第6章能源与可持续发展课后练习（word版含答案）

第6章能源与可持续发展
一、选择题（共15题）
1．崔牛先生向客户推介他设计的“超级推进器”，该推进器由超导体、激光器、制冷剂以及计算机控制系统组成，其神奇之处在于能通过自身的循环工作，源源不断地获得动力，而不需要消耗任何能源．事实上，这是不可能实现的，因为他的设计违反了(　　)
A．质量守恒定律
B．电荷守恒定律
C．机械能守恒定律
D．能量守恒定律
2．随着我国人民生活水平的不断提高，家庭中使用的电器越来越多，从能量转化的角度分析，下列电器与电动自行车属于同一类型的是（　　　）
A．电暖器 B．电水壶 C．电饭煲 D．洗衣机
3．下列关于能量的认识中错误的是（　　）
A．能量是一个守恒量
B．同一个物体可能同时具有多种形式的能量
C．物体对外做了功，它的能量一定发生了转化
D．地面上滚动的足球最终停下来，说明能量消失了
4．不同的物理现象往往反映出相同的物理规律。下图所示现象中在能量转化方面的共同点是（　　）
A．物体的机械能转化为其他形式的能量
B．物体的动能全部转化为重力势能
C．其他形式的能量转化为物体的机械能
D．物体的重力势能转化为其他形式的能量
5．下列过程中属于内能转化为机械能的是（ ）
A．爆竹燃放后腾空飞起 B．人们在阳光下取暖
C．用酒精灯给水加热 D．反复弯折一根铁丝
6．下列物理规律中直接反映了力在空间上的积累效应的是（　　）
A．牛顿第一定律 B．牛顿第二定律 C．能量守恒定律 D．动能定理
7．北京冬奥组委召开“低碳管理工作阶段性成果新闻发布会”，为贯彻落实“简约、安全、精彩”的办赛要求，北京冬奥组委交通部积极推进低碳交通工作，在车辆筹措、交通运行、高铁运输、信息化管理等方面开展了一系列工作，目前，最大限度应用节能与清洁能源车辆，减少碳排放量，制定了“北京赛区内，主要使用纯电动、天然气车辆；延庆和张家口赛区内，主要使用氢燃料车辆”的配置原则。电动汽车由于节能环保的重要优势，越来越被大家认可，电动汽车储能部件是由多个蓄电池串联叠置组成的电池组，如图所示。某品牌电动小轿车蓄电池的数据如下表所示。下列说法正确的是（　　）
电池只数 输入电压 充电参数 放电时平均电压/只 电池容量/只
100只 交流220 V 420V，20A 3.3V 120Ah
A．可以将电池组的两极直接接在交流电上进行充电
B．电池容量的单位Ah就是能量单位
C．该电池组充电时的功率为8.4×105W
D．该电池组充满电所储存的能量约为1.4×108J
8．近几年有轨电车在我国多个城市开通试运营。这种电车采用超级电容器作为电能存储设备，安全环保。给该车充电的充电桩安装在公交站点，在乘客上下车的时间里可把电容器充满。假设这种电车的质量（含乘客）为，以速度正常匀速行驶时，一次充满可持续正常行驶，电车受到的平均阻力为车重的0.02倍，充电桩电能最终转化为电车机械能的效率为，则（　　）
A．该电车正常匀速行驶时，电动机输出功率为
B．连接充电桩充电时，超级电容器将电能转化为化学能
C．连接充电桩充电时，加在超级电容器两端的电压应高于其额定电压
D．若某次进站从接近没电到充满电，电车从充电桩所获得的电能约为
9．如图所示，一轻质弹簧下端固定在倾角为θ的粗糙斜面底端的挡板上，弹簧上端处于自由状态。一质量为m的物块（可视为质点）从距离弹簧上端L1处由静止释放，物块在下滑过程中经A点（图中未画出）时速度达到最大值v，弹簧被压缩到最短时物体离释放点的距离为L2。已知物块与斜面间动摩擦因数为 ，重力加速度为g，则在物块释放到弹簧压缩到最短的过程中（　　）
A．系统损失的机械能为
B．若物块能弹回，则上滑过程中经过A点时速度最大
C．物块速度最大时，弹簧的弹性势能为
D．物体重力势能的减少量等于弹簧弹性势能的增加量与系统产生的内能之和
10．如图所示，在粗糙的水平面上，质量相等的两个物体A、B间用一轻质弹簧相连组成系统，且该系统在水平拉力F作用下以相同加速度保持间距不变一起做匀加速直线运动，当它们的总动能为2Ek时撤去水平力F，最后系统停止运动．不计空气阻力，认为最大静摩擦力等于滑动摩擦力，从撤去拉力F到系统停止运动的过程中(　　)
A．外力对物体A所做总功的绝对值等于2Ek
B．物体A克服摩擦阻力做的功等于Ek
C．系统克服摩擦阻力做的功可能等于系统的总动能2Ek
D．系统克服摩擦阻力做的功一定等于系统机械能的减少量
11．一质量为m的铝球用细线悬挂静止在足够深的油槽中（如图甲），某时刻剪断细线，铝球开始在油槽中下沉运动，通过传感器得到铝球的加速度随下沉速度变化的图像如图乙所示，已知重力加速度为g，且铝球速度为零摩擦阻力也为零．根据上述信息，下列说法正确的是（　 　）
A．铝球下沉的速度越来越小
B．开始释放时，铝球加速度
C．铝球下沉过程中与油的力
D．铝球下沉过程机械能的减少量等于克服油所受摩擦阻力所做的功
12．一只乒乓球由高处静止下落撞击地板后又上升，在整个过程中，不考虑空气阻力，乒乓球动能和势能的转化情况是（　　）
A．重力势能→动能→重力势能
B．动能→弹性势能→重力势能
C．动能→弹性势能→动能→重力势能→动能
D．重力势能→动能→弹性势能→动能→重力势能
13．北京时间2016年5月15日，中国田径精英赛在奥林匹克文化广场举行，中国名将李玲以4米40的成绩摘得桂冠。如图所示表示李玲撑竿跳高运动的几个阶段：助跑、撑杆起跳、越横杆、落地（未画出）。在这几个阶段中有关能量转化的情况，正确的是（　　）
A．助跑阶段，身体中的化学能转化为人和杆的动能
B．起跳时，人的动能和化学能转化为人和杆的势能
C．越过横杆后，人的重力势能转化为动能
D．落地后，人的能量消失了
14．一质量为m的物体，以的加速度减速上升h高度，不计空气阻力，则（　　）
A．物体的机械能不变
B．物体的动能减少
C．物体的机械能增加
D．物体的重力势能增加
15．如图所示为某探究活动小组设计的节能运输系统。斜面轨道倾角为30 ，质量为M的木箱与轨道的动摩擦因数为。木箱在轨道顶端时，自动装货装置将质量为m的货物装入木箱，然后木箱载着货物沿轨道无初速度滑下，当轻弹簧被压缩至最短时，自动卸货装置立刻将货物卸下，然后木箱恰好被弹回到轨道顶端，再重复上述过程，下列选项正确的是（　　）
A．m=M
B．m=2M
C．木箱不与弹簧接触时，上滑的加速度大于下滑的加速度
D．在木箱与货物从顶端滑到最低点，然后木箱恰好被弹回到轨道顶端的过程（一个循环），减少的重力势能全部转化为摩擦产生的热量
二、填空题
16．能量的形式∶机械能、_____、光能、电能、化学能和_____等。
17．人类经过长期探索，确立了______定律：能量既不能______，也不能______，只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到另一个物体，在转化或转移过程中______不变。
18．针对日益恶化的人类生存环境和能源危机，行之有效的能源利用方法是________和________.
19．近日，美国化学学会(the American Chemical Society)针对漫威的电影“复仇者联盟2”进行了研究．他们首先关注的是托尼·史塔克，也就是钢铁侠．他的盔甲最初由纯铁制成，质量约为70公斤，穿着既不舒适，也不方便移动．后来，盔甲的升级版为镍钛诺（镍和钛的合金），情况就好多了．“镍钛诺制成的盔甲又轻又结实，受到损伤之后还可以复原．”盔甲中也许还包含石墨和碳纤维，用来吸收大量热量；如果钢铁侠不想让自己的靴子把脚烤熟的话，这一手段就很有必要了．” 钢铁侠的推进器与传统的火箭发动机以化学能燃烧为动力有区别，一种被称为电火箭发动机的技术进入了人们的视野，采用电能加速工质产生高速喷射流驱动飞船前进．应用这种技术打造的动力系统也被称为霍尔推进器，其通过轴向电场产生喷射离子推进，与化学能火箭发动机最大的不同之处是利用电能来形成离子化的推进动力，在现有的空间探测器中，离子驱动技术已经成功用于姿态控制等操作．但如果少了史塔克的便携式“核电站”提供能量的话，钢铁侠的武器和装备将统统派不上用场．
物理信息：盔甲中也许还包含石墨和碳纤维，用来吸收大量热量
物理知识：石墨和碳纤维材料的比热容较大，吸热能力强
物理信息：________________________
物理知识：________________________
三、综合题
20．“文明礼让”是中华民族的优良传统，驾驶员在行车过程中，应注意礼让行人。如图所示，小汽车行驶在市区的水平道路上，驾驶员发现前方不远处有行人正在通过人行横道，立即采取制动措施，驾驶着汽车开始减速，直到在行人前停止。从开始减速到停止的这段距离称为刹车距离，忽略空气阻力，请用文字简要回答：
（1）在刹车过程中，小汽车受到哪些作用力？
（2）在刹车过程中，小汽车的机械能是否守恒？它的能量转化情况如何？
（3）在避免紧急刹车的情况下，要缩短刹车距离应采取什么措施？（至少写2项）
21．如图所示，竖直平面内一足够长、倾角θ=30 的固定光滑倾斜轨道与一水平轨道通过一小段光滑圆弧平滑连接，静止在水平轨道最左端的两个可视为质点的小物块A、B，质量分别为mA=2kg、mB=1kg， 两者之间有一被压缩的微型弹簧，弹簧具有的弹性势能EP=3J，A与地面的动摩擦因数为μA=0.2，B与右侧竖直墙壁的距离L=0.5m。某时刻将压缩的弹簧释放，使A、B瞬间分离，B沿着水平轨道与墙壁垂直的方向向右运动。（若运动过程中涉及到碰撞，均为弹性碰撞且碰撞时间极短，重力加速度g =10m/s2 。）
（1）求释放后瞬间A、B速度的大小；
（2）若释放后A、B不再发生碰撞且恰好停在同一位置，求B与地面间动摩擦因数μB。
22．如图所示，水平传送带左端A处与倾角为30°的光滑斜面平滑连接，右端B处与一水平面平滑连接，水平面上有一固定竖直挡板，挡板左侧与一轻弹簧连接，弹簧处于自然状态，弹簧左端刚好处在水平面上的C点，斜面长为=2.5m，传送带长L=4.5m。 BC段长=0.5m，传送带以速度v=1m/s顺时针转动。一质量为m=2kg的物块从斜面顶端由静止释放，已知物块与传送带间及水平面BC段的动摩擦因数分别为=0.1，=0.35，水平面C点右侧光滑，重力加速度取=10m/s2，求：
(1)弹簧获得的最大弹性势能；
(2)物块第三次到达B点时的速度大小；
(3)物块与传送带由于相对滑动而产生的热量。
23．质量m1=2kg的物体A沿水平面向质量m2=1kg的静止物体B运动，并发生弹性正碰．碰撞前当它们相距L=4m时，物体A的速度v0=5m/s．它们与地面间的动摩擦因数均为μ=0.2，重力加速度g取10m/s2，A、B均可视为质点．求碰撞后A、B都停止运动时它们之间的距离．
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．D
【详解】
任何机器只能转换能量存在的形式，并不能制造能量，题目中的装置是一种永动机，它违背了能量守恒定律，
故选D
2．D
【详解】
电动自行车和洗衣机将电能转化为机械能，而电暖气、电水壶将和电饭煲将电能转化为内能，故D正确，ABC错误．
3．D
【详解】
A．能量是一个守恒量，选项A正确；
B．同一个物体可能同时具有多种形式的能量，选项B正确；
C．功是能量转化的量度，物体对外做了功，它的能量一定发生了转化，选项C正确；
D．地面上滚动的足球最终停下来，是动能转化为其他形式的能了，能量并没有消失，选项D错误。
此题选择错误选项，故选D。
4．A
【详解】
图中几种现象的共同特点是物体的机械能转化为其他形式的能量，A正确。
故选A。
5．A
【详解】
A．燃放爆竹时，将内能转化为爆竹的机械能，选项A正确；
B．在阳光下取暖，将太阳的内能转移给了人体，选项B错误；
C．用酒锖灯给水加热，将酒精的化学能转化为水的内能，选项C错误；
D．反复弯折铁丝，人对铁丝做功，将机械能转化为内能，铁丝变热，选项D错误。
故选A。
6．D
【详解】
ABC．牛顿第一定律揭示了物体具有惯性这一固有属性以及力是改变物体运动状态的原因；牛顿第二定律揭示了力的瞬时作用效果；能量守恒定律是自然界中一个普遍性规律，以至于经典力学不再适用的领域也成立，故ABC错误；
D．动能定理揭示了力在空间上的积累效应，表现物体在合力方向运动一段距离后，物体的动能会发生改变，故D正确。
故选D。
7．D
【详解】
A．由表中数据可知，充电电压为420V，所以不能直接接在交流电上进行充电，A错误；
B．电池容量的单位Ah符合
的计算规律，故单位为电量的单位，B错误；
C．由公式
可知，充电时的功率为
C错误；
D．放电时的总电压为
该电池组充满电所储存的能量为
D正确。
故选D。
8．D
【详解】
A．所受阻力
电车匀速行驶，则牵引力
电车正常匀速行驶时的功率
A错误；
B．连接充电桩充电时，超级电容器将电能转化为电场能储存里面，B错误；
C．超级电容器在小于等于额定电压下都能正常工作，C错误；
D．电车每次充满电后持续正常行驶5km，电车做功
电车从充电桩所获得的能量
D正确。
故选D。
9．D
【详解】
A．系统损失的机械能为滑动摩擦力做的功，所以物块运动到最低点时，机械能的损失量为
故A错误；
B．下滑时，在A点速度最大，则加速度为零，合力为零，此时物体受到重力、沿斜面向上的弹力和沿斜面向上的摩擦力，而返回时，摩擦力方向向下了，所以再回到A点时，合力不为零了，不是速度最大的点，故B错误；
C．物块的最大速度是在合力为零时，即受力平衡时，设 速度最大时设弹簧压缩量x，根据功能关系
故C错误；
D．根据能量守恒定律可知，从物块释放到弹簧压缩到最短的过程中，物体重力势能的减少量等于弹簧弹性势能的增加量与系统产生的内能之和，故D正确。
故选D。
10．D
【详解】
AB. 当它们的总动能为时，物体动能为，撤去水平力，最后系统停止运动，外力对物体所做总功的绝对值等于，无法确定物体克服摩擦力做功是否为，故A、B错误；
C. 系统克服摩擦力做的功等于系统的动能和弹簧的弹性势能，所以系统克服摩擦阻力做的功不可能等于系统的总动能，故C错误；
D. 系统的机械能等于系统的动能加上弹簧的弹性势能，当它们的总动能为时撤去水平力，最后系统停止运动，系统克服阻力做的功一定等于系统机械能的减小量，故D正确；
11．C
【详解】
一开始铝球速度为零阻力为零，铝球加速向下运动，A错；开始下沉时，阻力为零，但浮力不为零，加速度小于g，B错；在剪断绳的瞬间，f1为铝球受到的浮力，当铝球加速下沉时，设此时铝球速度为v，根据图像可知，此时的加速度，铝球下滑过程中机械能的减小量转化为克服油的摩擦力和浮力做功，D错；
12．D
【详解】
乒乓球由于被举高而具有重力势能，在下落过程中，高度降低，速度增大，重力势能减小，动能增大；在撞击地板的一瞬间，由于乒乓球发生形变，乒乓球的动能转化为乒乓球的弹性势能，乒乓球在恢复原状的过程中，弹性势能又转化为乒乓球的动能，使乒乓球产生一个反方向的速度（如不考虑机械能的损失，则此速度与乒乓球撞击地板前的速度大小相同），向上跳起，在上升过程中，动能又逐渐转化成重力势能，直至动能为零，从下落到反弹上升的全过程中，经历的能量转化过程是重力势能→动能→弹性势能→动能→重力势能。故D正确。
故选D。
13．ABC
【详解】
ABC．李玲在助跑、撑竿起跳、越横杆下落的几个过程中，能量的转化分别为化学能转化为动能，化学能和动能转化为势能，重力势能转化为动能，故ABC正确；
D．人落地后，人的重力势能会使地面发生形变及温度升高，即人的能量并没有消失，故D错误。
故选ABC。
14．BCD
【详解】
A．由题意可知物体的加速度为
所以除重力外，还有其他力做功，物体的机械能不守恒，故A错误；
B．根据牛顿第二定律有
由动能定理知
即物体的动能减少了，故B正确；
C．设物体所受拉力的大小为F，则由牛顿第二定律可得
解得：
则机械能的增量
故C正确；
D．物体上升高度增加，重力势能增加，增加的重力势能等于克服重力做的功，为mgh，故D正确。
故选BCD。
15．BCD
【详解】
AB．木箱和货物下滑过程中，令下滑高度为h，根据功能关系有
木箱上滑过程中，根据功能关系有
代入数据整理得
故B正确，A错误；
C．木箱和货物下滑过程中，根据牛顿第二定律有
方向沿斜面向下
木箱上滑过程中，根据牛顿第二定律有
方向沿斜面向下，对比可得木箱不与弹簧接触时，上滑的加速度大于下滑的加速度，故C正确；
D．根据能量守恒定律知，在木箱与货物从顶端滑到最低点，然后木箱恰好被弹回到轨道顶端的过程（一个循环），减少的重力势能全部转化为摩擦产生的热量，故D正确。
故选BCD。
16． 内能 核能
【详解】
能量的形式∶机械能、内能、光能、电能、化学能和核能等。
17． 能量守恒 凭空产生 凭空消失 能量总量
【详解】
由能量守恒内容：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到另一个物体，在转化或转移过程中能量总量保持不变。
【详解】
针对日益恶化的人类生存环境和能源危机，行之有效的能源利用方法是节能和开发新能源
19． 电能加速工质产生高速喷射流驱动飞船前进 电能转化为机械能
【详解】
物理现象：采用电能加速产生高速喷射流驱动飞船前进；
物理知识：电能转化为机械能．
20．（1）重力、支持力、摩擦力；（2）否，动能转化为内能；（3）①速度不要过高 ②增大轮胎粗糙程度
【详解】
（1）刹车过程中，小汽车受到自身的重力、地面对小汽车的支持力、地面对小汽车的摩擦力。故在刹车过程中，小汽车重力、支持力、摩擦力。
（2）在刹车过程中，摩擦力对小汽车做负功，重力势能不变，动能减小，所以小汽车的机械能不守恒；小汽车的动能转化为轮胎与地面的内能。
（3）由速度位移关系得
可知，x减小时，可以增大a或减小v，即①小汽车速度不要过高，②增大轮胎粗糙程度。
21．（1）；（2） 或
【详解】
(1)由动量守恒得：
由能量守恒得：
解得：
；
(2)不再发生碰撞，A在斜面上往返运动最后停在水平面上某点，设该点为O点，A的位移为xA，由动能定理可得：
(或 A在斜面上往返运动，再次运动到水平面的速度大小仍为 ，A在水平面上运动的加速度：
位移
则B在水平面上运动的位移
若B不与墙壁碰撞：
（或； ）
得
若B与墙壁碰撞1次后返回：B在水平面上运动的路程：
由
得
A在斜面上往返运动，由牛顿第二定律得：
得
A在斜面上运动的时间：
由于B被弹开后与墙壁碰撞再运动到斜面底端的最短时间
＞，
故B不能运动到斜面上再返回停在O点 ，也不能与墙壁发生第二次碰撞，故B与地面动摩擦因数或
22．(1)12.5J；(2) 1m/s；(3) 23J
【详解】
(1)设物块滑到斜面底端的速度为v1，根据机械能守恒有
解得
v1=5m/s
由于v1>v，因此物块滑上传送带后开始做匀减速运动，加速度大小
设物块在传送带上先减速运动后匀速运动，则减速运动的位移
由于△x>L，因此假设不成立，物块在传送带上一直做匀减速运动，根据功能关系
(2)设物块第二次到达A点的速度大小为v3，根据功能关系
解得
v3=0
即物体到达到A点时，速度减为零，在传送带的带动下又向左做匀加速运动，当物体与传送带刚好共速时发生的位移
因此物块第三次在传送带上先做匀加速运动后做匀速运动，第三次到B点的速度为
v=1m/s
(3)设第一次在传送带上滑动经历的时间为t1，则有
则第一次在传送带由于相对滑动而产生的热量
联立两式代入数据解得
Q1=7J
设物块第二次到B点时速度为v2，第二次在传送带上滑动经历的时间为t2，则有
解得
v2=3m/s
则第二次在传送带上由于相对滑动而产生的热量
设物块第三次在传送带上相对滑动时间为t3，则
则第三次在传送带上由于相对滑动而产生的热量
由于
因此物块不会第四次滑上传送带，故物块与传送带由于相对滑动而产生的热量
Q=Q1＋Q2＋Q3=23J
23．
【详解】
试题分析：由动能定理可以求出碰前A的速度．A、B碰撞过程动量守恒，由动量守恒定律可以求出分开后A、B的速度．最后由动能定理可以求出A、B的位移以及它们之间的距离．
设A与B碰撞前的速度为v，对A，由动能定理得：
代入数据解得：
A、B碰撞过程动量守恒，以A、B组成的系统为研究对象
以A的初速度方向为正反向，由动量守恒定律得：
碰撞的过程中没有动能的损失，则：
代入数据解得：
A、B相碰后均做匀减速运动，由动能定理得：
对A：
对B：
A、B都静止时相距：
代入数据解得：
答案第1页，共2页