浙江省2024-2025学年高中物理第六章课时训练4能量守恒定律功能关系的综合应用含解析

PAGE7-课时训练4能量守恒定律、功能关系的综合应用基础巩固1.画作《瀑布》如图所示。有人对此画作了如下解读:水流从高处倾泻而下,推动水轮机发电,又顺着水渠流淌,回到瀑布上方,然后再次倾泻而下,如此自动地周而复始。这一解读违反了(D)A.库仑定律B.欧姆定律C.电荷守恒定律D.能量守恒定律2.上端固定的一根细线下面悬挂一摆球,摆球在空气中摇摆,摇摆的幅度越来越小,对此现象下列说法正确的是(B)A.摆球机械能守恒B.摆球的机械能正在削减C.能量正在消逝D.只有动能和重力势能的相互转化3.下列说法正确的是(C)A.随着科技的发展,第一类永动机是可以制成的B.太阳照耀到地球上的光能转化成了其他形式的能量,但照耀到宇宙空间的能量都消逝了C.“既要马儿跑,又让马儿不吃草”违反了能量转化和守恒定律,因而是不行能的D.有种“全自动”手表,不用上发条,也不用任何形式的电源,却能始终走动,说明能量可以凭空产生4.如图所示为“风光互补路灯”系统,在有阳光时通过太阳能电池板发电,有风时通过风力发电机发电,二者皆备时同时发电,并将电能输至蓄电池储存起来,供路灯照明运用。该系统(D)A.只可以实现风能转化为电能B.只可以实现太阳能转化为电能C.可以实现电能转化为风能D.可以同时实现风能、太阳能转化为电能解析:当同时具有风和阳光时,两者可同时发电,将风能、太阳能转化为电能,选项D正确。5.关于能源的开发和应用,下列说法中正确的是(C)A.能源应用的过程就是内能转化为机械能的过程B.化石能源的能量归根结底来自于太阳能,因此化石能源恒久不会枯竭C.在广袤的农村推广沼气前景广袤、意义重大,既变废为宝,削减污染,又大量节约能源D.随着科学技术的发展,煤炭资源将取之不尽,用之不竭解析:能源应用过程并不单纯是将内能转化为机械能的过程,各种转化形式均可为人类服务,故A错误;化石能源的能量虽然来自太阳能,但要经过数亿年的地质演化才能形成,且储量有限,为不行再生能源,故B错误;在广袤农村推广沼气对改善农村环境、节约能源意义重大,功在当代,利在千秋,故C正确;无论技术先进与否,煤炭资源不行能取之不尽、用之不竭,故D错误。6.低碳生活是一种绿色而又环保的新型生活方式,日常生活留意节电、节油、节气、节水,从点滴做起,爱护环境,爱护地球。下列关于能源与能量理解正确的是(D)A.能量是守恒的,没有必要提倡节约能源B.能量耗散表明自然界的能量在利用过程中正在不断地消逝C.自然界中石油、煤炭等能源取之不尽,用之不竭,只需不断开采D.人类应主动开发与利用风能、太阳能、潮汐能等可再生的新能源解析:在能源的利用过程中,虽然能量在数量上并未削减,但可利用率越来越小,故仍需节约能源,故A错误;能量耗散表明自然界的能量在转化的过程中可利用率越来越小,但总量不会减小,故B错误;自然界中石油、煤炭指的是亿万年前的大量生物经过地壳改变,被埋藏在地下,受地层压力和温度的影响,缓慢地形成的可以燃烧的矿物质,在短时间内不能再生,是不行再生能源,故C错误;太阳能、风能、潮汐能是可再生能源,人类应多开发与利用,故D正确。7.一个质量为25kg的小孩从高度为3.0m的滑梯顶端由静止起先滑下,滑究竟端时的速度为2.0m/s。取g=10m/s2,关于力对小孩做的功,以下结果正确的是(A)A.合外力做功50J B.阻力做功500JC.重力做功500J D.支持力做功50J解析:由动能定理可得,合外力对小孩做的功W合=12mv2-0=12×25×2=50J,故A正确;重力对小孩做的功WG=mgh=25×10×3J=750J,故C错误;由于支持力的方向始终与速度方向垂直,支持力对小孩不做功,故D错误;因为W合=WG+Wf,所以Wf=W合-WG=(50-750)J=-700J,故B错误。8.(2024·浙江11月学考)奥运会竞赛项目撑杆跳高如图所示,下列说法不正确的是(B)A.加速助跑过程中,运动员的动能增加B.起跳上升过程中,杆的弹性势能始终增加C.起跳上升过程中,运动员的重力势能增加D.越过横杆后下落过程中,运动员的重力势能削减,动能增加解析:加速助跑过程中,运动员的速度增大,动能增大,故A正确;起跳上升过程中,杆的形变量先增加后削减,弹性势能先增加后削减,故B错误;起跳上升过程中,运动员的重心上升,重力势能增加,故C正确;越过横杆后下落过程中,运动员重力做正功,重力势能削减,动能增加,D正确。实力提高9.如图所示是我国某10兆瓦(1兆瓦=106W)光伏发电站,投入运用后每年可削减排放近万吨二氧化碳。已知该地区每年能正常发电的时间约为1200h,则该电站年发电量约为(B)A.1.2×106kW·h B.1.2×107kW·hC.1.2×109kW·h D.1.2×1010kW·h解析:P=107W=104kW,t=1200h,则W=Pt=104×1200kW·h=1.2×107kW·h。10.如图所示,汽车在拱形桥上由A匀速率运动到B,以下说法正确的是(D)A.牵引力与克服摩擦力做的功相等B.合外力对汽车做正功C.牵引力和重力做的总功大于克服摩擦力做的功D.汽车在上拱形桥的过程中克服重力做的功等于汽车增加的重力势能解析:汽车由A匀速率运动到B,合外力始终指向圆心,合外力做功为零,即W牵+WG-Wf=0,即牵引力与重力做的总功等于克服摩擦力做的功,选项A,B,C错误;因为汽车匀速率运动,所以在上拱形桥的过程中,克服重力做的功等于汽车增加的重力势能,选项D正确。11.如图所示是具有登高平台的消防车,具有肯定质量的伸缩臂能够在5min内使承载4人的登高平台(人连同平台的总质量为400kg)上升60m到达灭火位置。此后,在登高平台上的消防员用水炮灭火,已知水炮的出水量为3m3/min,水离开炮口时的速率为20m10m/s2,则用于(B)A.水炮工作的发动机输出功率为1×104WB.水炮工作的发动机输出功率为4×104WC.水炮工作的发动机输出功率为2.4×106WD.伸缩臂抬升登高平台的发动机输出功率约为800W解析:登高平台的发动机输出功率为设备上升克服重力的功率,即P=mght=400360m3=120m3,喷出去水的质量为m=ρV=103×120kg=50kg,喷出去水的重力势能为WG=mgh=50×10×60J=3×104J,水的动能为12mv2=1×104J,所以1秒钟内水增加的能量为4×104J,所以功率为412.静止在地面上的物体在竖直向上的恒力作用下上升,在某一高度撤去恒力。不计空气阻力,在整个上升过程中,物体机械能随时间改变关系是(C)解析:在竖直向上的恒力作用下上升过程中,由于拉力对物体做正功,物体机械能增加,拉力做功WF=F·x=F·12at213.(2024·浙江11月学考)如图所示为某一嬉戏的局部简化示意图。D为弹射装置,AB是长为21m的水平轨道,倾斜直轨道BC固定在竖直放置的半径为R=10m的圆形支架上,B为圆形的最低点,轨道AB与BC平滑连接,且在同一竖直平面内。某次嬉戏中,无动力小车在弹射装置D的作用下,以v0=10m/s的速度滑上轨道AB,并恰好能冲到轨道BC的最高点。已知小车在轨道AB上受到的摩擦力为其重量的0.2倍,轨道BC光滑,则小车从A到C的运动时间是(A)A.5s B.4.8s C.4.4s D.3s解析:小车从A到B做匀减速直线运动,加速度大小为a1=μg=2m/s2,由xAB=v0t1-12a1t12得,t1=3s(t1=7s舍去),小车到达B点时的速度v1=v0-a1t1=4m/s,从B到C过程,依据机械能守恒定律,有12mv12=mgh,解得h=0.8m,依据几何关系,xBC=2Rsinθ,h=xBCsinθ,解得sinθ=0.2,从B到C做匀减速直线运动的加速度大小为a2=gsinθ,由0=v1-a2t2得t14.如图为某体校的铅球训练装置的示意图。假设运动员以6m/s速度将铅球从倾角为30°的轨道底端推出,当铅球向上滑到某一位置时,其动能削减了72J,机械能削减了12J,已知铅球(包括其中的上挂设备)质量为12kg,滑动过程中阻力大小恒定,则下列推断正确的是(C)A.铅球上滑过程中削减的动能全部转化为重力势能B.铅球向上运动的加速度大小为4m/s2C.铅球返回底端时的动能为144JD.运动员每推一次消耗的能量至少为60J解析:铅球从起先被推出到滑至某一位置时,受重力、支持力和阻力,依据动能定理,有-mg·lsin30°-fl=Ek-Ek0=-72J,机械能的减小量等于克服摩擦力做的功,即fl=ΔE=12J,联立可解得l=1m,f=12N,依据牛顿其次定律可得-mg·sin30°-f=ma,解得a=-6m/s2,故B错误;当铅球滑到某一位置时,动能削减了72J,机械能削减了12J,所以当铅球到达最高点时动能削减了12Ek′,由动能定理可得W=Ek′-Ek0,解得Ek′=144J,故C正确;铅球上滑过程中削减的动能全部转化为重力势能和内能,故A错误;依据能量守恒可知运动员每推一次消耗的能量至少为216J,故D错误。15.(2024·金丽衢十二校联考)如图所示,ABCD是游乐场中的滑道,它位于竖直平面内,由两个半径分别为R1=10m和R2=2m的14光滑圆弧,以及长L=10m、动摩擦因数μ=0.1的水平滑道组成,全部滑道平滑连接,D点恰好在水面上。游客(可视为质点)可由AB弧的随意位置从静止起先下滑,游客的质量为m=50kg,g取10m/s2(1)若到达AB弧的末端时速度为5m/s,此时游客对滑道的压力多大?(2)若要保证游客能滑入水中,起先下滑点与B点间圆弧所对应的圆心角要满意什么条件?(可用三角函数表示)(3)若游客在C点脱离滑道,求其落水点到D点的距离范围。解析:(1)在B点时,依据牛顿其次定律,有FN-mg=mvB解得FN=625N,依据牛顿第三定律可知,游客对滑道的压力大小为625N。(2)依据能量关系,为保证游客滑入水中,要满意mgR1(1-cosθ)-μmgL>0解得cosθ<0.9。(3)在C点恰好脱离轨道时,有mg=mv1解得v1=25从A点到C点,由动能定理可得mgR1-μmgL=12m解得v2=65即到达C点的速度范围是25m/s≤v≤由平抛运动的规律,有R2=12gt2,解得t=20则落水点到D点的距离x=vt-R2解得2(2-1)m≤x≤(62-2)m。答案:(1)625N(2)cosθ<0.9(3)2(2-1)m≤x≤(62-2)m16.如图所示,雪道与水平冰面在B处平滑地连接。小明乘雪橇从雪道上离冰面高度h=8m的A处自静止起先下滑,经B处后沿水平冰面滑至C处停止。已知小明与雪橇的总质量m=70kg,用速度传感器测得雪橇在B处的速度值vB=12m/s,不计空气阻力和连接处能量损失,小明和雪橇可视为质点,g取10m/s2。(1)从A到C过程中,小明与雪橇所受重力做了多少功;(2)从A到B过程中,小明与雪橇损失了多少机械能?(3)若小明乘雪橇最终停在BC的中点,则他应从雪道上距冰面多高处由静止起先下滑?解析:(1)从A到C过程中,小明与雪橇所受重力做的功WG=mgh,代入数值得WG=5.6×103J。(2)从A到B过程中,重力势能削减量ΔEp=mgh=5.6×103J,动能增加量ΔEk=12mvB2=5.04×损失的机械能为ΔE机=mgh-12mvB2=5.6×(3)设小明在雪道上所受阻力为Ff,在冰面上所受阻力为Ff′,B,C间距离为x,由动能定理有mgh-Ffhsinθ-Ffmgh′-Ffh'sinθ-Ff解得h′=h2=4m答案:(1)5.6×103J(2)5.6×102J(3)4m17.(2024·浙江6月学考)小明用如图所示轨道探究滑块的运动规律。长L1=1m的斜轨道倾角为α,斜轨道底端平滑连接长L2=0.1m的水平轨道,水平轨道左端与半径R=0.2m的光滑半圆形轨道底端B平滑连接。将质量m=0.05kg的滑块(可不计大小)从斜轨道顶端释放,滑块与斜轨道及水平轨道间的动摩擦因数均为μ=0.3。已知sin37°=0.6,cos37°=0.8。(1)当α=37°时,无初速释放滑块,求滑块到达B点时对半圆轨道压力FN的大小;(2)当α=37°时,为保证滑块能到达半圆轨道顶端A,应至少以多大速度v1释放滑块?(3)为保证滑块离开半圆轨道顶端A后恰好能垂直撞击斜轨道,求α的范围。解析:(1)从斜轨顶端滑到B点有mgL1sinα-μmgL1cosα-μmgL2=12mv在B点:FN-mg=mv联立两式并代入数据得FN=2.15N,由牛顿第三定律得FN′大小为2.15N。(2)若滑块恰能到达半圆轨道顶端A,到达A