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作业（word版含解析）

能量的转化与守恒
一、单选题
1．如图所示，竖直固定一半径为R=0.5m表面粗糙的四分之一圆弧轨道，其圆心O与A点等高。一质量m=1kg的小物块在不另外施力的情况下，能以速度m/s沿轨道自A点匀速率运动到B点，圆弧AP与圆弧PB长度相等，重力加速度g=10m/s2。则下列说法不正确的是（　　）
A．在从A到B的过程中合力对小物块做功为零
B．小物块经过P点时，重力的瞬时功率为5W
C．小物块在AP段和PB段产生的内能相等
D．运动到B点时，小物块对圆弧轨道的压力大小为11N
2．下列对于功和能说法正确的是（　　）
A．重力做的功的大小等于重力势能的变化量的多少
B．物体重心离参考平面距离越大则重力势能越大
C．作用力做正功，反作用力可能不做功，但滑动摩擦力不可能不做功
D．功有正负，能量没有正负
3．到2022年绍兴城将开通地铁，某工地上工人将地面下15m深处的一重为5000N的泥土装箱吊起。箱子在绳的拉力作用下由静止开始竖直向上运动，运动过程中箱子的机械能E与其位移x的关系图象如图所示，其中-10m到地面过程的图线为直线，以地面为重力势能零势能面，根据图象可知（　　）
A．-15m至-10m过程中箱子所受的拉力在逐渐减小
B．-10m到地面过程中箱子做匀加速运动
C．-10m到地面过程中合外力做功等于50000J
D．移到-10m位置时拉力F大于5000N
4．关于“节约能源”下列说法正确的是（　　）
A．由于自然界的能量的总和是守恒的，所以节约能源是毫无意义的
B．浪费能源只是浪费个人金钱，对整个社会和自然界是无关紧要的，因为能量是守恒的
C．从能量转化的角度看，自然界中宏观过程是有方向性的，能量的利用受这种方向性的制约，所以“节约能源”对人类社会发展有很大影响
D．上述说法都是错误的
5．某型号电动自行车的电动机铭牌如下：两次都将蓄电池充足电，第一次以15km/h的速度匀速行驶，第二次以20km/h的速度匀速行驶．若行驶时所受阻力与速度成正比，且电动自行车行驶时热损耗与输出功率比值保持不变，则两次行驶的最大里程之比及此自行车所配置的电动机的内阻为（ ）
后轮驱动直流永磁毂电机
额定工作电压、电流：36 V/5 A
额定输出功率：175 W
A． 0.2Ω
B． 0.2Ω
C． 7.2Ω
D． 7.2Ω
二、多选题
6．一辆小车以一定的初速度冲上高度为h、长度为L的斜坡，已知小车的质量为m，小车受到沿斜面向下的阻力为f，则对小车由坡底冲到坡顶的运动过程分析正确的是（　　）
A．此过程中小车的动能减少了(mgh+fL)
B．此过程中小车的势能增加了(mgh－fL)
C．此过程中自然界中的能量减少了fL了
D．此过程中小车的机械能减少fL
7．2016年10月19日凌晨3点31分，天宫二号在离地球393公里的近圆轨道上绕地球500多圈后与神舟十一号在太空牵手，完成了交会对接。由于组合体运行的轨道处有极稀薄的气体，若组合体只受到地球引力和稀薄气体阻力的作用，将组合体的轨道看作圆周。则组合体在之后的运动过程中，下列判断正确的是：（　　）
A．卫星的高度将逐渐降低
B．由于气体阻力做负功，卫星动能将逐渐减少
C．由于气体阻力做负功，地球引力做正功，机械能保持不变
D．卫星克服气体阻力做的功小于引力势能的减小量
8．如图所示，间距L=0.5m的平行导轨竖直放置，导轨上端与电阻R连接，图中水平虚线下方存在垂直导轨平面向外、磁感应强度大小B=0.2T的匀强磁场。现将质量m=0.1kg的导体棒从虚线上方h1处垂直于导轨由静止释放，经时间t1后导体棒进入磁场且恰好以速度v0做匀速直线运动，匀速运动t2=2s后给导体棒施加一竖直向上的恒力F=2N，并且由于磁感应强度发生变化回路中不再产生感应电流，再经过t3=0.2s导体棒的速度减为零。已知导体棒运动过程中始终与导轨垂直且接触良好，导轨和导体棒的电阻不计，重力加速度g=10m/s2，关于导体棒由静止释放到速度减为零的过程，下列说法正确的是（　　）
A．v0=2m/s
B．hl=2m
C．回路中磁通量的最大值为0.4Wb
D．回路中产生的焦耳热为4J
9．如图，质量为m的物体在水平传送带上由静止释放，传送带由电动机带动，始终保持以速度v匀速运动，物体与传送带间的动摩擦因数为μ，物体最后能保持与传送带相对静止，对于物体从静止释放到相对静止这一过程下列说法正确的是（　　）
A．传送带克服摩擦力做功为mv2
B．传送带克服摩擦力做功为
C．电动机多做的功为
D．物体与传送带间因摩擦产生的内能为
三、解答题
10．生活中的电梯原理结构如图：质量为M1=1t的轿厢（不含乘客）通过钢索跨过两个光滑定滑轮与质量为M2=1.5t的配重相连，轿厢和配重均悬空，电动机通过给轿厢额外的沿钢索方向的力来控制轿厢的运行；当电梯满载乘客质量为m=1t时，g=10m/s2。
(1)若电梯以v=2m/s向上匀速运行，当有乘客需要下电梯时，电梯设定为匀减速2.5m停下，求电梯减速时电动机对轿厢作用力的大小；
(2)若为了舒适性，电动机以恒定功率P=10kW，将轿厢和乘客从底楼静止开始提升到21楼（已达最大速度，每层楼高3m），求所需的时间。
11．如图所示，光滑水平面AB与竖直面内的光滑半圆形导轨在B点相接，导轨半径R为0.1m。一个质量为m=1kg小物体（可视为质点）将弹簧压缩至A点后，由静止释放，在弹力作用下物体向右运动，脱离弹簧后与静止在B点质量为m=1kg的小物体相撞，撞后粘在一起沿半圆形导轨运动，到达C点时速度为vc=5m/s，重力加速度g取10m/s2。
(1)求两物块从C点水平飞出后的水平射程；
(2)求两物体在离开C点前瞬间对轨道的压力大小；
(3)求小物体将弹簧压缩至A点时，弹簧具有的弹性势能Ep。
12．如图，小滑块A与木板B均静止于粗糙水平地面上，A与B左端的距离为x0=4.5 m，小滑块C静止于木板B的右端，A、B与地面间的动摩擦因数均为μ1=0.1，C与B间的动摩擦因数μ2=0.2。现给A一个方向水平向右、大小v0=5 m/s的初速度。已知A、B、C的质量分别为mA=1 kg、mB =3 kg、mC=l kg，A、B间的碰撞为弹性碰撞且碰撞时问极短，滑块C始终未离开木板B，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，重力加速度g=10 m/s2.求：
（l）碰前瞬间A的速度大小和碰后瞬间B的速度大小；
（2）碰后瞬间B、C的加速度大小；
（3）从碰后到木板B最终停止，B与地面间因摩擦而产生的热量。
13．一个小水电站所在河流的上、下游水位高度差是3m，每秒有的水流过发电机的水轮机，从水轮机流出的水的速度是3m/s，上游的水的流速不计.设水流的能量的70%可以转化为电能，求这个小水电站的发电功率.（g取）
参考答案：
1．C
【解析】
【详解】
A．由于小物块从A到B做匀速圆周运动，由动能定理可知，合力对小物块做功为0，故A正确；
B．小物块经过P点时，重力的瞬时功率为
故B正确；
C．由能量守恒可知，小物块在AP段产生的内能为
小物块在BP段产生的内能为
故C错误；
D．在B点由牛顿第二定律有
得
由牛顿第三定律可知，小物块对圆弧轨道的压力大小为11N，故D正确。
本题选不正确的，故选C。
2．A
【解析】
【详解】
A．重力做正功，重力势能减小，重力做负功，重力势能增加；重力做的功大小等于重力势能的变化量的多少，故A正确；
B．重心如果在参考平面的上方则距离越大，重力势能越大，若在参考平面下方情况则相反，B错误；
C．作用力做正功，反作用力可以做正功，可以做负功，也可以不做功；滑动摩擦力的方向与物体相对运动方向相反，但与运动方向可以相同，也可以相反，还可以与运动方向垂直，故可能做负功，也可能做正功，也可以不做功，故C错误；
D．功和能量都有正负，功的正负表示动力和阻力，能量正负表示大小，比如说重力势能就有负值，故D错误。
故选A。
3．A
【解析】
【详解】
A．在本题中，机械能的增量等于拉力做的功，从-15m至-10m过程中，由图象可知，运动相同的高度，机械能的增量逐渐减少，故拉力逐渐减少，A正确；
BCD．从-10m到地面过程中，图象为直线，可知拉力大小保持不变，在这个过程中，由图像可知拉力做功
因此拉力大小
由于土方重为5000N，因此在这个过程中，箱子做匀速运动，故B错误，C错误，D错误。
故选A。
【点睛】
机械能地增量等于除重力以处其它力做的功。
4．C
【解析】
【详解】
ABCD．能量虽然守恒，但能量耗散现象表明能量的转化具有方向性，在利用能量的过程中能量的品质降低了，故需要节约能源，ABD错误C正确。
故选C。
5．A
【解析】
【详解】
设阻力
匀速运动时
则由
可知
故功率与速度平方成正比，因此功率之比为
行驶里程
因电池的输出的总功相同，故
因此时间之比为
则里程之比为
根据功率关系可知
代入数据可得
解得
故BCD错误A正确。
故A正确。
6．AD
【解析】
【详解】
A．上升过程中，受到重力、支持力和阻力，根据动能定理得
所以此过程中小车的动能减少了，A正确；
B．此过程中小车重力做功为，所以此过程中小车的势能增加了，B错误；
C．根据自然界中能量是守恒的，C错误；
D．机械能减小量等于除重力外其余力做的功，此过程中除重力外，摩擦力做功
所以此过程中小车的机械能减少了，D正确。
故选AD。
7．AD
【解析】
【详解】
A．由于受到稀薄气体的阻力作用，卫星的轨道半径减小，则卫星的高度将逐渐降低，故A正确；
B．根据
得
半径减小，则速度增大，所以动能增大，故B错误；
C．由于气体阻力做负功，所以卫星与地球组成的系统机械能减少，故C错误；
D．根据动能定理可知引力与空气阻力对卫星做的总功应为正值，而引力做的功等于引力势能的减少，即卫星克服气体阻力做的功小于引力势能的减小量，故D正确。
故选AD。
8．ACD
【解析】
【详解】
A．给导体棒施加一个竖直向上的恒力后，回路中无电流，导体棒不受安培力作用，导体棒做匀减速直线运动，根据
加速度大小为g，经过 速度减为零，则由
A正确；
B．根据
解得
B错误；
C．导体棒进入匀强磁场运动后回路中磁通量达到最大，2s时间内导体棒的位移
则回路磁通量的最大值为
C正确；
D．根据能量守恒定律可知整个过程中回路中产生的焦耳热与匀速运动阶段重力势能的减少量相等
D正确。
故选ACD。
9．AD
【解析】
【详解】
CD．电动机多做的功转化成了物体的动能和内能，物体在这个过程中获得动能就是
设物体的运动时间为t，物体位移为
传送带的位移为
相对位移为
系统产生的内能为
所以电动机多做的功为
C错误D正确；
AB．传送带克服摩擦力做的功就是电动机多做的功，所以由CD的分析可知，传送带克服摩擦力做功为，B错误A正确。
故选AD。
10．(1)2200N；(2)30.7s
【解析】
【详解】
(1)假设电动机对轿厢作用力（假设方向沿钢索向上）为F，钢索中拉力为T，减速时加速度大小为a，则由运动学公式可得
对配重（减速向下）和轿厢（减速向上）分别研究，由牛顿第二定律可得
整理得
解得
F=2200N
(2)根据能量守恒定律
其中
h=60m
匀速运动时
解得
t=30.7s
11．(1)1m；(2)480N；(3)58J
【解析】
【详解】
(1)根据平抛运动竖直方向为自由落体运动
水平方向为匀速直线运动
水平射程为x=1m
(2)根据牛顿第二定律
根据牛顿第三定律
FC=F
两物体对C点的压力大小为F=480N
(3)根据水平方向动量守恒
根据动能定理
根据能量守恒
解得J
12．（1）4m/s， 2m/s ；（2），；（3）5J
【解析】
【详解】
（1）从A物体开始运动到与B物体碰撞，由动能定理可得
代入数据解得A碰前的速度为
A、B间的碰撞为弹性碰撞且碰撞时问极短，故A、B间的碰撞动量守恒，动能守恒，
解得，碰后瞬间B的速度大小为
（2）C物体速度为0，故C物体受到水平向右的摩擦力，由牛顿第二定律
代入数据得，C物体的加速度为
方向向右；
B物体受到地面向左的摩擦力和C物体对它向左的摩擦力，故由牛顿第二定律
代入数据解得
方向向左。
（3）碰后B物体向右减少运动，C物体向右加速运动，当两者速度达到相等时有
解得，，此过程中，B物体的位移为
B与地面摩擦产生的热量为
B、C共速后，两物体一起向右做减速运动直到速度减为0，此过程中两物体加速度为
两物体速度减为0时的位移为
故B与地面摩擦产生的热量为
故B与地面 摩擦产生的总热量为
13．
【解析】
【详解】
每秒钟水流机械能减少量
；
转化为电能为
发电功率为
试卷第1页，共3页
试卷第2页，共2页