人教版物理必修3同步练习: 12.4 能源与可持续发展(能力提升)
试卷更新日期：2024-04-02 类型：同步测试
一、选择题
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1. 光镊技术可以用来捕获、操控微小粒子(目前已达微米级)．激光经透镜后会聚成强聚焦光斑，微粒一旦落入会聚光的区域内，就有移向光斑中心的可能，从而被捕获．由于光的作用使微粒具有势能，光斑形成了一个类似于“陷阱”的能量势阱，光斑中心为势能的最低点．结合以上信息可知，关于利用光镊捕获一个微小粒子的情况，下列说法正确的是A、微粒被捕获时，受到激光的作用力一定沿着激光传播的方向 B、微粒被捕获时，受到激光的作用力一定垂直激光传播的方向 C、微粒向光斑中心移动时，在能量势阱中对应的势能可能增大 D、被捕获的微粒在获得较大的速度之后，有可能逃离能量势阱2. 老师自制了一个炮弹发射器，结构如图。弹簧一端与炮管底部连接，另一端连接滑块，在炮管中装入小球后，系统静止在炮管中O处，此时滑块恰好无摩擦。某次演示时，老师用绳子拉动滑块，将弹簧压缩到A点后释放，观察到小球在O点上方的B点与滑块脱离接触，并能沿炮口飞出，考虑炮管与滑块之间有摩擦，但小球摩擦可忽略不计。则（ ）
A、在B点处弹簧一定处于原长 B、在B点时小球的速度恰好达到最大 C、滑块在以后的运动过程中可能到达A点 D、OA间的距离大于 OB间的距离3. 图1是叶片长度为L的风力发电机，图2是该风力发电机的扫风面积示意图图，风叶旋转扫过的面积是截留风能的面积，并与风向垂直。已知空气的密度为ρ，风速为v，风动能转化为电能的效率为η，则该风力发电机的功率为（ ）
A、 B、 C、 D、4. 图甲为使用风簸的情景。风簸是清谷的农用工具，主要用于筛选精谷粒和瘪谷粒。图乙为其工作原理示意图：匀速摇动扇叶（图中未画出），在AB和CD间形成持续稳定的风力场，风速水平向左，开启斗仓下方的狭缝S1 ， 轻重显著不同的谷粒由狭缝进入风力场，在风力和重力作用下经由具有一定宽度的出谷口S₂或S3离开风力场后被收集。现考查同时进入风力场的精谷粒a和瘪谷粒b这两粒谷子，设它们所受风力相同，忽略初速度和空气阻力的影响，那么（ ）
A、a比b先到达出谷口 B、到达出谷口时a的速度较大，b的速度较小 C、a经由S₃离开风力场，b经由S₂离开风力场 D、离开出谷口时，a的机械能增量较小，b的机械能增量较大5. 如图，篮球运动员站在广场上的某一喷泉水柱旁边，虚线“1”“2”“3”所在水平面分别是地面、运动员的头顶、该水柱最高点所在的水平面。若喷管管口直径为6cm。根据图中信息和生活经验，估算一个喷管喷水消耗的功率与哪个最接近（ ）
A、3kW B、15kW C、30kW D、45kW6. 如图所示为蹦床比赛运动员在做准备动作。不计空气阻力，关于整个运动过程中涉及的物理规律，下列说法正确的是（ ）
A、运动员从向下发力至蹦床形变最大的过程中，运动员重力势能减小，动能增加 B、运动员从蹦床形变最大位置到刚要脱离蹦床的过程中，蹦床的弹性势能全部转化为运动员的动能 C、运动员从蹦床形变最大位置运动至最高点过程中，运动员的机械能守恒 D、运动员从蹦床形变最大位置运动至最高点过程中，重力势能增加，动能先增大后减小7. 近年来，我国的航天事业取得巨大成就，"天问一号"的成功发射，"北斗"系统的成功组网等等，发射各类航天器都要用到火箭。关于火箭下列说法正确的是 （ ）A、火箭点火后离开地面向上运动，是地面对火箭反作用力作用的结果 B、火箭获得的机械能来自于燃料燃烧释放的化学能 C、火箭运动过程中，牛顿第三定律适用，牛顿第二定律不适用 D、为了提高火箭的速度，实际上可以不断的增加火箭的级数8. 2022年11月5日，金沙江白鹤滩水电站10号机组正式投入商业运行，预计每年平均发电量将达到624亿千瓦时。以下相关说法，正确的是（ ）
A、千瓦时是能量单位 B、因为能量守恒，所以没必要节能 C、水能、风能、太阳能等均属于不可再生能源 D、目前的核电站主要利用核聚变来实现发电9. 能源是人类社会发展进步的物质基础。根据国际能源专家的预测，地球上蕴藏的煤炭将在今后200年内开采完毕，石油将在今后三四十年内告罄，天然气也只能再维持60年左右。能源问题将成为长期困扰人类生存和社会发展的一个主要问题。下列关于能源的说法中，正确的是（）A、水能是不可再生能源 B、由于能量不会凭空消失，也不会凭空产生，总是守恒的，所以节约能源意义不大 C、节约能源只要提高节能意识就行，与科技进步无关 D、煤、石油、天然气等燃料的最初来源可追溯到太阳能10. 关于能源与能量，下列说法正确的是（ ）A、因为能量守恒，所以不需要节约能源 B、人类应多开发与利用风能、太阳能等新型能源 C、自然界中石油、煤炭等能源可供人类长久使用 D、人类不断地开发和利用新的能源，所以能量可以被创造11. 如图所示，空间中存在水平向左的匀强电场．在电场中将一带电液滴从b点由静止释放，液滴沿直线由b运动到d，且直线bd方向与竖直方向成45°角，下列判断正确的是（ ）
A、液滴带正电荷 B、液滴的电势能减小 C、液滴的重力势能和电势能之和不变 D、液滴的电势能和动能之和不变12. 如图所示，在一个粗糙水平面上，彼此靠近地放置两个带同种电荷的小物块。由静止释放后，两个物块向相反方向运动，并最终停止。在物块的运动过程中，下列表述正确的是
A、物块受到的摩擦力始终小于其受到的库仑力 B、库仑力对两物块做的功相等 C、最终，两个物块的电势能总和不变 D、最终，系统产生的内能等于库仑力做的总功二、多项选择题
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13. 如图所示，劲度系数为k的轻弹簧左端固定，右端连一带负电荷的物块，物块的质量为m ， 带电荷量为q ， 可在光滑水平面上左右移动，水平面上方还有水平向右的匀强电场，电场强度大小为E ， 开始时物块在向右的大小为的外力F作用下静止在M点。现将力F撤去，规定物块在M点时的电势能为零，对之后的过程，以下说法正确的是（ ）
A、弹簧和物块组成的系统机械能和电势能之和不变 B、弹簧处于原长时，物块的速度最大 C、弹簧被压缩到最短时，物块的加速度大小为0 D、物块的最大动能为14. 随着“共享单车”的持续火热，“共享汽车”也悄然出现。下表是某种共享汽车的主要参数：空车质量 800kg 电池容量 44kW•h 标准承载 200kg 最大续航（充满电最大行驶路程） 200km 所受阻力与汽车总重比值 0.09 根据上述信息，则下列说法正确的是（ ）
A、工作时，电动汽车的电动机是将机械能转化成电能 B、电池容量44kW·h指的是汽车电池充满电时的电量 C、标准承载下，电动汽车以72km/h的速度匀速行驶10min的耗电量为3kW∙h D、若标准承载下汽车速度能达120km/h，则电动机最大输出功率不小于30kW15. 关于下列图片的描述，说法正确的是（ ）A、
用力拉弹簧使弹簧伸长，弹力做正功，弹性势能增加
B、
水平面光滑，木块和木板间接触面粗糙，木块沿放在水平面上的木板的上表面滑行，木块和木板组成的系统动量守恒，机械能也守恒
C、
用力将物体向下压使弹簧压缩到最短，放手后物体和弹簧组成的系统机械能守恒
D、
章鱼通过身体前面的孔将“墨汁”喷出，身体很快向后运动体现了反冲原理
16. 如图，跳水运动员踏板的过程可以简化为下述模型：运动员从高处落到处于自然状态的跳板上（A位置），随跳板一同向下做变速运动到达最低点（B位置）。运动员从位置A运动到位置B的过程中，下列说法正确的是（ ）
A、运动员的机械能守恒 B、运动员的动能先增大后减小 C、重力做的功小于跳板的作用力对她做的功 D、到达位置B时，运动员所受合外力为零17. 用带有弹簧的晾衣夹自制的汤匙投球器，将一小球掷出去，同时用高频摄像机记录投射与飞行过程，如图1所示。逐帧分析小球的运动轨迹，并绘制出小球水平及竖直方向的速度与时间的关系图像如图2所示。图2中实线为球水平速度，虚线为球竖直速度。不计风力和空气阻力，则下列分析正确的是（ ）
A、该小球被掷出瞬间的速率为2.5m/s B、该小球最高点距离地面的高度约为1.88m C、当地的重力加速度大小约为 D、该小球掷出过程获得的动能等于投球器做的功18. 两滑轮间距离为10m的传送带与地面成角放置，在电动机带动下传送带以的恒定速率顺时针运行，将静止在传送带底端质量为10kg物体运输到顶端。已知物体与传送带间的动摩擦因数为 ， 重力加速度g取 ， 最大静摩擦力等于滑动摩擦力。下列说法正确的是（ ）
A、物体先加速后减速运动 B、物体从底端被传送到顶端的时间为3s C、物体从底端被传送到顶端的过程中滑动摩擦力做功375J D、物体从底端被传送到顶端的过程中电动机相对于空载多消耗电能1000J三、非选择题
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19. 如图所示是一传送装置，其中段粗糙，段长 ， 与小球间的动摩擦因数；、段均可视为光滑，是半径的半圆形轨道，其直径沿竖直方向，位于竖直线上，间的距离恰能让小球自由通过。其中点又与足够长的水平传送带的右端平滑对接，传送带以的速率沿顺时针方向匀速转动，小球与传送带之间的动摩擦因数也为。左端竖直墙上固定有一轻质弹簧，现用一可视为质点的小球压缩弹簧至点后由静止释放小球和弹簧不粘连 ， 小球刚好能沿圆弧轨道滑下，而始终不脱离轨道。已知小球质量 ， 重力加速度取。试求：
(1)、弹簧压缩至点时所具有的弹性势能；(2)、小球第一次在传送带上滑动的过程中，在传送带上留下的痕迹的长度；(3)、小球第一次在传送带上滑动的过程中，小球与传送带因摩擦产生的热量和电动机多消耗的电能。20. 如图所示，光滑水平桌面上，一轻质弹簧左端固定，用质量m＝0.1kg的小球压缩，释放后，小球离开弹簧的速度。小球从O点飞出，在斜面上第一次落点为A，第二次落点为B。小球与斜面碰撞前后沿斜面的分速度不变，垂直斜面的分速度大小不变、方向相反．已知斜面倾角为37°， ， ， ， 不计空气阻力。求：
(1)、弹簧的弹性势能最大值；(2)、小球从O到A运动的时间；(3)、O与B间距离L。21. 如图所示，物块A、木板B的质量分别为4kg、2kg， A可视为质点，木板B放在光滑水平面上，木板B长4m。开始时A、B均静止，某时A获得6m/s的水平初速度，从B板最左端开始运动。已知A与B间的动摩擦因数为0.2，g=10 m/s2。
(1)、 A、B相对运动过程中，求A、B的加速度大小(2)、请判断A能否从B上滑下来，若能，求A、B分离时的速度大小；若不能，求A、B最终的速度大小
(3)、求A、B相对运动过程中因摩擦产生的热量22. 如图所示轻质绝缘弹簧水平放置在绝缘水平面上，弹簧处于原长状态时恰好在A点，A点左侧光滑，右侧粗糙，AB部分长为1.2m，滑块与AB部分的动摩擦因数μ=0.2，弹簧一端固定在竖直墙上，另一端放一质量m=0.2kg的滑块（不栓接）。BC为半径R=0.4m的光滑绝缘圆弧轨道，其中θ=60°，虚线右侧有一足够宽匀强电场，场强 。 现将一滑块置于弹簧右端，当弹簧压缩到某位置时由静止释放滑块，滑块被弹出运动至B点时对圆弧轨道的压力为滑块重力的5倍，此后滑块进入圆弧轨道并从C点抛出，滑块带电量q=+2.0×10-3C，重力加速度g取10m/s2 ， CD高度差为0.8m，求：
(1)、滑块运动至B点时速度大小 ；(2)、弹簧的弹性势能；(3)、小球落在DH水平面上的位置距离D点的水平距离。23. 【低碳经济】低碳经济是指在可持续发展理念指导下，通过技术创新、制度创新、产业转型、新能源开发等多种手段，尽可能地减少煤炭、石油等高碳能源消耗，减少温室气体排放，达到经济社会发展与生态环境保护双赢的一种经济发展形态。根据经济学家和科学家的普遍估计，到 21 世纪中叶，即 2050 年左右，石油资源将被开采殆尽，其价格将升到很高，不再适于大众化普及应用。届时如果新的能源体系尚未建立，能源危机将席卷全球，尤以欧美极大依赖于石油资源的发达国家受害最重。最严重时，现代工业将大幅度萎缩，甚至会因为抢占剩余的石油资源而爆发战争。
(1)、能源利用的过程实质是（ ）A、能量被消耗的过程 B、产生能量的过程 C、能量的转化和传递的过程 D、能量的转化、传递和消耗的过程(2)、“绿色、环保、低碳”是当今世界的关键词，“低碳”要求我们节约及高效利用能源。关于能源与能量，下列说法正确的是（ ）A、因为能量守恒，所以不需要节约能源 B、自然界中石油、煤炭等能源可供人类永久使用 C、人类应多开发与利用风能、太阳能等新型能源 D、人类不断地开发和利用新的能源，所以能量可以被创造(3)、下列设想不符合能量守恒定律的是（ ）A、利用核动力，驾驶地球离开太阳系 B、做一条船，利用流水的能量逆水行舟 C、通过太阳照射飞机，即使飞机不带燃料也能飞行 D、利用永久磁铁间的作用力，造一台永远转动的机械(4)、煤、石油等直接来自自然界的能源称为能源。电能等从一次能源转化而来的能源称为能源。(5)、下述做法能改善空气质量的是（ ）A、以煤等燃料作为主要生活燃料 B、利用太阳能、风能和氢能等能源替代化石能源 C、鼓励私人购买和使用汽车代替公交车 D、限制使用电动车24. 如图所示，带孔物块A穿在竖直固定的细杆上，不可伸长的轻质柔软细绳一端连接物块A，另一端跨过轻质定滑轮连接物块B，用手将物块A向上移动到与定滑轮等高处由静止释放后，两物块开始在竖直方向上做往复运动。已知物块A的质量为m，物块B的质量为2m，定滑轮到细杆的距离为L，细绳的长度为2L，重力加速度大小为g，忽略一切阻力，定滑轮大小不计，两物块均可视为质点，求：
(1)、物块B与定滑轮间的最小距离d；(2)、物块A、B处于同一高度时系统的总动能；(3)、物块A、B的总动能最大时物块B的动能。25. 利用电动机通过如图所示的电路提升重物，已知电源电动势E＝6V，电源内阻r＝1Ω，电阻R＝3Ω，重物质量m＝0.10kg，当将重物固定时，电压表的示数为5V，当重物不固定，且电动机最后以稳定的速度匀速提升重物时，电压表的示数为5.5V，求：
(1)、电动机的内阻；(2)、重物匀速上升时电动机的输入功率；(3)、重物匀速上升的速度大小（不计摩擦，g取10m/s2）。26. 梦天实验舱成功发射后运行在距地球表面高度为h的圆轨道上，实验舱拥有一项特别“炫酷”的功能—在轨释放微小卫星。航天员把微小卫星装入释放机构，释放机构再像弹弓一样，在很短的时间内把微小卫星沿空间站前行方向弹射出去。若某个质量为m的微小卫星被弹射后恰能脱离地球的引力范围，即到达距地球无限远时的速度恰好为零。已知质量分别为
的两个质点相距为r时，它们间的引力势能为
（
， 引力势能为0）。地球半径为R，地球表面的重力加速度为g，引力常量为G。求： (1)、微小卫星与实验舱在轨运行时的速度；(2)、释放机构弹射微小卫星过程中做的功。27. 如图所示，长度为L，倾角为θ的传送带始终以速度v0顺时针运动，其顶端与一平台水平相切，平台上固定一个电动机，电动机的缆绳跨过光滑定滑轮与一个物块（视为质点）相连。电动机未启动时，物块静止在传送带底端，缆绳刚好伸直但无拉力。某时刻启动电动机，物块在缆绳恒定拉力的牵引下沿传送带向上运动，物块速度增加至v0后，运动到传送带顶端时，此时速度大小为2v0。物块质量为m，重力加速度为g，缆绳质量忽略不计。求：
(1)、传送带表面与物块之间动摩擦因数µ；(2)、物块速度为0.5v0时，物块的加速度大小a；(3)、物块沿传送带上升的过程中，传送带对它做的功W。28. 如图所示，不可伸长的轻质细绳一端系一物块B，另一端绕过定滑轮系若物块A。开始外力托着A，使A、B均处于静止状态，绳刚好处于伸长状态。已知物块A的质量、物块B的质量 ， 物块A离水平地面高度 ， 重力加速度大小 ， 不计绳与定滑轮的摩擦及空气阻力。当撤去外力后，物块A加速下落，碰地后速度为零。求：
(1)、物块A碰地前瞬间速度大小v；(2)、物块A加速下落过程的机械能变化量；(3)、以水平地而为参考平面，物块B能上升的最大高度H。（上升过程中物块B不会与滑轮相碰）29. 地面深空高能射线探测2021 年《自然》杂志报道了中国科学家在稻城“拉索 ”基地探测到的迄今为止最高能量的γ射线，能量值达到1.40 × 1015eV。若此能量全部用以加速一个静止的氦核（），不考虑氦核因加速而产生的电磁辐射以及相对论效应，氦核最终能被加速到 m/s （e=1.60×10−19C，氦核的静止质量6.68×10−27kg）。
若采用电场加速氦核，需要提供V的电压才能将氦核加速到上述速度。
你认为你计算的结果合理吗? 简要阐述理由 。四、简答题
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30. 一般的曲线运动，尽管曲线各个位置的弯曲程度不一样，但在研究时，可以把这条曲线分割为许多很短的小段，质点在每小段的运动都可以看作是圆周运动的一部分，该一小段圆周的半径为该点的曲率半径。这样，在分析质点经过曲线上某位置的运动时，就可以采用圆周运动的分析方法来处理了。
张伟设计了如图所示的过山车模型。质量为的小球从某点由静止释放后沿倾斜轨道下滑，经水平轨道进入半径的圆形轨道，恰能做完整的圆周运动；再经水平轨道进入“水滴形”曲线轨道并能一直沿轨道运动。已知点的曲率半径 ， “水滴形”轨道最高点与圆形轨道最高点等高。在“水滴形”轨道上运动时，小球的向心加速度大小为一个定值，“水滴形”轨道左右对称。忽略所有轨道摩擦力，各轨道都平滑连接，取。
(1)、求点的曲率半径；(2)、将小球想象成“乘客”，试从“乘客”在圆形轨道和“水滴形”轨道的最高点、最低点、运动过程中的受力情况来分析说明：过山车轨道应该选择圆形轨道还是“水滴形”轨道。