2024-2025学年高中物理第四章机械能和能源6能源的开发与利用课时练习含解析教科版必修2

PAGE8-能源的开发与利用(25分钟·60分)一、选择题(本题共6小题,每题5分,共30分)1.(2024·文昌高一检测)下列能源中,不是“可再生”能源的是 ()A.太阳能B.自然气C.风能D.潮汐能【解析】选B。依据可再生和不行再生能源的区分,可知:煤、石油、自然气等化石能源是短时间内不能再次产生的,是不行再生能源。太阳能、潮汐能、风能等在短时间内可以再次产生,是可再生能源,A、C、D错误,B正确。2.动车组列车进站前的减速过程分为两个阶段进行:第一阶段采纳“再生刹车”技术,速度从250km/h减至90km/h,这期间停止动力供应,列车依靠惯性接着前行,并带动发电机发电;其次阶段采纳机械刹车,速度从90km/hA.第一阶段减小的动能全部转化为电能,即电能等于减小的动能B.第一阶段减小的动能有一部分转化为电能,即电能小于减小的动能C.其次阶段减小的动能主要转化为内能,且内能等于减小的动能D.其次阶段减小的动能主要转化为内能,且内能大于减小的动能【解析】选B。第一阶段减速过程中,由于速度变小,所以动能变小,由于接着行驶并带动发电机发电,故将一部分动能转化为电能。减小的动能有一部分转化为电能,即电能小于减小的动能,A错误、B正确;其次阶段减小的动能有一部分转化为内能,有一部分转化成了电能,所以内能小于减小的动能,故C、D错误。3.韩晓鹏是我国首位在冬奥会雪上项目夺冠的运动员。他在一次自由式滑雪空中技巧竞赛中沿“助滑区”保持同一姿态下滑了一段距离,重力对他做功1900J,他克服阻力做功100J。韩晓鹏在此过程中 ()A.动能增加了1900JB.动能增加了2000JC.重力势能减小了1900J D.重力势能减小了2000J【解题指南】解答本题时应从以下两点进行分析:(1)动能定理:合外力做功等于动能的增量。(2)重力做功等于重力势能的变更量。【解析】选C。由动能定理得W合=1900J-100J=1800J,动能增加了1800J,故A、B错;重力势能的变更量等于重力做功等于1900J,C正确,D错误。4.如图所示,木块A放在木板B的左端,用恒力F将A拉至B的右端,第一次将B固定在地面上,F做功为W1,产生的热量为Q1;其次次让B可以在光滑地面上自由滑动,F做的功为W2,产生的热量为Q2,则应有 ()A.W1<W2,Q1=Q2 B.W1=W2,Q1=Q2C.W1<W2,Q1<Q2 D.W1=W2,Q1<Q2【解析】选A。木块从木板左端滑到右端,F所做的功W=Fs,因为木板不固定时木块的位移要比固定时长,所以W1<W2。摩擦产生的热量Q=Fs相对,两次都从木板左端滑到右端,相对位移相等,所以Q1=Q2。故A正确,B、C、D错误。5.如图所示,木块静止在光滑水平桌面上,一子弹水平射入木块的深度为d时,子弹与木块相对静止,在子弹入射的过程中,木块沿桌面移动的距离为L,木块对子弹的平均阻力为f,那么在这一过程中不正确的是 ()A.木块的机械能增量为fLB.子弹的机械能削减量为f(L+d)C.系统的机械能削减量为fdD.系统的机械能削减量为f(L+d)【解析】选D。木块机械能的增量等于子弹对木块的作用力f做的功fL,A正确;子弹机械能的削减量等于动能的削减量,即子弹克服阻力做的功f(L+d),B正确;系统变更的机械能等于力f做的总功,即ΔE=fL-f(L+d)=-fd,故机械能削减量为fd,C正确,D错误。6.消防车供水系统主要由水泵、输水管道和水炮组成。如图所示,在地面上用消防水炮对建筑物上离地高度h=20m的着火点进行灭火,水炮口与着火点的水平距离x=30m,水柱的最高点恰好在着火点处,水炮出水量为3.6m3/min,水的密度为1×103kg/m3,A.水从水炮口射出的速度为30B.水到达着火点瞬间的速度为30C.空中水柱的质量为7200D.水泵的输入功率为31.25kW【解析】选D。水炮射出的水可看成从着火点到水炮的平抛运动,故有:h=gt2,x=v0t,vy=gt,v=,联立解得:v0=15m/s,v=25m/s,t=2s;所以水从水炮口射出的速度为25m/s,水到达着火点瞬间的速度为15m/s,故A、B错误;空中水柱的质量M=ρQt=1×103××2kg=120kg,故C错误;水炮中的水喷射速度为v=25m/s,结合水泵效率和动能定理有:Pt×60%=二、计算题(本题共2小题,共30分。要有必要的文字说明和解题步骤,有数值计算的要标明单位)7.(14分)四川省“十二五”水利发展规划指出,若按现有供水实力测算,我省供水缺口极大,蓄引提水是目前解决供水问题的重要手段之一。某地要把河水抽高20m,进入蓄水池,用一台电动机通过传动效率为80%的皮带,带动效率为60%的离心水泵工作。工作电压为380V,此时输入电动机的电功率为19kW,电动机的内阻为0.4Ω。已知水的密度为1×103kg/m3,重力加速度g(1)电动机内阻消耗的热功率。(2)将蓄水池蓄入864m3的水须要的时间(【解析】(1)设电动机的电功率为P,则P=UI设电动机内阻r上消耗的热功率为Pr,则Pr=I2r代入数据解得Pr=1×103W(2)设蓄水总质量为M,所用抽水时间为t。已知抽水高度为h,容积为V,水的密度为ρ,则M=ρV设质量为M的河水增加的重力势能为ΔEp,则ΔEp=Mgh设电动机的输出功率为P0,则P0=P-Pr依据能量守恒定律得P0t×60%×80%=ΔEp代入数据解得t=2×104s。答案:(1)1×103W(2)2×104s8.(16分)(2024·成都高一检测)如图所示,半径为R的光滑半圆弧轨道与高为10R的光滑斜轨道放在同一竖直平面内,两轨道之间由一条光滑水平轨道CD相连,水平轨道与斜轨道间有一段圆弧过渡。在水平轨道上,轻质弹簧被a、b两小球挤压,处于静止状态。同时释放两个小球。a球恰好能通过圆弧轨道的最高点A,b球恰好能到达斜轨道的最高点B。已知a球质量为m1,b球质量为m2,重力加速度为g。求:(1)a球离开弹簧时的速度大小va。(2)b球离开弹簧时的速度大小vb。(3)释放小球前弹簧的弹性势能Ep。【解析】(1)由a球恰好能到达A点知m1g=m1由动能定理有-2m1gR=m1-m1得va=(2)对于b球由动能定理有-10m2gR=0-m2得vb=2(3)由机械能守恒定律得Ep=m1+m2得Ep=(m1+10m2)gR答案:(1)(2)2(3)(m1+10m2)gR(15分钟·40分)9.(6分)(多选)如图所示,在动摩擦因数为0.2的水平面上有一质量为3kg的物体被一个劲度系数为120N/m的压缩轻质弹簧突然弹开,物体离开弹簧后在水平面上接着滑行了1.3m才停下来,下列说法正确的是(g取A.物体起先运动时弹簧的弹性势能Ep=7.8JB.当物体速度最大时弹簧的压缩量为x=0.05C.物体离开弹簧时动能为7.8JD.当弹簧复原原长时物体的速度最大【解析】选B、C。依据能量的转化与守恒,物体离开弹簧后在水平面上滑行了x1=1.3m,知物体离开弹簧时的动能为Ek=μmgx1=0.2×3×10×1.3J=7.8J,设弹簧起先的压缩量为x0,则起先运动时弹簧的弹性势能Ep=μmg(x0+x1)=7.8J+μmgx0>7.8故选项A不合题意,选项C符合题意;当物体速度最大时,物体受的合外力为零,弹簧弹力与摩擦力平衡,弹簧未复原原长,即kx=μmg,解得物体速度最大时弹簧的压缩量x==m=0.05m,故选项B符合题意,选项D不符合题意。10.(6分)(多选)如图所示,足够长的传送带与水平方向的倾角为θ,物块a通过平行于传送带的轻绳跨过光滑轻滑轮与物块b相连,b的质量为m,起先时a、b及传送带均静止,且a不受传送带摩擦力作用,现让传送带逆时针匀速转动,则在b上升h高度(未与滑轮相碰)过程中 ()A.物块a重力势能削减mghB.摩擦力对a做的功大于a机械能的增量C.摩擦力对a做的功小于物块a、b动能增量之和D.随意时刻重力对a、b做功的瞬时功率大小相等【解析】选A、B、D。起先时,a、b及传送带均静止且a不受传送带摩擦力作用,有magsinθ=mg,则ma=,b上升h,则a下降hsinθ,则a重力势能的减小量为mag×hsinθ=mgh,故A正确;依据能量守恒得,系统机械能增加,摩擦力对a做的功等于a、b机械能的增量。所以摩擦力做功大于a的机械能增量。因为系统重力势能不变,所以摩擦力做功等于系统动能的增量,故C错误,B正确;随意时刻a、b的速率相等,对b:克服重力的瞬时功率Pb=mgv,对a有:Pa=magvsinθ=mgv,所以随意时刻重力对a、b做功的瞬时功率大小相等,故D正确。11.(6分)如图所示,可视为质点的小球A和B用一根长为0.2m的轻杆相连,两球质量相等,起先时两小球置于光滑的水平面上,并给两小球一个2m/s的初速度,经一段时间两小球滑上一个倾角为30°的光滑斜面,不计球与斜面碰撞时的机械能损失,g取10m/sA.杆对小球A做负功B.小球A的机械能守恒C.杆对小球B做正功D.小球B速度为零时距水平面的高度为0.15【解析】选D。将小球A、B看作一个系统,设小球的质量均为m,最终小球B上升的高度为h,依据机械能守恒定律有×2mv2=mgh+mg(h+l·sin30°),解得h=0.15m,D正确;以小球A为探讨对象,由动能定理有-mg(h+l·sin30°)+W杆=0-mv2,可知W杆>0,可见杆对小球A做正功,小球A的机械能不守恒,A、B错误;由于系统机械能守恒,故小球A增加的机械能等于小球B减小的机械能,杆对小球B做负功,C错误。12.(22分)(2024·达州高一检测)如图甲所示,倾角θ=37°的粗糙斜面固定在水平面上,斜面足够长。一根轻弹簧一端固定在斜面的底端,另一端与质量m=1.0kg的小滑块(可视为质点)接触,滑块与弹簧不相连,起先时弹簧处于压缩状态。当t=0时释放滑块,在0～0.24s时间内,滑块的加速度a随时间t变更的关系如图乙所示。已知弹簧的劲度系数k=2.0×102N/m,当t=0.14s时,滑块的速度v1=2.0m/s。g取10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8。弹簧弹性势能的表达式为Ep=kx2(式中k为弹簧的劲度系数(1)斜面对滑块摩擦力的大小;(2)t=0.14s时滑块与动身点间的距离d;(3)在0～0.44s时间内,摩擦力做的功W。【解析】(1)当t1=0.14s时,滑块与弹簧起先分别,此后滑块受重力、斜面的支持力和摩擦力,滑块起先做匀减速直线运动。由题中的图乙可知,在这段过程中滑块加速度的大小为:a1=10m/s2;依据牛顿其次定律有:mgsinθ+f=ma1,代入数据解得:f=4.0N;(2)当t1=0.14s时弹簧恰好复原原长,所以此时滑块与动身点间的距离d等于t0=0时弹簧的形变量x,所以在0～0.14s时间内弹簧弹力做的功为W弹=Ep初-Ep末=kd2。在这段过程中,依据动能定理有W弹-mgdsinθ-fd=m-0,代入数据解得d=0.20m;(3)设从t1=0.14s时起先,经时间Δt1滑块的速度减为零,则有Δt1==0.20s