高中物理 第4章 能量守恒與可持續(xù)發(fā)展 4_3+4_4 能量的轉(zhuǎn)化與守恒 能源與可持續(xù)發(fā)展學(xué)業(yè)分層測評 滬科版必修2
《高中物理 第4章 能量守恒與可持續(xù)發(fā)展 4_3+4_4 能量的轉(zhuǎn)化與守恒 能源與可持續(xù)發(fā)展學(xué)業(yè)分層測評 滬科版必修2》由會員分享,可在線閱讀,更多相關(guān)《高中物理 第4章 能量守恒與可持續(xù)發(fā)展 4_3+4_4 能量的轉(zhuǎn)化與守恒 能源與可持續(xù)發(fā)展學(xué)業(yè)分層測評 滬科版必修2(12頁珍藏版)》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。
能量的轉(zhuǎn)化與守恒 能源與可持續(xù)發(fā)展 (建議用時:45分鐘) [學(xué)業(yè)達(dá)標(biāo)] 1.下列說法正確的是( ) A.隨著科技的發(fā)展,永動機(jī)是可以制成的 B.太陽照射到地球上的光能轉(zhuǎn)化成了其他形式的能量,但照射到宇宙空間的能量都消失了 C.“既要馬兒跑,又讓馬兒不吃草”違背了能量轉(zhuǎn)化和守恒定律,因而是不可能的 D.有種“全自動”手表,不用上發(fā)條,也不用任何形式的電源,卻能一直走動,說明能量可以憑空產(chǎn)生 【解析】 永動機(jī)是指不消耗或少消耗能量,而可以大量對外做功的裝置,違背了能量轉(zhuǎn)化和守恒定律,A錯;太陽輻射大量的能量,地球只吸收了極少的一部分,但輻射到星際空間的能量也沒有消失,一定是轉(zhuǎn)化成了別的能量,B錯;馬和其他動物,包括人要運動,必須消耗能量,動物的能量來源是食物中儲存的生物質(zhì)能,C正確;所謂的“全自動”手表內(nèi)部是有能量轉(zhuǎn)化裝置的,只有當(dāng)人戴著手表活動時,才能不斷補充能量,維持手表的運行,如果把表放在桌面上靜置一段時間,它一定會停擺的,D錯. 【答案】 C 2.市面上出售一種裝有太陽能電扇的帽子(如圖437所示).在陽光的照射下,小電扇快速轉(zhuǎn)動,能給炎熱的夏季帶來一絲涼爽.該裝置的能量轉(zhuǎn)化情況是( ) 圖437 A.太陽能→電能→機(jī)械能 B.太陽能→機(jī)械能→電能 C.電能→太陽能→機(jī)械能 D.機(jī)械能→太陽能→電能 【解析】 電池板中太陽能轉(zhuǎn)化為電能,小電動機(jī)中電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能. 【答案】 A 3.(2016杭州高一檢測)下列對能的轉(zhuǎn)化和守恒定律的認(rèn)識錯誤的是( ) A.某種形式的能減少,一定存在其他形式的能增加 B.某個物體的能減少,必然有其他物體的能增加 C.不需要任何外界的動力而持續(xù)對外做功的機(jī)器——永動機(jī)是不可能制成的 D.石子從空中落下,最后靜止在地面上,說明機(jī)械能消失了 【解析】 根據(jù)能量守恒定律得知,某種形式的能減少,其他形式的能一定增大;某個物體的能量減少,必然有其他物體的能量增加,A、B正確;不需要任何外界的動力而持續(xù)對外做功的機(jī)器——永動機(jī),違反了能量的轉(zhuǎn)化和守恒定律,不可能制成,C正確;石子在運動和碰撞中機(jī)械能轉(zhuǎn)化為了石子本身及周圍物體的內(nèi)能,能量并沒有消失,故D錯誤. 【答案】 D 4.(多選)(2016桂林高一檢測)如圖438所示,高h(yuǎn)=2 m 的曲面固定不動.一個質(zhì)量為1 kg的物體,由靜止開始從曲面的頂點滑下,滑到底端時的速度大小為4 m/s.g取10 m/s2.在此過程中,下列說法正確的是( ) 【導(dǎo)學(xué)號:02690049】 圖438 A.物體克服摩擦力做功20 J B.物體的動能增加了8 J C.物體的重力勢能減少了20 J D.曲面對物體的支持力對物體不做功 【解析】 根據(jù)動能定理得mgh+Wf=mv2=142 J=8 J,B對;其中重力做功WG=mgh=1102 J=20 J,故重力勢能減少20 J,C對;所以摩擦力做功Wf=8 J-20 J=-12 J,A錯;支持力始終與物體的速度垂直,故支持力不做功,D對. 【答案】 BCD 5.(多選)豎直向上的恒力F作用在質(zhì)量為m的物體上,使物體從靜止開始運動,升高h(yuǎn)時速度達(dá)到v,在這個過程中,設(shè)阻力恒為f.則下列表述正確的是( ) A.恒力F對物體做的功等于物體動能的增量,即Fh=mv2 B.恒力F對物體做的功等于物體機(jī)械能的增量,即Fh=mv2+mgh C.恒力F與阻力f對物體做功之和等于物體機(jī)械能的增量,即(F-f)h=mv2+mgh D.物體所受合力做的功等于物體動能的增量,即(F-f-mg)h=mv2 【解析】 由動能定理得Fh-fh-mgh=mv2,D正確;由上式得Fh=mgh+mv2+fh,由此得出F做的功等于物體機(jī)械能的增量與克服阻力做功之和,A,B錯;由①式得(F-f)h=mv2+mgh,即恒力F與阻力f對物體做功之和等于機(jī)械能的增加量,C對. 【答案】 CD 6.(多選)(2016瓊海高一檢測)如圖所示439,長木塊A放在光滑的水平地面上,物體B以水平速度沖上A后,由于摩擦力作用,最后停止在木塊A上,則從物體B沖到木塊A上到相對木塊A靜止的過程中,下述說法中正確的是( ) 圖439 A.物體B動能的減少量等于系統(tǒng)損失的機(jī)械能 B.物體B克服摩擦力做的功等于系統(tǒng)內(nèi)能的增加量 C.物體B損失的機(jī)械能等于木塊A獲得的動能與系統(tǒng)內(nèi)能的增加量之和 D.摩擦力對物體B做的功和對木塊A做的功的總和等于系統(tǒng)內(nèi)能的增加量 【解析】 物體B動能的減少量等于B克服摩擦力做的功,也等于B的機(jī)械能的減少量,A錯;摩擦力對物體B做的功等于B機(jī)械做的減少,摩擦力對木板A做的功等于A機(jī)械能的增加,故摩擦力對物體B做的功和對木塊A做的功的總和等于系統(tǒng)機(jī)械能的減少量,由能量守恒定律,系統(tǒng)內(nèi)能增加量等于機(jī)械能的減少量,故B錯,C、D對. 【答案】 CD 7.(多選)下列過程中,可能實現(xiàn)的是( ) A.水的溫度自動下降時釋放的內(nèi)能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能 B.利用不同深度的海水溫度不同來制造一種機(jī)器,把海水的內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能 C.粗糙水平面上運動的物體的動能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,使物體溫度升高 D.靜止在光滑水平面上的物體,溫度降低時釋放的內(nèi)能轉(zhuǎn)化為物體的動能,使物體運動起來 【解析】 根據(jù)能量轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的方向性可知,物體溫度下降釋放的內(nèi)能不可能在不引起其他變化的情況下完全轉(zhuǎn)化為機(jī)械能,因此選項A、D是錯誤的,而選項B、C都是可實現(xiàn)的過程. 【答案】 BC 8.在質(zhì)量為0.5 kg的重物上安裝一極輕的細(xì)棒(設(shè)細(xì)棒足夠長),如圖4310所示的那樣,用手在靠近重物處握住細(xì)棒,使重物靜止,握細(xì)棒的手不動,稍稍減小握力,使手和細(xì)棒間保持一定的摩擦力,讓重物和細(xì)棒保持一定的加速度下落,在起初的1.0 s的時間里,重物落下了0.50 m.在此過程中手和細(xì)棒之間所產(chǎn)生的熱量是多少?(g取10 m/s2) 圖4310 【解析】 由h=at2 a==1 m/s2 得v=at=11.0 m/s=1 m/s 由能量守恒mgh=mv2+Q熱得, Q熱=0.5100.50 J-0.512 J=2.25 J. 【答案】 2.25 J [能力提升] 9.足夠長的傳送帶以v勻速傳動,一質(zhì)量為m的小物塊A由靜止輕放于傳送帶上,若小物塊與傳送帶之間的動摩擦因數(shù)為μ,如圖4311所示,當(dāng)小物塊與傳送帶相對靜止時,轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的能量為( ) 圖4311 A.mv2 B.2mv2 C.mv2 D.mv2 【解析】 物塊A被放于傳送帶即刻做勻加速直線運動,加速度a==μg,勻加速過程前進(jìn)的距離:x1==,該時間內(nèi)傳送帶前進(jìn)距離: x2=vt=v=,所以物塊相對傳送帶滑動距離: Δx=x2-x1=,故產(chǎn)生的內(nèi)能: Q=μmgΔx=μmg=mv2,D正確. 【答案】 D 10.兩塊完全相同的木塊A、B,其中A固定在水平桌面上,B放在光滑的水平桌面上,兩顆同樣的子彈以相同的水平速度射入兩木塊,穿透后子彈的速度分別為vA、vB,在子彈穿透木塊過程中因克服摩擦力產(chǎn)生的熱量分別為QA、QB,設(shè)木塊對子彈的摩擦力大小一定,則( ) A.vA>vB,QA>QB B.vA<vB,QA=QB C.vA=vB,QA<QB D.vA>vB,QA=QB 【解析】 兩顆同樣的子彈穿透木塊的過程中,摩擦阻力f相同,子彈相對木塊滑動的距離相同,所以摩擦力做功過程中產(chǎn)生的內(nèi)能Q=fΔx相同,根據(jù)能量守恒定律有: mv2=QA+mv mv2=QB+mv+mBv′2 由以上兩式可知vA>vB,綜上所述選項D正確. 【答案】 D 11.太陽能是21世紀(jì)重點發(fā)展的能源之一.太陽能汽車是利用太陽能電池將接收到的太陽能轉(zhuǎn)化為電能,再利用電動機(jī)來驅(qū)動汽車的一種新型汽車.如圖4312所示的是一輛太陽能實驗車,車上太陽能電池接受太陽能的面板的有效面積為S=8 m2,太陽光照射到電池板每平方米面積上的輻射功率為P0=1 kW.在晴朗天氣,電池對著太陽時產(chǎn)生的電壓為U=120 V,并對車上的電動機(jī)提供10 A的電流. 【導(dǎo)學(xué)號:02690050】 圖4312 試問: (1)該太陽能電池將太陽能轉(zhuǎn)化為電能的效率是多少? (2)如果這輛汽車的電動機(jī)將電能最終轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的效率為80 %,則汽車在水平路面上以6 m/s的速度勻速行駛時,電動機(jī)提供的牽引力是多大? 【解析】 (1)對于太陽能電池有: P有用=P電=IU=10120 W=1 200 W. P總=P0S=1 0008 W=8 000 W, 故轉(zhuǎn)化效率η1==100%=15%. (2)對于電動機(jī)有: F== N=160 N. 【答案】 (1)15% (2)160 N 12.小物塊A的質(zhì)量為m,物塊與坡道間的動摩擦因數(shù)為μ,水平面光滑;坡道頂端距水平面高度為h,傾角為θ;物塊從坡道進(jìn)入水平滑道時,在底端O點處無機(jī)械能損失,重力加速度為g.將輕彈簧的一端連接在水平滑道M處并固定在墻上,另一自由端恰位于坡道的底端O點,如圖4313所示.物塊A從坡頂由靜止滑下,求: 圖4313 (1)物塊滑到O點時的速度大小; (2)彈簧為最大壓縮量d時的彈性勢能; (3)物塊A被彈回到坡道上升的最大高度. 【解析】 (1)由動能定理得 mgh-μmgcos θ=mv2① 得v=.② (2)在水平滑道上由能量守恒定律得mv2=Ep③ 聯(lián)立②③解得Ep=mgh-μmghcot θ.④ (3)設(shè)物塊A能夠上升的最大高度為h1,物塊A被彈回過程中由能量守恒定律得Ep=μmgh1cot θ+mgh1⑤ 聯(lián)立④⑤解得h1=. 【答案】 (1) (2)mgh-μmghcot θ (3) 重點強化卷(四) 動能定理和機(jī)械能守恒定律 (建議用時:60分鐘) 一、選擇題 1.一質(zhì)量為m的小球,用長為l的輕繩懸掛于O點,小球在水平力F作用下,從平衡位置P點很緩慢地移動到Q點,如圖1所示,則力F所做的功為( ) 圖1 A.mglcos θ B.Flsin θ C.mgl(1-cos θ) D.Fl 【解析】 小球緩慢由P→Q過程中,F(xiàn)大小變化,為變力做功. 設(shè)力F做功為WF,對小球由P→Q應(yīng)用動能定理 WF-mgl(1-cos θ)=0 所以WF=mgl(1-cos θ),故選C. 【答案】 C 2.(多選)某人用手將1 kg的物體由靜止向上提起1 m,這時物體的速度為2 m/s(g取10 m/s2),則下列說法正確的是( ) A.手對物體做功12 J B.合力做功2 J C.合力做功12 J D.物體克服重力做功10 J 【解析】 WG=-mgh=-10 J,D對;由動能定理W合=ΔEk=mv2-0=2 J,B對,C錯;又因W合=W手+WG,故W手=W合-WG=12 J,A對. 【答案】 ABD 3.有一質(zhì)量為m的木塊,從半徑為r的圓弧曲面上的a點滑向b點,如圖2所示.如果由于摩擦使木塊的運動速率保持不變,則以下敘述正確的是( ) 圖2 A.木塊所受的合外力為零 B.因木塊所受的力都不對其做功,所以合外力做的功為零 C.重力和摩擦力的合力做的功為零 D.重力和摩擦力的合力為零 【解析】 物體做曲線運動,速度方向變化,加速度不為零,故合外力不為零,A錯;速率不變,動能不變,由動能定理知,合外力做的功為零,而支持力始終不做功,重力做正功,所以重力做的功與摩擦力做的功的代數(shù)和為零,但重力和摩擦力的合力不為零,C對,B、D錯. 【答案】 C 4.物體在合外力作用下做直線運動的vt圖象如圖3所示,下列表述正確的是( ) 【導(dǎo)學(xué)號:02690051】 圖3 A.在0~1 s內(nèi),合外力做正功 B.在0~2 s內(nèi),合外力總是做負(fù)功 C.在1 s~2 s內(nèi),合外力不做功 D.在0~3 s內(nèi),合外力總是做正功 【解析】 由vt圖象知0~1 s內(nèi),v增加,動能增加,由動能定理可知合外力做正功,A對,B錯;1 s~2 s內(nèi)v減小,動能減小,合外力做負(fù)功,可見C、D錯. 【答案】 A 5.(多選)質(zhì)量為m的汽車在平直公路上行駛,發(fā)動機(jī)的功率P和汽車受到的阻力f均恒定不變,在時間t內(nèi),汽車的速度由v0增加到最大速度vm,汽車前進(jìn)的距離為x,則此段時間內(nèi)發(fā)動機(jī)所做的功W可表示為( ) A.W=Pt B.W=fx C.W=mv-mv+fx D.W=mv+fx 【解析】 由題意知,發(fā)動機(jī)功率不變,故t時間內(nèi)發(fā)動機(jī)做功W=Pt,所以A正確;車做加速運動,故牽引力大于阻力f,故B錯誤;根據(jù)動能定理W-fx=mv-mv,所以C正確,D錯誤. 【答案】 AC 6.木塊靜止掛在繩子下端,一子彈以水平速度射入木塊并留在其中,再與木塊一起共同擺到一定高度,如圖4所示,從子彈開始入射到共同上擺到最大高度的過程中,下面說法正確的是( ) 圖4 A.子彈的機(jī)械能守恒 B.木塊的機(jī)械能守恒 C.子彈和木塊的總機(jī)械能守恒 D.以上說法都不對 【解析】 子彈打入木塊的過程中,子彈克服摩擦力做功產(chǎn)生熱能,故系統(tǒng)機(jī)械能不守恒. 【答案】 D 7.如圖5所示,在高1.5 m的光滑平臺上有一個質(zhì)量為2 kg的小球被一細(xì)線拴在墻上,球與墻之間有一根被壓縮的輕質(zhì)彈簧.當(dāng)燒斷細(xì)線時,小球被彈出,小球落地時的速度大小為2 m/s,則彈簧被壓縮時具有的彈性勢能為(g取10 m/s2)( ) 圖5 A.10 J B.15 J C.20 J D.25 J 【解析】 彈簧與小球組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒,以水平地面為零勢能面,Ep+mgh=mv2,解得Ep=10 J,A正確. 【答案】 A 8.如圖6所示,一根很長的、不可伸長的柔軟輕繩跨過光滑定滑輪,繩兩端各系一小球a和b,a球質(zhì)量為m,靜置于地面;b球質(zhì)量為3m,用手托住,高度為h,此時輕繩剛好拉緊,從靜止開始釋放b球后,a可能達(dá)到的最大高度為( ) 圖6 A.h B.1.5h C.2h D.2.5h 【解析】 釋放b后,在b到達(dá)地面之前,a向上加速運動,b向下加速運動,a、b系統(tǒng)的機(jī)械能守恒,若b落地瞬間速度為v,則3mgh=mgh+mv2+(3m)v2,可得v=.b落地后,a向上做勻減速運動,設(shè)能夠繼續(xù)上升的高度為h′,由機(jī)械能守恒得mv2=mgh′,h′=.所以a達(dá)到的最大高度為1.5h,B正確. 【答案】 B 9.(2015天津高考)如圖7所示,固定的豎直光滑長桿上套有質(zhì)量為m的小圓環(huán),圓環(huán)與水平狀態(tài)的輕質(zhì)彈簧一端連接,彈簧的另一端連接在墻上,且處于原長狀態(tài).現(xiàn)讓圓環(huán)由靜止開始下滑,已知彈簧原長為L,圓環(huán)下滑到最大距離時彈簧的長度變?yōu)?L(未超過彈性限度),則在圓環(huán)下滑到最大距離的過程中( ) 圖7 A.圓環(huán)的機(jī)械能守恒 B.彈簧彈性勢能變化了mgL C.圓環(huán)下滑到最大距離時,所受合力為零 D.圓環(huán)重力勢能與彈簧彈性勢能之和保持不變 【解析】 圓環(huán)沿桿下滑的過程中,圓環(huán)與彈簧組成的系統(tǒng)動能、彈性勢能、重力勢能之和守恒,選項A、D錯誤;彈簧長度為2L時,圓環(huán)下落的高度h=L,根據(jù)機(jī)械能守恒定律,彈簧的彈性勢能增加了ΔEp=mgh=mgL,選項B正確;圓環(huán)釋放后,圓環(huán)向下先做加速運動,后做減速運動,當(dāng)速度最大時,合力為零,下滑到最大距離時,具有向上的加速度,合力不為零,選項C錯誤. 【答案】 B 二、計算題 10.如圖8所示,斜面長為s,傾角為θ,一物體質(zhì)量為m,從斜面底端的A點開始以初速度v0沿斜面向上滑行,斜面與物體間的動摩擦因數(shù)為μ,物體滑到斜面頂端B點時飛出斜面,最后落在與A點處于同一水平面上的C處,則物體落地時的速度大小為多少? 【導(dǎo)學(xué)號:02690052】 圖8 【解析】 對物體運動的全過程,由動能定理可得: -μmgscos θ=mv-mv 所以vC=. 【答案】 11.(2016天津高考)我國將于2022年舉辦冬奧會,跳臺滑雪是其中最具觀賞性的項目之一.如圖9所示,質(zhì)量m=60 kg的運動員從長直助滑道AB的A處由靜止開始以加速度a=3.6 m/s2勻加速滑下,到達(dá)助滑道末端B時速度vB=24 m/s,A與B的豎直高度差H=48 m.為了改變運動員的運動方向,在助滑道與起跳臺之間用一段彎曲滑道銜接,其中最低點C處附近是一段以O(shè)為圓心的圓?。滥┒薆與滑道最低點C的高度差h=5 m,運動員在B、C間運動時阻力做功W=-1 530 J,取g=10 m/s2. 圖9 (1)求運動員在AB段下滑時受到阻力Ff的大??; (2)若運動員能夠承受的最大壓力為其所受重力的6倍,則C點所在圓弧的半徑R至少應(yīng)為多大. 【解析】 (1)運動員在AB段做初速度為零的勻加速運動,設(shè)AB的長度為x,則有 v=2ax① 由牛頓第二定律有 mg-Ff=ma② 聯(lián)立①②式,代入數(shù)據(jù)解得 Ff=144 N.③ (2)設(shè)運動員到達(dá)C點時的速度為vC,在由B到達(dá)C的過程中,由動能定理有 mgh+W=mv-mv④ 設(shè)運動員在C點所受的支持力FN,由牛頓第二定律有 FN-mg=m ⑤ 由運動員能夠承受的最大壓力為其所受重力的6倍,聯(lián)立④⑤式,代入數(shù)據(jù)解得 R=12.5 m.⑥ 【答案】 (1)144 N (2)12.5 m 12.如圖10所示,質(zhì)量為m的木塊放在光滑的水平桌面上,用輕繩繞過桌邊的光滑定滑輪與質(zhì)量為M的砝碼相連.已知M=2m,讓繩拉直后使砝碼從靜止開始下降h的距離(未落地)時,木塊仍沒離開桌面,則砝碼的速度為多少? 圖10 【解析】 解法一:用E初=E末求解. 設(shè)砝碼開始離桌面的高度為x,取桌面所在的水平面為參考面,則系統(tǒng)的初始機(jī)械能E初=-Mgx, 系統(tǒng)的末機(jī)械能E末=-Mg(x+h)+(M+m)v2. 由E初=E末得:-Mgx=-Mg(x+h)+(M+m)v2, 解得v=. 解法二:用ΔEk增=ΔEp減求解. 在砝碼下降h的過程中,系統(tǒng)增加的動能為 ΔEk增=(M+m)v2, 系統(tǒng)減少的重力勢能ΔEp減=Mgh, 由ΔEk增=ΔEp減得:(M+m)v2=Mgh, 解得v==. 【答案】- 1.請仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對于不預(yù)覽、不比對內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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