2022高中物理 第七章 機(jī)械能守恒定律 課時(shí)提升作業(yè)十九 7.10 能量守恒定律與能源 新人教版必修2

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1、2022高中物理 第七章 機(jī)械能守恒定律 課時(shí)提升作業(yè)十九 7.10 能量守恒定律與能源 新人教版必修2 一、選擇題(本題共3小題,每小題7分,共21分) 1.如圖所示,一小孩從公園中粗糙的滑梯上自由加速滑下,其能量的變化情況是 (　　) A.重力勢能減小,動(dòng)能不變,機(jī)械能減小,總能量減小 B.重力勢能減小,動(dòng)能增加,機(jī)械能減小,總能量不變 C.重力勢能減小,動(dòng)能增加,機(jī)械能增加,總能量增加 D.重力勢能減小,動(dòng)能增加,機(jī)械能守恒,總能量不變 【解析】選B。由能量守恒定律可知,小孩在下滑過程中總能量守恒,故A、C均錯(cuò);由于摩擦力要做負(fù)功,機(jī)械能不守恒,故D錯(cuò);下滑過程

2、中重力勢能向動(dòng)能和內(nèi)能轉(zhuǎn)化,故只有B正確。 2.(2018·西城區(qū)高一檢測)在奧運(yùn)比賽項(xiàng)目中,高臺(tái)跳水是我國運(yùn)動(dòng)員的強(qiáng)項(xiàng)。如圖所示,質(zhì)量為m的跳水運(yùn)動(dòng)員進(jìn)入水中后受到水的阻力而做減速運(yùn)動(dòng),設(shè)水對她的阻力大小恒為F,那么在她減速下降高度為h的過程中,下列說法正確的是(g為當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣? (　　) A.她的動(dòng)能減少了Fh B.她的重力勢能增加了mgh C.她的機(jī)械能減少了(F-mg)h D.她的機(jī)械能減少了Fh 【解析】選D。運(yùn)動(dòng)員下降高度h的過程中,重力勢能減少了mgh,B錯(cuò)誤;除重力做功以外,只有水對她的阻力F做負(fù)功,因此機(jī)械能減少了Fh,C錯(cuò)誤,D正確;由動(dòng)能定理可知,動(dòng)

3、能減少了(F-mg)h,故A錯(cuò)誤。 3.如圖所示,勁度系數(shù)為k的輕彈簧一端固定在墻上,一個(gè)小物塊(可視為質(zhì)點(diǎn))從A點(diǎn)以初速度v0向左運(yùn)動(dòng),接觸彈簧后運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn)時(shí)速度恰好為零,彈簧始終在彈性限度內(nèi)。AC兩點(diǎn)間距離為L,物塊與水平面間動(dòng)摩擦因數(shù)為μ,重力加速度為g,則物塊由A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn)的過程中,下列說法正確的是 (　　) A.彈簧和物塊組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒 B.物塊克服摩擦力做的功為m C.彈簧的彈性勢能增加量為μmgL D.物塊的初動(dòng)能等于彈簧的彈性勢能增加量與摩擦產(chǎn)生的熱量之和 【解析】選D。物塊與水平面間動(dòng)摩擦因數(shù)為μ,由于摩擦力做功機(jī)械能減小,故A項(xiàng)錯(cuò)誤;物塊由A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到

4、C點(diǎn)過程中動(dòng)能轉(zhuǎn)換為彈性勢能和內(nèi)能,根據(jù)能量守恒知物塊克服摩擦力做的功為μmgL=m-Ep彈,故B項(xiàng)錯(cuò)誤,D項(xiàng)正確;根據(jù)B項(xiàng)分析知Ep彈=m-μmgL,故C項(xiàng)錯(cuò)誤。 【補(bǔ)償訓(xùn)練】 如圖所示,輕質(zhì)彈簧的一端固定在豎直墻面上,另一端拴接一小物塊,小物塊放在動(dòng)摩擦因數(shù)為μ的水平面上,當(dāng)小物塊位于O點(diǎn)時(shí)彈簧處于自然狀態(tài)?，F(xiàn)將小物塊向右移到a點(diǎn),然后由靜止釋放,小物塊最終停在O點(diǎn)左側(cè)的b點(diǎn)(圖中未畫出),以下說法正確的是 (　　) A.Ob之間的距離小于Oa之間的距離 B.從O至b的過程中,小物塊的加速度逐漸減小 C.小物塊在O點(diǎn)時(shí)的速度最大 D.從a到b的過程中,彈簧彈性勢能的減少量小

5、于小物塊克服摩擦力所做的功 【解析】選A。如果沒有摩擦力,根據(jù)機(jī)械能守恒知O點(diǎn)應(yīng)該在ab中間,Oa=Ob。由于有摩擦力,物塊從a到b過程中機(jī)械能損失,故無法到達(dá)沒有摩擦力情況下的b點(diǎn),即O點(diǎn)靠近b點(diǎn),故Oa > Ob,選項(xiàng)A正確;從O至b的過程中,小物塊受到向右的摩擦力及向右的彈力,且彈力逐漸變大,故物塊的加速度逐漸變大,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;當(dāng)物塊從a點(diǎn)向左運(yùn)動(dòng)時(shí),受到向左的彈力和向右的摩擦力,且彈力逐漸減小,加速度逐漸減小,當(dāng)彈力等于摩擦力時(shí)加速度為零,此時(shí)速度最大,故小物塊的速度最大位置在O點(diǎn)右側(cè),選項(xiàng)C錯(cuò)誤;由能量守恒關(guān)系可知,從a到b的過程中,彈簧彈性勢能的減少量等于小物塊克服摩擦力所做的功

6、,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。 二、計(jì)算題(19分。要有必要的文字說明和解題步驟,有數(shù)值計(jì)算的要注明單位) 4.如圖所示,遙控電動(dòng)賽車(可視為質(zhì)點(diǎn))從A點(diǎn)由靜止出發(fā),經(jīng)過時(shí)間t后關(guān)閉電動(dòng)機(jī),賽車?yán)^續(xù)前進(jìn)至B點(diǎn)后進(jìn)入固定在豎直平面內(nèi)的圓形光滑軌道,通過軌道最高點(diǎn)P后又進(jìn)入水平軌道CD上。已知賽車在水平軌道AB部分和CD部分運(yùn)動(dòng)時(shí)受到的阻力恒為車重的0.5倍,即k==0.5,賽車的質(zhì)量m=0.4 kg,通電后賽車的電動(dòng)機(jī)以額定功率P=2 W工作,軌道AB的長度L=2 m,圓形軌道的半徑R=0.5 m,空氣阻力可以忽略,取重力加速度g=10 m/s2。某次比賽,要求賽車在運(yùn)動(dòng)過程上既不能脫離軌道,又要在CD軌道

7、上運(yùn)動(dòng)的路程最短。在此條件下,求 (1)賽車在CD軌道上運(yùn)動(dòng)的最短路程。 (2)賽車電動(dòng)機(jī)工作的時(shí)間。 【解析】(1)要求賽車在運(yùn)動(dòng)過程中既不能脫離軌道,又要在CD軌道上運(yùn)動(dòng)的路程最短,則賽車經(jīng)過圓軌道P點(diǎn)時(shí)速度最小,此時(shí)賽車對軌道的壓力為零,重力提供向心力: mg=m 賽車在C點(diǎn)的速度為vC,由機(jī)械能守恒定律可得, mg·2R+m=m 由上述兩式聯(lián)立,代入數(shù)據(jù)可得: vC=5 m/s 設(shè)賽車在CD軌道上運(yùn)動(dòng)的最短路程為x,由動(dòng)能定理可得: -kmgx=0-m 代入數(shù)據(jù)可得:x=2.5 m (2)由于豎直圓軌道光滑,由機(jī)械能守恒定律可知:vB=vC=5 m/s,從

8、A點(diǎn)到B點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)過程中,由能量守恒定律可得: Pt=kmgL+m 代入數(shù)據(jù)可得:t=4.5 s。 答案:(1)2.5 m　(2)4.5 s (10分)如圖所示,足夠長的傳送帶以恒定速率順時(shí)針運(yùn)行,將一個(gè)物體輕輕放在傳送帶底端,第一階段物體被加速到與傳送帶具有相同的速度,第二階段與傳送帶相對靜止,勻速運(yùn)動(dòng)到達(dá)傳送帶頂端。下列說法正確的是 (　　) A.第一階段摩擦力對物體做正功,第二階段摩擦力對物體不做功 B.第一階段摩擦力對物體做的功等于第一階段物體動(dòng)能的增加 C.第一階段物體和傳送帶間的摩擦生熱等于第一階段物體機(jī)械能的增加 D.物體從底端到頂端全過程機(jī)械能的增加等于全

9、過程物體與傳送帶間的摩擦生熱 【解析】選C。第一階段物體受到沿斜面向上的滑動(dòng)摩擦力;第二階段物體受到沿斜面向上的靜摩擦力做功,兩個(gè)階段摩擦力方向都跟物體運(yùn)動(dòng)方向相同,所以兩個(gè)階段摩擦力都做正功,故A錯(cuò)誤;根據(jù)動(dòng)能定理得知,外力做的總功等于物體動(dòng)能的增加,第一階段,摩擦力和重力都做功,則第一階段摩擦力對物體做的功不等于第一階段物體動(dòng)能的增加,故B錯(cuò)誤;由功能關(guān)系可知,第一階段摩擦力對物體做的功(除重力之外的力所做的功)等于物體機(jī)械能的增加,即ΔE=W阻= F阻s物,摩擦生熱為Q=F阻s相對,又由于s傳送帶=vt,s物=t,所以s物=s相對=s傳送帶,即Q=ΔE,故C正確;第二階段沒有摩擦生熱

10、,但物體的機(jī)械能繼續(xù)增加,故D錯(cuò)誤。 【補(bǔ)償訓(xùn)練】 (多選)(2018·黃岡高一檢測)在大型物流貨場,廣泛的應(yīng)用傳送帶搬運(yùn)貨物。如圖甲所示,傾斜的傳送帶以恒定速率運(yùn)動(dòng),皮帶始終是繃緊的,將m=1 kg的貨物放在傳送帶上的A點(diǎn),經(jīng)過1.2 s 到達(dá)傳送帶的B點(diǎn)。用速度傳感器測得貨物與傳送帶的速度v隨時(shí)間t變化的圖象如圖乙所示,已知重力加速度g=10 m/s2。由v-t圖象可知 (　　) A.A、B兩點(diǎn)的距離為2.4 m B.貨物與傳送帶間的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.5 C.貨物從A運(yùn)動(dòng)到B的過程中,傳送帶對貨物做功大小為12.8 J D.貨物從A運(yùn)動(dòng)到B的過程中,貨物與傳送帶摩擦產(chǎn)生的熱

11、量為4.8 J 【解析】選B、D。根據(jù)v􀆼t圖象可知,貨物放在傳送帶上后做勻加速直線運(yùn)動(dòng),當(dāng)速度達(dá)到與傳送帶速度相同時(shí),繼續(xù)做勻加速直線運(yùn)動(dòng),但是加速度變小了,所以貨物受到的滑動(dòng)摩擦力在t=0.2 s時(shí)由沿傳送帶向下變?yōu)檠貍魉蛶蛏?。A到B的距離對應(yīng)貨物v -t圖象與橫軸所圍的“面積”,x=×2×0.2 m+×(2+4)×1 m=3.2 m,故A錯(cuò)誤;0～0.2 s內(nèi)貨物的加速度為a1== m/s2=10 m/s2,根據(jù)牛頓第二定律得mgsin θ+μmgcos θ=ma1,同理0.2～1.2 s內(nèi)a2== m/s2=2 m/s2,mgsin θ-μmgcos θ=ma2

12、,聯(lián)立解得:cosθ=0.8,μ=0.5,故B正確;整個(gè)過程貨物與傳送帶間的滑動(dòng)摩擦力大小均為Ff=μmgcos θ=4 N,則0～0.2 s內(nèi)傳送帶對貨物做功為:W1=Ffx1=4×0.2 J=0.8 J,0.2～1.2 s內(nèi)傳送帶對貨物做功為:W2=-Ffx2=-4×3 J=-12 J,W=W1+W2=-11.2 J,所以整個(gè)過程,傳送帶對貨物做功大小為11.2 J,故C錯(cuò)誤;根據(jù)功能關(guān)系,貨物與傳送帶摩擦產(chǎn)生的熱量等于摩擦力乘以相對位移,由圖象可得0～0.2 s內(nèi)相對位移Δx1=×0.2×2 m=0.2 m, 0.2～1.2 s內(nèi)相對位移Δx2=×1×2 m=1 m,所以產(chǎn)生的熱量為:Q=FfΔx1+FfΔx2=4.8 J,故D正確。