名师伴你行高中物理人教版必修二课时作业21能量守恒定律与能源 Word版含答案 高考.docx
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名师伴你行高中物理人教版必修二课时作业21能量守恒定律与能源Word版含答案高考
课时作业(二十一)
10 能量守恒定律与能源
1.关于能量和能源,下列说法中正确的是( )
A.由于自然界的能量守恒,所以不需要节约能源
B.在利用能源的过程中,能量在数量上并未减少
C.能量耗散说明能量在转化过程中没有方向性
D.人类在不断地开发和利用新能源,所以能量可以被创造
[答案] B
[解析] 自然界的总能量是守恒的,能量只能从一种形式转化为另一种形式或从一个物体转移到别的物体,能量不可能被创造;在利用能源的过程中,能量在数量上并未减少,能量耗散使能量的利用品质降低了,能量转化具有方向性,因此要节约能源,故B正确,A、C、D错误.
2.(2014·大庆高一检测)下列现象中,物体动能转化为势能的是( )
A.秋千由最高点荡向最低点
B.张开的弓把箭水平射出去
C.骑自行车匀速驶上斜坡
D.正在腾空上升的礼花弹
[答案] D
[解析] 秋千由最高点荡向最低点是重力势能转化为动能;张开的弓把箭水平射出去是弹性势能转化为动能;骑自行车匀速驶上斜坡是人体内的化学能转化为重力势能;正在腾空上升的礼花弹是动能转化为重力势能,故只有D正确.
3.有关功和能,下列说法正确的是( )
A.力对物体做了多少功,物体就具有多少能
B.物体具有多少能,就一定能做多少功
C.物体做了多少功,就有多少能量消失
D.能量从一种形式转化为另一种形式时,可以用功来量度能量转化的多少
[答案] D
[解析] 功是能量转化的量度,即物体做了多少功,就有多少能量发生了转化;并非力对物体做了多少功,物体就具有多少能;也非物体具有多少能,就一定能做多少功,所以A、B错误.做功的过程是能量转化的过程,能量在转化过程中总量守恒并不消失,所以C错误.正确选项是D.
4.(2014·银川高一期末)关于能源的开发和利用,下列观点不正确的是( )
A.能源是有限的,无节制地使用常规能源,是一种盲目的短期行为
B.根据能量守恒定律,能源是取之不尽、用之不竭的
C.能源的开发和利用,必须同时考虑其对生态环境的影响
D.不断开发新能源,是缓解能源危机、加强环境保护的重要途径
[答案] B
[解析] 在能源的利用过程中,虽然能量的数量并未减少,但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.所以,我们要节约能源,保护环境.
5.关于“能量耗散”的下列说法中,正确的是( )
①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,这种现象叫做能量耗散;②能量在转化过程中变少的现象叫做能量耗散;③能量耗散表明,在能源的利用过程中,即在能量的转化过程中,能量的数量并未减少,但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,而自然界的能量守恒;④能量耗散表明,各种能量在不转化时是守恒的,但在转化时是不守恒的.
A.①③B.①④C.②③D.②④
[答案] A
[解析] 自然界中各种能量的总和是一定的,各种能量的转化是守恒的,只不过有些能量在转化后,不能再回收利用了,故正确答案为A.
6.一质量均匀的不可伸长的绳索(其重力不可忽略)A、B两端固定在天花板上,如图所示,今在最低点C施加一竖直向下的力将绳拉至D点,在此过程中绳索AB的重心位置将( )
A.逐渐升高B.逐渐降低
C.先降低后升高D.始终不变
[答案] A
[解析] 由功能关系可知,拉力对绳做正功,机械能增加,而动能初、末状态均为零,所以绳的重力势能增加,重心升高,故A对.
7.(2014·合肥高一检测)质量为m的物体在竖直向上的拉力F的作用下从静止出发以2g的加速度匀加速上升h,则( )
A.物体的机械能增加3mgh
B.物体的重力势能增加mgh
C.物体的动能增加Fh
D.物体在上升过程中机械能守恒
[答案] AB
[解析] 由F-mg=2mg,得拉力F=3mg,机械能的增加等于拉力F做的功,即WF=Fh=3mgh,A对,D错.重力势能的增加等于克服重力做的功mgh,B对.动能的增加等于合力做的功,即W合=m·2g·h=2mgh=
Fh,C错.
8.(2014·衡水高一检测)2012年3月24日在国际泳联大奖赛北京站中,中国选手何冲在男子3米板决赛中获得冠军.若何冲的质量为m,他入水后受到水的阻力而做减速运动,设水对他的阻力大小恒为F,在水中下降高度h的过程中,他的(g为当地重力加速度)( )
A.重力势能减少了mgh
B.动能减少了Fh
C.机械能减少了(F+mg)h
D.机械能减少了Fh
[答案] AD
[解析] 重力势能的减少量等于重力做的功mgh,A对.动能的减少量等于克服合力做的功,为(F-mg)h,B错.机械能的减少量等于克服阻力F做的功Fh,C错,D对.
9.足够长的传送带以速度v匀速传动,一质量为m的小物体A由静止轻放于传送带上,若小物体与传送带之间的动摩擦因数为μ,如图所示,当物体与传送带相对静止时,转化为内能的能量为( )
A.mv2B.2mv2
C.
mv2D.
mv2
[答案] D
[解析] 物体A被放于传送带上做匀加速直线运动,加速度a=
=μg,匀加速过程前进的距离x1=
=
.
该时间内传送带前进的距离x2=vt=v·
=
.
所以物体相对传送带滑动距离Δx=x2-x1=
,
故产生的内能为Q=μmg·Δx=μmg·
=
mv2,D正确.
10.如图所示,木块A放在木块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;第二次让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 C.W1 [答案] A [解析] F做的功W=FlA,第一次lA1比第二次lA2小,故W1 11.如图所示,在高h=0.8m的水平光滑桌面上,有一轻弹簧,其左端固定,质量为m=1kg的小球在外力作用下使弹簧处于压缩状态.由静止释放小球,将小球水平弹出,小球离开弹簧时的速度为v1=3m/s,不计空气阻力.求: (1)弹簧处于压缩状态时所具有的弹性势能是多少? (2)小球落地时速度v2的大小.(取g=10m/s2) [答案] (1)4.5J (2)5m/s [解析] (1)根据动能定理,弹簧的弹力对小球所做的功等于小球增加的动能. W= mv = ×1×32J=4.5J 由功能关系知,弹力做的功等于弹性势能的减少量,则弹簧处于压缩状态时,所具有的弹性势能Ep=4.5J. (2)由动能定理得 mgh= mv - mv 代入数据解得v2=5m/s. 12.如图所示,传送带与水平面之间的夹角θ=30°,其上A、B两点间的距离L=5m,传送带在电动机的带动下以v=1m/s的速度匀速运动.现将一质量m=10kg的小物体(可视为质点)轻放在传送带的A点,已知小物体与传送带之间的动摩擦因数μ= ,在传送带将小物体从A点传送到B点的过程中,求: (取g=10m/s2) (1)传送带对小物体做的功; (2)电动机做的功. [答案] (1)255J (2)270J [解析] (1)小物体加速过程根据牛顿第二定律有: μmgcosθ-mgsinθ=ma, 小物体上升的加速度a= g=2.5m/s2, 当小物体的速度v=1m/s时,位移是: x= =0.2m. 即小物体将以v=1m/s的速度完成4.8m的路程, 由功能关系得: W=ΔEk+ΔEp=mgLsinθ+ mv2=255J. (2)电动机做功使小物体机械能增加,同时小物体与传送带间因摩擦产生热量Q, 由v=at得t= =0.4s,相对位移x′=vt- vt=0.2m, 摩擦生热Q=μmgx′cosθ=15J, 故电动机做的功W电=W+Q=270J. 13.如图所示,MNP为竖直面内一固定轨道,其圆弧段MN与水平段NP相切于N,P端固定一竖直挡板.M相对于N的高度为h,NP长度为s.一木块自M端从静止开始沿轨道下滑,与挡板发生一次完全弹性碰撞后停止在水平轨道上某处.若在MN段的摩擦可忽略不计,物块与NP段轨道间的动摩擦因数为μ,求物块停止的位置与N点距离的可能值. [答案] 2s- 或 -2s [解析] 根据功能原理,在物块从开始下滑到停止在水平轨道上的过程中,物块的重力势能的减少ΔEp与物块克服摩擦力所做功的数值相等. ΔEp=W ① 设物块的质量为m,在水平轨道上滑行的总路程为s′,则 ΔEp=mgh ② W=μmgs′ ③ 联立①②③化简得 s′= ④ 第一种可能是: 物块与弹性挡板碰撞后,在N前停止,则物块停止的位置距N的距离为 d=2s-s′=2s- ⑤ 另一种可能是: 物块与弹性挡板碰撞后,可再一次滑上光滑圆弧轨道,滑下后在水平轨道上停止,则物块停止的位置距N的距离为 d=s′-2s= -2s ⑥ 所以物块停止的位置距N的距离可能为2s- 或 -2s. 班级: ________ 姓名: ________ 分数: ________ 第五章综合微评 (时间90分钟,满分100分) 第Ⅰ卷(选择题 共48分) 一、选择题(本大题共12小题,每小题4分,共48分。 在每小题给出的四个选项中,有的只有一个选项正确,有的有多个选项正确.全部选对的得4分,选对但不全的得2分,有选错或不答的得0分) 1.关于曲线运动,下列说法正确的是( ) A.物体在恒力作用下不可能做曲线运动 B.物体在变力作用下一定做曲线运动 C.做曲线运动的物体,其速度大小可能不变 D.速度大小和加速度大小均不变的运动不可能是曲线运动 [答案] C [解析] 物体做曲线运动的条件是物体所受的合力与速度方向不在同一条直线上,与恒力和变力无关,A、B错误;做曲线运动的物体速度方向不断变化,速度大小可以变化也可以不变,C正确;速度大小和加速度大小均不变的运动也可能是曲线运动,如匀速圆周运动,D错误. 2.关于平抛运动和圆周运动,下列说法正确的是( ) A.平抛运动是匀变速曲线运动 B.匀速圆周运动是速度不变的运动 C.圆周运动是匀变速曲线运动 D.做平抛运动的物体落地时的速度一定是竖直向下的 [答案] A [解析] 平抛运动的加速度恒定,所以平抛运动是匀变速曲线运动,A正确;平抛运动水平方向做匀速直线运动,所以落地时速度一定有水平分量,不可能竖直向下,D错误;匀速圆周运动的速度方向时刻变化,B错误;匀速圆周运动的加速度始终指向圆心,也就是方向时刻变化,所以不是匀变速运动,C错误. 3.狗拉雪橇沿位于水平面内的圆弧形道路匀速率行驶,如图为4个关于雪橇受到的牵引力F及摩擦力Ff的示意图(图中O为圆心),其中正确的是( ) [答案] C [解析] 物体做曲线运动时,其线速度方向沿曲线上某点的切线方向,该题中,雪橇沿圆周运动到某点时,速度沿该点圆周的切线方向,所受的摩擦力Ff方向一定与其线速度方向相反;由于雪橇做匀速圆周运动,所以它所受牵引力F和摩擦力Ff的合力一定指向圆心,由此推知只有图C满足条件. 4.一探照灯照射在云层底面上,云层底面是与地面平行的平面,如图所示,云层底面距地面高h,探照灯以角速度ω在竖直平面内转动,当光束转到与竖直方向夹角为θ时,云层底面上光点的移动速度是( ) A.hω B. C. D.hωtanθ [答案] C [解析] 当光束转到与竖直方向夹角为θ时,由v=ωr知云层底面上光点转动的线速度为 .设云层底面上光点的移动速度为v,则有vcosθ= ,解得云层底面上光点的移动速度v= ,选项C正确. 5.如图所示,斜面上a、b、c三点等距,小球从a点正上方O点抛出,做初速为v0的平抛运动,恰落在b点.若小球初速变为v,其落点位于c,则( ) A.v0 B.v=2v0 C.2v0 D.v>3v0 [答案] A [解析] 小球落在b点水平位移x1=v0t1,小球落在c点水平位移x2=vt2,因a、b、c三点等距,则x2=2x1,由t= 知t2>t1,所以v0 6.如图所示的直角三角板紧贴在固定的刻度尺上方,若使三角板沿刻度尺向右匀速运动的同时,一支铅笔从三角板直角边的最下端,由静止开始沿此边向上做匀加速直线运动,下列关于铅笔尖的运动及其留下的痕迹的判断,其中正确的有( ) A.笔尖留下的痕迹是一条倾斜的直线 B.笔尖留下的痕迹是一条抛物线 C.在运动过程中,笔尖的速度方向始终保持不变 D.在运动过程中,笔尖的加速度方向始终保持不变 [答案] BD [解析] 笔尖实际参与的是水平向右的匀速直线运动和竖直向上的初速度为零的匀加速度直线运动的合运动,合运动是类平抛运动,其运动轨迹为抛物线,A错,B对;笔尖做曲线运动,在运动过程中,笔尖的速度方向不断变化,C错;笔尖的加速度方向始终向上,D对. 7.(2014·宁波高一检测)某公园里的过山车驶过轨道的最高点时,乘客在座椅里面头朝下,人体颠倒,若轨道半径为R,人体重为mg,要使乘客经过轨道最高点时对座椅的压力等于自身的重力,则过山车在最高点时的速度大小为( ) A.0B. C. D. [答案] C [解析] 由题意知F+mg=2mg=m ,故速度大小v= ,C正确. 8.如图所示,质量不计的轻质弹性杆P插入桌面上的小孔中,杆的另一端固定一质量为m的小球,今使小球在水平面内做半径为R的匀速圆周运动,角速度为ω,则下列说法正确的是(重力加速度为g)( ) A.球所受的合力大小为m B.球所受的合力大小为m C.球对杆作用力的大小为m D.球对杆作用力的大小为m [答案] D [解析] 小球沿水平方向做匀速圆周运动,其所受合力提供向心力,大小为mω2R,A、B均错误;设杆对球的作用力为F,沿竖直方向的分力为Fy,水平方向的分力为Fx,则Fx=mω2R,Fy=mg,故杆对球的作用力大小为F= =m .由牛顿第三定律可知,球对杆的作用力大小为m ,故C错误,D正确. 9.(2014·上饶四校联考)如图所示,AB为斜面,BC为水平面,从A点以水平初速度v向右抛出一小球,其落点与A的水平距离为s1,从A点以水平初速度2v向右抛出一小球,其落点与A的水平距离为s2,不计空气阻力,则s1∶s2可能为( ) A.1∶2B.1∶3 C.1∶4D.1∶5 [答案] ABC [解析]若两球都落到平面上,由于飞行时间相等,所以水平位移之比为1∶2;若两球都落到斜面AB上,设斜面的倾角为θ,落点到A点的距离为x,则xcosθ=v0t,xsinθ= gt2,得: t= ,水平位移s=v0t= ,故s1∶s2=1∶4,C正确;若分别落在斜面和平面上应在二者之间,B正确. 10.(2014·武汉高一检测)横截面为直角三角形的两个相同斜面紧靠在一起,固定在水平面上,如图所示.现有三个小球从左边斜面的顶点以不同的初速度向右平抛,最后落在斜面上,其落点分别是a、b、c.下列判断正确的是( ) A.图中三小球比较,落在a点的小球飞行时间最短 B.图中三小球比较,落在c点的小球飞行时间最短 C.图中三小球比较,落在c点的小球飞行过程速度变化最大 D.图中三小球比较,落在c点的小球飞行过程速度变化最快 [答案] B [解析] 小球在平抛运动过程中,可分解为竖直方向的自由落体运动和水平方向的匀速直线运动,由于竖直方向的位移为落在c点处的最小,而落在a点处的最大,所以落在a点的小球飞行时间最长,落在c点的小球飞行时间最短,A错误,B正确;而速度的变化量Δv=gt,所以落在c点的小球速度变化最小,C错误;三个小球做平抛运动的加速度都为重力加速度,故三个小球飞行过程中速度变化一样快,D错误. 11.两个质量不同的小球用长度不等的细线拴在同一点并在同一水平面内做匀速圆周运动.则它们的( ) A.运动周期相同 B.运动的线速度相同 C.运动的角速度相同 D.向心加速度相同 [答案] AC [解析] 设细线与竖直方向的夹角为θ,水平面距悬点的高度为h,细线的拉力与重力的合力提供向心力,则mgtanθ=m( )2htanθ,解得T=2π ,由此可知T与细线长度无关,A、C正确,B、D错误. 12.(2013·江苏单科)如图所示,“旋转秋千”中的两个座椅A、B质量相等,通过相同长度的缆绳悬挂在旋转圆盘上.不考虑空气阻力的影响,当旋转圆盘绕竖直的中心轴匀速转动时,下列说法正确的是( ) A.A的速度比B的大 B.A与B的向心加速度大小相等 C.悬挂A、B的缆绳与竖直方向的夹角相等 D.悬挂A的缆绳所受的拉力比悬挂B的小 [答案] D [解析] 根据v=ωr,两座椅的ω相等,由rB>rA可知vB>vA,A错误;向心加速度a=ω2r,因ω相等r不等,故a不相等,B错误;水平方向mgtanθ=mω2r,即tanθ= ,因rB>rA,故θB>θA,C错误;竖直方向Tcosθ=mg,绳子拉力T= ,因θB>θA,故TB>TA,D正确. 第Ⅱ卷(非选择题 共52分) 二、填空题(本大题共3小题,共14分.将答案填写在题中横线上或按题目要求做答) 13.(4分)如图所示,轻绳通过定滑轮拉动物体,使其在水平面上运动.若拉绳的速度为v0,当绳与水平方向夹角为θ时,物体的速度v为________.若此时绳上的拉力大小为F,物体的质量为m,忽略地面的摩擦力,那么,此时物体的加速度为________. [答案] [解析] 物体的运动(即绳的末端的运动)可看做两个分运动的合成: (1)沿绳的方向被牵引,绳长缩短,缩短的速度等于v0; (2)垂直于绳以定滑轮为圆心的摆动,它不改变绳长.即速度v分解为沿绳方向和垂直绳方向的分速度,如图所示,vcosθ=v0,v= . 拉力F产生竖直向上拉物体和水平向右拉物体的效果,其水平分量为Fcosθ,加速度a= . 14.(4分)如图是某次实验中用频闪照相方法拍摄的小球(可视为质点)做平抛运动的闪光照片.如果图中每个方格的边长l表示的实际距离和闪光频率f均为已知量,那么在小球的质量m、平抛的初速度大小v0、小球通过P点时的速度大小v和当地的重力加速度值g这四个未知量中,利用上述已知量和图中信息( ) A.可以计算出m、v0和v B.可以计算出v、v0和g C.只能计算出v0和v D.只能计算出v0和g [答案] B [解析] 在竖直方向: Δy=5l-3l=gT2,可求出g;水平方向: v0= = ,且P点竖直方向分速度vy= = ,故P点速度大小为: v= ;但无法求出小球质量m,故B正确. 15.(6分)在做“研究平抛物体的运动”的实验时,通过描点法画出小球平抛运动轨迹,并求出平抛运动初速度.实验装置如图甲所示. (1)实验时将固定有斜槽的木板放在实验桌上,实验前要检查木板是否水平,请简述你的检查方法: ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________. (2)关于这个实验,以下说法正确的是( ) A.小球释放的初始位置越高越好 B.每次小球要从同一高度由静止释放 C.实验前要用重垂线检查坐标纸上的竖线是否竖直 D.小球的平抛运动要靠近但不接触木板 (3)某同学在描绘平抛运动轨迹时,得到的部分轨迹曲线如图乙所示.在曲线上取A、B、C三个点,测量得到A、B、C三点间竖直距离h1=10.20cm,h2=20.20cm,A、B、C三点间水平距离x1=x2=12.40cm,取g=10m/s2,则小球平抛运动的初速度大小为________m/s.(保留三位有效数字) [答案] (1)将小球放在槽的末端(或木板上)看小球能否静止(或用水平仪检查木板是否水平) (2)BCD (3)1.24 [解析] (3)由于x1=x2,则tAB=tBC.在竖直方向,h1和h2为连续相等时间内发生的位移,则h2-h1=gt2,所以t=0.1s,平抛运动的初速度v0= =1.24m/s. 三、计算题(本大题共4小题,共38分.解答应写出必要的文字说明、方程式或重要演算步骤,有数值计算的题目应写出数值和单位,只写出最后答案的不能得分) 16.(8分)质量m=2kg的物体在光滑平面上运动,其分速度vx和vy随时间变化的图线如图甲、乙所示,求: (1)t=8s时物体的位移; (2)物体的加速度及合力. [答案] (1)28.84m 方向与x轴正方向之间夹角的正切tanθ= (2)0.5m/s2 1N [解析] (1)t=8s时,x=v0t=3×8m=24m, y= ayt2= ×0.5×82m=16m 合位移s= = m=28.84m 方向与x轴正方向之间夹角的正切tanθ= . (2)由图象知物体的加速度a=ay=0.5m/s2,方向沿y轴正方向 又m=2kg 所以物体受到的合力F=ma=may=1N, 方向沿y轴正方向. 17.(8分)平抛一物体,当抛出1s后它的速度方向与水平方向成45°,落地时速度方向与水平方向成60°,求: (1)初速度大小; (2)开始抛出时距地面的高度; (3)水平射程.(取g=10m/s2) [答案] (1)10m/s (2)15m (3)17.32m [解析] (1)如图所示,作出平抛运动轨迹上这两个时刻的速度分解图.1s时,速度方向与水平方向成45°,说明v0=vy1,而vy1=gt1,解得v0=10m/s. (2)落地时速度的竖直分量 vy2=v0tan60°= v0=10 m/s 由v =2gh得h= = m=15m. (3)由h= gt 得t2= = s= s 水平射程x=v0t2=10× m≈17.32m. 18.(10分)在用高级沥青铺设的高速公路上,汽车的设计时速是108km/h,汽车在这种路面上行驶时,它的轮胎与地面的最大静摩擦力等于车重的0.6倍.如果汽车在这种高速公路的水平弯道上拐弯,假设弯道的路面是水平的,其弯道的最小半径是多少? 事实上在高速公路的拐弯处,路面造得外高内低,路面与水平面间的夹角为θ,且tanθ=0.2;而拐弯路段的圆弧半径R=200m.若要使车轮与路面之间的侧向摩擦力等于零,则车速v应为多少? (取g=10m/s2) [答案] 150m 20m/s [解析] 汽车在水平路上的速度v0=108km/h=30m/s,汽车拐弯的向心力由地面对汽车的摩擦力提供,静摩擦力最大时,汽车拐弯的半径最小,即Fm=m , 所以最小半径r小= = =150m 汽车在高速路上拐弯的向心力Fn=mgtanθ, 而Fn=m ,所以mgtanθ=m v= = m/s=20m/s. 19.(12分)如图所示,半径为R、内径很小的光滑半圆管置于竖直平面内,两个质量均为m的小球A、B,以不同的
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