第6节 自然界中的守恒定律 同步练习（Word版含答案）

1.6、自然界中的守恒定律
一、选择题（共16题）
1．电能是使用最方便的能源，以下几种发电方式中会对大气造成污染的是（　　）
A．风力发电 B．水力发电 C．火力发电 D．太阳能发电
2．下列说法正确的是
A．能量耗散表明，能量的总量并不守恒
B．随着科技的发展，能量是可以凭空产生的
C．随着科技的发展，永动机是可以制成的
D．某种形式的能量减少，一定有其他形式的能量增加，能的总量保持不变
3．下列家用电器中把电能主要转化为内能的是（　　）
A．电风扇
B．电熨斗
C．洗衣机
D．吸尘器
4．小物块以初速度v0从粗糙斜面底端滑上斜面并沿斜面向上运动，加速度大小为a1，最终小物块返回斜面底端时速度为v，返回过程中加速度大小为a2。则（ ）
A．a2>a1 B．a1=a2 C．v< v 0 D．v 0= v
5．关于能量转化，以下说法中正确的是（　　）
A．对蓄电池充电时电能转化为化学能 B．用听音乐时电池把电能转化为化学能
C．太阳能电池把太阳能转化为化学能 D．光合作用把太阳能转化为内能
6．如图所示，两个皮带轮顺时针转动，带动水平传送带以不变的速率运行。将质量为的物体（可视为质点）轻轻放在传送带左端，经时间后，的速度变为，再经过时间后，到达传送带右端，则整个过程（　　）
A．物体由传送带左端到右端的平均速度为
B．传送带对物体做的功为
C．放上物块后，电动机多消耗的电能为
D．传送带与物体间摩擦而产生热量为
7．水力发电站的电能最终来自于（ ）
A．太阳能 B．水的动能 C．水的势能 D．水的内能
8．2021年6月11日，我国成功将北京三号卫星送入预定轨道，如图卫星两翼的太阳能电池板把太阳能转化为电能供卫星使用。关于太阳能等能源与可持续发展，以下说法正确的是（　　）
A．利用太阳能、风能和氢能等能源替代化学能源可以改善空气质量
B．人类在不断地开发和利用新能源，所以能量可以被创造
C．水电站里的发电机装置可以将水库中储存的水的机械能全部转化为电能
D．核能对环境的污染比常规能源对环境的污染大
9．一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
10．如图(a)所示，质量为2m的长木板，静止地放在光滑的水平面上，另一质量为m的小铅块（可视为质点）以水平速度v0滑上木板左端，恰能滑至木板右端且与木板保持相对静止，铅块运动中所受的摩擦力始终不变。若将木板分成长度与质量均相等（即m1= m2= m）的两段1、2后紧挨着放在同一水平面上，让小铅块以相同的初速度v0由木板1的左端开始运动，如图(b)所示，则下列说法正确的是（　　）
A．小铅块将从木板2的右端滑离木板
B．小铅块滑到木板2的右端与之保持相对静止
C．(a)、(b)两种过程中摩擦产生的热量相等
D．(a)过程产生的摩擦热量大于(b)过程摩擦产生的热量
11．如图所示，A、B、C三个一样的滑块从粗糙斜面上的同一高度同时开始运动，A由静止释放，B的初速度方向沿斜面向下，大小为，C的初速度方向沿斜面水平，大小也为。下列说法中正确的是（ ）
A．A和C将同时滑到斜面底端
B．滑到斜面底端时，B的机械能减少最多
C．滑到斜面底端时，B的动能最大
D．C的重力势能减少最多
12．如图所示，电动小车沿斜面从A匀速运动到B，则在运动过程中（　　）
A．动能减少，势能增加 B．动能不变，势能增加
C．动能减少，势能不变 D．动能不变，势能减少
13．如图所示为某探究活动小组设计的节能运动系统。斜面轨道倾角为30°，木箱质量为M，货物质量m=2M，木箱与轨道的动摩擦因数为。木箱在轨道顶端时，自动装货装置将货物装入木箱，然后木箱载着货物沿轨道无初速滑下，当轻弹簧被压缩至最短时，自动卸货装置立刻将货物卸下后返回。下列选项错误的是（　　）
A．卸下货物后木箱恰好被弹回到轨道顶端
B．木箱不与弹簧接触时，上滑的加速度大于下滑的加速度
C．在木箱与货物从顶端滑到最低点的过程中，木箱和货物减少的重力势能全部转化为弹簧的弹性势能
D．木箱上升的过程中，弹簧减少的弹性势能全部转化为木箱的机械能和系统的内能
14．如图甲所示，一小木块以某一初速度冲上倾角为且足够长的固定斜面。若以斜面底端为位移初始点，乙图为小木块在斜面上运动的动能随位移x变化关系图像。忽略空气阻力的影响，选底面处为重力零势能面，重力加速度，，，则下列判断正确的是（　　）
A．小木块重力势能最大为30J
B．小木块从斜面底端出发再回到底端的过程中系统产生的内能为20J
C．小木块的质量为1kg
D．小木块与斜面间的动摩擦因数为0.2
15．如图所示，一个长为L，质量为M的木板，静止在光滑水平面上，一个质量为m的物块(可视为质点)，以水平初速度v0，从木板的左端滑向另一端，设物块与木板间的动摩擦因数为μ，当物块与木板相对静止时，物块仍在长木板上，物块相对木板的位移为d，木板相对地面的位移为s.则在此过程中
A．摩擦力对物块做功为-μmg(s+d)
B．摩擦力对木板做功为μmgs
C．木板动能的增量为μmgd
D．由于摩擦而产生的热量为μmgs
16．如图是建筑工地上常用的一种“深穴打夯机”示意图，电动机带动两个滚轮匀速转动将夯杆从深坑提上来，当夯杆底端刚到达坑口时，两个滚轮彼此分开，将夯杆释放，夯杆在自身重力作用下，落回深坑，夯实坑底。然后两个滚轮再次压紧，夯杆被提上来，如此周而复始(夯杆被滚轮提升过程中，经历匀加速和匀速运动过程)。已知两个滚轮边缘的线速度恒为v=4m/s，滚轮对夯杆的正压力 ，滚轮与夯杆间的动摩擦因数，夯杆质量m=1×103kg，坑深h=6.4m，假定在打夯的过程中坑的深度变化不大，取g=10m/s2，下列说法正确（　　）
A．夯杆被滚轮带动加速上升的过程中，加速度的大小
B．每个打夯周期中，电动机多消耗的电能为7.2×104J
C．每个打夯周期中滚轮与夯杆间因摩擦产生的热量为4.8×104J
D．增加滚轮对夯杆的正压力，每个打夯周期中滚轮与夯杆间因摩擦产生的热量将增加
二、填空题
17．常规能源带来的污染有______、______、______等。
18．某热水器使用天然气作为燃料，天然气属于________（选填“可再生”或“不可再生”）能源。现将10kg的水从20℃加热到39℃，若天然气完全燃烧放出的热量全部被水吸收，则需要________m 的天然气。[，q天然气＝3.8×107J/m ]
19．能量守恒定律：__________________________ .
20．有一种手电筒，当其电池的电能耗尽时，摇晃它，即可为电池充电，在这个摇晃过程中_____能转化为电能；如果将这种手电筒摇晃一次，相当于将200g的重物举高20cm，每秒摇两次，则摇晃手电筒的平均功率为________W，g=10m/s2。
三、综合题
21．如图所示，光滑水平面上的质量为M=1.0kg的长板车，其右端B点平滑连接一半圆形光滑轨道BC，左端A点放置一质量为m=1.0kg的小物块，随车一起以速度v0=5.0m/s水平向右匀速运动。长板车正前方一定距离的竖直墙上固定一轻质弹簧，当车压缩弹簧到最短时，弹簧及长板车立即被锁定，此时，小物块恰好在小车的右端B点处，此后物块恰能沿圆弧轨道运动到最高点C。已知轻质弹簧被压缩至最短时具有的弹性势能大小为E=13J，半圆形轨道半径为R=0.4m，物块与小车间的动摩擦因数为μ=0.2。重力加速度g取10m/s2。求：
（1）小物块在B点处的速度vB；
（2）长板车的长度L；
（3）通过计算判断小物块能否落到长板车上。
22．如图所示，A、B、C三个小物块放置在光滑水平面上，A紧靠墙壁，A、B之间用轻弹簧栓接，它们的质量分别为mA=m，mB=2m，mC=m．现给C一水平向左的初速度v0，C与B发生碰撞并粘在一起．试求：
（1）A离开墙前，弹簧的最大弹性势能；
（2）A离开墙后，弹簧的最大弹性势能；
（3）A离开墙后，C的最小速度．
23．如图所示，光滑水平台面AB高为h（数值未知），其右侧水平地面上固定有竖直轨道CDEF，其中CD、EF是圆心角分别为60°和180°、半径R＝0.20m的光滑圆弧形轨道，DE段水平粗糙，三段轨道平滑连接。现有一质量m＝1kg的小球，从A点以一定的初速度沿AB直线运动，恰能无碰撞地从C点以速度v1＝4m/s滑入轨道CDEF，且刚好能够到达轨道最高点F点。已知小球与DE段动摩擦因数μ=0.1，重力加速度g＝10m/s2，不计空气阻力。求：
(1)小球在A点初速度v0和在F点速度v2；
(2)水平台面AB的高度h；
(3)水平轨道DE段的长度s。
参考答案：
1．C
【详解】
风力发电、水力发电、太阳能发电是清洁能源发电，火力发电是通过燃烧煤或者汽油等燃料来进行发电，会对大气造成污染；故ABD错误，C正确。
故选C。
2．D
【详解】
A．能量耗散指的是任何其它形式的能量都有自发变为内能的倾向，其本质是有序运动最终要变为无序运动，这是由热力学第二定律所揭示的，但能量的总量依然守恒，故A错误；
B．能量既不会凭空消失，也不会凭空产生，它只会从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到另一个物体，而在转化和转移的过程中，能量的总量保持不变，故B错误；
C．永动机违背了能量守恒定律，是不可能制成的，故C错误；
D．根据能量守恒定律可知，某种形式的能量减少，一定有其他形式的能量增加，能的总量保持不变，故D正确．
故选D正确．
3．B
【详解】
电风扇、洗衣机和吸尘器把电能主要转化为机械能，电熨斗把电能主要转化为内能。
故选B。
4．C
【详解】
AB．设斜面角度为，摩擦因数为，则上滑过程中的加速度大小为
下滑过程中加速度大小为
则
故AB错误；
CD．由能量守恒可知，整个过程中有一部分动能转化为内能，则
故C正确，D错误。
故选C。
5．A
【详解】
A．对电池充电时，消耗电能转化为电池的化学能；故A正确；
B．使用MP3时，电池把化学能转化为电能；故B错误；
C．太阳能电池把太阳能转化为电能；故C错误；
D．光合作用把太阳能转化为生物能，不是内能；故D错误；
故选A。
6．C
【详解】
A．物体A由传送带左端到右端的平均速度
故A错误；
B．物体从静止释放后经时间t速度变为v，对此过程，应用动能定理可得：传送带对物体A做的功
故B错误。
C．物体从静止释放后经时间t速度变为v，此过程物体通过距离
传送带通过距离
x2=vt
则摩擦力对物体做的功
传送带克服物体A对它的摩擦力所做的功
W克=fx2
解得
W克＝2Wf＝mv2
故C正确。
D．传送带与物体间摩擦而产生热量
故D错误。
故选C。
7．A
【详解】
太阳光晒地球上的水，水吸收能量蒸发为水蒸气成为云，此时，其重力势能最大，然后降雨成为水库里的水，水库放水到下游驱动发电机发电，水力发电站的电能最终来自于太阳能。
故选A。
8．A
【详解】
A．改善空气质量，就应该从根本上减少碳排放量，用新能源代替传统的化石能源，节能减排，A正确；
B．能量是守恒的，既不能创造也不可能消失，但能量品质会下降，故要节约能源，B错误；
C．由于水下落过程以及发电机装置都有摩擦，故该装置不可能将水库中储存的水的机械能全部转化为电能，C错误；
D．核能属于新能源，是一种清洁能源，D错误。
故选A。
9．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。
10．D
【详解】
AB．第一次，小铅块运动过程中，小铅块与木板之间的摩擦力使整个木板一直加速，第二次，小铅块先使整个木板加速，运动到2部分上后1部分停止加速，只有2部分加速，加速度大于第一次的对应过程，故第二次小铅块与2木板将更早达到速度相等，所以小铅块还没有运动到2的右端，故AB错误；
CD．由于在（b）中小铅块还没有运动到2的右端，所以在木板2上相对运动的位移没有在木板上1大，所以在（b）中小铅块相对木板的位移小于在（a）中小铅块相对木板的位移，根据摩擦力乘以相对位移等于产生的热量，所以（b）产生的热量小于在木板（a）上滑行产生热量，故C错误，D正确。
故选D。
11．C
【详解】
A．A、C两个滑块所受的滑动摩擦力大小相等，但方向不同，A的摩擦力沿斜面向上，C的摩擦力与速度方向相反，沿斜面向上的力是滑动摩擦力的分力；设斜面倾角为θ，在沿斜面方向上根据
可知在沿斜面方向C的加速度大于A的加速度，C先到达斜面底端，故A错误；
B．滑动摩擦力做功与路程有关，C运动的路程大，克服摩擦力做功多，机械能减少多，故B错误；
C．下滑到底端重力做功相同，摩擦力对A、B做功相同，C克服摩擦力做功多，而B有初速度，则滑到斜面底端时B的动能最大，故C正确；
D．三个滑块下降的高度相同，重力势能减少量相同，故D错误。
故选C。
12．B
【详解】
小车沿斜面从A点运动到B点，位置升高，势能增加；小车沿斜面匀速运动，速度大小不变，故小车的动能不变，故B正确，ACD错误。
故选B。
13．C
【详解】
A．设弹簧压缩最大时的弹性势能为，由能量守恒得，下滑过程
上滑过程，到达最高点速度为v，上滑过程由能量守恒得
解得
即木箱恰好被弹回到轨道顶端，故A正确；
B．对木箱受力分析，根据牛顿第二定律得，下滑时加速度为
上滑时加速度为
故B正确；
CD．由能量守恒有，在木箱与货物从顶端滑到最低点的过程中，木箱和货物减少的重力势能全部转化为弹簧的弹性势能和系统的内能，上滑过程，弹簧减少的弹性势能全部转化为木箱的机械能和系统的内能，故C错误D正确。
故选C。
14．ABC
【详解】
AB．小木块从顶端到底端有
又
解得
即小木块从斜面底端出发再回到底端的过程中，系统产生的内能为20J，AB正确；
C．由题意可知，重力做功大小为
又
可得
C正确；
D．根据题意可得，克服摩擦力做功大小为
代入数据解得
D错误。
故选ABC。
15．AB
【详解】
A.物块相对于地面运动的位移为x1=s+d，则摩擦力对物块做功为Wf=-fx1=-μmg(s+d），故A正确；
B.木板受到的摩擦力方向与运动方向相同，做正功，则摩擦力对木板做功为W=μmgs，故B正确；
C.对木板，根据动能定理可知，木板动能的增量等于摩擦力对木板做的功，即为μmgs，故C错误；
D.系统由于摩擦而产生的热量等于摩擦力乘以相对位移，即为μmgd，故D错误.
16．AC
【详解】
A．夯杆加速上升过程中，加速度
解得
BC．夯杆加速上升的高度
在加速上升阶段，电动机对夯杆做的功
设加速阶段用时为t，则
此阶段滚轮与夯杆间的相对位移为
此阶段产生的热量为
夯杆匀速上升阶段上升高度
电动机对夯杆做的功
由能量关系知每个打夯周期中，电动机多消耗的电能为
故B错误，C正确；
D．每个打夯周期中滚轮与夯杆间因摩擦产生的热量为
增大时，Q将减小，故D错误。
故选AC。
17． 温室效应 大气污染 水污染
【详解】
常规能源的储藏是有限的。常规能源的大量消耗带来了环境问题，带来的污染有温室效应、大气污染、水污染等。
18． 不可再生
【详解】
天然气不能在短期内从自然界中得到补充，故为不可再生能源。
水吸收的热量为
若天然气完全燃烧放出的热量全部被水吸收，根据热值公式Q放=Vq天然气得
19．能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只会从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到其它物体，而能量的总量保持不变．
【详解】
能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只会从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到其它物体，而能量的总量保持不变．
20． 机械（或动能） 0.8
【详解】
摇晃过程中，人对手电筒做功，所以在摇晃过程中将机械能（或动能）转化为电能。
摇晃两次，平均功率为
21．（1）；（2）1m；（3）小物块落在长板车上。
【详解】
（1）物块恰能运动到最高点C，有
根据动能定理有
解得
（2）由功能关系，有
解得
L=1m
（3）由平拋运动知识，有
x1=vCt
解得
x1=0.8m<1m
故小物块落在长板车上。
22．（1）；（1）；（1）
【详解】
（1）C、B碰撞过程，选取向左为正方向，根据动量守恒得：
得：
BC一起压缩弹簧到最短的过程，BC和弹簧组成的系统机械能守恒，则弹簧压缩到最短时弹性势能最大，有：
联立以上两式解得，；
（2）在A离开墙壁时，弹簧处于原长，B、C以速度vBC向右运动，在A离开墙壁后由于弹簧的作用，A的速度逐渐增大，BC的速度逐渐减小，当三者速度相同时，弹簧的伸长量最大，弹性势能再次最大，则选取向右为正方向，根据动量守恒：，则：
根据机械能守恒有：；
（3）在A离开墙壁时，弹簧处于原长，B、C以速度vBC向右运动，在A离开墙壁后由于弹簧的作用，A的速度逐渐增大，BC的速度逐渐减小，当弹簧再次恢复原长时，B与C的速度最小，选取向右为正方向，由ABC三物体组成系统动量守恒得：
又：
联立解得：，方向向右，（另一个解不合题意，舍去）．
23．(1)，；(2)；(3)
【详解】
(1)小球由B到C做平抛运动，恰能无碰撞地从C点以速度v1＝4m/s滑入轨道CDEF，根据几何关系有
小球刚好能够到达轨道最高点F点，则有
解得
(2)小球由A到C过程机械能守恒，有
代入数值解得
(3)小球由C到F过程，根据动能定理有
代入数值解得