1.6自然界中的守恒定律 学科素养提升练（word版含答案）

1.6自然界中的守恒定律 学科素养提升练（解析版）
一、选择题
1．如图所示是我国某风能发电基地，全球可利用的风能为2×107 MW（1 MW＝106 W），比地球上可开发利用的水能总量还要大10倍，我国风能资源总储量约1.6×105 MW 。2012年7月4日装机容量达到2 240万千瓦的三峡水电站，已成为全世界最大的水力发电站和清洁能源生产基地。下列说法正确的是（　　）
A．风力发电是把风的内能转化为电能
B．我国风能资源总储量约为7个三峡水电站的装机容量
C．风力发电过程违反能量守恒定律
D．水能和风能都是清洁能源且都是不可再生能源
2．某台风力发电机，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6m/s，风向恰好跟叶片转动的圆面垂直，已知空气的密度为1.23，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．3kW B．16kW C．30kW D．160kW
3．如图所示，一水平传送带始终保持恒定速率v沿顺时针方向运行，将一质量为m的物体轻放在最左端A处，物体先做匀加速直线运动，随后与传送带共速做匀速直线运动。则在整个过程中，下列说法正确的是（　　）
A．传送带对物体做的功大于
B．物体对传送带做的功为
C．传送带与物体间因摩擦产生的热量为
D．传送带因传送物体而多消耗的电能为
4．如图所示，质量为M、长度为L的小车静止在光滑水平面上，质量为m的小物块(可视为质点)放在小车的最左端。现用一水平恒力F作用在小物块上，使小物块从静止开始做匀加速直线运动。小物块和小车之间的摩擦力为f，小物块滑到小车的最右端时，小车运动的距离为x。此过程中，以下结论不正确的是（　　）
A．小物块到达小车最右端时具有的动能为(F－f)·(L＋x)
B．小物块到达小车最右端时，小车具有的动能为fx
C．小物块克服摩擦力所做的功为f(L＋x)
D．小物块和小车增加的机械能为Fx
5．关于能源、能量，下列说法正确的是（　　）
A．可再生能源是未来理想能源的一个重要发展方向
B．核能的利用会造成放射性污染，所以应该关闭核电站
C．能量是守恒的，不会发生能源危机
D．化石能源、水能、核能，不能在短期内从自然界得到补充，这类能源称为不可再生能源
6．北京时间2020年12月17日凌晨2点左右，嫦娥五号返回器在内蒙古四子王旗预定区域成功着陆，标志着我国首次地外天体采样返回任务圆满完成。嫦娥五号返回器在距地面高度约120公里处的A点，以接近第二宇宙速度进入地球大气层，由于速度太大，返回舱不能直接返回地面，因为返回舱与大气层超高速摩擦带来的高温会让返回舱烧毁，所以要通过所谓的“太空打水漂”的方式返回。如图所示是返回舱“太空打水漂”的示意图，返回舱从图中C点再次进入大气层的速度约为7km/s。下列说法正确的是（　　）
A．返回舱再次进入大气层后，若调整速度方向，返回舱可环绕地球运动
B．返回舱运动到图中B点时受到大气的作用力大于重力
C．返回舱“打水漂”的过程机械能守恒
D．返回舱“打水漂”的主要目的是为了改变返回舱进入大气层的角度
7．关于“能量耗散”的下列说法中，正确的是 （　　）
A．能量在转化过程中，有一部分能量转化为内能，我们无法把这些内能收集起来重新利用，这种现象叫作能量的耗散
B．能量在转化过程中变少的现象叫能量的耗散
C．能量耗散表明，在能源的利用过程中，能量的数量不但减少，而且可利用的品质降低了
D．能量耗散表明，各种能量在不转化时是守恒的，但在转化时是不守恒的
8．下列关于功和能的说法正确的是（　　）
A．功就是能，能就是功
B．滑动摩擦力只能做负功
C．由于自然界遵循能量守恒定律，从长远来看，能源危机是不存在的
D．能量转化的多少可以用功来量度
9．如图所示，固定的粗糙斜面AB的倾角为37°，一小物块从距斜面的底端B点8m处由静止释放，下滑到B点与弹性挡板碰撞，碰撞过程能量损失不计，第一次返回到斜面的最高点为Q（图中未画出）。设物块和斜面间的动摩擦因数为0.2，以B点为零势能面（sin37°=0.6，cos37°=0.8）。则下列说法正确的是（　　）
A．物块沿斜面下滑时机械能减少，沿斜面上滑时机械能增加
B．物块下滑时，动能与势能相等的位置在AB中点下方
C．Q点到B点距离为3m
D．物块从开始释放到最终静止经过的总路程为18m
10．以下属于一次能源的是（　　）
A．太阳能 B．电能 C．煤气 D．焦炭
11．如图所示，地面上竖直放一根轻弹簧，其下端和地面连接，一物体从弹簧正上方距弹簧一定高度处自由下落，忽略空气阻力，则（　　）
A．物体和弹簧刚接触时，物体的动能最大
B．在弹簧被压缩到最低点时，物体处于平衡状态
C．在物体向下压缩弹簧的过程，物体的加速度不断增大
D．在物体向下压缩弹簀的过程，物体的动能与弹簧弹性势能之和不断增加
12．如图所示，质量为2kg的物体A静止在竖直的轻质弹簧上面，质量为3kg的物体B用细线悬挂起来，A、B紧挨在一起但A、B之间无压力，某时刻将细线剪断，取g=10m/s2﹐则（　　）
A．细线剪断瞬间，B对A的压力大小为30N
B．细线剪断后，在A与B一起向下的运动过程中，当A、B总重力等于弹簧弹力大小时，系统的重力势能和弹性势能之和最小
C．细线剪断之后，在A与B一起向下的运动过程中，B对A的压力不变
D．细线剪断之后，在A与B一起向下的运动过程中，当A的速度最大时弹簧的弹性势能最小
13．如图所示，倾角为30°的斜面固定在水平地面上，轻弹簧一端固定在垂直斜面的挡板上。现将一质量为的物块（可视为质点）从斜面上的点由静止释放，物块下滑过程中压缩弹簧到达最低点后，被弹簧弹回并沿斜面上滑到距点处速度减为零。已知，弹簧始终在弹性限度内，重力加速度为。下列说法中正确的是（　　）
A．物块与斜面间的动摩擦因数为0.1
B．物块与斜面间的动摩擦因数为
C．物块压缩弹簧到最低点的过程中弹簧弹力对物块做功为
D．物块压缩弹簧到最低点的过程中弹簧弹力对物块做功为
14．质量为M的木块放在光滑的水平面上，质量为m的子弹以速度v0沿水平方向射中木块并最终留在木块中与木块一起以速度v运动。当子弹进入木块的深度为d时相对木块静止，这时木块前进的距离为s。若木块对子弹的阻力大小F视为恒定，下列关系正确的是（　　）
A．Fs= B．Fd=
C．Fd=﹣（m+M） D．F（s+d）=﹣
15．一物块从斜面顶端由静止开始沿斜面下滑，在物块从顶端滑到底端的过程中，其重力势能和动能随下滑距离x的变化如图中直线I、II所示。根据图中信息可以求出（　　）
A．物块与斜面间的动摩擦因数
B．物块受到滑动摩擦力的大小
C．物块下滑时加速度的大小
D．物块下滑5.0m过程中机械能的损失
二、解答题
16．黄果树瀑布位于中国贵州省的白水河上。这里山峦重叠，白水河自东北山腋泻涯而下，水势汹涌。流经黄果树地段时，因河床断落，形成9级瀑布群。如图所示的黄果树瀑布是瀑布群中最为著名的。宽约81m的飞瀑以5m/s的初速度从68m高的悬崖上跌落，发出轰然巨响。跌落处掀起轩然大波，浪花四溅，水珠飞扬。遇阳光照射时，便化作长虹一道，五彩缤纷。据以上提供的信息，完成下列问题：
（1）如果落下的水的机械能中有10%用来使水的温度升高，则水落下后本身的温度升高多少？［已知水的比热容为J/（kg·℃）］
（2）如果在瀑布底部安装若干台水力发电机，发电效率为80%，又设整个黄果树瀑布的水流量，则估算一年的发电量为多少千瓦·时？
17．如图所示，水平桌面上有一轻弹簧，左端固定在A点，自然状态时其右端位于B点。水平桌面右侧有一竖直放置的光滑轨道MNP，其形状为半径R=0.8m的圆环剪去了左上角的135度的圆弧，MN为其竖直直径，P点到桌面的竖直距离也是R。用质量m1=0.4kg的物块将弹簧缓慢压缩到C点，释放后弹簧恢复原长时物块恰停止在B点，用同种材料、质量为m2=0.2kg的物块将弹簧缓慢压缩到C点释放，物块过B点后其位移与时间的关系为x=6t－2t2，物块飞离桌面后由P点沿切线落入圆轨道。g=10m/s2，求：
(1)DP间的水平距离；
(2)判断m2能否沿圆轨道到达M点；
(3)m2释放后在水平桌面上运动过程中克服摩擦力做的功。
参考答案
1．B
【详解】
A．风力发电是把风的机械转化为电能，A错误；
B．我国风能资源总储量约，三峡水电站的装机容量为2240万千瓦合，因此我国风能资源总储量约为7个三峡水电站的装机容量，B正确；
C．风力发电是把风的机械转化为电能，不违反能量守恒定律，C错误；
D．水能和风能都是清洁能源且都是可再生能源，D错误；
故选B。
2．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。
3．D
【详解】
A．由动能定理可得
则传送带对物体做的功为，A错误；
B．由运动学规律可得物体的位移为
由动能定理可得
传送带的位移为
物体对传送带做的功为
联立解得
B错误；
C．传送带与物体间因摩擦产生的热量为
C错误；
D．根据能量守恒定律可得
E电=Q+=mv2
传送带因传送物体而多消耗的电能为，D正确。
故选D。
4．D
【详解】
A．对物块分析，物块对地的位移为L+x，根据动能定理得
知物块到达小车最右端时具有的动能
Ek物=(F－f)·(L＋x)
故A正确。
B．对小车分析，小车对地的位移为x，根据动能定理得
fx=Ek车-0
知物块到达小车最右端时，小车具有的动能
Ek车=fx
故B正确。
C．小物块克服摩擦力所做的功为f（L+x），故C正确。
D．系统产生的内能等于系统克服摩擦力做的功，即物块与小车增加的内能
Q=fx相对=fL
根据能量守恒，小物块和小车增加的机械能为
故D错误。
本题选择错误的，故选D。
5．A
【详解】
A．可再生能源足够清洁、无污染，可以保证不会严重影响环境，是未来理想能源的一个重要发展方向，A正确；
B．核电站的建设与运行若有疏漏会造成环境污染，同时核废料具有放射性，但不应该关闭核电站，应该合理地利用，B错误；
C．由于能量的转化具有方向性，所以无节制地消耗能源会造成能源危机，C错误；
D．化石能源、核能不可能在短期内从自然界得到补充，所以它们属于不可再生能源；而水能可以从自然界不断地得到，属于可再生能源，D错误；
故选A。
6．B
【详解】
A．返回舱再次进入大气的速度约为7km/s，小于第一宇宙速度，返回舱不可能环绕地球运动，A错误；
B．在B点时，合力指向轨迹凹的一侧，所以返回舱受到大气的作用力大于重力，B正确；
C．返回舱“打水漂”的过程中，受到大气的作用力对返回舱做功，机械能不守恒，C错误；
D．返回舱“打水漂”的主要目的是防止高速摩擦带来的高温会让返回舱烧毁，D错误；
故选B。
7．A
【详解】
能量耗散的过程中能量向品质低的大气内能转变，但是总的能量是守恒的，能量不能凭空产生，也不能凭空消失，但有方向性，机械能转化为内能后，我们无法将它们收集起来重新利用，故A项正确，BCD错误。
故选A。
8．D
【详解】
A．功是能量转化的量度，功是过程量，能量是状态量，所以功和能是两个完全不同的概念，故A错误；
B．滑动摩擦力方向与物体位移方向可能相同，对物体做正功，也可能与位移方向相反，对物体做负功，故B错误；
C．自然界遵循能量守恒定律，但能量的品质会下降，从长远来看，能源会存在危机，故C错误；
D．功是能量转化的量度，能量转化的多少可以用功来量度，故D正确。
故选D。
9．B
【详解】
A．物块沿斜面下滑和上滑过程中摩擦力均做负功，所以物块的机械能均减小，故A错误；
B．物块从开始下滑到AB中点时，由能量守恒定律得
显然此处重力势能大于动能，继续下滑时重力势能减小，动能增加，故动能与势能相等的位置在AB中点下方，故B正确；
C．设A点到B点的距离为s1，Q点到B点距离为s2，物块从A到Q的全过程，由动能定理得
代入数据解得
故C错误；
D．因为μ＜tan37°，所以物块最终静止在挡板处，设物块从开始释放到最终静止经过的总路程为s，对整个过程，由能量守恒定律得
解得
故D错误。
故选B。
10．A
【详解】
直接从自然界取得的能源称为一次能源，故太阳能时一次能源，电能、煤气、焦炭都是二次能源，故选A。
11．D
【详解】
A．物体和弹簧刚接触时，物体受本身重力和弹簧向上的弹力，且弹力小于重力，则物块将继续向下加速，动能继续增加，则物体和弹簧刚接触时，物体动能不是最大，故A错误；
BC．在物体向下压缩弹簧的过程，开始弹力小于重力，物块向下加速，弹力逐渐增大，则加速度逐渐减小，当弹力等于重力时，物体处于平衡状态，加速度等于零，物快速度最大，继续向下运动，弹力继续增加，则弹力大于重力，物块开始向下减速，弹力继续增加，则加速度逐渐增大，速度减小到零，弹簧被压缩到最低点，物块的加速度向上最大，故BC错误；
D．根据能量守恒定律，物块的重力势能、动能和弹簧的弹性势能之和保持不变，在物体向下压缩弹簀的过程中，重力势能一直减少，则物体的动能与弹簧弹性势能之和不断增加，故D正确。
故选D。
12．B
【详解】
A．剪断细线前，A、B间无压力，则弹簧的弹力
剪断细线的瞬间，对整体分析，整体加速度
隔离对B分析有
解得
选项A错误；
C．细线剪断之后，在A、B一起向下运动的过程中，整体加速度在变化，隔离分析知，B对A的压力在变化，选项C错误；
B．整体一起向下运动的过程中，A、B总重力等于弹簧弹力大小时，A、B总动能最大，根据能量守恒，则系统的重力势能和弹性势能之和最小，选项B正确；
D．细线剪断之后，在A与B一起向下的运动过程中，弹簧的弹性势能一直增大，选项D错误。
故选B。
13．BC
【详解】
AB．在整个运动过程中，根据能量守恒定律
整理的
A错误，B正确；
CD．从A到B的过程中，根据动能定理
代入数据整理的
C正确，D错误。
故选BC。
14．ACD
【详解】
A．对木块运用动能定理得
故A正确；
BCD．根据能量守恒得，摩擦力与相对位移的乘积等于系统能量的损失，有
则
故B错误，CD正确。
故选ACD。
【点睛】
解决本题的关键知道运用动能定理解题，首先要确定好研究的对象以及研究的过程，然后根据动能定理列表达式。知道摩擦力与相对位移的乘积等于系统能量的损失。
15．BD
【详解】
AB．设物体与斜面的摩擦因素为，由图像可得
带入数据可得
由于物体质量未知，故无法求出摩擦因素，故A错误，B正确；
C．下滑时的加速度为
由于斜面倾角和摩擦因素未知，故无法求出加速度，故C错误；
D．物体下滑10m时损失的机械能为55J，故下滑5m时损失的机械能为27.5J，故D正确；
故选BD。
16．（1）；（2）
【详解】
（1）根据能的转化和能量守恒定律可列出
（2）该瀑布一天的水流量
该瀑布一天所具有的水能为
一天的水能转化为电能为
一年的发电量为
17．(1)1.6m；(2)不能到最高点；(3)5.6J
【详解】
(1)由竖直方向有得
有
竖直方向
得
由得
(2)若物块恰好能过最高点有
M点的速度至少为
设物块在P点的速度至少为
得
在P点时物块的速度
因，故物块不能到最高点
(3)设弹簧长为时的弹性势能为，物块与桌面间的动摩擦因数为，释放时
释放时
且，可得
在桌面上运动过程中克服摩擦力做功为，则
可得