2021-2022学年粤教版（2019）必修第三册5.3能量的转化与守恒课后练（word版含解析）

能量的转化与守恒
一、单选题
1．如图甲所示，滑沙运动是一项惊险刺激的娱乐活动，可简化为如图乙所示的模型。点是斜面与水平地面的连接处，质量为的物块（可视为质点）从斜面上的点由静止释放，最后停在点。物块与斜面、地面之间的动摩擦因数均为。不计物块经过点时的能量损失；已知，物块在斜面上做匀加速直线运动过程的正中间的位移为，、两点的连线与地面的夹角，重力加速度，，，下列说法正确的是（　　）
A．物块沿斜面下滑的加速度大小为
B．物块与接触面间的动摩擦因数为0.8
C．物块的重力势能的减少量小于
D．物块从运动到，因摩擦产生的热量为
2．下列操作符合安全用电规范的是（　　）
A．电冰箱插头有三个齿，墙上的插口只有两个孔，掰掉一个齿插入使用
B．用铁棒插入电风扇叶片之间，卡住，然后再打开风扇
C．早读前离开宿舍，把电热毯开着，并捂上被子，晚上回来好暖和
D．以上都是作死
3．如图所示，有两个物块，质量分别为、，是的两倍，用轻绳将两个物块连接在滑轮组上，滑轮的质量不计，轻绳与滑轮的摩擦也不计，现将两滑块从静止释放，上升一小段距离h高度，在这一过程中，下列说法正确的是（　　）
A．和重力势能之和不变
B．上升到h位置时的速度为
C．轻绳的拉力大小为
D．轻绳对和的功率大小不相等
4．在一个与外界没有热交换的房间里打开冰箱门，冰箱正常工作，过一段时间房间内的温度将如何变化（　　）
A．降低 B．升高 C．不变 D．无法确定
5．某中学“STS”小组对开发和利用水资源进行研究，同学们认为在放自来水时，水的机械能没有得到利用而白白浪费。于是他们在老师的指导下经过研制，在水龙头处安装了一只小型水轮发电机，当放水时水的机械能转化为电能。设小型水轮发电机的效率为40%，水塔内的水面高于水龙头10m，且保持不变，当水龙头放出一吨水时，小型水轮发电机所产生的电能为（取g＝9.8m/s2）（　　）
A．4000J B．98000J C．588000J D．39200J
二、多选题
6．如图所示，一轻绳吊着粗细均匀的棒，棒下端离地面高Ｈ，上端套着一个细环。棒和环的质量分为4m和m，相互间最大静摩擦力等于滑动摩擦力，其大小为4mg。断开轻绳，棒和环自由下落。假设棒足够长，与地面发生碰撞时，触地时间极短，无动能损失。棒在整个运动过程中始终保持竖直，空气阻力不计。则（　　）
A．从断开轻绳到棒和环都静止，系统损失的机械能为
B．从断开轻绳到棒和环都静止的过程中，环相对地面始终向下运动
C．棒第一次与地面碰撞弹起上升过程中，环相对地面先做匀减后匀加最后做匀减速运动
D．从断开轻绳到棒和环都静止的过程中，环相对于棒没有往复运动，但总位移向下
7．如图所示，轻质弹簧的左端固定，并处于自然状态。小物块的质量为m，从A点向左沿水平地面运动，压缩弹簧后被弹回，运动到A点恰好静止。物块向左运动的最大距离为s，与地面间的动摩擦因数为μ，重力加速度为g，弹簧未超出弹性限度。在上述过程中（　　）
A．弹簧的最大弹力为μmg
B．物块克服摩擦力做的功为2μmgs
C．弹簧的最大弹性势能为μmgs
D．物块在A点的初速度为
8．如图甲所示，倾角为37°的足够长的传送带以恒定速率运行，将一质量m=1kg的小物体以某一沿传送带方向的初速度放上传送带，物体相对地面的速度随时间变化的关系如图乙所示，取沿传送带向上为正方向，g取10m/s2，sin37°=0.6，cos37°=0.8。则下列说法正确的是（　　）
A．传送带逆时针转动，速度大小为4m/s
B．物体与传送带间的动摩擦因数为0.875
C．0~8s内因摩擦产生的热量为126J
D．0~8s内因放上物体，传送带电动机多消耗的电能为216J
三、填空题
9．我国自古有“昼涨称潮，夜涨称汐”的说法。潮汐主要是由太阳和月球对海水的引力造成的，以月球对海水的引力为主。
(1)世界两大观潮胜地，一处是亚马孙河北河口，另一处是我国的___________入海口。
(2)图中，a、b是某些潮汐发电示意图。涨潮时开闸门（图a），水由通道进入海湾水库蓄水，待水面升至最高点时关闭闸门，当落潮时，开闸放水发电（图b）。设海湾水库面积为5.0×108m2，平均潮差为3.0m，一天涨落潮两次，发电的平均能量转化率为10%，则一天内发电的平均功率约为（ρ水取1.0×103kg/m3，g取10m/s2）___________。
A．2.6×104kW B．5.2×104kW C．2.6×105kW D．5.2×105kW
四、解答题
10．某地区的风速为，空气的密度为。若使风力发电机转动的风通过的截面积为，且风能的可转化为电能，则发电功率是多少？
11．在绿色植物的光合作用中，每放出一个氧分子要吸收的光能。若绿色植物在光合作用中每放出1mol的氧气，自身即可贮存469kJ的能量。试问：
（1）绿色植物在光合作用中是什么形式的能之间的转化？
（2）绿色植物的能量转换效率约为多少？
（3）若太阳光照射到地面的辐射强度为，则每增加的绿地，在阳光下每小时可贮存多少能量？
12．轻质弹簧原长为0. 4m，将弹簧竖直放置在地面上，在其顶端将一质量为m=0. 3kg的物体由静止释放，当弹簧被压缩到最短时，弹簧长度为0. 2m。现将该弹簧水平放置，一端固定在A点，另一端与物块P接触但不连接。AB是长度为0. 5m的水平轨道，B端与半径r=0. 15m的光滑半圆轨道BCD相切，半圆的直径BD竖直，如图所示。物块P与AB间的动摩擦因数μ=0. 5.用外力推动物块P，将弹簧压缩至长度为0. 2m，然后放开，P开始沿轨道运动。重力加速度大小为g=10m/s2.：
(1)用外力推动物块P，将弹簧压缩至长度0. 2m时，弹簧的弹性势能Ep是多少；
(2)若P的质量M=0. 1kg，求P到达D点时对轨道的压力大小；
(3)若P能滑上圆轨道，且仍能沿圆轨道滑下，求P的质量的取值范围。
参考答案：
1．D
【解析】
【分析】
本题通过滑沙运动考查考生的认识理解能力、建立模型能力和分析综合能力。
本题考查的知识有匀变速直线运动规律、平均速度、动能定理、能量守恒定律等，需要考生正确分析物块的运动过程，选用相应的规律解题。
【详解】
A．设物块沿斜面下滑的加速度为，正中间的位移为，则正中间的平均速度，正中间的平均速度也是物块沿斜面下滑的平均速度，由初速度为0的匀加速直线运动规律有
综合解得
A错误；
B．如图所示，为在地面上的投影，设斜面的倾角为，
物块从到，由动能定理有
由几何关系有
综合可得
又因为
则
B错误；
C．设为物块在段因摩擦产生的热量，由、可得，在物块沿斜面下滑过程中，由能量守恒定律有
可得重力势能的减小量为
即物块重力势能的减少量大于，C错误；
D．物块从运动到，设为物块在段因摩擦产生的热量，由能量守恒定律有
D正确。
故选D。
2．D
【解析】
【详解】
A．为避免人体接触用电器金属外壳引起触电，用电器的金属外壳必须保持良好接地。所以“插头无法插入两孔插座便掰断了中间的那根”做法不符合安全用电要求，A错误；
B．用铁棒卡住电风扇叶片，会造成电风扇无法正常工作，可能引起电风扇的损坏，不符合安全用电要求，B错误；
C．离开宿舍，把电热毯开着，并捂上被子可能会引起用电器使用不当的火灾，不符合安全用电要求，C错误；
D．ABC均不符合安全用电要求，故D正确；
故选D。
3．B
【解析】
【详解】
A．根据能量守恒可知，减小的重力势能全部转化为的重力势能和两物体的动能，选项A错误；
B．根据动滑轮的特点可知，的速度为速度的2倍，根据机械能守恒定律可得
解得
选项B正确；
C．根据动滑轮的特点可知，的加速度为的加速度的一半，根据牛顿第二定律可知
联立解得
选项C错误；
D．绳子的拉力相同，故轻绳对做功的功率
轻绳对做功的功率
由于，故轻绳对做功的功率与轻绳对做功的功率大小相等，选项D错误。
故选B。
4．B
【解析】
【详解】
冰箱消耗电能使冰箱内外发生热交换而达到内部制冷，把冰箱与房间看成一个系统，打开冰箱门后，冰箱与房间内的热交换发生在系统内，系统内部无法使系统总能量发生变化。但系统消耗电能增加了系统的总能量，根据能量守恒定律，系统增加的能量转化为内能使房间的温度升高。
故选B。
5．D
【解析】
【详解】
一吨水从高为10m的水塔内落下，将40%的重力势能转化为电能，则有
E＝ηmgh＝40%×1000×9.8×10J＝3.92×104J
故选D。
6．ACD
【解析】
【分析】
棒第一次与地面碰撞后，速度方向变为向上，环的速度方向向下，二者存在相对运动，相互间存在滑动摩擦力，棒受重力、向下的滑动摩擦力，合力方向向下；一开始环受重力、向上的滑动摩擦力，合力方向向上，先做匀减速，后做匀加速，直至环与棒的速度相同；当棒再次下落时，此时棒的速度与环的速度相同，无摩擦，故棒的下落为自由落体。整个过程中能量的损失都是由于摩擦力对物体做的功，根据能量的守恒可以较简单的求得摩擦力对环及棒做的总功即求得能量损失。
【详解】
A．设环相对棒滑动距离为l
根据能量守恒
解得
摩擦力对棒及环做的总功为
联立解得
故A正确；
BC．棒第一次与地面碰撞后，一开始棒的速度方向变为向上，环的速度方向继续向下，二者存在相对运动，相互间存在滑动摩擦力，棒所受合力方向向下，加速度大小为
环受重力、向上的滑动摩擦力，合力方向向上，加速度大小为
此时环的加速度大于棒的加速度，而环的速度与棒的速度相同，所以环的减速时间小于棒的减速时间，最终环会向上做匀加速运动，加速度大小为3g，直至环与棒速度大小相同，此时两者无相对运动，不受摩擦影响，均做加速度大小为g的向上的匀减速运动，直至速度为0，故B错误C正确；
D．当棒再次下落时，由于此时棒的速度等于环的速度，此时棒与环之间无摩擦，所以环的下落为自由落体运动，无相对于棒做往复运动，且位移总向下。故D正确；
故选ACD。
【点睛】
本题考查力与运动的关系，只要能正确受力分析，结合当速度与加速度方向相同时做加速运动，方向相反时做减速运动即可求解。
7．BC
【解析】
【详解】
A．由于运动到A点恰好静止，所以小物块向右运动时先加速运动再减速运动，小物块加速运动时弹簧弹力大于滑动摩擦力，A错误；
B．物块从开始运动至最后回到A点过程中，由功的定义可得，物块克服摩擦力做功为2μmgs，B正确；
C．自物块从最左侧运动至A点过程，由能量守恒定律可知Ep=μmgs，C正确；
D．设物块在A点的初速度为v0，整个过程应用动能定理
解得，D错误。
故选BC。
8．BCD
【解析】
【详解】
A．取沿传送带向上为正方向，由图乙可知，物体最后随传送带一起匀速运动，速度为4m/s，说明传送带顺时针转动，速度大小为4m/s，故A错误；
B．由图乙可知，物块的加速度
由牛顿第二定律
可解得
故B正确；
C．摩擦产生的热等于物块相对于传送带滑动时摩擦力做的功，由图乙可知，0~2s内物块下滑时相对于传送带滑过的路程
2~6s内物块上滑时相对于传送带滑过的路程
摩擦力大小
摩擦力做的功
所以，产生的热量
故C正确；
D．电机消耗的电能最终转化为物块的机械能、摩擦产生的热能，其中物块增加的动能
物块沿着传送带上升的距离
增加的重力势能
所以，电机多消耗的电能
故D正确。
故选BCD。
9． 钱塘江 B
【解析】
【详解】
(1)[1]钱塘江是世界著名的观潮胜地，有“八月十八潮，壮观天下无”的说法。
(2)[2]发电时水减少的势能
ΔEp=mgΔh=ρ水ShgΔh
其中
Δh=
一天发电两次，转化成的电能
E=2ΔEp×10%，P=
代入数值得
P=5.2×104kW
故选B。
10．
【解析】
【详解】
在时间t内，风的质量为
风能为
电功率为
解得
11．（1）光能转化为生物（化学）能；（2）33.87%；（3）
【解析】
【分析】
【详解】
（1）光能转化为生物（化学）能。
（2）每释放一个氧气分子贮存的能量为
绿色植物的能量转换效率约为
（3）在阳光下每小时可贮存
12．(1)0. 6J；(2)1N；(3)0. 2kg≤M＜0. 4kg
【解析】
【详解】
（1）依题意，当弹簧竖直放置，从放上质量为0.3kg的物体到被压缩至最短的过程，由机械能守恒定律：
解得
（2）对物块P从放开到D点的过程，由能量守恒定律：
对物块P在D点时由牛顿第二定律
得
根据牛顿第三定律得，物块P对轨道的压力大小也为1N
（3）为使P能滑上圆轨道，它到达B点时的速度不能小于零。对物块P从放开到B点的过程，有
要使P仍能沿圆轨道滑回，P在圆轨道的上升高度不能超过半圆轨道的中点C．由机械能守
恒定律有
联立上面两式得
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