高中物理 第4章 能量守恒與可持續(xù)發(fā)展 4_3+4_4 能量的轉化與守恒 能源與可持續(xù)發(fā)展學業(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 能量的轉化與守恒 能源與可持續(xù)發(fā)展學業(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《高中物理 第4章 能量守恒與可持續(xù)發(fā)展 4_3+4_4 能量的轉化與守恒 能源與可持續(xù)發(fā)展學業(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。

能量的轉化與守恒 能源與可持續(xù)發(fā)展 (建議用時：45分鐘) [學業(yè)達標] 1．下列說法正確的是(　　) A．隨著科技的發(fā)展，永動機是可以制成的 B．太陽照射到地球上的光能轉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能，C正確；所謂的“全自動”手表內(nèi)部是有能量轉化裝置的，只有當人戴著手表活動時，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，小電扇快速轉動，能給炎熱的夏季帶來一絲涼爽．該裝置的能量轉化情況是(　　) 圖437 A．太陽能→電能→機械能 B．太陽能→機械能→電能 C．電能→太陽能→機械能 D．機械能→太陽能→電能 【解析】　電池板中太陽能轉化為電能，小電動機中電能轉化為機械能． 【答案】　A 3．(2016杭州高一檢測)下列對能的轉化和守恒定律的認識錯誤的是(　　) 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)對外做功的機器——永動機是不可能制成的 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)對外做功的機器——永動機，違反了能量的轉化和守恒定律，不可能制成，C正確；石子在運動和碰撞中機械能轉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＝2 m 的曲面固定不動．一個質量為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(　　) 【導學號：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作用在質量為m的物體上，使物體從靜止開始運動，升高h時速度達到v，在這個過程中，設阻力恒為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的機械能的減少量，A錯；摩擦力對物體B做的功等于B機械做的減少，摩擦力對木板A做的功等于A機械能的增加，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)能全部轉化為機械能 B．利用不同深度的海水溫度不同來制造一種機器，把海水的內(nèi)能轉化為機械能 C．粗糙水平面上運動的物體的動能轉化為內(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)能轉化為物體的動能，使物體運動起來 【解析】　根據(jù)能量轉化和轉移的方向性可知，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化為機械能，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．在質量為0.5 kg的重物上安裝一極輕的細棒(設細棒足夠長)，如圖4310所示的那樣，用手在靠近重物處握住細棒，使重物靜止，握細棒的手不動，稍稍減小握力，使手和細棒間保持一定的摩擦力，讓重物和細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，當小物塊與傳送帶相對靜止時，轉化為內(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，勻加速過程前進的距離：x1＝＝，該時間內(nèi)傳送帶前進距離： 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化為電能，再利用電動機來驅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，并對車上的電動機提供10 A的電流. 【導學號：02690050】 圖4312 試問： (1)該太陽能電池將太陽能轉化為電能的效率是多少？ (2)如果這輛汽車的電動機將電能最終轉化為機械能的效率為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， 故轉化效率η1＝＝100%＝15%. (2)對于電動機有： F＝＝ N＝160 N. 【答案】　(1)15%　(2)160 N 12．小物塊A的質量為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；物塊從坡道進入水平滑道時，在底端O點處無機械能損失，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)　動能定理和機械能守恒定律 (建議用時：60分鐘) 一、選擇題 1．一質量為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． 設力F做功為WF，對小球由P→Q應用動能定理 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(　　) 【導學號：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，合外力做負功，可見C、D錯． 【答案】　A 5．(多選)質量為m的汽車在平直公路上行駛，發(fā)動機的功率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，汽車前進的距離為x，則此段時間內(nèi)發(fā)動機所做的功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)動機功率不變，故t時間內(nèi)發(fā)動機做功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．子彈的機械能守恒 B．木塊的機械能守恒 C．子彈和木塊的總機械能守恒 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量為2 kg的小球被一細線拴在墻上，球與墻之間有一根被壓縮的輕質彈簧．當燒斷細線時，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球質量為m，靜置于地面；b球質量為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，設能夠繼續(xù)上升的高度為h′，由機械能守恒得mv2＝mgh′，h′＝.所以a達到的最大高度為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量為m的小圓環(huán)，圓環(huán)與水平狀態(tài)的輕質彈簧一端連接，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？ 【導學號：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的大小； (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)設運動員到達C點時的速度為vC，在由B到達C的過程中，由動能定理有 mgh＋W＝mv－mv④ 設運動員在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)的初始機械能E初＝－Mgx， 系統(tǒng)的末機械能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】