第10節(jié)能量守恒定律與能源基礎(chǔ)訓(xùn)練1.利用新能源發(fā)電的形式很多,如甲、乙、丙和丁圖所示,其中甲表示潮汐能發(fā)電,乙表示地?zé)崮馨l(fā)電,而丙和丁圖所對(duì)應(yīng)的發(fā)電形式分別是(b)a.化學(xué)能,風(fēng)能b.太陽能,風(fēng)能c.核能,太陽能d.核能,化學(xué)能2.關(guān)于能量耗散,下列說法中正確的是(d)a.能量耗散是指在一定條件下,能量在轉(zhuǎn)化過程中總量減少了b.能量耗散表明能量守恒定律具有一定的局限性c.能量耗散表明在能源的利用過程中,能量在數(shù)量上越來越少d.能量耗散從能量轉(zhuǎn)化的角度反映出自然界中宏觀過程的方向性解析:能量耗散是不可避免的,但是能量耗散也遵守能量守恒定律,故選d。3.如圖是安裝在列車車廂之間的摩擦緩沖器結(jié)構(gòu)圖,圖中和為楔塊,和為墊塊,楔塊與彈簧盒、墊塊間均有摩擦,在車廂相互撞擊時(shí)彈簧壓縮過程中(b)a.緩沖器的機(jī)械能守恒b.摩擦力做功消耗機(jī)械能c.墊塊的動(dòng)能全部轉(zhuǎn)化成內(nèi)能d.彈簧的彈性勢(shì)能全部轉(zhuǎn)化為動(dòng)能解析:由于楔塊與彈簧盒、墊塊間均有摩擦,摩擦力做負(fù)功,則緩沖器的機(jī)械能部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,故選項(xiàng)a錯(cuò)誤,b正確;車廂撞擊過程中,彈簧被壓縮,摩擦力和彈簧彈力都做功,所以墊塊的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能和彈性勢(shì)能,選項(xiàng)c,d錯(cuò)誤。4.畫作瀑布如圖所示,有人對(duì)這畫作作了如下解釋,水流從高處傾斜而下,推動(dòng)水輪機(jī)發(fā)電,又順著水渠流動(dòng),回到瀑布上方。然后再次傾斜而下,如此周而復(fù)始,這一解讀違背了(d)a.庫侖定律b.歐姆定律c.電荷守恒定律d.能量守恒定律5.如圖所示為“風(fēng)光互補(bǔ)路燈”系統(tǒng),在有陽光時(shí)通過太陽能電池板發(fā)電,有風(fēng)時(shí)通過風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)電,二者皆備時(shí)同時(shí)發(fā)電,并將電能輸至蓄電池儲(chǔ)存起來,供路燈照明使用。該系統(tǒng)(d)a.只可以實(shí)現(xiàn)風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能b.只可以實(shí)現(xiàn)太陽能轉(zhuǎn)化為電能c.可以實(shí)現(xiàn)電能轉(zhuǎn)化為風(fēng)能d.可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)風(fēng)能、太陽能轉(zhuǎn)化為電能6.滑雪運(yùn)動(dòng)深受人民群眾喜愛。某滑雪運(yùn)動(dòng)員(可視為質(zhì)點(diǎn))由坡道進(jìn)入豎直面內(nèi)的圓弧形滑道ab,從滑道的a點(diǎn)滑行到最低點(diǎn)b的過程中,由于摩擦力的存在,運(yùn)動(dòng)員的速率不變,則運(yùn)動(dòng)員沿ab下滑過程中(c)a.所受合外力始終為零b.所受摩擦力大小不變c.合外力做功一定為零d.機(jī)械能始終保持不變解析:運(yùn)動(dòng)員做勻速圓周運(yùn)動(dòng),合外力指向圓心,a錯(cuò)誤;對(duì)運(yùn)動(dòng)員受力分析如圖所示,ff=mgsin ,下滑過程中減小,sin 變小,故摩擦力ff變小,b錯(cuò)誤;由動(dòng)能定理知,勻速下滑動(dòng)能不變,合外力做功為零,c正確;運(yùn)動(dòng)員下滑過程中動(dòng)能不變,重力勢(shì)能減小,機(jī)械能減小,d錯(cuò)誤.7.鉛球運(yùn)動(dòng)員將靜止在地面上的質(zhì)量為1 kg的鉛球向上提升1 m的高度,并以2 m/s的速度將鉛球投擲出去,則在這一過程中(b)a.手對(duì)鉛球做功10 jb.鉛球的重力勢(shì)能增加10 jc.鉛球克服重力做功2 jd.鉛球的機(jī)械能增加2 j解析:手對(duì)鉛球做功應(yīng)等于鉛球獲得的總機(jī)械能,即w=12mv2+mgh=12 j,故a,d錯(cuò)誤;鉛球克服重力做功w=mgh=10 j,則b正確,c錯(cuò)誤。8.(2017浙江11月選考)如圖所示是具有登高平臺(tái)的消防車,具有一定質(zhì)量的伸縮臂能夠在5 min內(nèi)使承載4人的登高平臺(tái)(人連同平臺(tái)的總質(zhì)量為400 kg)上升60 m到達(dá)滅火位置。此后,在登高平臺(tái)上的消防員用水炮滅火,已知水炮的出水量為3 m3/min,水離開炮口時(shí)的速率為20 m/s,則用于(g取10 m/s2)(b)a.水炮工作的發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率約為1104 wb.水炮工作的發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率約為4104 wc.水炮工作的發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率約為2.4106 wd.伸縮臂抬升登高平臺(tái)的發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率約為800 w解析:登高平臺(tái)的發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率為克服伸縮臂和人連同平臺(tái)的重力的功率,克服人和平臺(tái)重力的功率,p=m1ght=4001060300 w=800 w,故輸出功率應(yīng)大于800 w,選項(xiàng)d錯(cuò)誤;在1 s內(nèi),噴出去水的質(zhì)量為m2=v=103120 kg=50 kg,增加的重力勢(shì)能為wg=m2gh=501060 j=3104 j,增加的動(dòng)能為12m2v2=1104 j,所以1 s內(nèi)水增加的機(jī)械能為4104 j,所以水炮工作的發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率為4104 w,選項(xiàng)b正確,a,c錯(cuò)誤。9.質(zhì)量為m的跳水運(yùn)動(dòng)員進(jìn)入水中后受到水的阻力而做減速運(yùn)動(dòng),設(shè)水對(duì)運(yùn)動(dòng)員的阻力大小恒為f,已知重力加速度為g,那么在運(yùn)動(dòng)員減速下降h的過程中(d)a.運(yùn)動(dòng)員的重力勢(shì)能增加了mghb.運(yùn)動(dòng)員的動(dòng)能減少了fhc.運(yùn)動(dòng)員的機(jī)械能減少了(f-mg)hd.運(yùn)動(dòng)員的機(jī)械能減少了fh解析:運(yùn)動(dòng)員減速下降h,重力勢(shì)能在減小,a錯(cuò)誤;合外力做功為(mg-f)h,是負(fù)功,所以運(yùn)動(dòng)員的動(dòng)能減少了(f-mg)h,b錯(cuò)誤;機(jī)械能的變化等于除重力、彈力外其他力做的功,所以運(yùn)動(dòng)員的機(jī)械能減少了fh,故c錯(cuò)誤,d正確。10.如圖所示,輕質(zhì)彈簧一端固定,另一端連接一小物塊,o點(diǎn)為彈簧在原長時(shí)物塊的位置。物塊由a點(diǎn)靜止釋放,沿粗糙程度相同的水平面向右運(yùn)動(dòng),最遠(yuǎn)到達(dá)b點(diǎn)。在從a到b的過程中,物塊(d)a.加速度一直減小b.經(jīng)過o點(diǎn)時(shí)的速度最大c.所受彈簧彈力始終做正功d.所受彈簧彈力做的功等于克服摩擦力做的功解析:由a點(diǎn)開始運(yùn)動(dòng)時(shí),f彈ff,合力向右,小物塊向右加速運(yùn)動(dòng),彈簧壓縮量逐漸減小,f彈減小,由f彈-ff=ma知,a減小;當(dāng)運(yùn)動(dòng)到f彈=ff時(shí),a減小為零,此時(shí)彈簧仍處于壓縮狀態(tài),由于慣性,小物塊繼續(xù)向右運(yùn)動(dòng),此時(shí),f彈ff,小物塊做減速運(yùn)動(dòng),且隨著壓縮量繼續(xù)減小,f彈與ff差值增大,即加速度增大;當(dāng)越過o點(diǎn)后,彈簧被拉伸,此時(shí)彈力方向與摩擦力方向相同,有f彈+ff=ma,隨著拉伸量增大,a也增大,故從a到b過程中,物塊加速度先減小后增大,在壓縮狀態(tài)f彈=ff時(shí)速度達(dá)到最大,選項(xiàng)a,b錯(cuò)誤;在ao段物塊運(yùn)動(dòng)方向與彈力方向相同,彈力做正功,在ob段物塊運(yùn)動(dòng)方向與彈力方向相反,彈力做負(fù)功,選項(xiàng)c錯(cuò)誤;由動(dòng)能定理知,a到b的過程中,彈力做功和摩擦力做功之和為0,選項(xiàng)d正確。能力提升11.從地面豎直向上拋出一物體,其機(jī)械能e總等于動(dòng)能ek與重力勢(shì)能ep之和。取地面為重力勢(shì)能零點(diǎn),該物體的e總和ep隨它離開地面的高度h的變化如圖所示。重力加速度取10 m/s2。由圖中數(shù)據(jù)可得(a)a.物體的質(zhì)量為2 kgb.h=0時(shí),物體的速率為20 m/sc.h=2 m時(shí),物體的動(dòng)能ek=40 jd.從地面至h=4 m,物體的動(dòng)能減少80 j解析:eph圖象的斜率表示物體受到的重力mg,即mg=804 n=20 n,解得m=2 kg,故a正確;由圖象可知,物體離地面的高度h=0時(shí),重力勢(shì)能ep=0,機(jī)械能e總=100 j,則動(dòng)能ek=e總-ep=100 j,而ek=12mv2=100 j,解得v=10 m/s,故b錯(cuò)誤;同理可得,h=2 m時(shí),ep=40 j,ek=e總-ep=90 j-40 j=50 j;h=4 m時(shí),ek=e總-ep=80 j-80 j=0 j,從地面至h=4 m,物體的動(dòng)能減少100 j,故c,d錯(cuò)誤。12.(2015浙江10月選考)快艇在運(yùn)動(dòng)中受到的阻力與速度平方成正比(即ff=kv2)。若油箱中有20 l燃油,當(dāng)快艇以10 m/s勻速行駛時(shí),還能行駛40 km,假設(shè)快艇發(fā)動(dòng)機(jī)的效率保持不變,則快艇以20 m/s勻速行駛時(shí),還能行駛(c)a.80 kmb.40 kmc.10 kmd.5 km解析:發(fā)動(dòng)機(jī)的功率p=ffv=kv3,以10 m/s勻速行駛40 km的時(shí)間t1=x1v1=4 000 s,總功一定,由于發(fā)動(dòng)機(jī)的效率不變,發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的有用功相等即kv13t1=kv23t2,得t2=500 s,x2=v2t2=10 000 m=10 km。13.如圖所示是某類潮汐發(fā)電示意圖。漲潮時(shí)開閘,水由通道進(jìn)入海灣水庫蓄水,待水面升至最高點(diǎn)時(shí)關(guān)閉閘門(如圖甲),落潮時(shí),開閘放水發(fā)電(如圖乙)。設(shè)海灣水庫面積為5.0108 m2,平均潮差為3.0 m,一天漲落潮兩次,發(fā)電機(jī)的平均能量轉(zhuǎn)化效率為10%,則一天內(nèi)發(fā)電的平均功率約為(海水=1.0103 kg/m3,g取10 m/s2)(b)a.2.6104 kwb.5.2104 kwc.2.6105 kwd.5.2105 kw解析:放水發(fā)電時(shí),海水的重力勢(shì)能減少,其中10%轉(zhuǎn)化為電能。一天內(nèi)提供的重力勢(shì)能為ep=2mgh=2海水vgh=21.01035.01083.0101.5 j=4.51013 j,則一天內(nèi)發(fā)電的平均功率為p=ep10%243 600s5.2104 kw。故選項(xiàng)b正確。14.(2019浙江6月學(xué)考)如圖所示是質(zhì)量可忽略不計(jì)的秋千,懸點(diǎn)o離地面高度h=2 m。質(zhì)量m=5 kg的小猴(可視為質(zhì)點(diǎn))趴在秋千上,它到懸點(diǎn)o的距離l1=1.6 m。飼養(yǎng)員在圖中左側(cè)推秋千,每次做功都為w=5 j。秋千首次從最低點(diǎn)被推動(dòng),以后每次推動(dòng)都是在秋千蕩回左側(cè)速度變?yōu)榱銜r(shí)進(jìn)行。若不計(jì)空氣阻力,g取10 m/s2,求:(1)經(jīng)1次推動(dòng),小猴蕩起的最高點(diǎn)比最低點(diǎn)高多少。(2)經(jīng)多少次推動(dòng),小猴經(jīng)過最低點(diǎn)的速度v=4 m/s。(3)某次小猴向右經(jīng)過最低點(diǎn)時(shí),一個(gè)掛在秋千繩上c點(diǎn)的金屬小飾物恰好脫落,并落在地上d點(diǎn)。d到c的水平距離x=0.96 m,c到o的距離l2=1.28 m。則小猴此次經(jīng)過最低點(diǎn)時(shí)對(duì)秋千的作用力多大。解析:(1)推動(dòng)一次w=mgh,得h=0.1 m。(2)推動(dòng)n次后,回到最低點(diǎn),由動(dòng)能定理nw=12mv2,得n=8。(3)小飾物下落時(shí)間滿足h-l2=12gt2,t=31025 s,脫落時(shí)的速度v1=xt=4105 m/s,設(shè)小猴經(jīng)過最低點(diǎn)時(shí)速度為v2,v1v2=l2l1,得v2=10 m/s,對(duì)小猴受力分析,有ft-mg=mv22l1,解得ft=81.25 n,由牛頓第三定律得,小猴對(duì)秋千的作用力為81.25 n。答案:(1)0.1 m(2)8次(3)81.25 n15.如圖所示,豎直放置的半徑為r的半圓形光滑軌道bcd跟水平直軌道ab相切于b點(diǎn),d點(diǎn)為半圓形軌道的最高點(diǎn)。木塊m(可視為質(zhì)點(diǎn))跟軌道a,b間的動(dòng)摩擦因數(shù)為,ab兩點(diǎn)間的距離為s。現(xiàn)給木塊m以水平向右的初速度v0從a點(diǎn)滑出。試問:(1)如果要求木塊經(jīng)d點(diǎn)滑出后重新回到a點(diǎn),則v0應(yīng)滿足什么條件?(2)如果要求木塊能沿原路返回并重新回到a點(diǎn),則v0應(yīng)滿足什么條件?r,s之間還應(yīng)滿足什么條件?解析:(1)木塊m從d點(diǎn)滑出后做平拋運(yùn)動(dòng)又回到a點(diǎn),設(shè)木塊在d點(diǎn)的速度為v,木塊從d點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到a點(diǎn)所用的時(shí)間為t,在水平方向:s=vt,豎直方向上:2r=12gt2,解得v=s2gr。對(duì)木塊從a到d由動(dòng)能定理有-mgs-mg2r=12mv2-12mv02,解得 v0 =2gs+4rg+gs24r。(2)要使木塊沿原路返回,則沿圓軌道上滑時(shí),不能超過題圖中c點(diǎn)。根據(jù)功能關(guān)系,v0應(yīng)滿足:12mv02mgs+mgr, 又要使木塊能回到a點(diǎn),則有12mv022mgs,聯(lián)立兩式得2gs+2gr v02gs, 要使上式成立,則r,s之間還應(yīng)滿足rs。答案:(1)v0=2gs+4rg+gs24r(2)2gs+2gr v02gsrs16.(2017浙江11月選考)如圖1所示是游樂園的過山車,其局部可簡化為如圖2所示的示意圖,傾角=37的兩平行傾斜軌道bc,de的下端與水平半圓形軌道cd順滑連接。傾斜軌道bc的b端高度h=24 m,傾斜軌道de與圓弧ef相切于e點(diǎn),圓弧ef的圓心o1、水平半圓軌道cd的圓心o2與a點(diǎn)在同一水平面上,do1的距離l=20 m。質(zhì)量m=1 000 kg的過山車(包括乘客)從b點(diǎn)自靜止滑下,經(jīng)過水平半圓軌道后,滑上另一傾斜軌道,到達(dá)圓弧頂端f時(shí)乘客對(duì)座椅的壓力為自身重力的0.25倍。已知過山車在bcde段運(yùn)動(dòng)時(shí)所受的摩擦力與軌道對(duì)過山車的支持力成正比,比例系數(shù)=132,ef段摩擦力不計(jì),整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程空氣阻力不計(jì)。(sin 37=0.6,cos 37=0.8)(1)求過山車過f點(diǎn)時(shí)的速度大小。(2)求從b到f整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程中摩擦力對(duì)過山車做的功。(3)如果過d點(diǎn)時(shí)發(fā)現(xiàn)圓軌道ef段有故障,為保證乘客的安全,立即觸發(fā)制動(dòng)裝置,使過山車不能到達(dá)ef段并保證不再下滑,則過山車受到的摩擦力至少應(yīng)多大?解析:(1)在f點(diǎn)有m人g-14m人g=m人vf2r, r=lsin =12 m, 得vf=34gr=310 m/s。 (2)設(shè)整個(gè)過程摩擦阻力做功為w,對(duì)b到f