- 能量的守恒与耗散
- 共3716题
以下几种发电方式，属于利用机械能转化为电能的是（ ）
正确答案
解析
解：A、火力发电是燃烧煤等燃料，将化学能转化为电能发电，故A错误；
B、水力发电是利用水流的动能转化为电能发电，即利用机械能转化为电能发电，故B正确；
C、太阳能发电利用太阳能转化为电能发电，故C错误；
D、核电站发电是利用核能最终转化为电能发电，故D错误；
故选：B．
正确答案
解析
解：A球下落过程中，重力势能全部转化为小球的动能，B球下落时，重力势能转化为小球的动能和橡皮筋的弹性势能，由于两小球质量相同且下落高度一样，因此两球重力势能相等，A球的速度大于B球的速度，故AD错误，BC正确．
故选BC．
三峡水力发电站是我国最大的水力发电站．三峡水库二期蓄水后，水位落差约135m，水的流量约1.35×104m3/s．船只通航需要约3500m3/s 的流量，其余流量全部用来发电．水流冲击水轮机发电时，水流减少的机械能有20%转化为电能，取g=10m/s2，试求：三峡发电站的发电功率最大是多少？
正确答案
解析
解：用于发电的水流量
Q=1.35×104m3/s-3.5×103m3/s=1.0×104m3/s．
所以发电功率是
P=
水的质量m=ρV
t时间内流水的体积：V=Qt
所以发电功率：
p=
答：三峡发电站的发电功率最大是2.7×109W．
（1）2011年3月11日，日本发生九级大地震，造成福岛核电站的核泄漏事故．在泄露的污染物中含有131I和137Cs两种放射性核素，它们通过一系列衰变产生对人体有危害的辐射．在下列四个式子中，有两个能分别反映131I和137Cs衰变过程，它们分别是______和______（填入正确选项前的字母）．131I和137Cs原子核中的中子数分别是______和______．
A．X1→56137Ba+01nB．X2→54131Xe+-10eC．X3→56137Ba+-10eD．X4→54131Xe+11p
（2）一质量为2m的物体P静止于光滑水平地面上，其截面如图所示．图中ab为粗糙的水平面，长度为L；bc为一光滑斜面，斜面和水平面通过与ab和bc均相切的长度可忽略的光滑圆弧连接．现有一质量为m的木块以大小为v0的水平初速度从a点向左运动，在斜面上上升的最大高度为h，返回后在到达a点前与物体P相对静止．重力加速度为g．求：
（i）木块在ab段受到的摩擦力f；
（ii）木块最后距a点的距离s．
正确答案
解析
解：（1）原子核的衰变有2种，即α衰变、β衰变．其中α衰变产生α离子，β衰变产生β离子即电子．只有B、C是衰变反应，
并且产生的是电子即属于β衰变，正确选项 B和C；再由质量数和核电荷数守恒可以得出131I原子核中的中子数为：
131-53=78；137Cs原子核中的中子数为；137-55=82．
（2）（i）设木块和物体P共同速度为v，两物体从开始到第一次到达共同速度过程由动量和能量守恒得：
mv0=（m+2m）v…①
由①②得：
（ii）设木块最后离a端距离s，木块返回与物体P第二次达到共同速度与第一次相同（动量守恒）全过程能量守恒得：
由②③④得：
答：（1）由质量数和核电荷数守恒可以得出正确选项 B和C；中子数为78和82
（2）木块在ab段受到的摩擦力
正确答案
解析
解：飞行器上都安装着太阳帆板，其作用是为飞船上的电气设备提供电能，
故选C．
正确答案
解析
解：水流从高处倾泻而下，推动水轮机发电，重力势能转化为电能，水流不可能自发的流到高处，违背了能量守恒定律．故D正确
故选：D
有关做功和能量的下列说法正确的是（ ）
正确答案
解析
解：A、重力做功等于重力势能的减小量，故重力做正功，重力势能一定减少，故A正确；
B、摩擦力与相对运动的方向（或者相对运动趋势方向）相反，与运动方向可以相同、相反、不共线，故能对物体做正功，故B错误；
C、功是能量转化的量度，做功的过程是能量从一种形式转化为另一种形式（或从一个物体转移到另一个物体）的过程，故C正确；
D、能量在转化和转移的过程中渐渐转变为内能的现象，叫做能量的耗散，不能说能量渐渐减少，故D错误；
故选：AC．
（2015秋•昆明校级期中）“霾”主要指原因不明的因大量烟、尘等微粒悬浮而形成的浑浊现象．根据目前的认识，机动车尾气排放、煤炭燃烧和工业生产的燃烧过程中排放的二氧化硫和氮氧化物等是产生霾的主要来源．它会对人的呼吸系统、神经系统等产生影响．将汽车由燃烧汽油、柴油等改为使用电力，是从源头减少“霾”的重要措施．一辆以蓄电池为驱动能源的环保汽车，拥有三十多个座位，其电池每次充电仅需三至五个小时，蓄电量可让客车一次性跑500km，客车时速最高可达180km．如果客车总质量为9×103kg．当它在某城市快速公交路面上以v=90km/h的速度匀速行驶时，驱动电机的输入电流I=150A，电压U=300V．在此行驶状态下（取g=10m/s2），求：
（1）驱动电机的输入功率；
（2）若驱动电机能够将输入功率的80%转化为用于牵引汽车前进的机械功率P机，求汽车所受阻力的大小；
（3）设想改用太阳能电池给该车供电，其他条件不变，求所需的太阳能电池板的最小面积．结合计算结果，简述你对该设想的思考．
（已知太阳辐射的总功率P0=4×1026W，太阳到地球的距离r=1.5×1011m，太阳光传播到达地面的过程中大约有30%的能量损耗，该车所用太阳能电池的能量转化效率约为15%）
正确答案
解析
解：（1）驱动电机的输入功率为：
P电=IU=150×300 W=4.5×104 W．
（2）在匀速行驶时有：P机=0.8P电=Fv=Ffv
Ff=
（3）设太阳能电池板的面积是S，距太阳中心为r的球面面积为：S0=4πr2，
若没有能量损耗，太阳能电池板接受到的太阳能功率为P′，则有：P′=
太阳能电池板实际接收到的太阳能功率为P，有：
P=（1-30%）P′，
由于P机=1.5×103W，
电池板面积为：S=
解得：S=303m2．
由于需要的太阳板面积过大，实际中无法操作；
答：（1）驱动电机的输入功率为4.5×104 W．
（2）汽车所受阻力的大小为1440N
（3）设所需的太阳能电池板的最小面积303m2；电池板的面积太大，不符合实际．改进的方法是提高太阳能电池板的能量转化效率
下列说法中正确的是（ ）
正确答案
解析
解：A、相同质量的同种物质，升高相同的温度，吸收的热量相同；相同质量的不同种物质，升高相同的温度，吸收的热量不同，故A错误．
B、根据分子间距为平衡位置时，分子力为零，无穷远处分子力也为零，因此从很远处靠近到不能再靠近的过程中，分子力先增大，后减小再增大，故B错误；
C、第一类永动机不可能制成，是因为违反了能量守恒定律，故C正确；
D、温度越高、固体颗粒越小，布朗运动越剧烈，故D错误；
故选C
一台二氧化碳激光器发出的激光功率为P=1000W，出射光束截面积为S=1mm2，这束光垂直射到温度为T=273K，厚度为d=2cm的铁板上，如果有80%的光束能量被激光照射到的那一小部分铁板所吸收，并使其熔化成与光束等截面积的直圆柱孔，需要多长时间？（铁的有关参数：热容量c=26.6J/mol•k，密度ρ=7.90×103㎏/m3，熔点Tm=1798K，熔解热L=1.49×104J/mol，摩尔质量M=56×10-3㎏）
正确答案
解析
解：激光所照射到的质量为m的铁板在熔化过程中所吸收的热量为：
Q=
代入数据求得：t=0.192s．
答：需要的时间为0.192s．
某物理兴趣小组想测量太阳辐射的功率，其做法是取一个横截面积是3×10-2m2的不高的圆筒，筒内装满0.6kg的水．某天中午在太阳光的照射下，测得2分钟后水温升高了1℃．该小组同学已经查的资料有下列一些：
根据上述资料和实验数据计算：
（1）在阳光直射下，地球表面每平方厘米的面积上每分钟获得的能量
（2）估算太阳辐射的功率（保留两位有效数字）
正确答案
解析
解：（1）横截面积是s=3×10-2m3的圆筒在2min内吸收的热量为 Q=cm△t=4.2×103×0.6×1J=2.52×103J
地球表面每平方厘米的面积上每分钟获得的能量为：
E=
（2）地面上每平方米光功率：P0=
S总=4πR2
P总=4.6×1026W
答：（1）在阳光直射下，地球表面每平方厘米的面积上每分钟获得的能量为4.2J．
（2）估算太阳辐射的功率为4.6×1026W．
跳绳比赛是一种较剧烈的运动，某同学的质量为50kg，他每分钟跳绳180次．假定在每次跳跃中，脚与地面接触的时间是跳跃一次所需时间的
（1）该同学腾空高度为多大？
（2）他起跳时的初动能多大？
（3）他在上升过程中克服重力做功的平均功率多大？
（4）他的心脏工作时的平均功率为平时正常工作时的多少倍？
正确答案
解析
解：（1）每次跳跃的时间：
腾空时间：
腾空高度：
（2）起跳时的初速度：
初动能：
（3）上升过程中克服重力做功：W=mgh=50×10×0.05J=25J
平均功率：
（4）心脏每次心跳的时间：
心脏每次泵血做功：W=PV=3×104×10-4J=3J
跳绳时心脏的平均功率：
为正常工作时平均功率的n=
答：（1）该同学腾空高度为0.05m．
（2）他起跳时的初动能为25J．
（3）他在上升过程中克服重力做功的平均功率为250W．
（4）他的心脏工作时的平均功率为平时正常工作时的4.7倍．
风能是一种环保型能源．目前我国风力发电总装机容量已达2640MW．据勘测我国的风力资源至少有2.53×105MW．所以风力发电是很有前途的一种能源．风力发电是将风的动能转化为电能．设空气的密度为ρ，水平风速为v，风力发电机每个叶片长为L，设通过叶片旋转所围成的圆面内的所有风能转化为电能的效率为η，那么该风力发电机发出的电功率P的数学表达式为______；若某地平均风速为v=9m/s，所用风力发电机的叶片长L=3m，空气密度ρ=1.3kg/m3，效率为η=25%，每天平均发电20小时，获得的电能为______J．
正确答案
2.4×108
解析
解：以叶片长L为半径的圆面积s=πl2，在时间t内通过的位移x=vt，该体积风的动能为
电能w=pt，带入数据，得w=2.4×108J
答案为：
A．转轮依靠自身惯性转动，不需要消耗外界能量
B．转轮转动所需能量来自形状记忆合金自身
C．转动的叶片不断搅动热水，水温升高
D．叶片在热水中吸收的热量一定大于在空气中释放的热量
（2）如图2所示，内壁光滑的气缸水平放置．一定质量的理想气体被密封在气缸内，外界大气压强为P0．现对气缸缓慢加热，气体吸收热量Q后，体积由V1增大为V2．则在此过程中，气体分子平均动能______（选增“增大”、“不变”或“减小”），气体内能变化了______．
（3）某同学在进行“用油膜法估测分子的大小”的实验前，查阅数据手册得知：油酸的摩尔质量M=0.283kg•mol-1，密度ρ=0.895×103kg•m-3．若100滴油酸的体积为1ml，则1滴油酸所能形成的单分子油膜的面积约是多少？（取NA=6.02×1023mol-1．球的体积V与直径D的关系为V=
正确答案
解析
解：（1）A、转轮转动的过程中克服摩擦力做功，转轮的速度越来越小，所以要维持转轮转动需要外力做功．故A错误．
B、要维持转轮转动需要外力做功，转轮转动所需能量不能由转轮自己提供．故B错误．
C、转动的叶片不断搅动热水的过程是水对转轮做功的过程，同时水会向四周放出热量，根据热力学第一定律可知水的内能减小，故水温降低，故C错误．
D、根据热力学第二定律，物体不可能从单一热源吸收能量全部用来对外做功而不引起其变化，故叶片在热水中吸收的热量一定大于在空气中释放的热量．故D正确．
故选D．
（2）在对气缸缓慢加热的过程中封闭气体的压强保持不变，故气体发生等压变化，根据
根据热力学第一定律△U=Q+W，其中W=-P0sL=-P0（SL2-SL1）=-P0（V2-V1），故△U=Q-P0（V2-V1）
故本题的答案为：增大；Q-P0（V2-V1）．
（3）一个油酸分子的体积
由球的体积与直径的关系得分子直径
最大面积
代入数据解得S=10m2．
如图（a），磁铁A、B的同名磁极相对放置，置于水平气垫导轨上．A固定于导轨左端，B的质量m=0.5kg，可在导轨上无摩擦滑动．将B在A附近某一位置由静止释放，由于能量守恒，可通过测量B在不同位置处的速度，得到B的势能随位置x的变化规律，见图（c）中曲线I．若将导轨右端抬高，使其与水平面成一定角度（如图（b）所示），则B的总势能曲线如图（c）中II所示，将B在x=20.0cm处由静止释放．
求：（解答时必须写出必要的推断说明．取g=10m/s2）
（1）B在运动过程中动能最大的位置；
（2）运动过程中B的最大速度和最大位移．
（3）图（c）中直线III为曲线II的渐近线，斜率k=
正确答案
解析
（1）势能最小处动能最大，由图线II得：x=6.1cm
（2）由图读得释放处势能EP=0.90J，此即B的总能量．出于运动中总能量守恒，因此在势能最小处动能最大，由图象得最小势能为0.47J，则最大动能为
EKm=0.90-0.47=0.43J
最大速度为
x=20.0 cm处的总能量为0.90J，最大位移由E=0.90J的水平直线与曲线II的左侧交点确定，由图中读出交点位置为x=2.0cm，因此，最大位移
△x=20.0-2.0=18.0cm
（3）渐近线III表示B的重力势能随位置变化关系，即
EPg=mgxsinθ=kx
∴
由直线斜率斜率k=
解得：θ=59.7°
答；（1）B在运动过程中动能最大的位置为6.1cm处；
（2）运动过程中B的最大速度为1.31m/s，最大位移为18.0cm．
（3）导轨的倾角为59.7°．
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