高中物理课下能力提升二十一能量守恒定律与能源新人教版.docx
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高中物理课下能力提升二十一能量守恒定律与能源新人教版
2019-2020年高中物理课下能力提升二十一能量守恒定律与能源新人教版
一、选择题
1.下列现象属于能量的耗散的是( )
A.利用水流能发电产生电能
B.电能在灯泡中变成光能
C.电池的化学能变成电能
D.火炉把屋子烤暖
2.关于能量转化的说法错误的是( )
A.举重运动员举起重物,体内的一部分化学能转化为机械能
B.电流通过电阻丝使电能转化为内能
C.内燃机做功的过程是机械能转化为内能的过程
D.做功过程是能量转化过程,某过程做了10J的功,一定有10J的能量发生了转化
3.[多选]一质量为m的物体,在距地面高h处以
g的加速度由静止竖直下落到地面,下列说法中正确的是( )
A.物体的重力势能减少
mgh
B.物体的机械能减少
mgh
C.物体的动能增加
mgh
D.物体的重力做的功为mgh
4.将小球竖直上抛,经一段时间落回抛出点,若小球所受的空气阻力大小不变,对其上升过程和下降过程损失的机械能进行比较,下列说法中正确的是( )
A.上升过程损失的机械能大于下降过程损失的机械能
B.上升过程损失的机械能小于下降过程损失的机械能
C.上升过程损失的机械能等于下降过程损失的机械能
D.无法比较
5.一质量均匀不可伸长的绳索,重为G,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,将绳索缓慢拉至D点。
在此过程中,绳索AB的重心位置将( )
A.升高B.降低
C.先降低后升高D.始终不变
二、非选择题
6.风力发电是一种环保的电能获取方式。
图为某风力发电机外观图,现设计的每台风力发电机的功率为40kW。
实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时才能满足设计要求?
[提能练]
一、选择题
1.(xx·酒泉高一检测)有人设想在夏天用电冰箱来降低房间的温度。
他的办法是:
关好房间的门窗,然后打开冰箱的所有门让冰箱运转,且不考虑房间内外热量的传递。
则开机后,室内的温度将( )
A.升高
B.保持不变
C.开机时降低,停机时又升高
D.开机时升高,停机时降低
2.[多选]一颗子弹以某一水平速度击中了静止在光滑水平面上的木块,并从中穿出。
对于这一过程,下列说法正确的是( )
A.子弹减少的机械能等于木块增加的机械能
B.子弹和木块组成的系统机械能的损失量等于系统内能的增加量
C.子弹减少的机械能等于木块增加的动能和内能之和
D.子弹减少的动能等于木块增加的动能与子弹和木块系统增加的内能之和
3.[多选]质量为m1、m2的两物体,静止在光滑的水平面上,质量为m的人站在m1上用恒力F拉连接着m2的绳子,经过一段时间后,两物体的速度大小分别为v1和v2,位移分别为x1和x2,如图所示,则这段时间内此人所做的功的大小等于( )
A.Fx2
B.F(x1+x2)
C.
m2v
+
(m+m1)v
D.
m2v
4.[多选]构建和谐、节约型社会的思想深得民心,也体现在生活的方方面面。
自动充电式电动车就是很好的一例:
电动车的前轮装有发电机,发电机与蓄电池连接,当电动车滑行时,就可以向蓄电池充电,将其他形式的能转化成电能储存起来。
现有某人骑车以500J的初动能在粗糙的水平路面上滑行,第一次关闭充电装置,让车自由滑行,其动能随位移的变化关系如图线①所示;第二次启动充电装置,其动能随位移的变化关系如图线②所示,则( )
A.电动车受到的摩擦阻力为50N
B.电动车受到的摩擦阻力为83N
C.第二次启动充电装置,向蓄电池所充的电能是200J
D.第二次启动充电装置,向蓄电池所充的电能是300J
二、非选择题
5.(xx·黄浦区高一检测)节能混合动力车是一种可以利用汽油及所储存电能作为动力来源的汽车。
有一质量m=1000kg的混合动力轿车,在平直公路上以v1=90km/h匀速行驶,发动机的输出功率为P=50kW。
当驾驶员看到前方有80km/h的限速标志时,保持发动机功率不变,立即启动利用电磁阻尼带动工作的发电机给电池充电,使轿车做减速运动,运动L=72m后,速度变为v2=72km/h。
此过程中发动机功率的
用于轿车的牵引,
用于供给发电机工作,发动机输送给发电机的能量最后有50%转化为电池的电能。
假设轿车在上述运动过程中所受阻力保持不变。
求
(1)轿车以90km/h在平直公路上匀速行驶时,所受阻力F阻的大小;
(2)轿车从90km/h减速到72km/h过程中,获得的电能E电;
(3)轿车仅用其在上述减速过程中获得的电能E电维持72km/h匀速运动的距离L′。
答案
[基础练]
1.解析:
选D 能量耗散主要指其他形式的能量最终转化成环境的内能后,不能再次被收集起来重新利用,D正确。
2.解析:
选C 运动员举高重物过程中,消耗了体内存储的化学能,通过对重物做功使重物的机械能增加,A正确;电流通过电阻丝时,电流做功,使电能转化为内能,B正确;内燃机中燃料燃烧膨胀,对外做功,内能转化为机械能,C错误;功是能量转化的量度,D正确。
3.解析:
选BCD 物体从高h处落到地面的过程中,重力做的功为mgh,重力势能减少mgh,选项A错误,D正确;物体的加速度为
g,故合外力为
mg,合外力做的功为
mgh,根据动能定理,物体的动能增加
mgh,选项C正确;物体的重力势能减少mgh,动能增加
mgh,故机械能减少了
mgh,选项B正确。
4.解析:
选C 上升过程和下降过程中空气阻力均做负功,Wf=-Ffh,因此上升损失的机械能与下降损失的机械能大小相等,C正确。
5.解析:
选A 物体的重心不一定在物体上,对于一些不规则的物体要确定重心是比较困难的,本题绳索的重心是不容易标出的,因此,要确定重心的变化,只有通过别的途径确定。
当用力将绳索缓慢地从C点拉到D点,外力在不断的做功,而绳索的动能不增加,因此外力做功必定使绳索的重力势能增加,故绳索的重心位置将升高,A正确。
6.解析:
设叶片长度为r,则叶片转动的面积S=πr2。
取时间t内作用到面积为S的叶片上的空气流为研究对象,如图所示。
这部分空气流的质量m=ρV=ρSvt,
空气流的动能Ek=
mv2,
电功率P=
=
ρπr2v3,
得r=
≈9.94m。
答案:
9.94m
[提能练]
1.解析:
选A 电冰箱的压缩机运行时,一部分电能转化为内能,室内的温度将升高,故A正确。
2.解析:
选BD 由于子弹穿过木块的过程中,子弹与木块有相对位移,由能量守恒定律可得,子弹减少的动能转化为木块的动能和子弹与木块系统增加的内能,A、C错误,B、D正确。
3.解析:
选BC 根据能量守恒可知,人通过做功消耗的化学能将全部转化为物体m1和m2的动能以及人的动能,所以人做的功的大小等于F(x1+x2)=
m2v
+
(m+m1)v
,B、C正确。
4.解析:
选AC 当关闭充电装置,让车自由滑行时,电动车的动能全部用来克服摩擦力做功,转化为内能,有Ek=Ffx1,解得Ff=50N,A正确;当启动充电装置滑行时,电动车的动能一部分克服摩擦力做功,另一部分转化为蓄电池的电能,根据能量守恒有Ek=Ffx2+E电,故E电=Ek-Ffx2=200J,C正确。
5.解析:
(1)汽车牵引力与输出功率的关系P=F牵v,
将P=50kW,v1=90km/h=25m/s,
代入得F牵=
=2×103N,
当轿车匀速行驶时,牵引力与阻力大小相等,有
F阻=2×103N。
(2)在减速过程中,发动机只有
P用于汽车的牵引,根据动能定理有
Pt-F阻L=
mv
-
mv
,
代入数据得Pt=1.575×105J,
电池获得的电能为
E电=0.5×
Pt=6.3×104J。
(3)根据题设,轿车在平直公路上匀速行驶时受到的阻力仍为F阻=2×103N。
此过程中,由能量守恒定律可知,仅有电能用于克服阻力做功E电=F阻L′,代入数据得L′=31.5m。
答案:
(1)2×103N
(2)6.3×104J (3)31.5m
2019-2020年高中物理课下能力提升二十动能定理和机械能守恒定律的综合应用新人教版
一、选择题
1.(xx·黄山高一检测)一质量为m的物体在水平恒力F的作用下沿水平面运动,在t0时刻撤去力F,其vt图象如图所示。
已知物体与水平面间的动摩擦因数为μ,则下列关于力F的大小和力F做的功W的大小关系式,正确的是( )
A.F=μmg
B.F=2μmg
C.W=μmgv0t0
D.W=
μmgv0t0
2.如图所示,水平地面上固定一个光滑轨道ABC,该轨道由两个半径均为R的
圆弧平滑连接而成,O1、O2分别为两段圆弧所对应的圆心,O1、O2的连线竖直,现将一质量为m的小球(可视为质点)由轨道上A点静止释放,则小球落地点到A点的水平距离为( )
A.2RB.
R
C.3RD.
R
3.将一质量为m的小球套在一光滑的、与水平面夹角为α(α<45°)的固定杆上,小球与一原长为L的轻质弹性绳相连接,弹性绳的一端固定在水平面上,将小球从离地面L高处由静止释放,刚释放时,弹性绳长为L,如图所示。
小球滑到固定杆底端时速度恰好为零,则小球运动过程中,下列说法中正确的是( )
A.小球的机械能守恒
B.弹性绳的弹性势能将一直增大
C.小球到达底端时,弹性绳的弹性势能为mgL(cotα-1)
D.小球和弹性绳组成的系统机械能守恒
4.[多选]如图所示,质量分别为m和2m的两个小球A和B,中间用轻质杆相连,在杆的中点O处有一固定转动轴,把杆置于水平位置后释放,在B球顺时针摆动到最低位置的过程中(不计一切摩擦),下列说法正确的是( )
A.B球的重力势能减少,动能增加,B球和地球组成的系统机械能守恒
B.A球的重力势能增加,动能也增加,A球和地球组成的系统机械能不守恒
C.A球、B球和地球组成的系统机械能守恒
D.A球、B球和地球组成的系统机械能不守恒
5.(xx·胶州高一检测)如图所示,在轻弹簧的下端悬挂一个质量为m的小球A,若将小球A从弹簧原长位置由静止释放,小球A能够下降的最大高度为h。
若将小球A换为质量为2m的小球B,仍从弹簧原长位置由静止释放,已知重力加速度为g,不计空气阻力,则小球B下降h时的速度为( )
A.
B.
C.
D.0
二、非选择题
6.如图,半径R=0.5m的光滑圆弧轨道ABC与足够长的粗糙轨道CD在C处平滑连接,O为圆弧轨道ABC的圆心,B点为圆弧轨道的最低点,半径OA、OC与OB的夹角分别为53°和37°。
将一个质量m=0.5kg的物体(视为质点)从A点左侧高为h=0.8m处的P点水平抛出,恰从A点沿切线方向进入圆弧轨道。
已知物体与轨道CD间的动摩擦因数μ=0.8,重力加速度g=10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8。
求:
(1)物体水平抛出时的初速度大小v0;
(2)物体经过B点时,对圆弧轨道压力大小FN;
(3)物体在轨道CD上运动的距离x。
[提能练]
一、选择题
1.如图所示,P、Q两球质量相等,开始时两球静止(P、Q两球用弹簧连接),将P上方的细绳烧断,在Q落地之前,下列说法正确的是(不计空气阻力)( )
A.在任一时刻,两球动能相等
B.在任一时刻,两球加速度相等
C.在任一时刻,系统动能和重力势能之和保持不变
D.在任一时刻,系统机械能是不变的
2.(xx·抚州高一检测)物体做自由落体运动,Ek代表动能,Ep代表势能,h代表下落的距离,以水平地面为零势能面(不计一切阻力)。
下列图象能正确反映各物理量之间关系的是( )
3.如图所示,将一个内、外侧均光滑的半圆形槽置于光滑的水平面上,槽的左侧有一竖直墙壁。
现让一小球自左端槽口A点的正上方由静止开始下落,从A点与半圆形槽相切进入槽内,则下列说法正确的是( )
A.小球在半圆形槽内运动的全过程中,只有重力对它做功
B.小球从A点向半圆形槽的最低点运动的过程中,小球处于失重状态
C.小球从A点经最低点向右侧最高点运动的过程中,小球与槽组成的系统机械能守恒
D.小球从下落到从右侧离开槽的过程中机械能守恒
4.[多选]如图所示,物体A、B通过细绳及轻质弹簧连接在轻滑轮两侧,物体B的质量为2m,放置在倾角为30°的光滑斜面上,物体A的质量为m,用手托着物体A使弹簧处于原长,细绳伸直,A与地面的距离为h,物体B静止在斜面上挡板P处。
放手后物体A下落,与地面即将接触时速度大小为v,此时物体B对挡板恰好无压力,则下列说法正确的是( )
A.弹簧的劲度系数为
B.此时弹簧的弹性势能等于mgh-
mv2
C.此时物体A的加速度大小为g,方向竖直向上
D.此后物体B可能离开挡板沿斜面向上运动
二、非选择题
5.(xx·海口高一检测)如图所示,半径R=0.50m的光滑四分之一圆弧轨道MN竖直固定在水平桌面上,轨道末端水平且端点N处于桌面边缘,把质量m=0.20kg的小物块从圆弧轨道上某点由静止释放,经过N点后做平抛运动,到达地面上的P点。
已知桌面高度h=0.80m,小物块经过N点时的速度v0=3.0m/s,g取10m/s2。
不计空气阻力,物块可视为质点,求:
(1)圆弧轨道上释放小物块的位置与桌面间的高度差;
(2)小物块经过N点时轨道对物块支持力的大小;
(3)小物块落地前瞬间的速度大小。
6.如图所示,倾斜轨道AB的倾角为37°,CD、EF轨道水平,AB与CD通过光滑圆弧管道BC连接,CD右端与竖直光滑圆周轨道相连。
小球可以从D进入该轨道,沿轨道内侧运动,从E滑出该轨道进入EF水平轨道。
小球由静止从A点释放,已知AB长为5R,CD长为R,重力加速度为g,小球与倾斜轨道AB及水平轨道CD、EF的动摩擦因数均为0.5,sin37°=0.6,cos37°=0.8,圆弧管道BC入口B与出口C的高度差为1.8R。
求:
(在运算中,根号中的数值无需算出)
(1)小球滑到斜面底端C时速度的大小;
(2)小球刚到C时对轨道的作用力;
(3)为使小球在运动过程中不脱离轨道,竖直圆周轨道的半径R′应该满足的条件。
答案
[基础练]
1.解析:
选D 整个过程由动能定理得:
Fx1-μmgx总=0,得F=3μmg,W=Fx1=3μmg·
v0t0=
μmgv0t0。
故D正确。
2.解析:
选C 由题意结合机械能守恒定律,可得小球下滑至第二个四分之一圆弧轨道顶端时的速度大小为v=
,方向水平向右。
在第二个四分之一圆弧轨道顶端的临界速度v0=
,由于v>v0,所以小球将做平抛运动,结合平抛运动规律,可得小球落地点到A点的水平距离为3R,所以选项C正确。
3.解析:
选D 在小球下滑过程中,小球和弹性绳组成的系统机械能守恒,故选项A错误,D正确;弹性绳的弹性势能先不变后增大,选项B错误;由机械能守恒定律知,弹性绳的弹性势能增加了mgL,选项C错误。
4.解析:
选BC A球在上摆过程中,重力势能增加,动能也增加,机械能增加,B项正确;由于A球、B球和地球组成的系统只有重力做功,故系统的机械能守恒,C项正确,D项错误;B球和地球组成的系统机械能一定减少,A项错误。
5.解析:
选B 对弹簧和小球A,根据机械能守恒定律得弹性势能Ep=mgh;对弹簧和小球B,根据机械能守恒定律有Ep+
×2mv2=2mgh;解得小球B下降h时的速度v=
,故选项B正确。
6.解析:
(1)由平抛运动规律知v
=2gh
竖直分速度vy=
=4m/s
初速度v0=vytan37°=3m/s。
(2)对从P点至B点的过程,由机械能守恒得
mg(h+R-Rcos53°)=
mv
-
mv
经过B点时,由向心力公式得
F′N-mg=m
代入数据解得F′N=34N
由牛顿第三定律知,物体对圆弧轨道的压力大小为FN=34N,方向竖直向下。
(3)因μmgcos37°>mgsin37°,物体沿轨道CD向上做匀减速运动,速度减为零后不会下滑
从B点到上滑至最高点的过程,由动能定理得-mgR(1-cos37°)-(mgsin37°+μmgcos37°)x=0-
mv
代入数据可解得x=
m≈1.09m
在轨道CD上运动通过的距离x约为1.09m。
答案:
(1)3m/s
(2)34N,竖直向下
(3)1.09m
[提能练]
1.解析:
选D 细绳烧断后,Q落地前,两球及弹簧组成的系统只有重力和弹簧的弹力做功,整个系统机械能守恒,C错误,D正确;两球所受的合力随时间变化,它们的加速度大小、速度大小也随时间变化,在任一时刻,两球的加速度、速度不一定相等,A、B错误。
2.解析:
选B 由机械能守恒定律得Ep=E-Ek,可知势能与动能关系的图象为倾斜的直线,C错误;由动能定理得Ek=mgh,则Ep=E-mgh,故势能与h关系的图象也为倾斜的直线,D错误;Ep=E-
mv2,故势能与速度关系的图象为开口向下的抛物线,B正确;Ep=E-
mg2t2,势能与时间关系的图象也为开口向下的抛物线,A错误。
3.解析:
选C 小球从A点向半圆形槽的最低点运动的过程中,半圆形槽有向左运动的趋势,但是实际上没有动,整个系统只有重力做功,所以小球与槽组成的系统机械能守恒;而小球过了半圆形槽的最低点以后,半圆形槽向右运动,由于系统没有其他形式的能量产生,满足机械能守恒的条件,所以系统的机械能守恒;小球从开始下落至到达槽最低点前,小球先失重,后超重;当小球沿槽向右上方滑动时,半圆形槽也向右移动,半圆形槽对小球做负功,小球的机械能不守恒,故C正确。
4.解析:
选AB 物体A刚落地时,弹簧伸长量为h,物体B受力平衡,所以kh=2mgsin30°,所以k=
,选项A正确;物体A落地前,系统机械能守恒,所以弹性势能等于mgh-
mv2,选项B正确;物体A即将落地时,对A应用牛顿第二定律得:
mg-kh=ma,解得a=0,选项C错误;物体A落地后,弹簧不再伸长,故物体B不可能离开挡板沿斜面向上运动,选项D错误。
5.解析:
(1)设圆弧轨道上释放小物块的位置与桌面间的高度差为H,小物块运动至N点过程中机械能守恒,则有
mgH=
mv
,解得H=0.45m。
(2)设小物块经过N点时所受支持力为F
根据牛顿第二定律有F-mg=m
解得F=5.6N。
(3)小物块由释放点到落地前瞬间的运动过程中,只有重力做功,机械能守恒,由
mg(H+h)=
mv2,
解得物块落地前瞬间的速度为v=5.0m/s。
答案:
(1)0.45m
(2)5.6N (3)5.0m/s
6.解析:
(1)设小球到达C点时速度为vC,小球从A运动至C过程,由动能定理,得:
mg(5Rsin37°+1.8R)-μmgcos37°·5R=
mv
可得:
vC=2
。
(2)小球沿BC轨道做圆周运动,设在C点时轨道对球的作用力为FN,由牛顿第二定律,得:
FN-mg=m
其中r满足:
r+r·sin53°=1.8R
联立上式可得:
FN=6.6mg
由牛顿第三定律可得,球对轨道的作用力为6.6mg,方向竖直向下。
(3)要使小球不脱离轨道,有两种情况:
情况一:
小球能滑过圆周轨道最高点,进入EF轨道,则小球在最高点的速度v应满足:
m
≥mg
小球从C直到此最高点过程,由动能定理,有:
-μmgR-mg·2R′=
mv2-
mv
可得:
R′≤
R=0.92R
情况二:
小球上滑至与圆周轨道圆心等高时,速度减为零,然后滑回D,则由动能定理有:
-μmgR-mg·R′=0-
mv
解得:
R′≥2.3R
所以要使小球不脱离轨道,竖直圆周轨道的半径R′应该满足R′≤0.92R或R′≥2.3R。
答案:
(1)2
(2)6.6mg,竖直向下
(3)R′≤0.92R或R′≥2.3R
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