2024-2025学年高中物理第七章第10节能量守恒定律与能源练习含解析新人教版必修2

PAGE8-能量守恒定律与能源[随堂检测]1．设想在一间与外界绝热的房间里，有一台正在工作的电冰箱，假如电冰箱的门是开着的，那么室内的温度将()A．上升 B．降低C．不变 D．都有可能解析：选A.电冰箱是利用制冷剂，如氟利昂从箱内蒸发器处吸热而汽化后，到箱外冷凝器中放热液化，然后又到蒸发器中吸热汽化…如此循环而制冷的．由于蒸发器温度低，冷凝器温度高，制冷过程中，全靠压缩机将蒸发器中的氟利昂抽出再压缩到冷凝器中，以实现热量从低温物体传递到高温物体．其中压缩机对氟利昂蒸汽做了功．电能转化为内能，所以制冷剂从蒸发器汲取的热量比整台冰箱放出的热量要少，房间又是绝热的，故室内温度上升．故A正确，B、C、D均错．2．滑雪运动深受人民群众宠爱．某滑雪运动员(可视为质点)由坡道进入竖直面内的圆弧形滑道AB，从滑道的A点滑行到最低点B的过程中，由于摩擦力的存在，运动员的速率不变，则运动员沿AB下滑过程中()A．所受合外力始终为零 B．所受摩擦力大小不变C．合外力做功肯定为零 D．机械能始终保持不变解析：选C.运动员做匀速圆周运动，所受合外力指向圆心，A项错误；由动能定理可知，合外力做功肯定为零，C项正确；运动员所受滑动摩擦力大小随运动员对滑道压力大小的改变而改变，B项错误；运动员动能不变，重力势能削减，所以机械能削减，D项错误．3．(多选)行驶中的汽车制动后滑行一段距离，最终停下；流星在夜空中坠落并发出光明的光；着陆伞在空中匀速下降．上述不同现象中所包含的相同的物理过程是()A．物体克服阻力做功B．物体的动能转化为其他形式的能量C．物体的势能转化为其他形式的能量D．物体的机械能转化为其他形式的能量解析：选AD.在这三个现象中，物体运动过程中都受到阻力，汽车受摩擦阻力，流星、着陆伞受空气阻力，故选项A正确；三个物体运动过程中，汽车是动能转化为了内能，流星、着陆伞是重力势能转化为其他形式的能量，总之是机械能转化为其他形式的能量，故选项D正确．4．如图所示，工厂利用足够长的皮带传输机把货物从地面运输到高出水平地面的C平台上，C平台离地面的高度肯定．传输机的皮带以肯定的速度v顺时针转动且不打滑．将货物轻轻地放在A处，货物随皮带到达平台．货物在皮带上相对滑动时，会留下肯定长度的痕迹．已知全部货物与皮带间的动摩擦因数为μ，满意tanθ<μ，可以认为最大静摩擦力等于滑动摩擦力()A．皮带对货物做的功等于货物动能的增加量B．皮带对货物做的功等于货物对皮带做的功C．因传送货物，电动机需多做的功等于货物机械能的增加量D．货物质量m越大，系统产生的热越多解析：选D.皮带对货物做的功等于货物的机械能的增加量，即动能和势能的增加量的和，A错；设货物向上加速时的加速度为a，则它加速过程沿皮带方向的位移为x物＝eq\f(v2,2a)，此过程皮带前进的距离x带＝v·eq\f(v,a)＝eq\f(v2,a).故皮带对货物做的功W1＝μmgcosθ·x物，货物对皮带做的功W2＝－μmgcosθ·x带，W1<W2，B错；依据能量守恒定律知，电动机对皮带多做的功，等于货物机械能的增加量和系统内能增加量的和，C错；系统产生的热量Q＝μmgcosθ·(x带－x物)＝μmgcosθ·eq\f(v2,2a)，故m越大，产生的热量越多，D对．5．风力发电是一种环保的电能获得方式．设计使每台风力发电机的功率为40kW．试验测得风的动能转化为电能的效率约为20%，空气的密度是1．29kg/m3，当地水平风速约为10m/s，问风力发电机的叶片长度约为多少才能满意设计要求？解析：设叶片的长度为L，风速为v，在时间t内流向叶片的空气质量为m＝ρV＝ρπL2vt，空气的动能Ek＝eq\f(1,2)mv2．由能量关系知：ηEk＝Pt，整理得功率P＝eq\f(1,2)ρπL2v3η．代入题给数据，解得L≈10m．答案：10m[课时作业]一、单项选择题1．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：选D.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白能量转化的多少，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．2．如图所示，一小孩从公园中粗糙的滑梯上自由加速滑下，其能量的改变状况是()A．重力势能减小，动能不变，机械能减小，总能量减小B．重力势能减小，动能增加，机械能减小，总能量不变C．重力势能减小，动能增加，机械能增加，总能量增加D．重力势能减小，动能增加，机械能守恒，总能量不变解析：选B.由能量转化和守恒定律可知，小孩在下滑过程中总能量守恒，故A、C均错误；由于摩擦力要做负功，机械能不守恒，故D错误；下滑过程中重力势能向动能和内能转化，故只有B正确．3．如图所示，两个完全相同的物体分别自斜面AC和BC顶端由静止起先下滑，物体与两斜面的动摩擦因数相同，物体滑至斜面底部C点时的动能分别为EA和EB，下滑过程中产生的热量分别为QA和QB，则()A．EA>EBQA＝QB B．EA＝EBQA>QBC．EA>EBQA>QB D．EA<EBQA>QB解析：选A.设斜面倾角为θ，底边长为b，则WFf＝μmgcosθ·eq\f(b,cosθ)＝μmgb，即摩擦力做功与斜面倾角无关，所以两物体的摩擦力做功相同，产生的热量相同．由题图知A物体的重力做的功大于B物体的重力做的功，再由动能定理知，EA>EB.故A正确．4．如图所示，一块长木板B放在光滑的水平面上，在B上放一物体A，现以恒定的外力拉B，由于A、B间摩擦力的作用，A将在B上滑动，以地面为参照物，A、B都向前移动一段距离．在此过程中()A．外力F做的功等于A和B动能的增量B．B对A的摩擦力所做的功等于A的动能增量C．A对B的摩擦力所做的功等于B对A的摩擦力所做的功D．外力F对B做的功等于B的动能增量解析：选B.物体A所受的合外力等于B对A的摩擦力，对物体A应用动能定理，则有B对A的摩擦力所做的功等于A的动能增量，B正确；A对B的摩擦力与B对A的摩擦力是一对作用力与反作用力，大小相等，方向相反，但是由于A在B上滑动，A、B对地的位移不相等，故二者做功不相等，C错误；对B应用动能定理，WF－WFf＝ΔEkB，即WF＝WFf＋ΔEkB，就是外力F对B做的功，等于B的动能增量与B克服摩擦力所做的功之和，D错误；由上述探讨知B克服摩擦力所做的功与B对A的摩擦力所做的功不相等，即WFf≠ΔEkA，WF≠ΔEkA＋ΔEkB，故A错误．5．蹦床运动员与床垫接触的过程可简化为下述模型：运动员从高处落到处于自然状态的床垫(A位置)上，随床垫一同向下做变速运动到达最低点(B位置)，如图．有关运动员从A运动至B的过程，说法正确的是()A．运动员的机械能守恒B．运动员的速度始终减小C．运动员的机械能先增加后减小D．运动员先失重后超重解析：选D.运动员从A运动至B的过程，床垫弹力对运动员做负功，运动员的机械能转化成了蹦床的弹性势能，运动员的机械能不断减小，A、C错；该过程运动员受到的合力先是向下后向上，加速度也是先向下后向上，所以运动员先失重后超重，D对；运动员的速度是先增加后减小的，B错．6．如图，两根相同的轻质弹簧，沿足够长的光滑斜面放置，下端固定在斜面底部挡板上，斜面固定不动．质量不同、形态相同的两物块分别置于两弹簧上端．现用外力作用在物块上，使两弹簧具有相同的压缩量，若撤去外力后，两物块由静止沿斜面对上弹出并离开弹簧，则从撤去外力到物块速度第一次减为零的过程，两物块()A．最大速度相同B．最大加速度相同C．上升的最大高度不同D．重力势能的改变量不同解析：选C.当弹簧的弹力和物块重力沿斜面对下的分力大小相等时，物块的速度最大，由于两物块的质量不同，故两物块速度分别达到最大时，与质量大的物块接触的弹簧的形变量较大，依据能量守恒定律可知，质量大的物块的最大速度较小，选项A错误；刚撤去外力时，两物块的加速度最大，依据牛顿其次定律得kx－mgsinθ＝ma(θ为斜面倾角)，a＝eq\f(kx,m)－gsinθ，由于两物块的质量不同，故两物块的最大加速度不同，选项B错误；从撤去外力到物块速度第一次减为零的过程中，弹簧的弹性势能全部转化为物块的重力势能，由于两物块质量不同，故上升的最大高度不同，选项C正确；两物块重力势能的改变量等于弹簧弹性势能的削减量，故重力势能的改变量相同，选项D错误．7．如图所示，一个粗细匀称的U形管内装有同种液体，液体质量为m．在管口右端用盖板A密闭，两边液面高度差为h，U形管内液体的总长度为4h，先拿去盖板，液体起先运动，由于管壁的阻力作用，最终管内液体停止运动，则该过程中液体机械能的削减转化为的内能是()A．eq\f(1,16)mgh B．eq\f(1,8)mghC．eq\f(1,4)mgh D．eq\f(1,2)mgh解析：选A.去掉右侧盖板之后，液体向左侧流淌，最终两侧液面相平，液体的重力势能削减，削减的重力势能转化为内能．如图所示，最终状态可等效为右侧eq\f(1,2)h的液柱移到左侧管中，即增加的内能等于该液柱削减的重力势能，则Q＝eq\f(1,8)mg·eq\f(1,2)h＝eq\f(1,16)mgh，故A正确．二、多项选择题8．下列关于能量转化的说法中，正确的是()A．能量在转化过程中，有一部分能量转化为内能，我们无法把这些内能收集起来重新利用B．各种形式的能量在转化中，总能量是不变的C．在能源的利用过程中，能量的总量并未削减，但在可利用的品质上降低了，从便于利用的变成了不便于利用的D．各种能量在不转化时是守恒的，但在转化时是不守恒的解析：选ABC.依据能量守恒定律可知，不论在能量的转化还是在能量的转移过程中，能量的总量都是不变的．由能量耗散知，在能量转化的过程中，有一部分能量转化为四周环境的内能，而我们无法把这些内能收集起来重新利用，这表明，在能源的利用过程中，能量的总量并未削减，但是在可利用的品质上降低了，从便于利用的变成不便于利用的了，而自然界的能量仍是守恒的．故选项A、B、C正确，D错误．9．质量为m的物体在竖直向上的恒力F作用下减速上升了H，下列说法正确的有()A．物体的重力势能增加了mgHB．物体的动能削减了FHC．物体的机械能增加了FHD．物体势能的增加量小于动能的削减量解析：选AC.物体向上运动时，重力做负功，重力势能增加mgH，选项A正确；合力做负功，动能削减了(mg－F)H，选项B错误；除重力以外的力F做了正功，机械能增加FH，选项C正确；由于机械能增加，所以物体重力势能的增加量大于动能的削减量，选项D错误．10．如图所示，固定的倾斜光滑杆上套有一个质量为m的小球，小球与一轻质弹簧一端相连，弹簧的另一端固定在地面上的A点．已知杆与水平面之间的夹角θ<45°，当小球位于B点时，弹簧与杆垂直，此时弹簧处于原长．现让小球自C点由静止释放，在小球滑到杆底端的整个过程中，关于小球的动能、重力势能和弹簧的弹性势能，下列说法正确的是()A．小球的动能与重力势能之和保持不变B．小球的动能与重力势能之和先增大后减小C．小球的动能与弹簧的弹性势能之和增大D．小球的重力势能与弹簧的弹性势能之和保持不变解析：选BC.以弹簧为探讨对象，小球运动过程中，弹簧的形变量先变小到原长，后变大，所以弹簧的弹性势能Ep1先减小后增大．再以弹簧和小球组成的系统为探讨对象，只有重力、弹力做功，所以系统的机械能守恒，则弹簧的弹性势能Ep1、小球的动能Ek和重力势能Ep2之和保持不变，即Ek＋Ep1＋Ep2＝恒量．由于Ep1先减小后增大，故选项A错误，选项B正确；由于Ep2始终减小，所以Ek与Ep1之和始终增大，选项C正确；由题意可知，小球的速度先增大后减小，即Ek先增大后减小，所以Ep1与Ep2之和先减小后增大，选项D错误．三、非选择题11．某一圆筒横截面积为3×10－2m2，筒内装水0．6kg，用水测量射到地面的太阳能，某一天中午在太阳光直射2min后，水的温度上升了1℃．已知水的比热容c＝4．2×103J/(kg·℃)．求：(1)在阳光直射下，地球表面每平方厘米每分钟获得的能量；(2)假设射到大气顶层的太阳能只有43%到达地面，另外57%被大气汲取和反射而未到达地面，你能由此估算出太阳辐射的功率吗(日地距离r＝1．5×1013cm)?解析：(1)圆筒内的水经过2min照耀后，增加的内能ΔE＝Q＝cmΔt解得ΔE＝2．52×103J每分钟获得的能量为eq\f(ΔE,2)＝1．26×103J/min圆筒面积S＝3×10－2m2＝3×102cm2地球上每分钟每平方厘米获得的能量为eq\f(ΔE,2S)＝4．2J/(min·cm2)．(2)上述能量也相当于以太阳为球心，以日地距离r为半径的球面上每分钟每平方厘米获得的能量，设太阳辐射的功率为P，则eq\f(P×60,4πr2)×43%＝eq\f(ΔE,2S)其中r＝1．5×1013cm解得P≈4．6×1026W．答案：(1)4.2J/(min·cm2)(2)4.6×1026W12．如图所示，用一块长L1＝1．0m的木板在墙和桌面间架