1.6自然界中的守恒定律练习（word版含答案）

粤教版（2019）选择性必修一 1.6 自然界中的守恒定律
一、单选题
1．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
2．如图所示，质量为m的滑块在水平面上以速率v撞上劲度系数为k的轻质弹簧，当滑块将弹簧压缩了x0时速度减小到零，然后弹簧又将滑块向右推开。已知滑块与水平面间的动摩擦因数为μ，整个过程弹簧未超过弹性限度且二者未拴接，则下列判断正确的是（　　）
A．弹簧弹性势能的最大值为
B．滑块离开弹簧时的速度大小为
C．滑块与弹簧接触过程中，产生的热能为
D．滑块最终停在距离弹簧右端处
3．潮汐能是海水周期性涨落运动中所具有的能量，是一种可再生能源。现建立一个简化模型，某发电站大坝内储水水库的有效面积为，涨潮时，当大坝外侧海平面高度为时（以海水流入前的水库水面为参考系），打开大坝下面通道的闸门海水流入，此过程中通道处的水轮机利用水流的动能发电，直至大坝内外水面等高，关闭闸门。等到完全退潮后，开闸放水，再次发电，直至大坝内外水面再次相同，关闭闸门，等待下一次涨潮发电（此时的水库水面高度即为涨潮前的水库水面高度）。由于海洋很大，大坝外的海平面高度在海水流入、流出水库过程中几乎不变，潮水一天涨落两次，海水的势能有25%转化为电能，则这个发电站一天的发电量约为（　　）
A． B． C． D．
4．下面所列电池或电站，能把光能转换成电能的是（　　）
A．干电池 B．太阳能电池 C．核电站 D．水电站
5．如图所示，固定斜面AB与水平面之间由一小段光滑圆弧连接，倾角为α，斜面的高度OB=h。细线一端固定在竖直挡板上，另一端连接一质量为m的小物块，在小物块和挡板之间压缩一轻质弹簧（小物块与弹簧不连接）。烧断细线，小物块被弹出，滑上斜面AB后，恰好能运动到斜面的最高点。已知AC=1，小物块与水平面、斜面间的动摩擦因数均为μ，重力加速度为g，则（　　）
A．细线烧断前弹簧具有的弹性势能为mgh+μmg+μmghcotα
B．在此过程中产生的内能为mgh+μmgl+μmghcotα
C．弹簧对小物块做功为μmgH+μmghcotα
D．在此过程中斜面对小物块的摩擦力做功为
6．关于能量和能源，下列说法正确的是（　　）
A．能量既不会凭空产生，也不会凭空消失
B．物体沿粗糙斜面下滑，减少的重力势能全部转化为动能
C．煤炭和石油是取之不尽、用之不竭的能源
D．能量是守恒的，不可能消失，所以人类不需要节约能源
7．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
8．能量守恒定律的建立是人类认识自然的一次重大飞跃，它是最普遍、最重要、最可靠的自然规律之一。下列说法正确的是 （　　）
A．因为能量守恒，所以能量可以随意使用
B．不同形式的能量之间可以相互转化
C．因为能量不会消失，所以不可能有能源危机
D．能量可以被消灭，也可以被创生
9．如图所示，一根原长为L的轻弹簧，下端固定在水平地面上，一个质量为m的小球，在弹簧的正上方从距地面为H处自由下落压缩弹簧。若弹簧的最大压缩量为x，小球下落过程受到的空气阻力恒为Ff，则小球下落过程中（　　）
A．小球动能的增量为mgH
B．小球重力势能的增量为mg（H＋x－L）
C．弹簧弹性势能的增量为（mg－Ff）（H＋x－L）
D．系统机械能减小量为FfH
10．如图所示，电动机带动传送带以恒定的速率顺时针匀速运动，现将一质量为的滑块轻轻放在传送带左端，当滑块运动到传送带最右端时，其速率恰好等于，已知滑块与传送带之间的动摩擦因数为。关于这一过程，下列说法正确的是（ ）
A．传送带两端点之间的距离为
B．系统摩擦生热与滑块对传送带做功大小之比为1∶1
C．滑块在传送带上运动的时间为
D．与未放滑块相比，电动机多做的功为，其大小等于滑块增加的动能与系统增加的内能之和
11．为了节能减排，我国大力发展新能源汽车。如图所示电源正在给电动汽车中的锂电池充电，下列说法正确的是（　　）
A．充电时电能全部转化为汽车的机械能
B．充电时电能全部转化为锂电池的化学能
C．汽车加速运动时锂电池减少的化学能部分转化为汽车动能
D．汽车匀速运动时锂电池减少的化学能全部转化为汽车动能
12．竖直放置的轻弹簧下端固定在地上，上端与质量为的钢板连接，钢板静止在点。现将一个质量也为的物块放到钢板上，使其缓慢往下运动后到达最低点后放手，物块第一次上升到最高点时钢板恰好向下经过位置。已知间的距离为，重力加速度为，则弹簧最大的弹性势能和钢板第一次经过点时的速度大小分别为（　　）
A．； B．；
C．； D．；
13．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
14．如图所示，粗糙程度处处相同、倾角为的倾斜圆盘上，有一长为L的轻质细绳，一端可绕垂直于倾斜圆盘的光滑轴上的O点转动，另一端与质量为m的小滑块相连，小滑块从最高点A以垂直细绳的速度开始运动，恰好能完成一个完整的圆周运动，则运动过程中滑块受到的摩擦力大小为（ ）
A． B．
C． D．
15．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
二、填空题
16．如图所示为“风光互补路灯”系统，它在有阳光时通过太阳能电池板发电，有风时通过风力发电机发电，二者皆有时同时发电，并将电能输至蓄电池储存起来，供路灯照明使用。为了能使蓄电池的使用寿命更为长久，一般充电至90％左右即停止，放电余留20％左右即停止电能输出。下表为某型号风光互补路灯系统配置方案：
风力发电机 太阳能电池组件
最小启动风速 1.0m/s 太阳能电池 36W
最小充电风速 2.0m/s 太阳能转化效率 15%
最大限制风速 12.0m/s 蓄电池 500Ah-12V
最大输出功率 400W 大功率LED路灯 80W-12V
当风速为6m/s时，风力发电机的输出功率将变为50W，在这种情况下，将蓄电池的电量由20％充至90％所需时间为_________h；如果当地垂直于太阳光的平面得到的太阳辐射最大强度约为240W/m2，要想使太阳能电池的最大输出功率达到36W，太阳能电池板的面积至少要 _________ m2。
17．指出下列各种现象中，能量是如何转化的？
（1）电动机带动抽水机工作______转化为______能；
（2）点燃的蜡烛发光______转化为______能；
（3）双手摩擦______转化为______能；
（4）白炽灯发光______转化为______能；
（5）内燃机的压缩冲程______转化为______能；
（6）物体在阳光照射下温度升高______转化为______能；
（7）流星穿过大气层时会变得炽热______转化为______能；
（8）飞行的子弹射穿木板后子弹温度会升高______转化为______能；
（9）将一块冰放在地面上拖，冰会融化______转化为______能；
（10）反复弯折一根铁丝，弯折部分温度会升高______转化为______能；
（11）擦燃火柴______转化为______能。
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．如图所示，在半径为r=10cm的轮轴上悬挂一个质量为M=3kg的水桶，轴上分布着6根手柄，柄端有6个质量为m=0.5kg的金属小球．球离轴心的距离为L=50cm，轮轴、绳及手柄的质量以及摩擦均不计．开始时水桶在离地面某高度处，释放后水桶带动整个装置转动，当转动n（未知量）周时，测得金属小球的线速度v1=5m/s，此时水桶还未到达地面，g=10m/s2，求：
（1）转动n周时，水桶重力做功的功率P_____；
（2）n的数值____．
三、解答题
20．如图所示，在离水平地面CD高h1=30m的光滑水平平台上，质量m=1kg的物块（可视为质点）压缩弹簧后被锁扣K锁住，弹簧原长小于水平平台的长度，此时弹簧储存了一定量的弹性势能Ep，若打开锁扣K，物块与弹簧脱离后从A点离开平台，并恰好能从光滑圆弧形轨道BC的B点的切线方向进入圆弧形轨道，B点距地面CD的高度h2=15m，圆弧轨道的圆心O与平台等高，轨道最低点C的切线水平，并与长为L=70m的粗糙水平直轨道CD平滑连接．物块沿轨道BCD运动并与右边墙壁发生碰撞，且碰后速度等大反向，已知重力加速度g=10m/s2。
（1）求物块从A到B的时间t及被K锁住时弹簧储存的弹性势能Ep；
（2）求物块第一次经过圆轨道最低点C时对轨道的压力大小；
（3）若物块与墙壁只发生一次碰撞且不会从B点滑出BCD轨道，求物块与轨道CD间的动摩擦因数的取值范围。
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．北京奥运会女子蹦床决赛中，中国小将何雯娜表现突出，以总分37.80分的成绩为中国蹦床队夺得首枚奥运会金牌。在比赛中，如果她受到蹦床对她的弹力的变化规律如图所示。试分析该同学在段时间内弹性势能、重力势能怎样变化？段时间内又如何变化？
23．为测算太阳射到地面的辐射能，某校科技实验小组的同学把一个横截面积是的矮圆筒的内壁涂黑，外壁用保温材料包裹，内装水。让阳光垂直圆筒口照射后，水的温度升高了。请由此估算在阳光直射时地面上每平方米每分钟接收的太阳能量。水的比热容为。
24．某一花样自行车赛道可简化为如图所示的情景，运动员自A点由静止沿AB斜面向下运动，从CD斜面最高点D跃起，完成空中反转动作后，落到斜面EF上，再从GH斜面轨道最高点H（与A点在同一水平面上）沿竖直方向冲出轨道，在空中转身后从H点返回，从EF斜面最高点E跃起，落到斜面CD上，在A、H两点间轨道往复运动。已知D、E两点的水平距离，斜面CD与水平面BC夹角，斜面EF与与水平面FG夹角。某次试赛，一运动员控制自行车自A点由静止自由运动（运动员不做功），经D点跃起，恰好平行于斜面EF落到E点。运动员与自行车的总质量，“不计空气阻力，斜面与水平面均平滑连接、曲面DE与两斜面平滑连接，g取10m/s2，。
（1）求运动员在D、E两点时的速度大小；
（2）该运动员比赛中，控制自行车并迅速蹬车踏（运动员做功），自A点由静止加速运动，经D点跃起，落到斜面EF上，落点恰好与D点在同一水平面上。求该过程中运动员蹬车踏做的功。
试卷第1页，共3页
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参考答案：
1．B
【解析】
【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。
2．D
【解析】
【分析】
【详解】
A．由题意可知，从开始运动到将弹簧压缩到最短，由能量守恒可得
可知
A错误；
B．从开始运动到滑块被弹回，离开弹簧时，由动能定理
解得
B错误；
C．滑块与弹簧接触过程中，产生的热量为
C错误；
D．滑块被弹回，离开弹簧后继续减速运动，从离开弹簧到停下，由动能定理
结合B选项分析可知
联立解得
D正确。
故选D。
3．C
【解析】
【详解】
根据题意可得电能为
故日发电量约为，ABD错误，C正确。
故选C。
4．B
【解析】
【详解】
A．干电池将化学能转化为电能，故A错误；
B．太阳能电池可以直接将光能转化为电能，故B正确；
C．核电站将核能转化为电能，故C错误；
D．水电站将水的机械能转化为电能，故D错误。
故选B。
5．A
【解析】
【详解】
A．根据能量守恒定律可知，细线烧断前弹簧具有的弹性势能等于物块在B点的重力势能和产生的内能之和，即为
Ep=mgh+μmg+μmgcosα =mgh+μmg+μmghcotα
故A正确；
B．在此过程中产生的内能等于物块克服摩擦力做的功，为
Q=μmg+μmgcosα =μmg+μmghcotα
故B错误；
C．弹簧对小物块做功等于细线烧断前弹簧具有的弹性势能，为
w=mgh+μmg+μmghcotα
故C错误；
D．在此过程中斜面对小物块的摩擦力做功为
Wf=-μmg-μmgcosα =-μmg-μmghcotα
故D错误；
故选。
6．A
【解析】
【详解】
A．根据能量守恒定律可知，能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，故A正确；
B．物体沿粗糙斜面下滑，减少的重力势能转化为动能和热能，故B错误；
C．煤炭和石油是不可再生资源，故C错误；
D．能量是守恒的，不可能消失，但能量转化有方向，所以人类需要节约能源，故D错误。
故选A。
7．B
【解析】
【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。
8．B
【解析】
【详解】
AC．能量是守恒的，但在利用能量的过程中有能量耗散，耗散的能量不可再利用，符合自然界中一切与热现象有关的宏观过程都有方向性，是不可逆的；应节约能源，故AC错误；
B．自然界中的能量可以从一种形式转化为另一种形式，不同形式的能量间可以相互转化，故B正确；
D．能量不能被创生，也不能被消灭，故D错误；
故选B。
9．C
【解析】
【详解】
A．根据动能定理可知，小球动能的增量为零，A错误；
B．小球重力势能的增量为－mg（H＋x－L），B错误；
C．由能量守恒，可知弹簧弹性势能的增量为（mg－Ff）（H＋x－L），C正确；
D．系统除重力与弹力做功外，还有空气阻力做负功，故系统机械能减小量为Ff（H＋x－L），D错误。
故选C。
10．D
【解析】
【详解】
AC．根据题意，滑块在传送带上一直做匀加速直线运动，滑块加速度为
由运动学公式得，传送带两端点之间的距离为
滑块的运动时间为
AC错误；
B．系统摩擦生热为
滑块对传送带做功的大小为
两者之比为1∶2，故B错误；
D．由能量守恒定律知，电动机多做的功等于滑块增加的动能与系统增加的内能之和，也等于滑块对传送带所做的功，故D正确。
故选D。
11．C
【解析】
【详解】
AB．充电时电能转化为锂电池的化学能，但不是全部转化，选项AB错误；
C．汽车加速运动时锂电池减少的化学能部分转化为汽车动能，部分转化为其他形式的能，选项C正确；
D．汽车匀速运动时动能不变，锂电池减少的化学能全部转化为其他形式的能，选项D错误。
故选C。
12．B
【解析】
【分析】
【详解】
由功能关系可知弹簧最大的弹性势能为
钢板向上运动第一次经过点，由能量守恒可知
其速度大小为
选项B正确ACD错误。
故选B。
13．D
【解析】
【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。
14．A
【解析】
【详解】
由于小滑块恰好能完成一个完整的圆周运动，则在最高点有
整个过程根据能量守恒可得
解得
BCD错误，A正确。
故选A。
15．B
【解析】
【分析】
【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。
16． 84 1
【解析】
【详解】
[1][2]电池的容量为500Ah-12V，则将蓄电池的电量由20％充至90％所输入的电能
需要的时间
设太阳能电池板的面积至少要S，则
解得
S=1m2
考点：电功率
17． 电 机械 化学 光 机械 内 电 光 机械 内 太阳 内 机械 内 机械 内 机械 内 机械 内 机械 内
【解析】
【分析】
【详解】
(1)[1][2]电动机带动抽水机工作将电能转化为机械能；
(2)[3][4]点燃的蜡烛发光是将化学能转化为光能；
(3)[5][6]双手摩擦是将机械能转化为内能；
(4)[7][8]白炽灯发光是将电能转化为光能；
(5)[9][10]内燃机的压缩冲程是将机械能转化为内能；
(6)[11][12]物体在阳光照射下温度升高是将太阳能转化为内能；
(7)[13][14]流星穿过大气层时会变得炽热是将机械能转化为内能；
(8)[15][16]飞行的子弹射穿木板后子弹温度会升高是将机械能转化为内能；
(9)[17][18]将一块冰放在地面上拖，冰会融化是将机械能转化为内能；
(10)[19][20]反复弯折一根铁丝，弯折部分温度会升高是将机械能转化为内能；
(11)[21][22]擦燃火柴是将机械能转化为内能。
18． 不可再生
【解析】
【分析】
【详解】
[1]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。
[2]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． 30W
【解析】
【详解】
试题分析：（1）设轮轴转动n周时，水桶的速度为v，则①
水桶重力做功的功率为②，
联立①②可得
（2）从释放水桶到轮轴转动n周的过程，对系统，由能量守恒定律：，③
根据几何关系： ④，由③④可得
考点：考查了圆周运动，功率，能量守恒定律
20．（1）；；（2）；（3）
【解析】
【分析】
【详解】
（1）由平抛运动规律可得
解得
因为圆弧半径
故由几何关系可得
设物块平抛的水平初速度为，则
解得
由功能关系可得弹簧储存的弹性势能
（2）从A到C的过程，由动能定理
在C点，对物块分析，有
联立上述两式得
由牛顿第三定律得
（3）若物块第一次进入CD轨道后恰能与墙壁发生碰撞，从A点至第一次到D点的过程由动能定理得
解得
若物块与墙壁发生一次碰撞后恰好返回到B点时速度为零，从A点至第一次返回到B点的过程，由动能定理得
解得
若物块第二次进入CD轨道后恰好不能与墙壁发生碰撞，从A点至第二次到D点的过程由动能定理得
解得
综上，的取值范围
21．（1）；（2）1m；（3）小物块落在长板车上。
【解析】
【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．见解析
【解析】
【详解】
段时间内弹性势能为零、重力势能先变大再变小；段时间内弹性势能先变大再变小、重力势能先变小再变大。段时间内在空中，不受弹力作用，段时间内与蹦床接触，是先下落又上升的过程。
23．
【解析】
【详解】
圆筒内的水经过2 min增加的内能为
圆筒的面积为
则地面上每平方米每分钟接收到的太阳能量
24．（1），；（2）490J
【解析】
【详解】
（1）设到达D点速度为vD、E点速度为vE，D点到E点的时间为t1。则水平方向
竖直方向，上为正
解得
，
（2）设本次到达D点速度为v。从D点到斜面EF的时间为t。则水平方向
竖直方向
由能量转化及守恒定律得
答案第1页，共2页
答案第1页，共2页