6.3能源开发与环境保护 自主提升过关练（Word版含答案）

6.3能源开发与环境保护 自主提升过关练（解析版）
一、选择题
1．在一次演示实验中，一压紧的弹簧沿一粗糙水平面射出一小球，测得弹簧压缩的距离d和小球在粗糙水平面上滚动的距离s如下表所示．由此表可以归纳出小球滚动的距离s跟弹簧压缩的距离d之间的关系，并猜测弹簧的弹性势能Ep跟弹簧压缩的距离d之间的关系分别是（选项中k1、k2是常量）（ ）
实验次数 1 2 3 4
d/cm 0.50 1.00 2.00 4.00
s/cm 4.98 20.02 80.10 319.5
A．s=k1d，Ep=k2d
B．s=k1d，Ep=k2d2
C．s=k1d2，Ep=k2d
D．s=k1d2，Ep=k2d2
2．有一种叫作“压电陶瓷”的电子元件，当对它挤压或拉伸时，它的两端就会形成一定的电压，这种现象称为压电效应。一种燃气打火机，就是应用了该元件的压电效应制成的。只要用大拇指压一下打火机上的按钮，压电陶瓷片就会产生的高压，形成火花放电，从而点燃可燃气体。在上述过程中，压电陶瓷片完成的能量转化是（　　）
A．化学能转化为电能
B．内能转化为电能
C．化学能转化为光能
D．机械能转化为电能
3．浙江最大抽水蓄能电站 2016 年将在缙云开建，其工作原理是：在用电低谷时（如深夜），电站利用电网多余电能把水抽到高处蓄水池中，到用电高峰时，再利用蓄水池中的水发电．如图所示，若该电站蓄水池（上水库）有效总库容量（可用于发电）为 7．86×106m3 ， 发电过程中上下水库平均水位差 637m，年抽水用电为 2．4×108 kW·h，年发 电 量 为 1．8×108 kW·h （ 水 的 密 度 为 ρ=1．0×103kg/m3 ， 重力加速度为 g=10m/s2 ， 以下水库水面为零势能面）．则下列说法正确的是（）
A．抽水蓄能电站的总效率约为 65%
B．发电时流入下水库的水流速度可达到 112m/s
C．蓄水池中能用于发电的水的重力势能约为 Ep=5．0×1013 J
D．该电站平均每天所发电能可供给一个大城市居民用电（电功率以105 kW 计算）约10h
4．如图所示是某城市广场水柱喷泉的夜景。从远处眺望，根据周围建筑估计水柱约有40层楼高；在近处观察，喷泉管口的直径约为10cm。请估算连接喷泉电动机的输出功率约（　　）
A．5×103W B．5×105W C．5×107W D．5×109W
5．图甲为一种大型抛石机，将石块放在长臂一端的石袋中，在短臂端挂上重物，发射前将长臂端往下拉至地面，然后突然松开，石袋中的石块过最高点时就被抛出，可简化为图乙所示。将一质量m=80kg的可视为质点的石块装在长L=m的长臂末端的石袋中，初始时长臂与水平面成=。松开后，长臂转至竖直位置时，石块在轨迹最高点被水平抛出，落在水平地面上。石块落地点与Ｏ点的水平距离s=120m。忽略长臂、短臂和石袋的质量，不计空气阻力和所有摩擦，g=10m/s2，下列说法正确的是（　　）
A．石块水平抛出时的初速度为50m/s
B．重物重力势能的减少量等于石块机械能的增加量
C．石块从A到最高点的过程中，石袋对石块做功1.6×105J
D．石块圆周运动至最高点时，重力的瞬时功率为3600W
6．如图，某地有一风力发电机，它的叶片转动时可形成半径为20m的圆面。某时间内该地区的风速是6.0m/s，风向恰好跟叶片转动的圆面垂直，已知空气的密度为1.2kg/m3，假如这个风力发电机能将此圆内10%的空气动能转化为电能，则此风力发电机发电的功率约为（　　）
A．2.7kW B．16.3kW C．27kW D．163kW
7．质量相同的物体A、B静止在光滑的水平面上,用质量和水平速度相同的子弹a、b分别射击A、B,最终a子弹留在A物体内,b子弹穿过B,A、B速度大小分别为vA和vB,则
A．vA＞vB B．vA＜vB
C．vA=vB D．条件不足,无法判定
8．民航客机的机舱一般都设有紧急出口，发生意外情况的飞机在着陆后，打开紧急出口的舱门，会自动生成由同种材料构成的一个安全气囊，安全气囊由斜面和水平薄面组成，机舱中的人可沿斜面滑行到水平薄面上，示意图如图所示。若人从气囊上由静止开始滑下，人与斜面和人与水平薄面间的动摩擦因数均为0.5，斜面与水平面间的夹角为θ=37°，g=10m/s2，sin37°=0.6，cos37°=0.8，不计空气阻力。要避免人与地面接触而受到伤害，则设计安全气囊时水平面和斜面的长度之比至少为(　　)
A．1：3 B．2：5 C．3：5 D．1：1
9．2017年12月8日消息,青岛科技大学在石墨烯量子点高效太阳能电池研究方面取得突破,提高了其光电转换效率．近期科学家研制出一种新的太阳能电池,在正常照射下可将光能转换成电能的效率高达45%,若用这种太阳能电池产生5V的电动势,可获得0.9A的电流,则每秒照射到这种太阳能电池上的太阳光的能量约是
A．2J B．4.5J C．10J D．50J
10．2021年4月23日，海军长征18号艇在海南三亚某军港集中交接入列。若质量为M的长征18号艇在海面上正在沿直线航行，发动机的输出功率恒为P，所受阻力大小恒为Ff，某时刻速度大小为v1，加速度大小为（），一段时间t后速度大小为v2，在这段时间内位移大小为x。则下列关系式正确的是（　　）
A．； B．；
C．； D．；
11．如图所示是滑沙场地的一段可视为倾角为30°的斜面，设人和滑车总质量为m，人从距底端高为h处的顶端沿滑道由静止开始匀加速下滑，加速度为0.4g，人和滑车可视为质点，则从顶端向下滑到底端的过程中（　　）
A．人和滑车获得的动能为0.4mgh
B．人和滑车克服摩擦力做功为0.6mgh
C．人和滑车减少的重力势能全部转化为动能
D．人和滑车减少的机械能为0.2mgh
12．如图所示，轻弹簧的一端悬挂在天花板上，另一端固定一质量为m的小物块，小物块放在水平面上，弹簧与竖直方向夹角为θ。开始时弹簧处于伸长状态，现给小物块一水平向右的初速度，小物块向右运动的最大距离为L，小物块与地面的动摩擦因数为μ，重力加速度为g，弹簧始终在弹性限度内，则对此过程分析正确的是（　　）
A．小物块在弹簧悬点正下方时速度最大
B．小物块克服摩擦力做功一定等于
C．弹簧的弹性势能可能先减小后增大接着又减小再增大
D．此过程产生的内能等于由小物块和弹簧组成的系统机械能的减小量
13．如图所示，倾角为θ的斜面底部固定一轻质弹簧，有一可视为质点其质量为m的小滑块从斜面上P点以某一初速度匀速下滑，一段时间后压缩弹簧至最低点Q，已知PQ的距离为x，被弹簧反弹后物块恰能返回到P点。在滑块从P点匀速下滑到恰能返回到P点的过程中，下列判断正确的是（　　）
A．在此过程中弹簧的最大弹性势能为
B．物块下滑的初速度为
C．增大物块的质量，物块仍从P点以原来的初速度下滑，则物块仍恰能滑回到P点
D．增大物块的质量，物块仍从P点以原来的初速度下滑，则物块不能滑回到P点
14．如图所示，电动机带动足够长的水平传送带以速度2m/s匀速运行，一质量为1kg的小木块由静止轻放在传送带上，经过一段时间小木块与传送带相对静止，在这个过程中（　　）
A．滑动摩擦力对小木块做的功为2J
B．摩擦产生的热量为4J
C．电动机带动小木块多消耗的电能为4J
D．传送带克服滑动摩擦力做的功为2J
二、解答题
15．如图所示，轻质细线把质量的物体连接在墙上，物体与墙之间夹有被压缩的轻质弹簧（物体与弹簧不拴接）静止在水平面上。水平面P点的右侧光滑、左侧粗糙，某时刻烧断细线，物体被弹开后从P点向左减速到达B点接着沿着斜面向上运动，达到A点速度恰好为0，接着物体从A点恰好可以返回到P点，物体与PB之间、BA之间的动摩擦因数均为，斜面AB与水平面间夹角为53°，A到水平面高度为，且。不计物体在斜面与水平面转折处的能量损失，重力加速度g取，，，求：
（1）弹簧释放的弹性势能；
（2）动摩擦因数。
16．如图所示，一轻弹簧原长15cm,竖直放置在水平面上，将一质量为m1=8.1kg的物体无初速地放在弹簧上端，弹簧压得最短时长度为10cm．现将这弹簧放在与弹簧原长相等的光滑固定水平台B上，弹簧右端固定在平台边缘，平台左端有一等高质量为m＝0.2 kg的长木板，木板静止在水平地面上并与B挨着，已知木板A与地面间的动摩擦因数μ1＝0.1．将质量M＝0.1 kg的小铁块（可视为质点）放平台B上与弹簧左端接触但不连接，用力推铁块向右压缩弹簧到长度为10cm，然后撤去推力无初速释放铁块，从木板A的右端滑上木板．铁块与木板间的动摩擦因数μ2＝0.4，取重力加速度g＝10 m/s2，木板足够长，求：
(1)弹簧上放物体压缩到最短10cm时，具有的弹性势能Ep；
(2)铁块相对木板滑动时木板的加速度的大小；
(3)铁块与木板摩擦所产生的热量Q和木板在水平地面上滑行的总路程x.
参考答案
1．D
【详解】
由表中数据可看出，在误差范围内，s正比于d2，即s=k1d2，弹簧释放后，小球在弹簧的弹力作用下加速，小球在粗糙水平面滚动的距离s，从能量转化的角度得弹簧的弹性势能转化为由于小球在粗糙水平面滚动产生的内能，列出等式Ep=fs，f为摩擦力，恒量．所以Ep正比于d2，即Ep=k2d2，故选D.
2．D
【详解】
根据题意用大拇指压一下打火机上的按钮，压电陶瓷片就会产生 10kV~20kV 的高压，形成火花放电，从而点燃可燃气体。转化前要消耗机械能，转化后得到了电能，所以为机械能转化为电能。
故选D。
3．C
【详解】
A．已知年抽水用电为，年发电量为，则抽水蓄能电站的总效率为
故A错误；
B．若没有任何阻力，由机械能守恒得
得
由题知，水流下的过程中受到阻力，所以发电时流入下水库的水流速度小于，故B错误；
C．蓄水池中能用于发电的水的重力势能为
故C正确；
D．该电站平均每天所发电量为
可供给一个大城市居民用电（电功率以计算）的时间为
故D错误．
4．B
【详解】
取一层楼高3m，水从喷口喷出的速度由自由落体可得
则输出功率为
故选B。
5．C
【详解】
A．石块平抛运动的高度
根据得
故石块水平抛出时的初速度
故A错误；
B．转动过程中，重物的动能也在增加，因此根据能量守恒定律可知，重物重力势能的减少量不等于石块机械能的增加量，故B错误；
C．块从A到最高点的过程中，石袋对石块做功
故C正确；
D．石块做圆周运动至最高点时，速度方向水平向右，与重力方向垂直，则此时重力的功率为0，故D错误。
故选C。
6．B
【详解】
依题意，空气把动能转化为电能，根据能量守恒定律有
又因为
两式联立，代入题中相关数据求得此风力发电机发电的功率
故选B。
7．A
【详解】
子弹留在木块中，即共速，此种情况是子弹损失动能最多的情况，即对木块做功最多，获得的动能最大，可判断vA＞vB，
故选A
8．B
【详解】
设斜面长度为l，则人下滑高度为
在斜面上运动克服摩擦力做功为
设水平面长度为s，在水平面上运动克服摩擦力做功为
要避免人与地面接触而受到伤害，人滑到气囊末端时速度0，由能量守恒可得
代入数据得
故B正确。
故选B。
9．C
【详解】
根据W=EIt可得，太阳能电池每秒产生的能量为W=5×0.9×1J=4.5J，设太阳每秒照射的能量为Q，则由能量守恒定律得Q×45%=W，所以Q=10J，只有选项C正确．
10．A
【详解】
AB．长征18号艇受到的牵引力
某时刻速度为v1时，加速度a1满足
发动机的输出功率恒为P，所受阻力大小恒为Ff，在加速过程中做加速度减小的加速度运动，则这段时间内的平均速度大于初末速度和的一半，即
故A正确，B错误；
CD．长征18号艇做加速运动，牵引力大于阻力，则
由能量守恒可得
故CD错误。
故选A。
11．D
【详解】
设受到的摩擦力是f，加速度大小为0.4g，则沿斜面的方向：mgsin30°-f=ma，解得：f=0.1mg，人和滑车下滑的过程中重力和摩擦力做功，获得的动能为：，代入数据解得：，故A错误；整个下滑过程中人和滑车减少的机械能为△E=mgh-Ek=mgh-0.8mgh=0.2mgh，故D正确；整个下滑过程中人和滑车减少的机械能为0.2mgh，所以人和滑车克服摩擦力做功为0.2mgh，故B错误；由以上的分析可知，人下滑的过程中受到摩擦力的作用，人和滑车减少的重力势能转化为动能和内能，故C错误。所以D正确，ABC错误。
12．CD
【详解】
A．小物块在整个运动过程中，弹簧的弹力在水平方向上的分力和滑动摩擦力的关系不明确，小物块在弹簧悬点正下方经过时速度是否最大没法判断，A错误；
B．小物块向右运动的最大距离为L，小物块与地面的动摩擦因数为μ，但小物块对地面的平均压力不一定等于mg，则滑动摩擦力平均值不一定等于μmgL， B错误；
C．弹簧可能由伸长变到原长，再变到压缩，再变到原长，最后变到伸长，弹簧的弹性势能可能先减小后增大接着又减小再增大，C正确；
D．此过程中，小物块和弹簧组成的系统机械能转化为内能，由能量守恒可知，此过程产生的内能等于由小物块和弹簧组成的系统机械能的减小量，D正确。
故选CD。
13．BD
【详解】
AB．滑块下滑过程中，由能量守恒得
滑块上滑过程中，由能量守恒得
且有
联立解得
，
故A错误，B正确；
CD．增大物块的质量，物块仍从P点以原来的初速度下滑，从物块接触弹簧到最低点有
从低点到物块离开弹簧有
由此可知，物块离开弹簧的速度小于下滑过程中刚接触弹簧时的速度，从物块开始运动到刚接触弹簧，重力势能转化为产生的热量，而物块离开弹簧到最高点，动能转化为重力势能和产生的热量，则物块不能滑回到P点，故C错误，D正确。
故选BD。
14．AC
【详解】
A．根据动能定理可知，摩擦力对小木块做的功等于小木块动能的增量，因此
A正确；
C．由于小木块在加速过程中，最后的速度与传送带速度相同，因此平均速度等于传送带速度的一半，位移也是传送带位移的一半，因此摩擦力对小木块做功等于传送带克服摩擦力做功的一半，因此传送带克服滑动摩擦力做的功为4J，由于传送带匀速运动，电动机带动小木块多消耗的电能为4J，C正确，D错误；
B．根据能量守恒定理，多消耗的电能为4J，其中2J转化为小物体块的动能，另外2J摩擦力生成了热，因此摩擦产生的热量为2J，B错误。
故选AC。
15．（1）24J；（2）0.5
【详解】
(1)物体从A点由静止返回到P点时速度正好为0，由能量守恒，物体从A点返回到P点摩擦生热
同理物体从P点运动到A点摩擦生热
设弹簧释放的弹性势能为，从烧断细线到物体返回到P点，由能量守恒可得
综上可得
(2)对物体受力分析，物体与斜面间的滑动摩擦力大小
物体与水平面间的滑动摩擦力大小为
物体从A点返回到P点摩擦生热
由(1)可得
又
解得
16．(1)Ep= 4.05J (2)a＝0.5m/s2 (3)Q＝3.6J，x＝1.5m
【详解】
(1)物块向下压弹簧的过程，由能量守恒定律：Ep=m1g（L1-L2）=4.05J
(2)设铁块滑上木板时速度为v0，在木板上滑动时，铁块的加速度为a1，木板的加速度为a2，
由功能关系得
解得：v0=9m/s
由牛顿第二定律可得μ2Mg＝Ma1，
解得：a1＝μ2g＝4 m/s2．
μ2Mg－μ1(M＋m)g＝ma2，
解得a2＝0.5 m/s2．
设铁块与木板相对静止达共同速度时的速度为v，所需的时间为t，则有v＝v0－a1t，v＝a2t
解得：v＝1 m/s，t＝2 s．
铁块相对地面的位移
木板运动的位移
铁块与木板的相对位移Δx＝x1－x2＝10m－1m＝9m
则此过程中铁块与木板摩擦所产生的热量Q＝Ff·Δx＝μ2Mg·Δx＝0.4×0.1×10×9J＝3.6J
达共同速度后的加速度为a3，发生的位移为s，则有：a3＝μ1g＝1m/s2
木板在水平地面上滑行的总路程x＝x2＋s＝1m＋0.5m＝1.5m
【点睛】
本题是一道力学综合题，分析清楚物块的运动过程是解题的前提与关键，应用能量守恒、牛顿第二定律、运动学公式即可解题，平时要注意基础知识的学习与积累．