高中物理 第七章 曲線運動 作業(yè)21 能量守恒定律與能源 2

學必求其心得，業(yè)必貴于專精學必求其心得，業(yè)必貴于專精PAGE1學必求其心得，業(yè)必貴于專精PAGE課時作業(yè)（二十一）一、選擇題1．物體只在重力和一個不為零的向上的拉力作用下,分別做勻速上升、加速上升和減速上升三種運動．在這三種情況下，物體機械能的變化情況是()A．勻速上升機械能不變,加速上升機械能增加，減速上升機械能減小B．勻速上升和加速上升機械能增加，減速上升機械能減小C．由于該拉力與重力大小的關系不明確,所以不能確定物體機械能的變化情況D．三種情況中，物體的機械能均增加答案D解析無論物體怎樣向上運動，拉力都做正功，物體的機械能均增加，故選D項．2．（多選）質量為m的物體在豎直向上拉力F的作用下從靜止出發(fā)以2g的加速度勻加速上升h,則()A．物體的機械能增加3mgh B．物體的重力勢能增加mghC．物體的動能增加Fh D．物體在上升過程中機械能守恒答案AB解析由F－mg＝2mg,得拉力F＝3mg，機械能的增加等于拉力F做的功，即WF＝Fh＝3mgh，A項對，D項錯．重力勢能的增加等于克服重力做的功mgh,B項對．動能的增加等于合力做的功，即W合＝m·2g·h＝2mgh＝eq\f(2,3)Fh，C項錯．3．市面上出售一種裝有太陽能電扇的帽子(如圖所示）．在陽光的照射下，小電扇快速轉動,能給炎熱的夏季帶來一絲涼爽．該裝置的能量轉化情況是（)A．太陽能→電能→機械能 B．太陽能→機械能→電能C．電能→太陽能→機械能 D．機械能→太陽能→電能答案A解析電池板把太陽能轉化為電能，小電動機把電能轉化為機械能．4．（多選）在體育比賽項目中,高臺跳水是我國運動員的強項．質量為m的跳水運動員進入水中后受到水的阻力而做減速運動，設水對他的阻力大小恒為F，那么在他減速下降高度為h的過程中，下列說法正確的是(g為當?shù)氐闹亓铀俣?（）A．他的動能減少了Fh－mgh B．他的重力勢能增加了mghC．他的機械能減少了(F－mg）h D．他的機械能減少了Fh答案AD解析由動能定理，ΔEk＝mgh－Fh，動能減少了Fh－mgh，A項正確；他的重力勢能減少了mgh,B項錯誤；他的機械能減少了ΔE＝Fh，C項錯誤，D項正確．5.如圖所示,某段滑雪雪道傾角為30°,總質量為m（包括雪具在內)的滑雪運動員從距底端高為h處的雪道上由靜止開始勻加速下滑，加速度為eq\f(1，3）g.在他從上向下滑到底端的過程中,下列說法正確的是(）A．運動員減少的重力勢能全部轉化為動能B．運動員獲得的動能為eq\f（1，3)mghC．運動員克服摩擦力做功為eq\f(2，3）mghD．下滑過程中系統(tǒng)減少的機械能為eq\f(1，3)mgh答案D解析運動員的加速度為eq\f(1,3)g，根據(jù)牛頓第二定律得，mgsin30°－Ff＝ma，解得摩擦力Ff＝eq\f（1,6）mg，下滑過程克服摩擦力做功Wf＝Ffx＝eq\f(1，6）mg·eq\f（h,sin30°)＝eq\f(1，3)mgh，C項錯誤;根據(jù)功能關系,下滑過程運動員減少的重力勢能轉化為動能和內能，系統(tǒng)減少的機械能轉化為內能，大小等于Wf＝eq\f(1，3）mgh，A項錯誤,D項正確；由動能定理,mgh－Wf＝Ek2－0，解得運動員獲得的動能Ek2＝eq\f（2,3)mgh，B項錯誤．6.如圖所示，輕質彈簧長為L，豎直固定在地面上,質量為m的小球，在離地面高度為H處，由靜止開始下落，正好落在彈簧上，使彈簧的最大壓縮量為x,在下落過程中，小球受到的空氣阻力為F阻，則彈簧在最短時具有的彈性勢能為(）A．(mg－F阻）(H－L＋x) B．mg（H－L＋x）－F阻(H－L)C．mgH－F阻(H－L）D．mg(L－x)＋F阻(H－L＋x）答案A解析設物體克服彈力做功為W彈,對物體應用動能定理：(mg－F阻)（H－L＋x)－W彈＝ΔEk＝0，所以，W彈＝(mg－F阻）(H－L＋x）,即為彈簧在最短時具有的彈性勢能．7．如圖所示是某類潮汐發(fā)電示意圖．漲潮時開閘，水由通道進入海灣水庫蓄水，待水面升至最高點時關閉閘門（如圖甲），落潮時，開閘放水發(fā)電(如圖乙）．設海灣水庫面積為5.0×108m2，平均潮差為3.0m，一天漲落潮兩次，發(fā)電機的平均能量轉化效率為10％，則一天內發(fā)電的平均功率約為(ρ海水＝1。0×103kg/m3,g取10m/s2)（)A．2。6×104kW B．5.2×104kWC．2.6×105kW D．5.2×105kW答案B解析放水發(fā)電時,海水的重力勢能減少，其中10％轉化為電能．一天內提供的重力勢能為Ep＝2mgh＝2ρVgh＝2×1。0×103×5.0×108×3.0×10×1.5J＝4。5×1013J，則一天內發(fā)電的平均功率為P＝eq\f（Ep×10％,24×3600s)≈5.2×104kW.故B項正確．8．(多選)如圖所示,一塊長木板B放在光滑的水平面上，在B上放一物體A，現(xiàn)以恒定的外力拉B,由于A、B間摩擦力的作用，A將在B上滑動，以地面為參考系，A、B都向前移動一段距離．在此過程中（)A．外力F做的功等于A和B動能的增量B．B對A的摩擦力所做的功等于A的動能增量C．A對B的摩擦力所做的功等于B對A的摩擦力所做的功D．外力F對B做的功等于B的動能的增量與B克服摩擦力所做的功之和答案BD解析物體A所受的合外力等于B對A的摩擦力，對物體A運用動能定理，則有B對A的摩擦力所做的功等于A的動能增量，B項對．A對B的摩擦力與B對A的摩擦力是一對作用力與反作用力，大小相等，方向相反,但是由于A在B上滑動，A、B對地的位移不相等,故二者做功不相等，C項錯．對B應用動能定理，WF－Wf＝ΔEkB，即WF＝Wf＋ΔEkB就是外力F對B做的功，等于B的動能增量與B克服摩擦力所做的功之和,D項對．由上述討論知B克服摩擦力所做的功與A的動能增量（等于B對A的摩擦力所做的功）不相等，故A項錯．二、非選擇題9。一小滑塊放在如圖所示的固定凹形斜面上，用力F沿斜面向下拉小滑塊，小滑塊沿斜面運動了一段距離．若已知在這過程中，拉力F所做功的大小為A(絕對值），斜面對滑塊的作用力所做的功大小為B，重力做功大小為C，空氣阻力做功的大小為D。當用這些量表達時，小滑塊的動能增加了多少？滑塊的重力勢能減少了多少？滑塊機械能增加了多少?答案A－B＋C－DCA－B－D解析動能的改變量等于合力的功故ΔEk＝A－B＋C－D重力勢能的減少量等于重力做的功故ΔEp減＝C機械能改變量等于除重力外，其他力做功的代數(shù)和故ΔE機＝A－B－D10．風能將成為21世紀大規(guī)模開發(fā)的一種可再生清潔能源．風力發(fā)電機是將風能（氣流的動能）轉化為電能的裝置，其主要部件包括風輪機、齒輪箱、發(fā)電機等．如圖所示．(1)風輪機葉片旋轉所掃過的面積為風力發(fā)電機可接受風能的面積．設空氣密度為ρ，氣流速度為v,風輪機葉片長度為r。求單位時間內流向風輪機的最大風能Pm；(2）已知風力發(fā)電機的輸出電功率P與Pm成正比．某風力發(fā)電機在風速v1＝9m/s時能夠輸出電功率P1＝540kW。我國某地區(qū)風速不低于v2＝6m/s的時間每年約為5000小時．試估算這臺風力發(fā)電機在該地區(qū)的最小年發(fā)電量是多少千瓦時．答案(1)eq\f(1,2）πρr2v3（2）8×105kW·h解析（1）風垂直吹向風輪機時，提供的風能功率最大．單位時間內垂直流向葉片旋轉面積的氣體質量為ρvS,S＝πr2風能的最大功率可表示為Pm＝eq\f(1,2）(ρvS）v2＝eq\f（1，2)ρvπr2v2＝eq\f（1,2)πρr2v3(2)按題意,風力發(fā)電機的輸出功率為P2＝(eq\f(v2,v1）)3·P1＝(eq\f(6，9））3×540kW＝160kW最小年發(fā)電量約為W＝P2t＝160×5000kW·h＝8×105kW·h。11．一質量m＝0。6kg的物體以v0＝20m/s的初速度從傾角α＝30°的斜坡底端沿斜坡向上運動．當物體向上滑到某一位置時,其動能減少了ΔEk＝18J，機械能減少了ΔE＝3J．不計空氣阻力，重力加速度g＝10m/s2，求:(1）物體向上運動時加速度的大小;（2)物體返回斜坡底端時的動能．答案(1）6m/s2（2)80J解析（1）設物體運動過程中所受的摩擦力為f,向上運動的加速度的大小為a，由牛頓第二定律,可知a＝eq\f（mgsinα＋f，m） ①設物體的動能減少ΔEk時，在斜坡上運動的距離為s，由功能關系，可知ΔEk＝（mgsinα＋f）s ②ΔE＝fs ③聯(lián)立①②③式，并代入數(shù)據(jù)可得a＝6m/s2 ④(2)設物體沿斜坡向上運動的最大距離為sm，由運動學規(guī)律,可得sm＝eq\f（v02，2a） ⑤設物體返回斜坡底端時的動能為Ek，由動能定理，得Ek＝（mgsinα－f）sm ⑥聯(lián)立以上各式,并代入數(shù)據(jù)，可得Ek＝80J12．如圖所示，一傳送皮帶與水平面夾角為30°,以2m/s的恒定速度順時針運行．現(xiàn)將一質量為10kg的工件輕放于底端，經(jīng)一段時間送到高2m的平臺上，工件與皮帶間的動摩擦因數(shù)為μ＝eq\r(3）/2，g＝10m/s2,求帶動皮帶的電動機由于傳送工件而多消耗的電能．解析設工件向上運動距離s時，速度達到傳送帶的速度v，由動能定理，可知－mgssin30°＋μmgscos30°＝0－eq\f(1，2）mv2解得s＝0.8m，說明工件未到達平臺時,速度已達到v,所以工件動能的增量為ΔEk＝eq\f(1，2)mv2＝20J工件重力勢能增量為ΔEp＝mgh＝200J工件相對皮帶的位移L＝vt－eq\f(1，2）vt＝eq\f(1，2)vt＝s＝0。8m由于滑動摩擦力做功而增加的內能E為ΔE＝fL＝μmgcos30°L＝60J電動機多消耗的電能為ΔEk＋ΔEp＋ΔE＝280J13.如圖所示，一物體質量m＝2kg，在傾角為θ＝37°的斜面上的A點以初速度v0＝3m/s下滑,A點距彈簧上端B的距離AB＝4m．當物體到達B后將彈簧壓縮到C點，最大壓縮量BC＝0.2m，然后物體又被彈簧彈上去，彈到的最高位置為D點，D點距A點AD＝3m．擋板及彈簧質量不計，g取10m/s2，sin37°＝0。6，求：(1)物體與斜面間的動摩擦因數(shù)μ；（2）彈簧的最大彈性勢能Epm。答案（1）μ＝0。52（2)Epm＝24.4J解析（1）物體壓縮彈簧后又被彈回，故彈簧彈性勢能變化量為零．從A到D過程，物體的動能及重力勢能減少，內能增加,由能量守恒定律，有eq\f（1,