量等于除重力以外的力做功而不等于合外力做的功错误C功能关系重力势能的增量对应货物重力做的负功大小为mgh错误D功能关系货物机械能的增量为起重机拉力做的功mg+ah正确答案:D题组二 功能关系的计算
5.多选一个质量为m的小球用长为L的轻绳悬挂于O点小球在水平力F的作用下从最低点P缓慢地移到Q点如图所示则在此过程中 A.小球受到的合外力做功为mgL1-cosθB.拉力F做功为FLsinθC.小球的重力势能增加mgL1-cosθD.水平力F做功使小球的机械能增加mgL1-cosθ解析:小球受到的合外力做功等于小球的动能变化而小球缓慢移动的过程中动能不变故合外力做功为零选项A错误拉力是变力做功大小不能用W=Fscosα计算根据动能定理WF-mgL1-cosθ=0可知拉力做功的数值为mgL1-cosθ选项B错误小球重力势能的增加等于克服重力做的功ΔEp=mgL1-cosθ选项C正确小球机械能的增加等于重力之外的其他力做的功本题中绳的弹力不做功故拉力做的功等于机械能的增量因WF=mgL1-cosθ故机械能增加量为mgL1-cosθ选项D正确答案:CD
6.多选如图所示固定在竖直面内的光滑圆环半径为R圆环上套有质量分别为m和2m的小球A、B均可看作质点且小球A、B用一长为2R的轻质细杆相连在小球B从最高点由静止开始沿圆环下滑至最低点的过程中已知重力加速度为g下列说法正确的是 A.A球增加的机械能等于B球减少的机械能B.A球增加的重力势能等于B球减少的重力势能C.A球的最大速度为D.细杆对A球做的功为mgR解析:系统机械能守恒的实质可以理解为是一种机械能的转移此题的情景就是A球增加的机械能等于B球减少的机械能A对;A球增加的重力势能ΔEpA=2mgRB球减少的重力势能ΔEpB=4mgRB错;根据机械能守恒定律有2mg·2R-mg·2R=·3mv2所以A球的最大速度为C错;根据功能关系细杆对A球做的功等于A球增加的机械能即WA=mv2+mg·2R=mgR故D对答案:AD
7.多选如图所示质量为M长度为L的小车静止在光滑的水平面上质量为m的小物块放在小车的最左端现用一水平力F作用在小物块上小物块与小车之间的摩擦力为Ff经过一段时间小车运动的位移为x小物块刚好滑到小车的右端则下列说法中正确的是 A.此时物块的动能为Fx+LB.此时小车的动能为FfxC.这一过程中物块和小车增加的机械能为Fx-FfLD.这一过程中因摩擦而产生的热量为FfL解析:对物块所受四个力中水平力F和物块与小车间的滑动摩擦力做功这两个力做功的位移都是x+L则由动能定理可知小物块的动能等于增加的动能Ek=ΔEk=F-Ffx+LA项错误;对小车只有物块对小车的滑动摩擦力做正功且W=Ffx由动能定理可知B项正确;系统增加的机械能等于除重力和弹力外的其他力包括内力和外力做功的代数和即ΔE=Fx+L-FfLC项错误;这一过程中因摩擦而产生的热量等于滑动摩擦力与相对路程的乘积即ΔQ=FfLD项正确答案:BD
8.人的体温是由下丘脑中特殊神经细胞监察和控制的当下丘脑温度高于37℃时人体散热机制如血管舒张、出汗等就活跃起来已知人体温度在37℃时蒸发18g汗水所需要能量E=
4.3×103J现有一中年人慢步行走时新陈代谢功率为35W此人慢步行走时体温保持在37℃行走用时1小时出汗约
30.2g试求此人通过传导辐射等方式不包括出汗产生的散热功率解析:此人利用出汗排放的热量Q1=·E=×
4.3×103J=
7.2×103J利用出汗排热的功率P1==2W此人通过传导辐射产生的散热功率P2=P总-P1=35W-2W=33W答案:33W建议用时:30分钟
1.多选溜溜球是一种流行的健身玩具具有很浓的趣味性备受学生的欢迎溜溜球类似于“滚摆”对称的左右两轮通过固定轴连接两轮均用透明塑料制成轴上套一个可以自由转动的圆筒圆筒上系条长约1m的棉线玩时手掌向下用力向正下方掷出溜溜球当滚到最低处时轻抖手腕向上拉一下绳线溜溜球将返回到你的手上如图所示溜溜球在运动过程中 A.一边转动一边向下运动由于重力做功溜溜球越转越快动能不断增大溜溜球的势能转化为动能B.在溜溜球上下运动的过程中由于发生动能和势能的相互转化因此机械能守恒C.在溜溜球上下运动的过程中由于空气阻力和绳子与固定轴之间摩擦力的作用会损失一部分能量D.在溜溜球转到最低点绳子将要开始向上缠绕时轻抖手腕向上拉一下绳子给溜溜球提供能量解析:溜溜球向下运动时由于重力做正功动能一定增加势能转化为动能选项A正确溜溜球在上下运动的过程中由于有阻力做功所以会损失一部分机械能机械能不守恒若不及时补充能量则溜溜球上升的高度会越来越低因此可在溜溜球运动到最低点时轻抖手腕向上拉一下绳子给其补充能量故选项C、D正确选项B错误答案:ACD
2.下列说法中正确的是 A.能就是功功就是能B.做功越多物体的能量就越大C.外力对物体不做功这个物体就没有能量D.能量转化的多少可以用做功来量度解析:功和能是两个不同的概念故选项A错误;做功的多少只是说明了能量转化的多少而不能说明能量的多少故选项B错误;外力是否做功不能说明物体能量的有无故选项C错误;功是能量转化的量度故选项D正确答案:D
3.在跳高运动的发展史上其中有以下四种不同的过竿姿势如图所示则在跳高运动员消耗相同能量的条件下能越过最高横竿的过竿姿势为 解析:运动员经过助跑后跳起过竿时其重心升高在四种过竿姿势中背越式相对于竿的重心位置最低所以在消耗相同能量的条件下该种过竿姿势能越过更高的横竿D项正确答案:D
4.多选关于能源的开发和利用下列说法正确的是 A.根据能量守恒定律能源是取之不尽、用之不竭的B.能源的开发和利用必须同时考虑其对生态环境的影响C.不断开发新能源是缓解能源危机加强环境保护的重要途径D.能源是有限的无节制地使用常规能源是一种盲目的短期行为解析:能量虽然守恒但在可利用的品质上却降低了这是能源危机更深层的含义故选项B、C、D正确答案:BCD
5.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:A
6.水平传送带以速度v匀速转动一质量为m的小木块A由静止轻放在传送带上若小木块与传送带间的动摩擦因数为μ如图所示在小木块与传送带相对静止时转化为内能的能量为 A.mv2 B.2mv2C.mv2D.mv2解析:相对滑动时木块的加速度a=μg从放上至相对静止所用时间t=此过程中传送带相对地的位移x1=vt=木块相对地的位移为x2=t=摩擦力对木块做的功等于木块动能增加E1=W1=μmgx2=mv2传送带克服摩擦力做的功W2=μmgx1=mv2此过程中传送带克服摩擦力做功将传送带能量转化为木块的动能及内能由能量守恒定律转化的内能为ΔE=W2-W1=μmgx1-x2=mv2故D正确答案:D
7.多选在最近几年的空调市场上出现一个新宠——变频空调据专家介绍变频空调比定频空调要节能因为定频空调开机时就等同于汽车启动时很耗能是正常运行的5~7倍空调在工作时达到设定温度就停机等温度高了再继续启动这样的频繁启动耗电多而变频空调启动时有一个由低到高的过程而运行过程是自动变速来保持室内温度从开机到关机中间不停机而是达到设定温度后就降到最小功率运行所以比较省电阅读上述介绍后探究以下说法中合理的是 A.变频空调节能运行中不遵守能量守恒定律B.变频空调运行中做功少转化能量多C.变频空调在同样工作条件下运行效率高省电D.变频空调与定频空调做同样功时消耗同样电能解析:自然界的一切过程都遵守能量守恒定律A错功是能量转化的量度做同样功消耗同样电能B错、D对由变频空调的工作特点可知省电的原理是效率高C对答案:CD
8.多选如图所示倾角θ=30°的粗糙斜面固定在地面上长为l、质量为m、粗细均匀、质量分布均匀的软绳置于斜面上其上端与斜面顶端齐平用细线将物块与软绳连接物块由静止释放后向下运动直到软绳刚好全部离开斜面此时物块未到达地面在此过程中 A.物块的机械能逐渐增加B.软绳重力势能共减少了mglC.物块重力势能的减少量等于软绳克服摩擦力所做的功D.软绳重力势能的减少量小于其动能的增加量与克服摩擦力所做功之和解析:因为软绳的拉力对物块做负功物块的机械能减少故选项A错误设斜面顶端的重力势能为零则软绳初始状态的重力势能Ep1=-mglsinθ当软绳刚好全部离开斜面顶端时的重力势能Ep2=-mgl则这个过程中有ΔEp=Ep2-Ep1=-mgl-=-mgl故选项B正确以物块和软绳组成的系统为研究对象物块和软绳减少的重力势能的总和等于物块和软绳增加的动能和软绳克服摩擦力所做的功的和故选项C错误对软绳而言由功能原理可知软绳的重力势能的减少量小于软绳动能的增加量与软绳克服摩擦力做的功之和故选项D正确答案:BD
9.如图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涨潮时水进入海湾待内外水面高度相同时堵住通道如图甲所示潮落至最低点时放水发电如图乙所示待内外水面高度相同时再堵住通道直至下次涨潮到最高点又放水发电如图丙所示设海湾面积为S=
5.0×108m2高潮与低潮间高度差为h=
3.0m求一天内水流的平均功率g取10m/s2解析:潮汐发电其实质就是将海水的重力势能转化为电能每次涨潮时流进海湾落潮时流出海湾的海水的质量为m=ρV=ρSh=
1.0×103×
5.0×108×
3.0kg=
1.5×1012kg其重心的高度变化为h==
1.5m一天内海水两进两出故水流功率为P==W≈
1.0×109W答案:
1.0×109W
10.如图所示AB为半径R=
0.8m的光滑圆弧轨道下端B恰与小车右端平滑对接小车质量M=3kg车长L=
2.06m现有一质量m=1kg的滑块由轨道顶端无初速释放滑到B端后冲上小车已知地面光滑滑块与小车上表面间的动摩擦因数μ=
0.3当车运动了
1.5s时车被地面装置锁定g取10m/s2试求:1滑块到达B端时轨道对它支持力的大小;2车被锁定时车右端距轨道B端的距离;3从车开始运动到被锁定的过程中滑块与车面间由于摩擦而产生的内能大小解析:1由机械能守恒定律和牛顿第二定律得mgR=FN-mg=m则FN=30N2设m滑上小车后经过时间t1与小车同速共同速度大小为v对滑块有μmg=ma1v=vB-a1t1对于小车:μmg=Ma2v=a2t1解得v=1m/st1=1s
1.5s故滑块与小车同速后小车继续向左匀速行驶了
0.5s则小车右端距B端的距离为l车=t1+v
1.5s-t1=1m3Q=μmgl相对=μmg=6J答案:130N 21m 36J。