- 能量的守恒与耗散
- 共3716题
（供选修3-3模块）
下面是某同学在题为《能源的利用和节约能源》的研究性学习中收集到的有关太阳能的资料．太阳能是人类最基本的能源，它无污染、无费用，这种能源的使用期和太阳本身寿命一样长，当太阳光照射地面时，地面上每平方米在1s内平均得到的太阳辐射能约为1.0×103J，太阳能热水器就是直接利用太阳能的装置，目前已经普遍出现在我们的生活中．该同学在网上下载到了某型号太阳能热水器的有关资料：
（1）使用这种热水器1小时能将多少太阳能转化为水的内能？
（2）该同学家每天大约需要100kg热水，用这种热水器将这些水从25℃加热到45℃需要多少小时？（水的比热容为4.2×103J/（kg•℃））（保留两位有效数字）
（3）若已知太阳与地球表面的平均距离为r=1.5×1011m，试估算太阳的全部辐射功率．（保留两位有效数字）
正确答案
解析
解：（1）地面上每平方米在1s内平均得到的太阳辐射能P0=1.0×103J/（s•m2）
这种热水器1小时吸收的太阳能为E0=P0ST0，
设转化为水的内能为Q0：Q0=ηE0=P0ST0η=1.0×103×1.5×3600×40%J=2.16×106J
（2）设T为光照时间，100kg水从25℃加热到45℃需要吸收热量Q=cm（t2-t1）
代入数据得：Q=4.2×103×100×20J=8.4×106J
所以T=
（3）太阳的全部辐射功率：P总=4πr 2P0
带入数据得P总=2.8×1026W
答：（1）使用这种热水器1小时能将2.16×106J太阳能转化为水的内能；
（2）用这种热水器将这些水从25℃加热到45℃需要3.9小时；
（3）太阳的全部辐射功率为2.8×1026W．
一种车辆下坡重力势能回收发电装置，在车下坡时将重力势能通过发电机转换成电能给蓄电池充电，设一辆装有这种发电装置、质量为2t的汽车，在一个连续下坡路段竖直高度下降了60m，其重力势能转换为电能的效率为10%，则在这过程中这辆汽车通过这种装置产生的电能为（ ）
正确答案
解析
解：根据能量守恒，在该过程中重力势能转化为电能且效率为10%，则产生的电能为：
E=mgh×10%=2000×10×60×10%=120000J
故选：D
取一横截面积是3×10-2m2的不高的圆筒，筒内装水0.6kg，用它来测量射到地面的太阳能．某天中午在太阳光照射下2min后，水的温度程式高了1℃．已知射到大气顶层的太阳能只有约42%的到达地面，另外约58%被大气吸收或反射而未到达地面．设直射到水面的太阳能均被水吸收，则太阳辐射的功率最接近于下列的哪一个值（太阳与地球间距离约为1.5×1011m，水的比热容为4.2×103J/kg•℃（ ）
正确答案
解析
解：横截面积是3×10-2m2的圆筒在2min内吸收的热量为 Q=cm△t=4.2×103×0.6×1J=2.52×103J
在阳光直射下，地球表面每平方米每秒钟获得的能量为 E=
每平方米每秒钟射到大气顶层的太阳能总量为 E0=
太阳辐射的功率为 P=E0•4πr2
代入数据解得，P=4.7×1026W
故选B
正确答案
解析
解：A、热力学第二定律有不同的表述：不可能把热从低温物体传到高温物体而不产生其他影响；不可能从单一热源取热使之完全转换为有用的功而不产生其他影响；不可逆热力学过程中熵的增量总是大于零．故A正确，B错误．
C、满足能量守恒定律不满足热力学第二定律的物理过程也不能自发进行，故C错误；
D、根据热力学第一定律，改变内能的方式有两种：做功和热传递，外界对物体做功，若物体同时向外放热，则物体的内能有可能减少，故D错误．
故选：A．
太阳光垂直照射地面时，每平方厘米的面积上每年共获得1.02×102千卡的热量，（1千卡：1千克水温度升高1℃所需的热量）则：
（1）用这些热量给水加热，可使多少千克的20℃水温度升高到35℃？
（2）若这些热量全部用来做功，能做多少焦耳的功？
（3）这些热量与完全燃烧多少汽油所产生的热量相等？（汽油燃烧值为11000千卡/千克）
正确答案
解析
解：（1）因1千克水温度升高1℃所需的热量为1千卡；
设使m千克水从20℃升高到35℃．
则m=
（2）因1千卡=4.18×103J；
故全部的热量为：Q=1.02×102×4.18×103=4.2×106J这些热量全部用来做功，
可做的功W=Q=4.2×106J；
（3）设这些热量与m千克汽油完全燃烧所释放的热量相等，则Q=mq；
解得：m=
答：（1）用这些热量给水加热，可以使6.8kg的水从温度20℃升高到35℃；
（2）这些热量全部用来做功的话，能做4.2×106焦的功；
（3）这些热量与完全燃烧0.092kg汽油放出的热量相等．
（1）此过程中ab棒和cd棒产生的热量Qab和Qcd；
（2）细绳被拉断瞬时，cd棒的速度v．
（3）细绳刚要被拉断时，cd棒下落的高度h．
正确答案
解析
解：（1）由焦耳定律，得 Q=I2Rt
又由电路串并联规律得 Iab：Icd：IR=2：3：1
则Qab=2QR=0.4J Qcd=
此过程中ab棒和cd棒产生的热量Qab=0.4J，Qcd=0.9J
（2）当ab棒被拉断瞬间有 F+mg-Tm=0
F=BIL
由欧姆定律得，
由电磁感应定律，得：E=BLv
v=1.875m/s
细绳被拉断瞬时，cd棒的速度1.875m/s
（3）cd棒下落过程由能量守恒得
则 h≈3.926m
细绳刚要被拉断时，cd棒下落的高度为3.926m
根据里克特在1953年提出的公式计算，每一级地震释放的能量E2与次一级地震能量E1的关系为lg（E2/E1）=1.5，其中1.0级地震释放能量为2.0×106J．广岛原子弹爆炸的能量约相等于13000吨的TNT烈性炸药，即大概为5.5×1013J．2011年3月11日特大地震并发海啸袭击了日本关东地区，震级高达里氏9.0级，那么此次大地震的能量大约相当于多少颗广岛原子弹爆炸释放的能量（ ）
正确答案
解析
解：∵lg（E2/E1）=1.5，∴
E9=1012E1=2.0×1018J，
即9.0级地震的能量相当于36360颗广岛原子弹爆炸释放的能量．
故选D．
22．下列能源使用的事例中，属于直接利用太阳能的是（ ）
正确答案
解析
解：A、燃烧木材取暖，是将化学能转换成热能，故A错误．
B、用硅光电池供电，是将太阳能转换成电能．故B正确．
C、风力发电，将机械能转换成电能．故C错误．
D、潮汐发电，是将机械能转换成电能．故D错误．
故选B．
关于能源，下列说法正确的是（ ）
正确答案
解析
解：A、可以从自然界直接获取的能源叫一次能源，一次能源并不一定都是可再生能源，比如煤是一次能源，但属于不可再生能源，A错误；
B、并不是所有的二次能源都是可再生能源，故B错误；
C、煤、石油、天然气属于不可再生能源，而像太阳能、风能、核能、地热能、氢能等属于新能源．故C错误，D正确；
故选：D．
太阳能光电池是一种新型清洁电源，它在工作时把______ 能转化为______ 能．
正确答案
太阳
电
解析
解：太阳能电池板工作时消耗太阳能，得到了电能，故它在工作时把太阳能转化为电能．
故答案为：太阳，电
两百多年来，自行车作为一种便捷的交通工具，已经融入人们的社会生活之中，骑自行车出行，不仅可以减轻城市交通压力和减少汽车尾气污染，而且还可以作为一项很好的健身运动．
正确答案
解析
解：由题意可知，节油的汽油为9L，减小排放的二氧化碳为9×2.2=19.8kg≈20kg；
故选：B．
（2015秋•番禺区校级期中）很多居民都在楼顶安装了太阳能热水器，太阳能热水器是将太阳能转化为（ ）
正确答案
解析
解：目前人类对太阳能的利用主要有2种方式：
一、把太阳能转化为内能，如太阳能热水器、太阳灶；
二、把太阳能转化为电能，如太阳能电池；
故太阳能热水器是将太阳能转化为内能，D正确，ABC错误；
故选：D．
关于旧电池的回收，下列说法正确的是（ ）
正确答案
解析
解：A、旧电池中含有比较多的重金属，因此对环境及人体产生很大的危害．故A错误
B、旧电池中含有比较多的重金属，因此对环境及人体产生很大的危害，所以要及时回收．故B错误
C、旧电池埋入地下会再次污染地下水．故C错误
D、用充电电池可从根本上解决大量旧电池的问题．故D正确
故选：D
（2016•广西模拟）出行是人们工作生活中必不可少的环节，出行的工具五花八门，使用的能源也各不相同，如①生物能、②核能、③电能、④太阳能、⑤化学能．自行车、电动自行车、普通汽车消耗能量的类型分别是（ ）
正确答案
解析
解：自行车靠人力驱动，需要消耗人体内的生物能，选①；
电动自行车要给电池充电，消耗电能，电动车行驶要消耗电池释放的电能，故选③；
普通汽车靠汽油机驱动，汽油机需要消耗汽油，消耗汽油的化学能，故选⑤；
因此B正确；
故选：B．
关于能量和能源，下列说法正确的是（ ）
正确答案
解析
解：A、根据能量转化和守恒定律可知能量在转化和转移过程中总量既不会增加，也不会减少．故A正确．
B、根据能量转化和守恒定律可知能量在转化和转移过程中总量既不会增加，也不会减少．故B错误．
C、能量在转化和转移过程中，其总量保持不变，但品质越来越差，即可利用率越来越低，故必需节约能源．故C错误．
D、能量的转化和转移具有方向性即朝可利用率低的方向转化，且现有可利用的能源有限，故必须节约能源，故D正确．
故选D．
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