人教版 (2019)必修 第二册2 万有引力定律课时训练

能量守恒定律与能源

基础训练

一、选择题(1～4题为单选题，5、6题为多选题)

1．能源短缺和环境恶化指的是(　D　)

①煤炭和石油的开采与技术有关，在当前技术条件下，煤炭和石油的开采是有限的，这叫能源短缺。

②煤炭和石油资源是有限的，以今天的开采和消耗速度，石油储藏将在百年内用尽，煤炭资源也不可能永续，这叫能源短缺。

③煤炭和石油具有很大的气味，在开采、存放和使用过程中这些气味会聚集在空气中污染空气，使环境恶化。

④大量煤炭和石油产品在燃烧时排出的有害气体污染了空气，改变了大气成分，使环境恶化。

A．①③ B．①④

C．②③ D．②④

解析：煤炭和石油都是由几亿年以前的生物遗体形成的，这些能源不能再次生成，也不可重复使用，它们的储量是有限的，并不是取之不尽、用之不竭的，这是所讲的能源短缺，②正确；能源在使用时会排出有害气体污染空气，这是所讲的环境恶化，④正确。故D正确。

2．市面上出售一种装有太阳能电扇的帽子(如图所示)。在阳光的照射下，小电扇快速转动，能给炎热的夏季带来一丝凉爽。该装置的能量转化情况是(　A　)

A．太阳能→电能→机械能 B．太阳能→机械能→电能

C．电能→太阳能→机械能 D．机械能→太阳能→电能

解析：电池板中太阳能转化为电能，小电动机中电能转化为机械能。

3．秋千是中国古代北方少数民族创造的一种运动。春秋时期传入中原地区，因其设备简单，容易学习，故而深受人们的喜爱，很快在各地流行起来。会荡秋千的人不用别人推，就能越摆越高，而不会荡秋千的人则始终也摆不起来。要使秋千越摆越高，以下做法合理的是(　A　)

A．从高处摆下来的时候身体迅速下蹲，而从最低点向上摆起时，身体迅速直立起来

B．从高处摆下来的时候身体要保持直立，而从最低点向上摆起时，身体迅速下蹲

C．不论从高处摆下来还是从低点向上摆起，身体都要保持下蹲

D．不论从高处摆下来还是从最低点向上摆起，身体都要保持直立

解析：让秋千越荡越高，那么应该从高处摆下来的时候身体迅速下蹲，使重心降低，使更多的重力势能转化为动能；过了最低点后向上摆起，应该身体迅速直立起来，升高重心，获得更多的重力势能，故A正确。

4．2017年海峡春节焰火晚会1月28号在厦门和金门同时举行，海峡两岸的夜空中闪耀着浓浓亲情。节日燃放礼花弹时，要先将礼花放入一个竖直的炮筒中，然后点燃礼花弹的发射部分，通过火药剧烈燃烧产生的高压燃气，将礼花弹由炮筒底部射向空中，若礼花弹在由炮筒底部击发至炮筒口的过程中，克服重力做功W1，克服炮筒阻力及空气阻力做功W2，高压燃气对礼花弹做功W3，则礼花弹在炮筒内运动的过程中(设礼花弹发射过程中质量不变)(　B　)

A．礼花弹的动能变化量为W3＋W2＋W1

B．礼花弹的动能变化量为W3－W2－W1

C．礼花弹的重力势能变化量为W3－W1

D．礼花弹的机械能变化量为W3－W2－W1

解析：根据动能定理ΔEk＝W3－W2－W1，故A错，B对；ΔEp＝－WG＝W1，故C错；由能量守恒：ΔE＝W3－W2，故D错。

5．溜溜球是一种流行的健身玩具，具有很浓的趣味性，备受学生的欢迎。溜溜球类似“滚摆”，对称的左右两轮通过固定轴连接(两轮均用透明塑料制成)，轴上套一个可以自由转动的圆筒，圆筒上系条长约1 m的棉线，玩时手掌向下，用力向正下方掷出溜溜球，当滚到最低处时，轻抖手腕，向上拉一下绳线，溜溜球将返回到你的手上，如图所示。溜溜球在运动过程中(　ACD　)

A．一边转动一边向下运动，由于重力做功，溜溜球越转越快，动能不断增大，溜溜球的势能转变为动能

B．在溜溜球上下运动中，由于发生动能和势能的相互转化，因此机械能守恒

C．在溜溜球上下运动中，由于空气阻力和绳子与固定轴之间摩擦力的作用，会损失一部分能量

D．在溜溜球转到最低点绳子将要开始向上缠绕时，轻抖手腕，向上拉一下绳子，给溜溜球提供能量

解析：溜溜球向下运动时由于重力做正功，动能一定增大，势能转化为动能，选项A正确；溜溜球在上下运动的过程中由于有阻力做功，所以会损失一部分机械能，机械能不守恒，若不及时补充能量则上升的高度会越来越低，因此可在溜溜球运动到最低点时轻抖手腕，向上拉一下绳子，给其补充能量，故选项C、D正确，B错误。

6．在体育比赛项目中，高台跳水是我国运动员的强项。质量为m的跳水运动员进入水中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，那么在他减速下降高度为h的过程中，下列说法正确的是(g为当地的重力加速度)(　AD　)

A．他的动能减少了Fh－mgh B．他的重力势能增加了mgh

C．他的机械能减少了(F－mg)h D．他的机械能减少了Fh

解析：由动能定理，ΔEk＝mgh－Fh，动能减少了Fh－mgh，A选项正确；他的重力势能减少了mgh，B选项错误；他的机械能减少了ΔE＝Fh；C选项错误，D选项正确。

二、非选择题

7．如图所示为一种摆式摩擦因数测量仪，可测量轮胎与地面间动摩擦因数，其主要部件有：底部固定有轮胎橡胶片的摆锤和连接摆锤的轻质细杆。摆锤的质量为m，细杆可绕轴O在竖直平面内自由转动，摆锤重心到O点距离为L。测量时，测量仪固定于水平地面，将摆锤从与O等高的位置处静止释放。摆锤到最低点附近时，橡胶片紧压地面擦过一小段距离s(s≪L)，之后继续摆至与竖直方向成θ角的最高位置。若摆锤对地面的压力可视为大小为F的恒力，重力加速度为g，求：

 (1)摆锤在上述过程中损失的机械能；

(2)在上述过程中摩擦力对摆锤所做的功；

(3)橡胶片与地面之间的动摩擦因数。

答案：(1)mgLcosθ　(2)－mgLcosθ　(3)

解析：(1)由功能关系知，损失的机械能为ΔE＝E1－E2＝mgLcosθ

(2)上述过程中只有摩擦力对摆锤做功，故摩擦力对摆锤做的功为Wf＝－mgLcosθ

(3)由功的概念Wf＝Ffs＝－μFs，所以有－μFs＝－mgLcosθ，得μ＝

能力提升

一、选择题(1～3题为单选题，4题为多选题)

1．我国人民有在房前种树的习惯，夏天大树长出茂密的叶子，为人们挡住炎炎烈日，冬天叶子又会全部掉光，使温暖的阳光照入屋内，可以起到冬暖夏凉的作用。炎热的夏天，我们在经过有树的地方时，也会感到很明显的凉意，关于树木周围比较凉爽的现象，下列说法中正确的是(　C　)

A．树木把大部分太阳光反射出去，使地面温度降低

B．树木吸收阳光，使自己温度升高，周围温度降低

C．树木吸收阳光，将阳光的能量转化为化学能，使环境温度变低

D．白天大树将热量存起来，晚上再将热量放出来，所以白天在树林里感觉凉爽而晚上感觉到热

解析：植物发生光合作用，消耗掉太阳能转化成化学能，根据能量守恒，阳光的能量被转化成化学能，所以树木下会比较凉爽，故C正确。

2．如图，木块m放在光滑的水平面上，一颗子弹水平射入木块中，子弹受到的平均作用力为f，射入深度为d，此过程中木块移动了s，则(　D　)

A．子弹损失的动能为fs

B．木块增加的动能为f(s＋d)

C．子弹动能的减少等于木块动能的增加

D．子弹、木块系统总机械能的损失为fd

解析：子弹克服阻力做功为Wf＝f(s＋d)，子弹损失的动能为f(s＋d)，A错；f对木块做的功为Wf′＝fs，木块增加的动能为fs，B错；由功能关系知，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，C错；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等于fd，D正确。

3．如图所示是某类潮汐发电示意图。涨潮时开闸，水由通道进入海湾水库蓄水，待水面升至最高点时关闭闸门(如图甲)，落潮时，开闸放水发电(如图乙)。设海湾水库面积为5.0×108 m2，平均潮差为3.0 m，一天涨落潮两次，发电机的平均能量转化效率为10%，则一天内发电的平均功率约为(ρ海水＝1.0×103kg/m3，g取10 m/s2)(　B　)

A．2.6×104 kW B．5.2×104 kW

C．2.6×105 kW D．5.2×105 kW

解析：放水发电时，海水的重力势能减少，其中10%转化为电能。一天内提供的重力势能为Ep＝2mgh＝2ρVgh＝2×1.0×103×5.0×108×3.0×10×1.5 J＝4.5×1013 J，则一天内发电的平均功率为P＝≈5.2×104 kW。故选项B正确。

4．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：将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500 J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(　AC　)

A．电动车受到的摩擦阻力为50 N

B．电动车受到的摩擦阻力为83 N

C．第二次启动充电装置，向蓄电池所充的电能是200 J

D．第二次启动充电装置，向蓄电池所充的电能是300 J

解析：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＝fs1，解得f＝50 N；当启动充电装置滑行时，自行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＝fs2＋E电，故E电＝Ek－fs2＝200 J。

二、非选择题

5．如图所示，质量为m的工件，从高h的光滑曲面上由静止下滑，水平向右进入传送带，传送带以v0＝速度匀速向左运动，传送带长L，物体与传送带之间的动摩擦因数μ＝。求：

(1)物体离开传送带时的速度？物体是从传送带的左边还是右边离开传送带？

(2)物体在传送带上运动过程产生的热能。

答案：(1)；右边　(2)mgh

解析：(1)设工件从传送带右边离开，工件到达传送带右边时速度大小为v，则

mgh－μmgL＝mv2

解得v＝＞0

∴工件从传送带右边离开

(2)工件到达传送带时速度大小为v＇，在传送带上运动时间为t

mgh＝mv′2

v＇－v＝at

a＝μg

产生的热量Q＝μmg(v0t＋L)

由以上各式解得Q＝mgh

6．风能将成为21世纪大规模开发的一种可再生清洁能源。风力发电机是将风能(气流的动能)转化为电能的装置，其主要部件包括风轮机、齿轮箱、发电机等。如图所示。

(1)风轮机叶片旋转所扫过的面积为风力发电机可接受风能的面积，设空气密度为ρ，气流速度为v，风轮机叶片长度为r，求单位时间内流向风轮机的最大风能Pm；

(2)已知风力发电机的输出电功率P与Pm成正比，某风力发电机在风速v1＝9 m/s时能够输出电功率P1＝540 kW，我国某地区风速不低于v2＝6 m/s的时间每年约为5 000小时，试估算这台风力发电机在该地区的最小年发电量是多少千瓦时。

答案：(1)πρr2v3　(2)8×105 kW·h

解析：(1)风垂直流向风轮机时，提供的风能功率最大。

单位时间内垂直流向叶片旋转面积的气体质量为ρvS，S＝πr2

风能的最大功率可表示为

Pm＝(ρvS)v2

＝ρvπr2v2＝πρr2v3

(2)按题意，风力发电机的输出功率为

P2＝()3·P1＝()3×540 kW＝160 kW

最小年发电量约为

W＝P2t＝160×5 000 kW·h＝8×105 kW·h