習(xí)題2：能量守恒定律與能源

能量守恒定律和能源基礎(chǔ)夯實(shí)1．下列說(shuō)法正確的是()A．隨著科技的發(fā)展，永動(dòng)機(jī)是可以制成的B．太陽(yáng)照射到地球上的光能轉(zhuǎn)化成了其他形式的能量，但照射到宇宙空間的能量都消失了C．“既要馬兒跑，又讓馬兒不吃草”違背了能量轉(zhuǎn)化和守恒定律，因而是不可能的D．有種“全自動(dòng)”手表，不用上發(fā)條，也不用任何形式的電源，卻能一直走動(dòng)，說(shuō)明能量可以憑空產(chǎn)生答案：C解析：永動(dòng)機(jī)是指不消耗或少消耗能量，而可以大量對(duì)外做功的裝置，違背了能量轉(zhuǎn)化和守恒定律，A錯(cuò)。太陽(yáng)輻射大量的能量，地球只吸收了極少的一部分，但輻射到星際空間的能量也沒有消失，一定是轉(zhuǎn)化成了別的能量，B錯(cuò)。馬和其他動(dòng)物，包括人要運(yùn)動(dòng)，必須消耗能量，動(dòng)物的能量來(lái)源是食物中儲(chǔ)存的生物質(zhì)能，C正確。所謂的“全自動(dòng)”手表內(nèi)部是有能量轉(zhuǎn)化裝置的，只有當(dāng)人戴著手表活動(dòng)時(shí)，才能不斷補(bǔ)充能量，維持手表的運(yùn)行，如果把表放在桌面上靜置兩天，它一定會(huì)停擺的，D錯(cuò)。2．市面上出售一種裝有太陽(yáng)能電扇的帽子(如圖所示)。在陽(yáng)光的照射下，小電扇快速轉(zhuǎn)動(dòng)，能給炎熱的夏季帶來(lái)一絲涼爽。該裝置的能量轉(zhuǎn)化情況是()A．太陽(yáng)能→電能→機(jī)械能B．太陽(yáng)能→機(jī)械能→電能C．電能→太陽(yáng)能→機(jī)械能D．機(jī)械能→太陽(yáng)能→電能答案：A解析：電池板中太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能，小電動(dòng)機(jī)中電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。3．能源短缺和環(huán)境惡化指的是()①煤炭和石油的開采與技術(shù)有關(guān)，在當(dāng)前技術(shù)條件下，煤炭和石油的開采是有限的，這叫能源短缺。②煤炭和石油資源是有限的，以今天的開采和消耗速度，石油儲(chǔ)藏將在百年內(nèi)用盡，煤炭資源也不可能永續(xù)，這叫能源短缺。③煤炭和石油具有很大的氣味，在開采、存放和使用過(guò)程中這些氣味會(huì)聚集在空氣中污染空氣，使環(huán)境惡化。④大量煤炭和石油產(chǎn)品在燃燒時(shí)排出的有害氣體污染了空氣，改變了大氣成分，使環(huán)境惡化A．①③B．①④C．②③D．②④答案：D解析：煤炭和石油都是由幾億年以前的生物遺體形成的，這些能源不能再次生成，也不可重復(fù)使用，它們的儲(chǔ)量是有限的，并不是取之不盡、用之不竭的，這是所講的能源短缺，②正確；能源在使用時(shí)會(huì)排出有害氣體污染空氣，這是所講的環(huán)境惡化，④正確。故D正確。4．出行是人們工作生活中必不可少的環(huán)節(jié)，出行的工具五花八門，使用的能源也各不相同。自行車、電動(dòng)自行車、普通汽車消耗能量的類型分別是()①生物能②核能③電能④太陽(yáng)能⑤化學(xué)能A．①④⑤ B．①③⑤C．①②③ D．①③④答案：B解析：現(xiàn)代生活使用的煤、石油、天然氣等常規(guī)能源，對(duì)空氣環(huán)境的污染越來(lái)越嚴(yán)重，而利用太陽(yáng)能、風(fēng)能、氫能等新能源則可改善空氣質(zhì)量。此外，限制購(gòu)買家用轎車可大量減少尾氣的排放，提倡使用電動(dòng)車也能改善空氣環(huán)境質(zhì)量，正確答案為B。5.如圖所示，一小孩從圖中粗糙的滑梯上自由加速滑下，其能量的變化情況是()A．重力勢(shì)能減小，動(dòng)能不變，機(jī)械能減小，總能量減小B．重力勢(shì)能減小，動(dòng)能增加，機(jī)械能減小，總能量不變C．重力勢(shì)能減小，動(dòng)能增加，機(jī)械能增加，總能量增加D．重力勢(shì)能減小，動(dòng)能增加，機(jī)械能守恒，總能量不變答案：B解析：由能量轉(zhuǎn)化和守恒定律可知，小孩在下滑過(guò)程中總能量守恒，故A、C均錯(cuò)；由于摩擦力要做負(fù)功，機(jī)械能不守恒，故D錯(cuò)；下滑過(guò)程中重力勢(shì)能向動(dòng)能和內(nèi)能轉(zhuǎn)化，故只有B正確。6．我國(guó)人民有在房前種樹的習(xí)慣，夏天大樹長(zhǎng)出茂密的葉子，為人們擋住炎炎烈日，冬天葉子又會(huì)全部掉光，使溫暖的陽(yáng)光照入屋內(nèi)，可以起到冬暖夏涼的作用。炎熱的夏天，我們?cè)诮?jīng)過(guò)有樹的地方時(shí)，也會(huì)感到很明顯的涼意，關(guān)于樹木周圍比較涼爽的現(xiàn)象，下列說(shuō)法中正確的是()A．樹木把大部分太陽(yáng)光反射出去，使地面溫度降低B．樹木吸收陽(yáng)光，使自己溫度升高，周圍溫度降低C．樹木吸收陽(yáng)光，將陽(yáng)光的能量轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，使環(huán)境溫度變低D．白天大樹將熱量存起來(lái)，晚上再將熱量放出來(lái)，所以白天在樹林里感覺涼爽而晚上感覺到熱答案：C解析：植物發(fā)生光合作用，消耗掉太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化成化學(xué)能，根據(jù)能量守恒，陽(yáng)光的能量被轉(zhuǎn)化成化學(xué)能，所以樹木下會(huì)比較涼爽，故C正確。7．如圖所示，某人乘雪橇從雪坡經(jīng)A點(diǎn)滑至B點(diǎn)，接著沿水平路面滑至C點(diǎn)停止。人與雪橇的總質(zhì)量為70kg。表中記錄了沿坡滑下過(guò)程中的有關(guān)數(shù)據(jù)，請(qǐng)根據(jù)圖表中的數(shù)據(jù)解決下列問(wèn)題：(1)人與雪橇從A到B的過(guò)程中，產(chǎn)生的熱量是多少？(2)設(shè)人與雪橇在BC段所受阻力恒定，求阻力大小。(g＝10m/s2)位置ABC速度(m/s)0時(shí)刻(s)0410答案：(1)9100J(2)140N解析：(1)從A到B的過(guò)程中，人與雪橇損失的機(jī)械能為ΔE＝mgh＋eq\f(1,2)mveq\o\al(2,A)－eq\f(1,2)mveq\o\al(2,B)損失的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為熱量Q＝ΔE＝(70×10×20＋eq\f(1,2)×70×22－eq\f(1,2)×70×122)J＝9100J(2)人與雪橇在BC段做減速運(yùn)動(dòng)的加速度a＝eq\f(vC－vB,t)＝eq\f(0－12,10－4)m/s＝－2m/s2根據(jù)牛頓第二定律f＝ma＝70×(－2)N＝－140N。能力提升1．(2022·衡水中學(xué)高一期中)如圖(甲)所示，質(zhì)量不計(jì)的彈簧豎直固定在水平面上，t＝0時(shí)刻，將一金屬小球從彈簧正上方某一高度處由靜止釋放，小球落到彈簧上壓縮彈簧到最低點(diǎn)，然后又被彈起離開彈簧，上升到一定高度后下落，如此反復(fù)。通過(guò)安裝在彈簧下端的壓力傳感器，測(cè)出這一過(guò)程彈簧彈力F隨時(shí)間t變化的圖象如圖(乙)所示，則()A．t1時(shí)刻小球動(dòng)能最大B．t2時(shí)刻小球動(dòng)能最大C．t2～t3這段時(shí)間內(nèi)，小球的動(dòng)能先增加后減少D．t2～t3這段時(shí)間內(nèi)，小球增加的動(dòng)能等于彈簧減少的彈性勢(shì)能答案：C解析：0～t1時(shí)間內(nèi)小球做自由落體運(yùn)動(dòng)，t1～t2時(shí)間內(nèi)小球落到彈簧上并往下運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，小球重力與彈簧對(duì)小球彈力的合力方向先向下后向上，故小球先加速后減速，t2時(shí)刻到達(dá)最低點(diǎn)，動(dòng)能為0，A、B錯(cuò)；t2～t3時(shí)間內(nèi)小球向上運(yùn)動(dòng)，合力方向先向上后向下，小球先加速后減速，動(dòng)能先增加后減少，C對(duì)；t2～t3時(shí)間內(nèi)由能量守恒知小球增加的動(dòng)能等于彈簧減少的彈性勢(shì)能減去小球增加的重力勢(shì)能，D錯(cuò)。2.(臨朐一中12～13學(xué)年高一下學(xué)期期中)在學(xué)校舉行的2022年春季運(yùn)動(dòng)會(huì)上，高一·八班的張明同學(xué)在男子100m的決賽中，勇奪桂冠。他采用蹲踞式起跑，在發(fā)令槍響后，左腳迅速蹬離起跑器，在向前加速的同時(shí)提升身體重心。如圖所示，假設(shè)他的質(zhì)量為m，在起跑后前進(jìn)的距離s內(nèi)，重心上升高度為h，獲得的速度為v，阻力做功為W阻，則在此過(guò)程中()A．運(yùn)動(dòng)員的機(jī)械能增加了eq\f(1,2)mv2B．運(yùn)動(dòng)員機(jī)械能增加了eq\f(1,2)mv2＋mghC．運(yùn)動(dòng)員的重力做功為W重＝mghD．運(yùn)動(dòng)員自身做功W人＝eq\f(1,2)mv2＋mgh＋W阻答案：B3．一小滑塊放在如圖所示的凹形斜面上，用力F沿斜面向下拉小滑塊，小滑塊沿斜面運(yùn)動(dòng)了一段距離。若已知在這過(guò)程中，拉力F所做的功的大小(絕對(duì)值)為A，斜面對(duì)滑塊作用力所做的功的大小為B，重力做功的大小為C，空氣阻力做功的大小為D。當(dāng)用這些量表達(dá)時(shí)，小滑塊的動(dòng)能的改變(指末態(tài)動(dòng)能減去初態(tài)動(dòng)能)等于________，滑塊的重力勢(shì)能的改變等于________；滑塊機(jī)械能(指動(dòng)能與重力勢(shì)能之和)的改變等于______。答案：A－B＋C－D－CA－B－D解析：根據(jù)功能關(guān)系，動(dòng)能的改變等于外力做功的代數(shù)和，其中做負(fù)功的有空氣阻力，斜面對(duì)滑塊的作用力的功(因彈力不做功，實(shí)際上為摩擦阻力的功)。因此ΔEk＝A－B＋C－D；重力勢(shì)能的減少等于重力做的功，因此ΔEP＝－C；滑塊機(jī)械能的改變等于重力之外的其他力做的功，因此ΔE＝A－B－D。4．如圖所示，皮帶的速度是3m/s，兩圓心距離s＝4.5m，現(xiàn)將m＝1kg的小物體輕放在左輪正上方的皮帶上，物體與皮帶間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ＝，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)皮帶將物體從左輪運(yùn)送到右輪正上方時(shí)，求：(1)小物體獲得的動(dòng)能Ek；(2)這一過(guò)程摩擦產(chǎn)生的熱量Q；(3)這一過(guò)程電動(dòng)機(jī)消耗的電能E是多少？(g＝10m/s2)答案：(1)(2)(3)9J解析：(1)μmg＝maa＝1.5m/s2μmgs′＝eq\f(1,2)mv2所以s′＝3m<4.5m，即物體可與皮帶達(dá)到共同速度，Ek＝eq\f(1,2)mv2＝eq\f(1,2)×1×32J＝(2)v＝att＝2sQ＝μmg(vt－s′)＝×1×10×(6－3)J＝(3)E電＝Ek＋Q＝＋＝9J。5．風(fēng)能將成為21世紀(jì)大規(guī)模開發(fā)的一種可再生清潔能源。風(fēng)力發(fā)電機(jī)是將風(fēng)能(氣流的動(dòng)能)轉(zhuǎn)化為電能的裝置，其主要部件包括風(fēng)輪機(jī)、齒輪箱、發(fā)電機(jī)等。如圖所示。(1)風(fēng)輪機(jī)葉片旋轉(zhuǎn)所掃過(guò)的面積為風(fēng)力發(fā)電機(jī)可接受風(fēng)能的面積。設(shè)空氣密度為ρ，氣流速度為v，風(fēng)輪機(jī)葉片長(zhǎng)度為r。求單位時(shí)間內(nèi)流向風(fēng)輪機(jī)的最大風(fēng)能Pm；(2)已知風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出電功率P與Pm成正比。某風(fēng)力發(fā)電機(jī)在風(fēng)速v1＝9m/s時(shí)能夠輸出電功率P1＝540kW。我國(guó)某地區(qū)風(fēng)速不低于v2＝6m/s的時(shí)間每年約為5000小時(shí)。試估算這臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)在該地區(qū)的最小年發(fā)電量是多少千瓦時(shí)。答案：(1)eq\f(1,2)πρr2v3(2)8×105kW·h解析：(1)風(fēng)垂直流向風(fēng)輪機(jī)時(shí)，提供的風(fēng)能功