1.6自然界中的守恒定律 同步练习（Word版含解析）

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
1．2013年6月20日，神舟十号女航天员王亚平在天宫一号开展基础物理实验，为全国青少年进行太空授课。有同学设想在“天宫一号”飞行器中利用下列装置进行高中物理实验，你认为可行的是（　　）
A．如图a用弹簧秤验证力的平行四边形定则
B．如图b探究小车速度随时间变化的规律
C．如图c用自由落体运动验证机械能守恒定律
D．如图d用悬挂小球碰撞验证动量守恒定律
2．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
3．在无风的环境，某人在高处释放静止的篮球，篮球竖直下落；如果先让篮球以一定的角速度绕过球心的水平轴转动（如图）再释放，则篮球在向下掉落的过程中偏离竖直方向做曲线运动。其原因是，转动的篮球在运动过程中除受重力外，还受到空气施加的阻力和偏转力。这两个力与篮球速度的关系大致为：，方向与篮球运动方向相反；，方向与篮球运动方向垂直。下列说法正确的是（　　）
A．、是与篮球转动角速度无关的常量
B．篮球可回到原高度且角速度与释放时的角速度相同
C．人站得足够高，落地前篮球有可能向上运动
D．释放条件合适，篮球有可能在空中持续一段水平直线运动
4．如图所示是新型“风光互补”景观照明灯，它“头顶”小风扇，“肩扛”光电池板，“腰挎”照明灯，“脚踩”蓄电池。下列说法正确的是（　　）
A．照明灯利用的风能属于不可再生能源
B．夜晚蓄电池放电，将化学能转化为电能
C．小风扇利用风力发电，将电能转化为机械能
D．太阳能为可再生能源，光电池板将电能转化为光能
5．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的木箱与轨道间的动摩擦因数为。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（货物与木箱之间无相对滑动），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。下列说法正确的是（　　）
A．木箱与货物的质量之比为6：1
B．下滑与上滑过程中木箱速度最大的位置在轨道上的同一点
C．木箱与弹簧没有接触时，下滑的加速度与上滑的加速度大小之比为1：6
D．在木箱与货物从顶端滑到最低点的过程中，减少的重力势能等于弹簧增加的弹性势能
6．2021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
7．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．
8．平板式集热器的箱面是玻璃，内表面涂黑，这是因为（　　）
A．黑色物体容易反射太阳光的能量 B．黑色物体容易吸收太阳光的能量
C．黑色物体的比热容大 D．黑色物体的密度大
9．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
10．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
11．下列不属于清洁能源的是（　　）
A．氢能 B．风能 C．太阳能 D．煤
12．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
13．有关能源与可持续发展，下列正确的是（　　）
A．因为能量在转化过程中是守恒的，所以是不会有能源危机的
B．电能是广泛使用的一次能源
C．目前的核电站都是利用核聚变释放的核能来发电的
D．以风能，太阳能等为代表的可再生能源是未来理想能源的一个重要发展方向
14．下列说法正确的是（　　）
A．根据能量守恒定律，节约能源是没有必要的
B．只有密封的金属容器才能实现静电屏蔽
C．用手搓新塑料袋袋口，塑料袋更容易打开，是因为摩擦起电现象
D．对于常用的干电池，体积越大，它的电动势也越大
15．如图所示为科学家研发出的一款超小型风力发电机，也被称之为郁金香风力发电机，可以供家庭使用，具有噪音极低，启动风速较小等特点。某家庭装有郁金香风力发电机10台，某日该地区的风速是6m/s，风吹到的叶片有效面积为，已知空气的密度为，假如该风力发电机能将通过此有效面积内空气动能的40%转化为电能。下列表述符合事实的是（ ）
A．每秒冲击每台风力发电机叶片的空气体积为
B．每秒冲击每台风力发电机叶片的空气动能为259.2J
C．每台风力发电机发电的功率为129.6W
D．该风力发电机组工作24h，发电量约12.44kW·h
二、填空题
16．一电动机将质量为60kg的物体从地面提升到10m的高出，则电动机的有用功是________J，若电动机消耗的电能为8000J，则此电动机的效率是_________．若是以1m/s的速度匀速提升，则有用功率是_________．（g=10m/s2）
17．能量守恒定律：__________________________ .
18．如图所示，木块A的质量mA＝1kg，足够长的木板B的质量mB＝4kg，质量为mC＝4kg的木块C置于木板B上，水平面光滑，B、C之间有摩擦．现使A以v0＝12m/s的初速度向右运动，与B碰撞后以4m/s的速度弹回，则A与B碰撞后瞬间，B的速度为__m/s ，C运动过程中的最大速度为__m/s ，整个过程中因为B、C之间的摩擦而产生的总内能为___J．
19．如图所示，在没有空气阻力和摩擦力时(实际很小)，从斜面A上由静止释放小球，会发现无论θ角怎样变化，小球最后总能达______________的位置，在物理学中，把这一事实说成是有某个量是守恒的，并且把这个量叫________．
三、解答题
20．风能是一种环保型能源，目前我国风力发电总装机容量已达，风力发电是将风的动能转化为电能。设空气的密度为，水平风速为，风力发电机每个叶片的长度为，风力发电机将风能转化为电能的效率为。
(1)求该风力发电机的发电功率的表达式；
(2)若某地平均水平风速为，空气密度，所用风力发电机的叶片长度，效率，平均每天发电，则平均每天能获得多少电能？（结果保留3位有效数字）
21．如图所示，粗糙水平面AB与竖直面内的光滑半圆形轨道在B点平滑相接，导轨半径R=0.4m，一质量m=1kg的小滑块（可视为质点）将弹簧压缩至A点后由静止释放，经过B点后恰好能通过最高点C作平抛运动。已知小滑块与轨道AB间的动摩擦因数=0.2，AB的长度L=2m，求：
（1）小滑块在圆轨道最高点速度大小；
（2）小滑块对圆轨道最低处B点的压力大小；
（3）弹簧压缩至A点时弹簧的弹性势能；
22．如图所示，轻弹簧一端固定在与斜面垂直的挡板上，另一端点在O位置。质量为m的物块A（可视为质点）以初速度v0从斜面的顶端P点沿斜面向下运动，与弹簧接触后压缩弹簧，将弹簧右端压到O′点位置后，A又被弹簧弹回。物块A离开弹簧后，恰好回到P点。已知OP的距离为，O点和O′点间的距离，物块A与斜面间的动摩擦因数为，斜面倾角为，重力加速度为g。求：
（1）物体下滑的初速度v0；
（2）弹簧在最低点O′处的弹性势能；
（3）在轻弹簧旁边并排放置另一根与之完全相同的弹簧，一端与挡板固定。若将另一个与A材料相同的物块B（可视为质点）与两根弹簧右端拴接，设B的质量为，将A与B并排在一起，使两根弹簧仍压缩到O′点位置，然后从静止释放，若A离开B后A最终未冲出斜面，求需满足的条件
23．如图所示，竖直平面内有一半径R=0.45m的光滑圆弧轨道AB，一质量m=2kg的物块（可视为质点），从A点由静止滑下，无能量损失地滑上静止的长木板的左端（紧靠B点），此后两者沿光滑水平面向右运动，木板与弹性挡板P碰撞后立即以原速率反向弹回，最终物块和木板均静止。已知木板质量M=1kg，板长L=1m，初始时刻木板右端到挡板P的距离为x=2m，物块与木板间的动摩擦因数为μ=0.5，设物块与木板间的最大静摩擦力等于滑动摩擦力，g取10m/s2。求：
(1)物块滑至B点时对轨道的压力大小FN；
(2)木板第一次速度为零时，物块的速度大小v1；
(3)物块最终距挡板P的距离。
24．如图所示，质量的物块，在高的光滑水平平台上压缩弹簧后被锁扣K锁住，打开锁扣K，物块被弹簧弹出后沿平台运动至右端B点水平抛出，恰好落到斜面顶端C处，且速度方向恰平行于斜面。斜面C端离地高度，E端固定一轻弹簧，原长为，斜面段粗糙而段光滑，物块沿斜面下滑压缩弹簧后又沿斜面向上返回，第一次恰能返回最高点C。物块与斜面段的动摩擦因数，斜面倾角，重力加速度，不计物块碰撞弹簧的机械能损失。求：
（1）打开锁扣K前，水平平台上的弹簧的弹性势能为多少？
（2）间距离为多少米？
试卷第1页，共3页
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参考答案：
1．A
【详解】
A．重物处于完全失重状态，但是对弹簧测力计测量力没有关系，该实验可以进行。故A正确。
B．重物处于完全失重状态，不能拉动小车运动。故B错误。
C．重物处于完全失重状态，不能选项做自由落体运动。故C错误。
D．小球处于完全失重状态，给小球很小的初速度，小球在拉力作用下在竖直平面内做匀速圆周运动，不能通过摆到相等的高度来演示能量守恒。故D错误。
故选A。
2．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。
3．C
【详解】
A．篮球未转动时，篮球竖直下落，没有受到偏转力的作用，而篮球转动时，将受到偏转力的作用，所以偏转力中的与篮球转动角速度有关，故A错误；
B．空气阻力一直对篮球做负功，篮球的机械能将减小，篮球的角速度也将减小，所以篮球没有足够的能量回到原高度，故B错误；
C．篮球下落过程中，其受力情况如下图所示
篮球下落过程中，由受力分析可知，随着速度不断增大，篮球受到和的合力沿竖直方向的分力可能比重力大，可使篮球竖直方向的分速度减小为零或变成竖直向上，所以篮球可能向上运动，故C正确；
D．如果篮球的速度变成水平方向，则空气阻力的作用会使篮球速度减小，则篮球受到的偏转力将变小，不能保持与重力持续等大反向，所以不可能在空中持续一段水平直线运动，故D错误。
故选C。
4．B
【详解】
A．照明灯利用的风能属于可再生能源。故A错误；
B．夜晚蓄电池放电，将化学能转化为电能。故B正确；
C．小风扇利用风力发电，将机械能转化为电能。故C错误；
D．太阳能为可再生能源，光电池板将光能转化为电能。故D错误。
故选B。
5．B
【详解】
A. 系统从开始下滑到再次回到最高点过程，由能量守恒定律可得
解得木箱与货物的质量之比为
A错误；
B. 下滑过程中，木箱速度最大时弹簧的压缩量为，由受力平衡得
下滑过程中，木箱速度最大时弹簧的压缩量为，由受力平衡得
故有，即下滑与上滑过程中木箱速度最大的位置在轨道上的同一点，B正确；
C. 木箱与弹簧没有接触时，下滑的加速度大小
上滑的加速度大小
则下滑的加速度与上滑的加速度大小之比为
C错误；
D. 在木箱与货物从顶端滑到最低点的过程中，减少的重力势能转化为弹簧增加的弹性势能和因摩擦产生的内能，D错误；
故选B。
6．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。
7．A
【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。
8．B
【详解】
AB．黑色物体容易吸收太阳的热，所以玻璃内表面涂成黑色，A选项错误，B选项正确；
CD．物质的比热和密度都跟物质的颜色没有关系，CD选项都错误；
故选B。
9．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。
10．D
【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。
11．D
【详解】
不属于清洁能源的是煤，因为煤炭燃烧时释放大量的有害的烟气，污染环境。
故选D。
12．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。
13．D
【详解】
A．能源在转化过程中虽然守恒，但并不是所有的能源都能够被人类所利用，目前作为人类主要能源的化石能源正逐渐被消耗，A错误；
B．电能不能从自然界直接获取，是二次能源，B错误；
C．核电站是通过核裂变来发电的，C错误；
D．以风能，太阳能等为代表的可再生能源是未来理想能源的一个重要发展方向，D正确。
故选D。
14．C
【详解】
A．由于能源耗散，所以节约能源是有必要的，故A错误；
B．实现静电屏蔽不一定要密封的金属容器，金属网也能起到屏蔽作用，故B错误；
C．用手搓新塑料袋袋口，会产生摩擦起电现象，塑料袋带同种电荷，互相排斥，所以更容易打开，故C正确；
D．对于常用的干电池，无论体积大小，电动势都是1.5V，故D错误。
故选C。
15．D
【详解】
A．每秒冲击每台风力发电机叶片的空气体积为
A错误；
B．内气流的质量为
气流的动能为
B错误；
C．风的动能转化为的电能
则功率
C错误；
D．该风力发电机组工作24h，发电量为
D正确。
故选D。
16． 6000J； 75%； 600W
【详解】
电动机的有用功：W=mgh=60×10×10J=6000J；若电动机消耗的电能为8000J，则此电动机的效率是；以1m/s的速度匀速提升，则有用功率：P=Fv=mgv=600×1W=600W.
17．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．
18． 4 2 16
【详解】
［1］A与B碰瞬间，C的运动状态未变，B速度最大．以A、B组成的系统为研究对象，以A的初速度方向为正方向，由动量守恒定律得
mAv0=-mAvA+mBvB，
代入数据得A与B碰撞后瞬间，B的速度vB=4m/s．
［2］A、B碰撞后，B与C相互作用使B减速、C加速，由于B板足够长，所以B和C能达到相同速度，二者共速后，C速度最大，以B、C组成的系统为研究对象，以向右为正方向，由动量守恒定律
mBvB=（mB+mC）vC
代入数据得C运动过程中的最大速度vC=2m/s．
［3］整个过程中因为B、C之间的摩擦而产生的总内能E=mBvB2-(mB+mC)vC2=16J．
19． 斜面B上距斜面底端竖直高度为h； 能量；
【详解】
[1][2]在不计空气阻力和摩擦的情况下，从斜面A上由静止释放小球，会发现无论斜面B倾角怎样变化，小球最后总能达相同的高度的位置，在物理学中，把这一事实说成是有某个量是守恒的，并且把这个量叫能量，即能量守恒．
20．(1)；(2)
【详解】
（1）叶片旋转所形成的圆面积为
时间内流过该圆面积的空气柱体积为
空气柱的质量为
空气柱的动能为
转化成的电能为
发电功率
（2）将已知数据代入可求得平均每天获得的电能为
21．（1）2m/s；（2）60N；（3）14J
【详解】
（1）在C点，由牛顿第二定律
解得
（2）B至C过程，由机械能守恒定律
在B点，由牛顿第二定律
代入数据得
根据牛顿第三定律，小滑块对圆轨道最低处B点的压力大小60N；
（3）A至B，由能量守恒定律
代入数据得
22．（1）；（2）；（3）1≤β≤17
【详解】
（1）从P点又回到P点
得
（2）根据能量守恒得：从O′点到P点，有
（3）分离时
aA=aB，NAB=0
对A
aA=gsinθ+μgcosθ
对B
2T+βmgsinθ+μβmgcosθ=βmaB
得
T=0
即弹簧处于原长处，A、B两物体分离。从O′点到O点
Ep=μ（β+1）mgcosθx1+（β+1）mgsinθx1+(β+1)mv2
得
分离后，A继续上升到静止
mv2＝(mgsinθ+μmgcosθ)x2，0≤x2≤x0
得
1≤β≤17
23．(1)60N；(2)1m/s；(3)0.1m
【详解】
(1)设物块滑到圆弧轨道最低点B的速度为，由动能定理得
根据牛顿第二定律得
解得
由牛顿第三定律可知，物块滑至B点时对轨道的压力大小
(2)物块滑到水平板上受到向左的摩擦力
对物块用牛顿第二定律
对木板用牛顿第二定律
设物块和木板第一次共速时的速度为，则有
解得
当之后，物块和木板一起撞向挡板，则木板撞向挡板到速度为零用时
则物块此时的速度
解得
(3)设物块最终相对于木板相对位移为，根据能量守恒有
解得
所以物块最终距挡板的距离为
24．（1）；（2）
【详解】
（1）设物块离开平台时速度为，离开平台后做平抛运动则
解得
由几何关系得
解得
则打开扣锁K后
（2）物块落到C时速度
从落到C点到第一次返回到C点，由能量守恒得
解得间距离为
答案第1页，共2页
答案第1页，共2页