- 能量的守恒与耗散
- 共3716题
如图所示,密闭绝热的具有一定质量的活塞,活塞的上部封 闭着气体,下部为真空,活塞与器壁的摩擦忽略不计,置于真空中的轻弹簧的一端固定于容器的底部.另一端固定在活塞上,弹簧被压缩后用绳扎紧,此时弹簧的弹性势能为EP(弹簧处于自然长度时的弹性势能为零),现绳突然断开,弹簧推动活塞向上运动,经过多次往复运动后活塞静止,气体达到平衡态,经过此过程( )
正确答案
解析
解:由于开始弹簧处于压缩状态,弹簧中储存了一定的弹性势能,在绳子断开后活塞由于受到弹力大于活塞的重力故活塞向上运动,到达最高点后再向下运动,如此反复;当活塞最后静止时弹簧的弹力与物体的重力、气球的压力三力平衡时弹簧处于压缩状态.
在活塞运动过程中对活塞做功的有重力,弹簧的弹力和空气的阻力.当弹簧最后静止时弹簧仍处于压缩状态,但弹簧的形变量减小故弹簧储存的弹性势能减小;由于活塞的高度增大,故活塞的重力势能增大,在活塞运动的过程中空气的阻力始终做负功,产生内能,故减少的弹性势能一部分转化为重力势能,一部分转化为空气的内能.故D正确.
故选D.
某段陡峭的河床,上、下游水面高度差为2.0m,上游河水水速为2.0m/s,水面宽为4.0m,平均水深为1.0m,若将该段河水的机械能全部转化为电能,发电功率可达______kW.发电时若发电机输出功率仅为上述功率的一半,一昼夜发电机输出电能约为______kW•h.(取两位有效数字)
正确答案
172.8
2.1×103
解析
解:取时间t=1s,河水流过的距离 s=vt=2m,水的质量为 m=ρV=ρsah=103×2×4×1kg=8×103kg
则发电功率为:P==m(gH+
)=8×103×(9.8×2+
)W=172800W=172.8kW
发电机输出功率为:P出==
×172.8kW=86.4kW
所以一昼夜发电机输出电能为:E=Pt天=86.4kW×24h=2073.6kWh≈2.1×103kWh.
故答案为:172.8,2.1×103.
能量守恒定律说能量不会______也不会______它只能从一种形式转化为另一种形式或一个物体转移到另一个物体,而能量的总量______.
正确答案
凭空产生
凭空消失
保持不变
解析
解:能量既不会凭空产生,也不会凭空消失,它只能从一种形式转化为另一种形式,或者从一个物体转移到另一个物体,在转化或转移的过程中,能量的总量不变,这就是能量守恒定律.
故答案为:凭空产生;凭空消失;保持不变.
关于能量和能源,下列表述正确的是( )
正确答案
解析
解:A、根据能量的转化与守恒可知能量可以从一种形式转化为另一种形式,故A正确;
B、机械能守恒是指在能量的转化过程中,只有动能与重力势能(或弹性势能)的转化,是有条件的,并非普遍成立的,故B错误;
C、能源在利用过程中有能量耗散,使其“品质降低”,转化为内能散失在大气中,不能被重新利用,因此能源并非永不枯竭,故C错误;
D、“能量耗散”过程是能量的转移或转化过程,总能量还是守恒的,故D错误.
故选A.
下列说法中正确的有( )
正确答案
解析
解:A、第二类永动机违背了热力学第二定律;故A错误;
B、热机的效率无法达到100%;故B错误;
C、能量是守恒的,但在利用能量的过程中有能量耗散,耗散的能量不可再利用,符合自然界中一切与热现象有关的宏观过程都有方向性,是不可逆的;应节约能源;
故C错误,D正确;
故选:D.
如图为抽水蓄能电站示意图,利用它可以调剂电力供应.深夜用电低谷时,用过剩电能把低处蓄水池的水抽到高处的水库内,用电高峰时,则通过放水发电以补充电能不足.若水库面积为1.2×106m2,抽水机每天从深夜11时至清晨4时抽水使水库水面增高1m,而抽水过程中水上升高度近似看成保持为10m不变,若抽水机工作效率为80%.放水发电时,被送往高处的水的机械能有70%转化为电能.则抽水机抽水总功率和水转化为的电能分别为(假设低处蓄水池的水位保持不变,g=10m/s2,ρ水=103kg/m3)( )
正确答案
解析
解:抽水机消耗电能的80%转化为水的重力势能,故:
Pt×80%=mgh
解得:
P==
=5.95×106J≈6.0×106J
水转化为的电能:
W=70%mgh=0.7×(103×1.2×106×1)×10×10=8.4×1010J
故选:B
某厂研制的一种节能冰箱,一天的能耗只相当于一个25瓦的灯泡一天工作的能耗,如图所示为该冰箱内的温度随时间变化的图象,则该冰箱工作时的功率为( )
正确答案
解析
解:冰箱工作一天的能耗只相当于一个25瓦的灯泡,从图象工作时间为20min-30min,50min-60min,即有三分之一的时间是工作的,根据能量守恒定律,有:
25W×1h=P×h
解得:P=75W;故C正确.
故选:C.
有经验的柴油机维修师,不用任何仪器,只要将手伸到柴油机排气管附近,去感知一下尾气的温度,能判断这台柴油机是否节能,真所谓“行家一伸手,便知有没有”.关于尾气的温度跟柴油机是否节能之间的关系,下列说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:尾气的温度高,说明散失的热量多,柴油机的效率低,反之,柴油机的效率高,即节能;尾气的柴油味浓、颜色黑都说明柴油没有充分燃烧,浪费了燃料,这样柴油机的效率会低.选项ACD错误,B正确.
故选B.
强风的风速为v,空气的密度为ρ,如果将此强风通过横截面积为S的风洞其风的动能全部转化为电能,则由此而制成的风力发电机的总电功率为______.
正确答案
ρSv3
解析
解:风能转变为电能,由能量守恒定律得:mv2=Pt
其中:m=ρV=ρ•vtS
联立解得:
P==
ρSv3;
故答案为:ρSv3.
煤、石油、天然气的共同特点是( )
正确答案
解析
解:ABD、煤、石油和天然气都是不可再生能源,是常规能源,不是新能源(风能太阳能等);燃烧过程中都会有污染,故ABD错误;
C、除了地热能、潮汐能和核能,地球上所以的能源全部来自太阳,这是广义太阳能,故C正确.
故选:C.
关于能源,下列说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:A、煤炭、石油短期内不能再生,是非可再生能源,故A错误.
B、自然界中的总能量守恒,但是有些能源消耗就不会再生了,故过度利用会造成能源危机,故B错误.
C、热量的传递分自发和非自发,自发的具有方向性,非自发的没有,故热量可以从低温物体传到高温物体,但是会产生其他影响,故C正确.
D、有热力学第二定律可知,不可能从单一热源吸热使之全部转化成有用功,故热机效率永远不可能达到100%,故D错误.
故选:C.
以下说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:A、第一类永动机违背了能量守恒定律,因而不可能制成.故A正确.
B、气体分子间隙比较大,气体体积大于各个气体分子的体积之和.故B错误.
C、热力学温标是-273℃为零度的温标,热力学温标又称为绝对温标,-273℃又称为绝对零度.故C正确.
D、液体能否浸润某种固体,不仅与液体的性质有关,还与固体的性质有关.故D正确.
故选ACD
潮汐能是一种有待开发新能源,利用涨、落潮位差,可以把潮汐势能转化为动能再通过水轮机发电.如图所示为双向型潮汐电站示意图,在海湾建一拦水坝,使海湾与大海隔开构成水库,在坝上安装水轮发电机组,利用潮汐造成的坝内、外水位差,引导高水位的海水通过水轮发电机,将机械能转变成电能.海水密度ρ=1.0×103kg/m2,g=10m/s2.
(1)试用图中规定的符号,画出涨潮和落潮时,海水双向流动的路径.
(2)已知某潮汐电站海湾水库面积约2.5×106m2,假设电站的总能量转换效率为10%,该电站的年发电总量1.0×107kW•h,电站发电功率为3.2×103kW.试推算出大坝两侧涨、落潮的平均潮差及日满负荷工作的时间.
正确答案
解析
解:(1)涨潮、落潮时海水双向流动的路径应从两方面考虑:
一是涨潮时海水从外海流向水库(虚线所示),落潮时海水从水库流向外海(实线所示);
二是应使水流从同一方向流过水轮机.海水双向流动的路径如图.
(2)设大坝两侧涨、落潮的平均潮差为h;
每天海水涨、落两次,双向潮汐电站做功4次,由题意列式 ①
其中W=1.0×107×103×3600=3.6×1013J,m=ρSh=1.0×103×25×106=25 109 (kg),
将数据代入①式,求得 =4.4m.
设每日满负荷工作的时间为 小时,由题意列式 W=P×365t ②
其中=1.0×107 kW•h,=3.2×103 kW,
将数据代入②式,求得 =8.6h
答:(1)如图所示;
(2)大坝两侧涨、落潮的平均潮差为4.4m,日满负荷工作的时间为8.6h.
如图所示,水平地面上方矩形区域内存在垂直纸面向里的匀强磁场,两个边长相等的单匝闭合正方形线圈Ⅰ和Ⅱ,分别用相同材料,不同粗细的导线绕制(Ⅰ为细导线).两线圈在距磁场上界面h高处由静止开始自由下落,再进入磁场,最后落到地面.运动过程中,线圈平面始终保持在竖直平面内且下边缘平行于磁场上边界.设线圈Ⅰ、Ⅱ落地时的速度大小分别为v1、v2,在磁场中运动时产生的热量分别为Q1、Q2.不计空气阻力,则( )
正确答案
解析
解:
由于从同一高度下落,到达磁场边界时具有相同的速度v,切割磁感线产生感应电流同时受到磁场的安培力为:,
由电阻定律有:
(ρ为材料的电阻率,l为线圈的边长,S为单匝导线横截面积)
所以下边刚进入磁场时所受的安培力为:
此时加速度为:
将线圈的质量m=ρ0S•4l(ρ0为材料的密度)代入上式,所以得加速度为:
经分析上式为定值,线圈Ⅰ和Ⅱ同步运动,落地速度相等v1=v2
由能量守恒可得:
(H是磁场区域的高度)
Ⅰ为细导线m小,产生的热量小,所以Q1<Q2.正确选项D,选项ABC错误.
故选:D.
如图(a)所示,小球甲固定于足够长光滑水平面的左端,质量m=0.4kg的小球乙可在光滑水平面的滑动,甲、乙两球之间因受到相互作用而具有一定的势能,相互作用力沿二者连线且随间距的变化而变化.现已测出势能随位置x的变化规律如图(b)所示中的实线所示.已知曲线最低点的横坐标x0=20cm,虚线①为势能变化曲线的渐近线,虚线②为经过曲线上x=11cm点的切线,斜率绝对值k=0.03J/cm.试求:
(1)将小球乙从x1=8cm处由静止释放,小球乙所能达到的最大速度为多大?
(2)小球乙在光滑水平面上何处由静止释放,小球乙不可能第二次经过x0=20cm的位置?并写出必要的推断说明;
(3)小球乙经过x=11cm时加速度大小和方向.
正确答案
解析
解:(1)球乙运动到x0=20cm位置时势能最小,速度最大,由能量守恒可得:
解出:
(2)在0<x<6cm区间内将小球乙由静止释放,不可能第二次经过x0.
原因:在0<x<6cm区间内两球之间的作用力为排斥力,在20cm<x<∞区间内两球之间作用力为吸引力,无穷远处和6cm处的势能为0.28J.若小球乙的静止释放点在6cm<x<∞区间,小球乙做往复运动,多次经过x0=20cm的位置.而静止释放点在0<x<6cm区间内时,初态势能大于0.28J,小球乙将会到无穷远处而无法返回,只能经过x0位置一次.
(3)x3=11cm处的切线斜率绝对值k=0.03J/cm=3J/m 表明此处乙球受到甲球F=3N的排斥力,所以,乙球在x3=11cm处时,加速度大小为:
a==
=7.5m/s2 方向沿x轴正方向
答:(1)最大速度为1m/s
(2)在0<x<6cm区间内将小球乙由静止释放,不可能第二次经过x0.
(3)乙球在x3=11cm处时,加速度大小a7.5m/s2,方向沿x轴正方向
扫码查看完整答案与解析