教科版（2019） 必修 第二册 第四章 机械能及其守恒定律课时跟踪检测（十六） （含答案）

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课时跟踪检测（十六） 能源的开发与利用
基础层级——基稳才能楼高
1．有人设想在夏天用电冰箱来降低房间的温度。他的办法是：关好房间的门窗然后打开冰箱的所有门让冰箱运转，且不考虑房间内外热量的传递，则开机后，室内的温度将(　　)
A．逐渐有所升高
B．保持不变
C．开机时降低，停机时又升高
D．开机时升高，停机时降低
2．(2018·山东6月学考)关于能量和能源，下列表述正确的是(　　)
A．能量可以从一种形式转化为另一种形式
B．能量不能从一个物体转移到另一个物体
C．自然界的能量是守恒的，所以人类可以利用的能源永不枯竭
D．能源在利用过程中存在能量耗散现象，这表明自然界的能量不守恒
3．关于能源的开发和节约，你认为以下观点错误的是(　　)
A．能源是有限的，无节制地利用常规能源，如石油之类，是一种盲目的短期行为
B．根据能量守恒定律，担心能源枯竭实在是一种杞人忧天的表现
C．能源的开发利用，必须要同时考虑对环境的影响
D．和平利用核能是目前开发新能源的一项有效途径
4．不同的物理现象往往反映出相同的物理规律。如图1所示的现象中在能量转化方面的共同点是(　　)
图1
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
5．(多选)某人将重物由静止开始举高h，并使物体获得速度v，则下列说法中正确的是(　　)
A．物体所受合外力对它做的功等于物体动能的增加
B．此人对物体做的功等于物体动能和重力势能的增加量
C．物体所受合外力做的功等于物体动能和重力势能的增加量
D．克服重力做的功等于物体重力势能的增加量
6. (2018·全国卷Ⅰ)如图2，abc是竖直面内的光滑固定轨道，ab水平，长度为2R；bc是半径为R的四分之一圆弧，与ab相切于b点。一质量为m的小球，始终受到与重力大小相等的水平外力的作用，自a点处从静止开始向右运动。重力加速度大小为g。小球从a点开始运动到其轨迹最高点，机械能的增量为(　　)
图2
A．2mgR　　　　　　　　 B．4mgR
C．5mgR D．6mgR
7．两块完全相同的木块A、B，其中A固定在水平桌面上，B放在光滑水平桌面上。两颗同样的子弹以相同的水平速度射入两木块，穿透后子弹的速度分别为vA、vB，在子弹穿透木块过程中因克服摩擦力产生的内能分别为QA、QB，设木块对子弹的摩擦力大小一定，则(　　)
A．vA＞vB，QA＞QB B．vA＜vB，QA＝QB
C．vA＝vB，QA＜QB D．vA＞vB，QA＝QB
8. (多选)如图3所示，在粗糙的桌面上有一个质量为M的物块，通过轻绳跨过定滑轮与质量为m的小球相连，不计轻绳与滑轮间的摩擦，在小球下落的过程中，下列说法正确的是(　　)
图3
A．小球的机械能守恒
B．物块与小球组成的系统机械能守恒
C．若小球匀速下降，小球减少的重力势能等于物块M与桌面间摩擦产生的热量
D．若小球加速下降，小球减少的机械能大于物块M与桌面间摩擦产生的热量
能力层级——跳跳摘到桃子
9．如图4所示，甲、乙两车用轻弹簧相连静止在光滑的水平面上，现在同时对甲、乙两车施加等大反向的水平恒力F1、F2，使甲、乙同时由静止开始运动，在整个过程中，对甲、乙两车及弹簧组成的系统(假定整个过程中弹簧均在弹性限度内)，下列说法正确的是(　　)
图4
A．系统受到外力作用，动能不断增大
B．弹簧伸长到最长时，系统的机械能最大
C．恒力对系统一直做正功，系统的机械能不断增大
D．两车的速度每次减小到零时，弹簧的弹力大小都大于外力F1、F2的大小
10.如图5所示，质量为m的物块从A点由静止开始下落，加速度是，下落H到B点后与一轻弹簧接触，又下落h后到达最低点C，在由A运动到C的过程中，空气阻力恒定，则(　　)
图5
A．物块机械能守恒
B．物块和弹簧组成的系统机械能守恒
C．物块机械能减少mg(H＋h)
D．物块和弹簧组成的系统机械能减少mg(H＋h)
11.某海湾共占面积1.0×107 m2，涨潮时平均水深20 m，此时关上水坝闸门，可使水位保持20 m不变，退潮时，坝外水位降至18 m(如图6)。利用此水坝建立一座水力发电站，重力势能转化为电能的效率为10%，每天有两次涨潮，该电站每天能发出多少电能？(g＝10 m/s2，不计发电机的能量损失)
图6
12．(2018·浙江11月学考)如图7所示，在地面上竖直固定了刻度尺和轻质弹簧，弹簧原长时上端与刻度尺上的A点等高。质量m＝0.5 kg的篮球静止在弹簧正上方，其底端距A点的高度h1＝1.10 m。篮球静止释放，测得第一次撞击弹簧时，弹簧的最大形变量x1＝0.15 m，第一次反弹至最高点，篮球底端距A点的高度h2＝0.873 m，篮球多次反弹后静止在弹簧的上端，此时弹簧的形变量x2＝0.01 m，弹性势能为Ep＝0.025 J。若篮球运动时受到的空气阻力大小恒定，忽略篮球与弹簧碰撞时的能量损失和篮球的形变，弹簧形变在弹性限度范围内，g取10 m/s2。求：
图7
(1)弹簧的劲度系数；
(2)篮球在运动过程中受到的空气阻力；
(3)篮球在整个运动过程中通过的路程；
(4)篮球在整个运动过程中速度最大的位置。
课时跟踪检测（十六） 能源的开发与利用
基础层级——基稳才能楼高
1．有人设想在夏天用电冰箱来降低房间的温度。他的办法是：关好房间的门窗然后打开冰箱的所有门让冰箱运转，且不考虑房间内外热量的传递，则开机后，室内的温度将(　　)
A．逐渐有所升高
B．保持不变
C．开机时降低，停机时又升高
D．开机时升高，停机时降低
解析：选A　冰箱工作，会产生热量，即消耗电能，产生了内能，且房间与外界没有能量交换，所以房内温度会升高，A正确。
2．(2018·山东6月学考)关于能量和能源，下列表述正确的是(　　)
A．能量可以从一种形式转化为另一种形式
B．能量不能从一个物体转移到另一个物体
C．自然界的能量是守恒的，所以人类可以利用的能源永不枯竭
D．能源在利用过程中存在能量耗散现象，这表明自然界的能量不守恒
解析：选A　根据能量守恒定律可知，A正确、B错误；能量耗散表明，在能源的利用过程中，能量在数量上虽未减少，但在可利用的品质上降低了，从便于利用的变成不便于利用的了，这是能源危机的深层次含义，C、D错误。
3．关于能源的开发和节约，你认为以下观点错误的是(　　)
A．能源是有限的，无节制地利用常规能源，如石油之类，是一种盲目的短期行为
B．根据能量守恒定律，担心能源枯竭实在是一种杞人忧天的表现
C．能源的开发利用，必须要同时考虑对环境的影响
D．和平利用核能是目前开发新能源的一项有效途径
解析：选B　虽然能量守恒，但由于常规能源不可再生，可利用能源仍存在减少问题，故要节约能源和开发新能源。故选B。
4．不同的物理现象往往反映出相同的物理规律。如图1所示的现象中在能量转化方面的共同点是(　　)
图1
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
解析：选A　题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，选项A正确。
5．(多选)某人将重物由静止开始举高h，并使物体获得速度v，则下列说法中正确的是(　　)
A．物体所受合外力对它做的功等于物体动能的增加
B．此人对物体做的功等于物体动能和重力势能的增加量
C．物体所受合外力做的功等于物体动能和重力势能的增加量
D．克服重力做的功等于物体重力势能的增加量
解析：选ABD　由动能定理知，合外力做的功等于物体动能的改变量，故A正确，C错误；人给物体的力对物体做的功等于物体机械能的改变量，B正确；重力做负功，克服重力做的功等于物体重力势能的增加量，D正确。
6. (2018·全国卷Ⅰ)如图2，abc是竖直面内的光滑固定轨道，ab水平，长度为2R；bc是半径为R的四分之一圆弧，与ab相切于b点。一质量为m的小球，始终受到与重力大小相等的水平外力的作用，自a点处从静止开始向右运动。重力加速度大小为g。小球从a点开始运动到其轨迹最高点，机械能的增量为(　　)
图2
A．2mgR　　　　　　　　 B．4mgR
C．5mgR D．6mgR
解析：选C　小球从a点运动到c点，根据动能定理得，F·3R－mgR＝mv2，又F＝mg，故v＝2。小球离开c点在竖直方向做竖直上抛运动，水平方向做初速度为零的匀加速直线运动，且水平方向的加速度大小也为g，故小球从c点到最高点所用的时间t＝＝2，水平位移x＝gt2＝2R，根据功能关系，小球从a点到轨迹最高点机械能的增量等于力F做的功，即ΔE＝F·(3R＋x)＝5mgR。
7．两块完全相同的木块A、B，其中A固定在水平桌面上，B放在光滑水平桌面上。两颗同样的子弹以相同的水平速度射入两木块，穿透后子弹的速度分别为vA、vB，在子弹穿透木块过程中因克服摩擦力产生的内能分别为QA、QB，设木块对子弹的摩擦力大小一定，则(　　)
A．vA＞vB，QA＞QB B．vA＜vB，QA＝QB
C．vA＝vB，QA＜QB D．vA＞vB，QA＝QB
解析：选D　设子弹的初速度为v0，质量为m，木块的厚度为d，穿透过程中子弹所受阻力大小为 ，未固定的木块前进了x，根据动能定理： d＝mv02－mvA2， (d＋x)＝mv02－mvB2，比较以上两式得vA＞vB，两种情况下产生的热量相等，QA＝QB＝ d，故D正确。
8. (多选)如图3所示，在粗糙的桌面上有一个质量为M的物块，通过轻绳跨过定滑轮与质量为m的小球相连，不计轻绳与滑轮间的摩擦，在小球下落的过程中，下列说法正确的是(　　)
图3
A．小球的机械能守恒
B．物块与小球组成的系统机械能守恒
C．若小球匀速下降，小球减少的重力势能等于物块M与桌面间摩擦产生的热量
D．若小球加速下降，小球减少的机械能大于物块M与桌面间摩擦产生的热量
解析：选CD　由于绳子对小球做负功，因此小球的机械能减小，A错误；由于桌面粗糙，摩擦力对M做负功，因此物块与小球组成的系统机械能减小，B错误；若小球匀速下降，根据能量守恒，小球减小的重力势能没有转化为动能，而是完全转化为M与桌面摩擦生成的热量，C正确；而若小球加速下降，则小球减小的机械能一部分摩擦生热，另一部分转化为物块与小球组成系统的动能，因此D正确。
能力层级——跳跳摘到桃子
9．如图4所示，甲、乙两车用轻弹簧相连静止在光滑的水平面上，现在同时对甲、乙两车施加等大反向的水平恒力F1、F2，使甲、乙同时由静止开始运动，在整个过程中，对甲、乙两车及弹簧组成的系统(假定整个过程中弹簧均在弹性限度内)，下列说法正确的是(　　)
图4
A．系统受到外力作用，动能不断增大
B．弹簧伸长到最长时，系统的机械能最大
C．恒力对系统一直做正功，系统的机械能不断增大
D．两车的速度每次减小到零时，弹簧的弹力大小都大于外力F1、F2的大小
解析：选B　对甲、乙单独受力分析，两车都先加速后减速，故系统动能先增大后减小，A错误。弹簧最长时，外力对系统做正功最多，系统的机械能最大，B正确。弹簧达到最长后，甲、乙两车开始反向加速运动，F1、F2对系统做负功，系统机械能开始减小，C错误。当两车第一次速度减小到零时，弹簧弹力大小大于F1、F2的大小，当返回速度减小为零时，弹簧的弹力为零，小于外力F1、F2的大小，D错误。
10.如图5所示，质量为m的物块从A点由静止开始下落，加速度是，下落H到B点后与一轻弹簧接触，又下落h后到达最低点C，在由A运动到C的过程中，空气阻力恒定，则(　　)
图5
A．物块机械能守恒
B．物块和弹簧组成的系统机械能守恒
C．物块机械能减少mg(H＋h)
D．物块和弹簧组成的系统机械能减少mg(H＋h)
解析：选D　对于物块来说，从A到C要克服空气阻力做功，从B到C又将一部分机械能转化为弹簧的弹性势能，因此机械能肯定减少，故A错误；对于物块和弹簧组成的系统来说，减少的机械能为克服空气阻力所做的功，故B错误；由A运动到C的过程中，物块的动能变化为零，重力势能减小量等于机械能的减小量，所以物块机械能减少mg(H＋h)，故C错误；物块从A点由静止开始下落，加速度是g，根据牛顿第二定律得：f＝mg－ma＝mg，所以空气阻力所做的功－mg(H＋h)，整个系统机械能减少量即为克服空气阻力所做的功，所以物块、弹簧和地球组成的系统机械能减少mg(H＋h)，故D正确。
11.某海湾共占面积1.0×107 m2，涨潮时平均水深20 m，此时关上水坝闸门，可使水位保持20 m不变，退潮时，坝外水位降至18 m(如图6)。利用此水坝建立一座水力发电站，重力势能转化为电能的效率为10%，每天有两次涨潮，该电站每天能发出多少电能？(g＝10 m/s2，不计发电机的能量损失)
图6
解析：退潮时，由坝内流向坝外的水的质量
m＝ρV＝ρSh＝1.0×103×1.0×107×(20－18)kg＝2×1010 kg
该过程中重力势能的减少量
ΔEp减＝mg
两次涨潮、退潮共减少
ΔEp＝2mg＝mgh
故每天发出的电能
E电＝ΔEp·10%＝2×1010×10×2×10% J＝4×1010 J。
答案：4×1010 J
12．(2018·浙江11月学考)如图7所示，在地面上竖直固定了刻度尺和轻质弹簧，弹簧原长时上端与刻度尺上的A点等高。质量m＝0.5 kg的篮球静止在弹簧正上方，其底端距A点的高度h1＝1.10 m。篮球静止释放，测得第一次撞击弹簧时，弹簧的最大形变量x1＝0.15 m，第一次反弹至最高点，篮球底端距A点的高度h2＝0.873 m，篮球多次反弹后静止在弹簧的上端，此时弹簧的形变量x2＝0.01 m，弹性势能为Ep＝0.025 J。若篮球运动时受到的空气阻力大小恒定，忽略篮球与弹簧碰撞时的能量损失和篮球的形变，弹簧形变在弹性限度范围内，g取10 m/s2。求：
图7
(1)弹簧的劲度系数；
(2)篮球在运动过程中受到的空气阻力；
(3)篮球在整个运动过程中通过的路程；
(4)篮球在整个运动过程中速度最大的位置。
解析：(1)篮球静止在弹簧上时mg－kx2＝0
解得k＝500 N/m。
(2)篮球从开始运动到第一次上升到最高点，由动能定理得
mg(h1－h2)－f(h1＋h2＋2x1)＝0
解得f＝0.5 N。
(3)设篮球在整个运动过程中总路程为s，由能量守恒定律得
mg(h1＋x2)＝fs＋Ep
解得s＝11.05 m。
(4)篮球在首次下落过程中，合力为零处速度最大，设速度最大时弹簧形变量为x3，则mg－f－kx3＝0
解得x3＝0.009 m
即在A点下方离A点0.009 m处。
答案：(1)500 N/m　(2)0.5 N　(3)11.05 m
(4)在A点下方离A点0.009 m处