第三节 能量的转化与守恒（分层作业）物理粤教版必修第三册

5.3能量的转化与守恒 一、单选题 1．下列选项中对能量守恒定律的认识正确的是（　　） A．黄河之水天上来，是取之不尽，用之不竭的 B．化石能源是凭空产生的，也会任意消失的 C．在自然界中，能量的总量保持不变 D．一块石头从嵩山上滚下后静止，说明能量会凭空消失 2．如图是某款扫地机器人的照片，下表是它的一些重要参数。    根据以上信息，下列说法正确的是 额定电压/频率 100-240V/50-60Hz 额定功率 40W 电池输入电压 20V 电池容量 3000mAh 充电时间 约4h 工作时间 100- 120min A．工作时电池把电能转化为化学能 B．电池充电时的充电电流约为0.75A C．电池充满电时储存的能量大约为2.16×108J D．在100-120min工作时间内，机器人一直以40W的额定功率工作 3．下列四幅图中，动能与势能没有发生相互转化的是（　　） A．水平面上匀速行驶的汽车 B．上升的滚摆 C．从高处滚下的小球 D．向近地点运动的卫星 4．风能是一种新能源，国内外都很重视利用风力来发电。某风力发电机的发电效率，其风轮机旋转过程中接收风能的有效面积S=400m2，某高山顶部年平均风速为v=10m/s，一年内有效的发电时间约为5500小时（合），已知空气密度，该风力发电机一年的发电量约为（　　） A． B． C． D． 5．下列操作符合安全用电规范的是（　　） A．电冰箱插头有三个齿，墙上的插口只有两个孔，掰掉一个齿插入使用 B．用铁棒插入电风扇叶片之间，卡住，然后再打开风扇 C．早读前离开宿舍，把电热毯开着，并捂上被子，晚上回来好暖和 D．以上都是作死 6．如图所示，有两个物块，质量分别为、，是的两倍，用轻绳将两个物块连接在滑轮组上，滑轮的质量不计，轻绳与滑轮的摩擦也不计，现将两滑块从静止释放，上升一小段距离h高度，在这一过程中，下列说法正确的是（　　） A．和重力势能之和不变 B．上升到h位置时的速度为 C．轻绳的拉力大小为 D．轻绳对和的功率大小不相等 二、多选题 7．下列对能量守恒定律的认识正确的是（　　） A．某种形式的能量减少，一定存在其他形式的能量增加 B．某个物体的能量减少，必然有其他物体的能量增加 C．不需要任何外界的动力而持续对外做功的机器——第一类永动机是不可能制成的 D．石子从空中落下，最后停止在地面上，说明机械能消失了 一、填空题 1．我国自古有“昼涨称潮，夜涨称汐”的说法。潮汐主要是由太阳和月球对海水的引力造成的，以月球对海水的引力为主。 (1)世界两大观潮胜地，一处是亚马孙河北河口，另一处是我国的 入海口。 (2)图中，a、b是某些潮汐发电示意图。涨潮时开闸门（图a），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，当落潮时，开闸放水发电（图b）。设海湾水库面积为5.0×108m2，平均潮差为3.0m，一天涨落潮两次，发电的平均能量转化率为10%，则一天内发电的平均功率约为（ρ水取1.0×103kg/m3，g取10m/s2） 。 A．2.6×104kW B．5.2×104kW C．2.6×105kW D．5.2×105kW 二、解答题 2．如图为位于竖直平面内的弹射装置示意图，装置的中间是与水平面成θ=37°角的斜面，斜面左端是足够长的光滑水平面，在B点水平面与斜面平滑对接，右端是半径R=m的光滑圆弧轨道，轨道最高点D切线水平，最低点与斜面最高点相切于C点。图中轻质弹簧左端固定，右端放一质量m=0.2kg的物块，已知物块与斜面之间的动摩擦因数μ=0.2，斜面顶端C点在水平面上的投影点为E，BE长L=m。开始时将物块压缩弹簧至A点由静止释放，物块经过圆弧最高点D，恰好落在斜面底端B点。不计空气阻力，物块可视为质点，g取10m/s2，sin37°=0.6，cos37°=0.8。 （1）求物块运动到圆弧最高点D时对轨道的压力大小。 （2）求弹簧在A点的弹性势能（保留到小数点后一位）。 （3）若圆弧轨道上的F点与圆心的连线与水平半径成θ=37°角，更换弹簧后同样将物块弹出，物块经过圆弧轨道上的F点恰好脱离轨道，则弹簧在A点的弹性势能为多少? 3．如图所示，半径为R=0.8m的光滑圆弧轨道BC固定在竖直平面内，轨道的上端点B和圆心O的连线与水平方向的夹角，下端点C为轨道的最低点且与粗糙水平面相切，一根轻质弹簧右端固定在竖直挡板上，质量m=0.2kg的小物块（可视为质点）从空中A点以v空=1m/s的速度被水平抛出，恰好从B点沿轨道切线方向进入轨道，经过C点后沿水平面向右运动到D点时，弹簧被压缩至最短，C、D两点间的水平距离L=1m，小物块与水平面间的动摩擦因数，g=10m/s2，求∶ （1）小物块经过圆弧轨道上B点时速度vB的大小； （2）小物块经过圆弧轨道上C点时对轨道的压力大小； （3）弹簧的弹性势能的最大值Emax。 4．如图所示，底部带有挡板的固定光滑斜面，倾角为θ＝30°，上有质量为m的足够长木板A，其下端距挡板间的距离为L，质量也为m的小物块B置于木板A的顶端，B与木板A之间的动摩擦因数为。无初速释放二者，当木板滑到斜面底端时，与底部的挡板发生弹性碰撞，且碰撞时间极短。可认为最大静摩擦力等于滑动摩擦力。重力加速度为g，求： (1)木板A与挡板第一次碰撞后沿斜面上滑的过程中物块B的加速度大小； (2)木板A从开始到第二次与挡板碰撞过程中运动的总路程； (3)从开始到A、B最后都静止的过程中，系统因摩擦产生的热量。 5．某地区的风速为，空气的密度为。若使风力发电机转动的风通过的截面积为，且风能的可转化为电能，则发电功率是多少？ 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！2 学科网（北京）股份有限公司 $$ 5.3能量的转化与守恒 一、单选题 1．下列选项中对能量守恒定律的认识正确的是（　　） A．黄河之水天上来，是取之不尽，用之不竭的 B．化石能源是凭空产生的，也会任意消失的 C．在自然界中，能量的总量保持不变 D．一块石头从嵩山上滚下后静止，说明能量会凭空消失 【答案】C 【详解】由能量守恒定律可知，能量不会凭空消失也不会凭空产生，能量只会从一个物体转移到另一个物体，整个自然界中的能量的总量保持不变，水资源也不是取之不尽用之不竭的。 故选C。 2．如图是某款扫地机器人的照片，下表是它的一些重要参数。    根据以上信息，下列说法正确的是 额定电压/频率 100-240V/50-60Hz 额定功率 40W 电池输入电压 20V 电池容量 3000mAh 充电时间 约4h 工作时间 100- 120min A．工作时电池把电能转化为化学能 B．电池充电时的充电电流约为0.75A C．电池充满电时储存的能量大约为2.16×108J D．在100-120min工作时间内，机器人一直以40W的额定功率工作 【答案】B 【详解】A．扫地机器人对电池的重量没有特别高的要求，所以基本使用镍氢电池，工作时，电池把化学能转化为电能，故A错误； B．电池充电时 故B正确； C．电池充满电具有的能量为 W=qU=3×3600×20J=2.16×105J 故C错误； D．若一直以40W工作，则工作时间为 而且机器人也并不是一直处于扫地工作状态，故D错误； 故选B。 3．下列四幅图中，动能与势能没有发生相互转化的是（　　） A．水平面上匀速行驶的汽车 B．上升的滚摆 C．从高处滚下的小球 D．向近地点运动的卫星 【答案】A 【详解】A．匀速行驶的汽车，动能不变，重力势能不变，所以动能与势能没有发生相互转化，故A合题意； B．上升的滚摆高度变大，重力势能变大，但是速度变小，动能变小，是动能转化重力势能，故B不合题意； C．从高处滚下的小球，高度减小，重力势能变小，但是速度变大，动能变大，是重力势能转化为动能，故C不合题意； D．向近地点运动的卫星，高度减小，重力势能变小，但是速度变大，动能变大，是重力势能转化为动能，故D不合题意； 故选A。 4．风能是一种新能源，国内外都很重视利用风力来发电。某风力发电机的发电效率，其风轮机旋转过程中接收风能的有效面积S=400m2，某高山顶部年平均风速为v=10m/s，一年内有效的发电时间约为5500小时（合），已知空气密度，该风力发电机一年的发电量约为（　　） A． B． C． D． 【答案】C 【详解】风力发电过程，由动能转化为电能，满足 其中 联立代入数据解得 故选C。 5．下列操作符合安全用电规范的是（　　） A．电冰箱插头有三个齿，墙上的插口只有两个孔，掰掉一个齿插入使用 B．用铁棒插入电风扇叶片之间，卡住，然后再打开风扇 C．早读前离开宿舍，把电热毯开着，并捂上被子，晚上回来好暖和 D．以上都是作死 【答案】D 【详解】A．为避免人体接触用电器金属外壳引起触电，用电器的金属外壳必须保持良好接地。所以“插头无法插入两孔插座便掰断了中间的那根”做法不符合安全用电要求，A错误； B．用铁棒卡住电风扇叶片，会造成电风扇无法正常工作，可能引起电风扇的损坏，不符合安全用电要求，B错误； C．离开宿舍，把电热毯开着，并捂上被子可能会引起用电器使用不当的火灾，不符合安全用电要求，C错误； D．ABC均不符合安全用电要求，故D正确； 故选D。 6．如图所示，有两个物块，质量分别为、，是的两倍，用轻绳将两个物块连接在滑轮组上，滑轮的质量不计，轻绳与滑轮的摩擦也不计，现将两滑块从静止释放，上升一小段距离h高度，在这一过程中，下列说法正确的是（　　） A．和重力势能之和不变 B．上升到h位置时的速度为 C．轻绳的拉力大小为 D．轻绳对和的功率大小不相等 【答案】B 【详解】A．根据能量守恒可知，减小的重力势能全部转化为的重力势能和两物体的动能，选项A错误； B．根据动滑轮的特点可知，的速度为速度的2倍，根据机械能守恒定律可得 解得 选项B正确； C．根据动滑轮的特点可知，的加速度为的加速度的一半，根据牛顿第二定律可知 联立解得 选项C错误； D．绳子的拉力相同，故轻绳对做功的功率 轻绳对做功的功率 由于，故轻绳对做功的功率与轻绳对做功的功率大小相等，选项D错误。 故选B。 二、多选题 7．下列对能量守恒定律的认识正确的是（　　） A．某种形式的能量减少，一定存在其他形式的能量增加 B．某个物体的能量减少，必然有其他物体的能量增加 C．不需要任何外界的动力而持续对外做功的机器——第一类永动机是不可能制成的 D．石子从空中落下，最后停止在地面上，说明机械能消失了 【答案】ABC 【详解】A．不同形式的能量间的转化过程中能量是守恒的，即某种形式的能量减少，一定存在其他形式的能量增加，A正确； B．能量在不同的物体间发生转移过程中能量是守恒的，即某个物体的能量减少，必然有其他物体的能量增加，B正确； C．第一类永动机是不可能制成的，它违背了能量守恒定律，C正确； D．石子从空中落下的过程中，机械能在变化，比如受空气阻力作用使机械能减少，最后停止在地面上时机械能并没有消失，而是转化成其他形式的能，能量守恒定律表明能量既不能创生，也不能消失，D错误； 故选ABC。 一、填空题 1．我国自古有“昼涨称潮，夜涨称汐”的说法。潮汐主要是由太阳和月球对海水的引力造成的，以月球对海水的引力为主。 (1)世界两大观潮胜地，一处是亚马孙河北河口，另一处是我国的 入海口。 (2)图中，a、b是某些潮汐发电示意图。涨潮时开闸门（图a），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，当落潮时，开闸放水发电（图b）。设海湾水库面积为5.0×108m2，平均潮差为3.0m，一天涨落潮两次，发电的平均能量转化率为10%，则一天内发电的平均功率约为（ρ水取1.0×103kg/m3，g取10m/s2） 。 A．2.6×104kW B．5.2×104kW C．2.6×105kW D．5.2×105kW 【答案】 钱塘江 B 【详解】(1)[1]钱塘江是世界著名的观潮胜地，有“八月十八潮，壮观天下无”的说法。 (2)[2]发电时水减少的势能 ΔEp=mgΔh=ρ水ShgΔh 其中 Δh= 一天发电两次，转化成的电能 E=2ΔEp×10%，P= 代入数值得 P=5.2×104kW 故选B。 二、解答题 2．如图为位于竖直平面内的弹射装置示意图，装置的中间是与水平面成θ=37°角的斜面，斜面左端是足够长的光滑水平面，在B点水平面与斜面平滑对接，右端是半径R=m的光滑圆弧轨道，轨道最高点D切线水平，最低点与斜面最高点相切于C点。图中轻质弹簧左端固定，右端放一质量m=0.2kg的物块，已知物块与斜面之间的动摩擦因数μ=0.2，斜面顶端C点在水平面上的投影点为E，BE长L=m。开始时将物块压缩弹簧至A点由静止释放，物块经过圆弧最高点D，恰好落在斜面底端B点。不计空气阻力，物块可视为质点，g取10m/s2，sin37°=0.6，cos37°=0.8。 （1）求物块运动到圆弧最高点D时对轨道的压力大小。 （2）求弹簧在A点的弹性势能（保留到小数点后一位）。 （3）若圆弧轨道上的F点与圆心的连线与水平半径成θ=37°角，更换弹簧后同样将物块弹出，物块经过圆弧轨道上的F点恰好脱离轨道，则弹簧在A点的弹性势能为多少? 【答案】（1）7.0N；（2）14.6J；（3）12.0J 【详解】（1）物块从D点到B点过程，由平抛运动规律得 L-Rsin37°=vDt Ltan37°+R（1+cos37°）=gt2 联立解得 vD=5m/s 在D点，由牛顿第二定律得 FD+mg=m 解得 FD=7.0N 由牛顿第三定律得，在D点，物块对轨道的压力大小为7.0N； （2）从A到D过程，由能量守恒可得 Ep=mgLtan37°+mgR（1+cos37°）+μmgcos37°· 代入数值得弹簧在A点的弹性势能为 Ep=14.6J （3）在F点，物块恰好脱离轨道，轨道对物块支持力为零，由牛顿第二定律得 mgsin37°=m 由能量守恒可得 Ep'=mgLtan37°+mgR（sin37°+cos37°）+μmgcos37°· 联立解得 Ep'=12.0J 3．如图所示，半径为R=0.8m的光滑圆弧轨道BC固定在竖直平面内，轨道的上端点B和圆心O的连线与水平方向的夹角，下端点C为轨道的最低点且与粗糙水平面相切，一根轻质弹簧右端固定在竖直挡板上，质量m=0.2kg的小物块（可视为质点）从空中A点以v空=1m/s的速度被水平抛出，恰好从B点沿轨道切线方向进入轨道，经过C点后沿水平面向右运动到D点时，弹簧被压缩至最短，C、D两点间的水平距离L=1m，小物块与水平面间的动摩擦因数，g=10m/s2，求∶ （1）小物块经过圆弧轨道上B点时速度vB的大小； （2）小物块经过圆弧轨道上C点时对轨道的压力大小； （3）弹簧的弹性势能的最大值Emax。 【答案】（1）2m/s；（2）9N；（3）2J 【详解】（1）小物块恰好从B点沿切线方向进入轨道，据几何关系有 （2）小物块由B运动到C，根据机械能守恒定律有 在C点处，根据牛顿第二定律有 解得 根据牛顿第三定律，小物块经过圆弧轨道上C点时对轨道压力大小为9N； （3）小物块从B运动到D，根据能量守恒定律有： 代入数据解得 4．如图所示，底部带有挡板的固定光滑斜面，倾角为θ＝30°，上有质量为m的足够长木板A，其下端距挡板间的距离为L，质量也为m的小物块B置于木板A的顶端，B与木板A之间的动摩擦因数为。无初速释放二者，当木板滑到斜面底端时，与底部的挡板发生弹性碰撞，且碰撞时间极短。可认为最大静摩擦力等于滑动摩擦力。重力加速度为g，求： (1)木板A与挡板第一次碰撞后沿斜面上滑的过程中物块B的加速度大小； (2)木板A从开始到第二次与挡板碰撞过程中运动的总路程； (3)从开始到A、B最后都静止的过程中，系统因摩擦产生的热量。 【答案】(1)；(2)；(3)3mgL 【详解】(1) 木板A与挡板第一次碰撞前，系统相对静止，之间无摩擦，系统加速度为 a=gsin30° 由运动学公式，第一次碰时系统速度 碰后，对B有 方向沿斜面向上 (2)碰后，对A有 方向沿斜面向下，可见，A、B均做减速运动，A先减速至零。 第一次碰后，A沿斜面上滑的距离为 从开始到第二次碰，A的总路程为 (3)A最后静止于斜面底部。设B相对A下滑位移为Δx，由系统功能关系，有 mgLsinθ+mg（L+Δx）sinθ=μmgΔx cosθ 可得 Δx=4L 因此，系统因摩擦产生的热量为 Q=μmgΔx cosθ=3mgL 5．某地区的风速为，空气的密度为。若使风力发电机转动的风通过的截面积为，且风能的可转化为电能，则发电功率是多少？ 【答案】 【详解】在时间t内，风的质量为 风能为 电功率为 解得 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！2 学科网（北京）股份有限公司 $$