高中物理粤教版必修二同步练习 （十五）+能量的转化与守恒+能源的利用与开发+Word版含解析

课时跟踪检测（十五） 能量的转化与守恒 能源的利用与开发
1．一个物体沿粗糙斜面匀速滑下，则下列说法中正确的是(　　)
A．物体机械能不变，内能不变
B．物体机械能减少，内能不变
C．物体机械能减少，内能增加，机械能与内能总量减少
D．物体机械能减少，内能增加，机械能与内能总量不变
解析：选D　物体沿粗糙斜面匀速滑下，由于摩擦，内能增加，机械能减少，由能量守恒可知，机械能转化成内能，但机械能和内能的总量不变。故A、B、C错误，D正确。
2．在今年上海的某活动中引入了全国首个户外风洞飞行体验装置，体验者在风力作用下漂浮在半空。若减小风力，体验者在加速下落过程中(　　)
A．失重且机械能增加
B．失重且机械能减少
C．超重且机械能增加
D．超重且机械能减少
解析：选B　据题意，体验者漂浮时受到的重力和风力平衡；在加速下降过程中，风力小于重力，即重力对体验者做正功，风力做负功，体验者的机械能减小；加速下降过程中，加速度方向向下，体验者处于失重状态，故选项B正确。
3．一质量均匀、不可伸长的绳索，重为G，A、B两端固定在天花板上，现在最低点C处施加一竖直向下的力，将最低点缓慢拉至D点，在此过程中，绳的重心位置(　　)
图1
A．逐渐升高　　　　　 B．逐渐降低
C．先降低后升高 D．始终不变
解析：选A　外力对绳索做正功，绳索的机械能增加，由于绳索的动能不变，增加的必是重力势能，重力势能增加是重心升高的结果，故A正确。
4．(多选)在最近几年的空调市场上出现一个新宠——变频空调，据专家介绍变频空调比定频的要节能，因为定频空调开机时就等同于汽车启动时，很耗能，是正常运行的5～7倍。空调在工作时达到设定温度就停机，等温度高了再继续启动。这样的频繁启动，耗电多，而变频空调启动时有一个由低到高的过程，而运行过程是自动变速来保持室内温度，从开机到关机中间不停机。而是达到设定温度后就降到最小功率运行，所以比较省电。阅读上述介绍后，探究以下说法中合理的是(　　)
A．变频空调节能，运行中不遵守能量守恒定律
B．变频空调运行中做功少，转化能量多
C．变频空调在同样工作条件下运行效率高，省电
D．变频空调与定频空调做同样功时，消耗同样电能
解析：选CD　自然界的一切过程都遵守能量守恒定律，A错。功是能量转化的量度，做同样功，消耗同样电能，B错、D对。由变频空调的工作特点可知省电的原理是效率高，C对。
5. (多选)如图2所示是流星在夜空中发出明亮的光焰。此时会有人在内心里许下一个美好的愿望。有些流星是外太空物体被地球强大引力吸引坠落到地面的过程中同空气发生剧烈摩擦造成的。下列相关说法正确的是(　　)
图2
A．流星同空气摩擦时部分机械能转化为内能
B．引力对流星做正功则其动能增加，机械能守恒
C．当流星的速度方向与空气阻力和重力的合力不在同一直线上时，流星做曲线运动
D．流星物体进入大气层后做斜抛运动
解析：选AC　流星同空气摩擦时部分机械能转化为内能，A正确；引力对流星做正功，除了重力之外还有其他力做功，机械能不守恒，B错误；当流星的速度方向与空气阻力和重力的合力不在同一直线上时，流星做曲线运动，C正确，D错误。
6．(多选)悬崖跳水是一项极具挑战性的极限运动，需要运动员具有非凡的胆量和过硬的技术。跳水运动员进入水中后受到水的阻力而做减速运动，设质量为m的运动员刚入水时的速度为v，水对他的阻力大小恒为F，那么在他减速下降深度为h的过程中，下列说法正确的是(g为当地的重力加速度)(　　)
A．他的动能减少了(F－mg)h
B．他的重力势能减少了mgh－mv2
C．他的机械能减少了Fh
D．他的机械能减少了mgh
解析：选AC　在进入水中的过程中，由动能定理，mgh－Fh＝E′k－Ek，所以动能的减少量为Ek－E′k＝(F－mg)h，故A正确；重力势能的减少量等于重力所做的功，即mgh，故B错误；克服阻力所做的功等于机械能的减少量，即等于Fh，故C正确，D错误。
7．如图3所示是某类潮汐发电示意图。涨潮时开闸，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(如图甲)，落潮时，开闸放水发电(如图乙)。设海湾水库面积为5.0×108 m2，平均潮差为3.0 m，一天涨落潮两次，发电机的平均能量转化效率为10%，则一天内发电的平均功率约为(ρ海水＝1.0×103 kg/m3，g取10 m/s2)(　　)
图3
A．2.6×104 kW B．5.2×104 kW
C．2.6×105 kW D．5.2×105 kW
解析：选B　放水发电时，海水的重力势能减少，其中10%转化为电能。一天内提供的重力势能为Ep＝2mgh＝2ρVgh＝2×1.0×103×5.0×108×3.0×10×1.5 J＝4.5×1013 J，则一天内发电的平均功率为P＝≈5.2×104 kW。故选项B正确。
8．(多选)一颗子弹以某一水平速度击中了静止在光滑水平面上的木块，并从中穿出。对于这一过程，下列说法正确的是(　　)
A．子弹减少的机械能等于木块增加的机械能
B．子弹和木块组成的系统机械能的损失量等于系统产生的热量
C．子弹减少的机械能等于木块增加的动能与木块增加的内能之和
D．子弹减少的动能等于木块增加的动能与子弹和木块增加的内能之和
解析：选BD　子弹射穿木块的过程中，由于相互间摩擦力的作用使得子弹的动能减少，木块获得动能，同时产生热量，且系统产生的热量在数值上等于系统机械能的损失。A选项没考虑系统增加的内能，C选项应考虑的是系统(子弹、木块)内能的增加，C错。
9．(多选)在离水平地面h高处将一质量为m的小球水平抛出，在空中运动的过程中所受空气阻力大小恒为f，落地时小球距抛出点的水平距离为x，速率为v，那么，在小球运动的过程中(　　)
A．重力做功为mgh
B．克服空气阻力做的功为f·
C．落地时，重力的瞬时功率为mgv
D．重力势能和机械能都逐渐减少
解析：选AD　重力做功为WG＝mgh，A正确。空气阻力做功与经过的路程有关，而小球经过的路程大于，故克服空气阻力做的功大于f·，B错误。落地时，重力的瞬时功率为重力与沿重力方向的分速度的乘积，故落地时重力的瞬时功率小于mgv，C错误。重力做正功，重力势能减少，空气阻力做负功，机械能减少，D正确。
10.如图4所示，质量为m的滑块以一定初速度滑上倾角为θ的固定斜面，同时施加一沿斜面向上的恒力F＝mgsin θ；已知滑块与斜面间的动摩擦因数μ＝tan θ，取出发点为参考点，能正确描述滑块运动到最高点过程中产生的热量Q、滑块动能Ek、势能Fp、机械能E随时间t和位移x关系的是(　　)
图4
解析：选C　根据滑块与斜面间的动摩擦因数μ＝tan θ可知，滑动摩擦力等于重力沿斜面向下的分力。施加一沿斜面向上的恒力F＝mgsin θ，物体机械能保持不变，重力势能随位移x均匀增大，选项C正确，D错误。产生的热量Q＝Ffx，随位移均匀增大，滑块动能Ek随位移x均匀减小，选项A、B错误。
11.如图5所示，绷紧的传送带与水平面的夹角θ＝30°，皮带在电动机的带动下，始终保持v0＝2 m/s的速率运行。现把一质量为m＝10 kg的工件(可看为质点)轻轻放在皮带的底端，经时间1.9 s，工件被传送到h＝1.5 m的高处，取g＝10 m/s2。求：
图5
(1)工件与皮带间的动摩擦因数；
(2)电动机由于传送此工件多消耗的电能。
解析：(1)由题意得，皮带长为：L＝＝3 m，
工件速度达到v0之前，从静止开始做匀加速运动，设匀加速运动的时间为t1，位移为x1，有x1＝t1＝t1，
假设工件最终取得了与传送带相同的速度，则达到v0之后工件将做匀速运动，有L－x1＝v0(t－t1)，
解得t1＝0.8 s<1.9 s，故工件最终取得与传送带相同的速度的假设正确。
加速运动阶段的加速度为a＝＝2.5 m/s2，
在加速运动阶段，根据牛顿第二定律，有
μmgcos θ－mgsin θ＝ma，解得μ＝。
(2)在时间t1内，传送带的位移为x＝v0t1＝1.6 m，
工件的位移为x1＝t1＝t1＝0.8 m，所以在时间t1内，工件相对传送带的位移Δx＝x－x1＝0.8 m，
在时间t1内，因摩擦而产生的热量为Q＝μmgcos θ·Δx＝60 J，
工件到达最高点时获得的动能为Ek＝mv02＝20 J，
工件增加的势能为Ep＝mgh＝150 J，
所以电动机由于传送工件多消耗的电能为E＝Q＋Ek＋Ep＝230 J。
答案：(1)　(2)230 J
12．风力发电是一种环保的电能获取方式。图6为某风力发电机外观图，现设计的每台风力发电机的功率为40 kW。实验测得风的动能转化为电能的效率约为20%，空气的密度是1.29 kg/m3，当地水平风速约为10 m/s。求风力发电机的叶片长度约为多少时才能满足设计要求？
图6
解析：设叶片长度为r，则叶片转动的面积S＝πr2。
取时间t内作用到面积为S的叶片上的空气流为研究对象，如图所示。
这部分空气流的质量m＝ρV＝ρ·Svt，
空气流的动能Ek＝mv2，
电功率P＝＝ρπr2v3，
得r＝≈9.94 m。
答案：9.94 m