必修2物理第四章6能源的开发与利用课时作业(教科版带答案和解释)

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必修2物理第四章6能源的开发与利用课时作业(教科版带答案和解释)

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文章来
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一、选择题
1.太阳是人类的“能源之母”,下述关于太阳能的说法中错误的是(  )
A.三大常规能源都是太阳能的产物
B.光合作用是太阳能转换为化学能
C.光驱动机械手表是太阳能先转换为电能,再转换为机械能
D.自然界的风能、水能、潮汐能也都来自于太阳能
解析:选D.常规能源是指煤、石油及天然气,在其地质形成过程中累积了太阳能,因此其能量来自于太阳;光合作用使太阳能转换为化学能储存在植物之中;光驱动手表内装有太阳能电池,先将太阳能转换为电能再转换为指针转动的机械能;自然界的风能、水能与太阳能有关,而潮汐能是由引力作用产生的.应选D.
2.节日燃放礼花弹时,要先将礼花弹放入一个竖直的炮筒中,然后点燃礼花弹的发射部分,通过火药剧烈燃烧产生的高压燃气,将礼花弹由炮筒底部射向空中.若礼花弹在由炮筒底部击发至炮筒口的过程中,克服重力做功W1,克服炮筒阻力及空气阻力做功W2,高压燃气对礼花弹做功W3,则礼花弹在炮筒内运动的过程中(设礼花弹发射过程中质量不变)(  )
A.礼花弹的动能变化量为W3+W2+W1
B.礼花弹的动能变化量为W3-W2-W1
C.礼花弹的机械能变化量为W3-W2
D.礼花弹的机械能变化量为W3-W2-W1
解析:选BC.动能变化量等于各力做功的代数和,阻力重力都做负功,故W3-W1-W2=ΔEk,所以B对,A错.重力以外其他力做功的和为W3-W2此即等于机械能增加量,所以C对,D错.此题选B、C.
3.如图所示,小球从A点以初速度v0沿粗糙斜面向上运动,到达最高点B后返回A,C为AB的中点.下列说法中正确的是(  )
 
A.小球从A出发到返回A的过程中,位移为零,外力做功为零
B.小球从A到C过程与从C到B过程,减少的动能相等
C.小球从A到C过程与从C到B过程,速度的变化量相等
D.小球从A到C过程与从C到B过程,损失的机械能相等
解析:选BD.小球从A出发到返回A的过程中,重力做功为零,摩擦力做负功,A错误;小球从A到C过程与从C到B过程中,合外力做功相等,动能的变化量相等,但速度的变化量不等,B正确,C错误;小球从A到C过程与从C到B过程,损失的机械能等于克服摩擦力做的功,而克服摩擦力做的功相等,故D正确.
4.飞船返回时高速进入大气层后,受到空气阻力的作用,接近地面时,减速伞打开,在距地面几米处,制动发动机点火制动,飞船迅速减速,安全着陆.下列说法正确的是(  )
A.制动发动机点火制动后,飞船的重力势能减少,动能减小
B.制动发动机工作时,由于化学能转化为机械能,飞船的机械能增加
C.重力始终对飞船做正功,使飞船的机械能增加
D.重力对飞船做正功,阻力对飞船做负功,飞船的机械能不变
解析:选A.制动发动机点火制动后,飞船迅速减速下落,动能、重力势能均变小,机械能减小,A正确,B错误;飞船进入大气层后,空气阻力做负功,机械能一定减小,故C、D均错误.
5. 如图所示,具有一定初速度的物块,沿倾角为30°的粗糙斜面向上运动的过程中,受一个恒定的沿斜面向上的拉力F作用,这时物块的加速度大小为4 m/s2,方向沿斜面向下,那么,在物块向上运动过程中,正确的说法是(  )
 
A.物块的机械能一定增加
B.物块的机械能一定减小
C.物块的机械能可能不变
D.物块的机械能可能增加也可能减小
解析:选A.机械能变化的原因是非重力、弹簧弹力做功,本题亦即看成F与f做功大小问题,由mgsin 30°+f-F=ma,知F-f=mgsin 30°-ma>0,即F>f,故F做正功多于克服摩擦力做功,故机械能增大.
6.一物块从如图所示的弧形轨道上的A点由静止开始滑下,由于轨道不光滑,它仅能滑到B点.由B点返回后,仅能滑到C点,已知A、B高度差为h1,B、C高度差为h2,则下列关系正确的是(  )
 
A.h1=h2
B.h1<h2
C.h1>h2
D.h1、h2大小关系不确定
解析:选C.由能的转化和守恒定律可知,物块由A到B的过程中重力势能减少mgh1,全部用于克服摩擦力做功,即WfAB=mgh1,同理:WfBC=mgh2,又随着小滑块最大高度的降低,运动过程中的同位置处滑块对轨道的压力变小,必有WfAB>WfBC,所以mgh1>mgh2,得:
h1>h2,C项正确.
7.如图所示,轻质弹簧长为L,竖直固定在地面上,质量为m的小球,在离地面高度为H处,由静止开始下落,正好落在弹簧上,使弹簧的最大压缩量为x.在下落过程中,小球受到的空气阻力为F阻,则弹簧在最短时,具有的弹性势能为(  )
 
A.(mg-F阻)(H-L+x)
B.mg(H-L+x)-F阻(H-L)
C.mgH-F阻(H-L)
D.mg(L-x)+F阻(H-L+x)
解析:选A.设物体克服弹力做功为W弹,则对物体应用动能定理得(mg-F阻)(H-L+x)-W弹=ΔEk=0,所以,W弹=(mg-F阻)(H-L+x),即为弹簧具有的弹性势能.
8. 如图所示,卷扬机的绳索通过定滑轮用力F拉位于粗糙斜面上的木箱,使之沿斜面加速向上移动,在移动过程中,下列说法正确的是(  )
 
A.F对木箱做的功等于木箱增加的动能与木箱克服摩擦力所做的功之和
B.F对木箱做的功等于木箱克服摩擦力和克服重力所做的功之和
C.木箱克服重力做功等于木箱增加的重力势能
D.F对木箱做的功等于木箱增加的机械能与木箱克服摩擦力所做的功之和
解析:选CD.克服重力做的功等于物体重力势能的增加ΔEp=WG,C正确.由动能定理:-WG-Wf+WF=12mv2,WF=12mv2+WG+Wf=ΔEk+ΔEp+Wf,A、B不对,D对.
☆9.如图所示,水平桌面上的轻质弹簧一端固定,另一端与小物块相连.弹簧处于自然长度时物块位于O点(图中未标出).物块的质量为m,AB=a,物块与桌面间的动摩擦因数为μ.现用水平向右的力将物块从O点拉至A点,拉力做的功为W.撤去拉力后物块由静止向左运动,经O点到达B点时速度为零.重力加速度为g.则上述过程中(  )
 
A.物块在A点时,弹簧的弹性势能等于W-12μmga
B.物块在B点时,弹簧的弹性势能小于W-32μmga
C.经O点时,物块的动能小于W-μmga
D.物块动能最大时弹簧的弹性势能小于物块在B点时弹簧的弹性势能
解析:
 
选BC.由于有摩擦,O点不在AB的中点,而是在AB中点的左侧(如图所示).由题知AB=a,OA>a2,OB<a2.根据功能关系,物块在A点时,弹簧的弹性势能Ep=W-μmgOA<W-12μmga,选项A错误;物块在B点时,弹簧的弹性势能E′p=Ep-μmga=W-μmgOA-μmga<W-32μmga,选项B正确;物块在O点的动能Ek=Ep-μmgOA=W-2μmgOA<W-μmga,选项C正确;物块动能最大时,弹簧的弹力kx=μmg,此时物块处于M点(如图所示),若BM光滑,则物块能运动至M′点速度为零,则OM′=OM,由于存在摩擦,OB<OM,故物块动能最大时弹簧的弹性势能大于物块在B点时弹簧的弹性势能,选项D错误.


二、非选择题
10. 如图所示,质量为m的自行车特技运动员从B点由静止出发,经BC圆弧,从C点竖直冲出,完成空翻,完成空翻的时间为t.由B到C的过程中,克服摩擦力做功为W.空气阻力忽略不计,重力加速度为g,试求:自行车运动员从B到C至少做多少功?
 
解析:自行车由C点冲出后做竖直上抛运动
上升高度等于下降高度h=12gt2下①
上、下时间相等t上=t下=t2②
由功能关系知,在从B到C再到D的过程中,自行车运动员做的功W人应当等于他克服摩擦力做的功W与增加的重力势能之和,W人=W+mgh③
联立①②③式得W人=W+mgh=W+18mg2t2.
答案:W+18mg2t2
11. 如图所示,质量为m的小铁块A以水平速度v0冲上质量为M、长为l置于光滑水平面C上的木板B,正好不从木板上掉下,已知A、B间的动摩擦因数为μ,此时木板对地位移为x,求这一过程中:
 
(1)木板增加的动能;
(2)小铁块减少的动能;
(3)系统机械能的减少量;
(4)系统产生的热量.
解析:(1)对B根据动能定理得
μmgx=12Mv2-0
从上式可知:ΔEkB=μmgx.
(2)滑动摩擦力对小铁块A做负功,根据功能关系可知:
ΔEkA=-μmg(x+l)
即小铁块减少的动能为
-ΔEkA=12mv20-12mv2=μmg(x+l).
(3)系统机械能的减少量为
ΔE=12mv20-12mv2-12Mv2=μmgl.
(4)m、M相对位移为l,根据能量守恒得:Q=μmgl.
答案:见解析
☆12.如图所示,传送带与水平面之间的夹角为θ=30°,其上A、B两点间的距离为l=5 m,传送带在电动机的带动下以v=1 m/s的速度匀速运动,现将一质量为m=10 kg的小物体(可视为质点)轻放在传送带的A点,已知小物体与传送带之间的动摩擦因数μ=3/2,在传送带将小物体从A点传送到B点的过程中,求:(g取10 m/s2)
 

(1)传送带对小物体做的功;
(2)电动机做的功.
解析:(1)物块加速上升时的加速度
a=μmgcos θ-mgsin θm=2.5 m/s2
当小物体的速度v=1 m/s时,时间为t,位移为l1,则
v=at,l1=12at2
解得t=0.4 s,l1=0.2 m
之后,小物体与传送带保持相对静止,即以v=1 m/s的速度走完4.8 m的路程.
由功能关系得:W=12mv2+mglsin θ=255 J.
(2)小物块与传送带的相对位移
Δl=vt-v2t=0.2 m
摩擦生热Q=μmgcos θ•Δl=15 J
故电动机做的功为
W机=W+Q=270 J.
答案:(1)255 J (2)270 J

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