- 能量的守恒与耗散
- 共3716题
（一）在亚丁湾海域遭海盗袭击的中交集团“振华4号”货轮，在马来西亚武装直升机协助下中国籍船员成功击退海盗．如图所示的海盗船若质量为2.5×103kg，在海面上从静止开始启动，当它速度达到15m/s后，立即关闭发动机，其运动的V-t图象如图所示．设运动过程中海盗船所受阻力不变．试结合图象简述在0～96秒的时间内海盗船的运动情况，并求出海盗船所受的阻力大小．
（二）（9分）“滔天浊浪排空来，翻江倒海山为摧”的钱塘江大潮，被誉为天下奇观．小莉设想用钱塘江大潮来发电，在江海交接某处建一大坝，形成一个面积为1.0×107m，涨潮时水深达25m的蓄水湖，关上水闸落潮后坝内外水位差为2m．若发电时水重力势能的12% 转变为电能，并只有退潮时发电，每天涨潮两次，求该电站每天能发多少电？根据图中情景，说明图中的A、B两台机器（有一台是发电机，另一台是电动机），哪台是发电机？（已知水的密度ρ=1.0×103kg/m3，g=10m/s2）
正确答案
解析
解：（一）海盗船先由静止开始做加速度逐渐减小的加速运动，达到最大速度后做匀减速运动，直到静止．
由图象可求得海盗船匀减速运动的加速度大小为
海盗船所受阻力为f=ma=2.5×103×0.5N=1.25×103N
（二）退潮时水的落差是h=2m，水的质量是m=ρV=ρgh
这些水的重心下降高度
重力势能减少：
每天发出的电能为
水流推动A转动，故A为发电机．
答：（一）海盗船所受阻力为1.25×103N；
（二）每天发出的电能为4.8×1010J，A为发电机．
正确答案
解析
解：弹簧压缩最短时，设弹性势能为EP，货车的总路程为S，
空载质量为m，满载时质量为km，
下滑过程中，由能量守恒有：kmgS•sinα=EP+
下滑时，同理有：EP=mgS•sinα+
联立以上解得：k=3，故空载与满载的质量比为
答：矿车空载时与满载时的质量比应为1：3．
（1）风轮机叶片旋转所扫过的面积可视为风力发电机可接收风能的面积．设风速大小为v，方向垂直于叶片扫过的平面，风轮机叶片长度为r，空气密度为ρ，求单位时间内风力发电机可接收的风能P0；
（2）若风力发电机将可接收的风能转化为电能的效率η=20%，当地的空气密度ρ=1.3kg/m3，风速v=10m/s．要设计一台功率P=20kW的风力发电机，风轮机的叶片长度r应为多少？
（3）在风速和叶片数确定的情况下，要提高风轮机单位时间接收的风能，可采取哪些措施？请提出一条建议．
正确答案
解析
解：（1）风轮机可接收的风能为：
m=ρπr2vt②
每秒钟接收的风能为：
由①②③得：
（2）发电机功率为：
P=ηP0⑤
由④⑤得：
代入数据得：
r=
（3）可增加风轮叶片长度，安装调向装置，保证风轮机与风速垂直等．
答：（1）单位时间内风力发电机可接收的风能
（2）要设计一台功率P=20kW的风力发电机，风轮机的叶片长度r应为7.0m；
（3）可增加风轮叶片长度，安装调向装置，保证风轮机与风速垂直等．
下面属于二次能源的是（ ）
正确答案
解析
解：次能源是指直接取自自然界没有经过加工转换的各种能量和资源；二次能源是转化过形式的能源．
故石油、核能、煤炭是一次能源，电能是二次能源；
故选D．
能量守恒定律：能量既不会消灭，也______它只会从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体______到另一个物体，而在转化和转移的过程中，能量的总量______．
正确答案
不会凭空产生
转移
不变
解析
解：能量守恒定律：能量既不会凭空消灭，也不会凭空产生，它只会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上，在转移和转化过程中，能的总量保持不变．
故答案为：不会凭空产生；转移；不变．
下列关于能量的说法中正确的是（ ）
正确答案
解析
解：A、能量的概念是焦耳最早提出的，故A错误；
B、功是能量转化的量度，力做了多少功就有多少能量进行了转化，在转化的过程中，能量的总量不变．故B正确；D错误；
C、如果空气阻力和摩擦力小到可以忽略，伽利略推断出小球在B面运动能到达原来下滑时的高度，存在某个守恒量，故C错误；
故选：B
（2）光热转换是将太阳光能转换成其他物质内能的过程，太阳能热水器就是一种光热转换装置，它的主要转换器件是真空玻璃管，这些玻璃管将太阳光能转换成水的内能．真空玻璃管上采用镀膜技术增加透射光，使尽可能多的太阳光能转化为______，这种镀膜技术的物理学依据是______．
正确答案
1s
25mm/s
75次/min
内能
光的干涉
解析
解：
（1）甲图，波长λ甲=25mm，心率是f甲=60次/分=1Hz，所以周期T=1s，电图机图纸移动的速率v=λ甲f甲=25mm/s．
由于两张图图纸移动的速率v相同，则有：
λ乙=20mm，乙的心率为f乙=
（2）光照射在薄膜两表面上被反射回去，在叠加处由于光程差使得两束反射光出现振动减弱，导致相互抵消．从而增强光的透射能力．使尽可能多的太阳光能转化为内能，这是依据光的干涉现象．
故答案为：（1）1 s，25mm/s，75次/分；2）内能，光的干涉
直接来自自然界的能源叫一次能源，如______等．从一次能源直接或间接转化而来的能源叫二次能源，如______等．
正确答案
煤炭太阳能、水能、生物燃料
煤气、氢能、电能、汽油、沼气、电能
解析
解：一次能源：直接来自自然界而未经加工转换的能源，例如化石燃料、太阳能、水能、生物燃料；
二次能源：由一次性能源直接或间接转换而来的能源：煤气、氢能、电能、汽油、沼气、电能；
故答案为：煤炭太阳能、水能、生物燃料；煤气、氢能、电能、汽油、沼气、电能．
下列属于不可再生能源的是（ ）
正确答案
解析
解：A、C、石油和煤炭属于化石燃料，不能短时期内从自然界得到补充，属于不可再生能源，符合题意；
B、沼气可以用农作物的秸秆来制取，属于可再生能源，故B错误
D、水流能及风能属于可再生能源．故D错误；
故选：AC．
下列说法正确的是（ ）
正确答案
解析
解：A、在国际单位制中，电流的单位安培是基本单位，电荷量的单位库仑是导出单位，故A错误；
B、闭合开关，整个电路都分布有电场，自由电荷开始定向移动形成电流，用电器开始工作，电场的传播速度等于光速，但电荷的定向移动速度远小于光速，故B错误；
C、由能量守恒定律可知，能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，故C正确；
D、用普通的光学显微镜不能清楚地观察到物质表面的分子，故D错误；
故选：C．
μHe=4.003×10-3kg•mol-1
μKr=83.8×10-3kg•mol-1
μXe=131.3×10-3kg•mol-1
在体积不变时，这三种气体任何一种每摩尔温度升高1K，所吸收的热量均为
正确答案
解析
解：根据题设的条件，可知：
开始时A中氦气的质量mHe=4.003×10-3kg，B中氪气的质量mKr=83.3×10-3kg，C中氙气的质量mXe=131.3×10-3．
三种气体均匀混合后，A中的He有
△EHe=
B中的Kr有
△EKr=
C中的Xe有
△EXe=
混合后，三种气体的重力势能共增加
△Ep=△EHe+△EKr+△EXe=（mXe-mHe）gh…④
因球与外界绝热，也没有外力对气体做功，故重力势能的增加必然引起内能的减少．在体积不变时，气体不做功．由热力学第一定律可知，此时传给气体的热量应等于气体内能的增量，但因理想气体的内能只由温度决定，与体积无关，故只要温度改变量相同，则体积不变条件下内能的增量也就是任何过程中理想气体内能的增量．根据题给的已知条件，注意到本题中所考察的理想气体共有3摩尔，故有△Ep=-3×
上式中右方为气体内能减少量，△T表示气体温度的增量，由④、⑤两式得：
△T=
将已知数据代入，注意到R=8.31J/K．mol，可得：
△T=-3.3×10-2K…⑦
即混合后气体温度降低3.3×10-2K
答：气体温度的改变量为3.3×10-2K．
（1）确定小球和固定在B点的电荷的带电性质，并在图上作出小球在C处时的受力示意图．
（2）求固定在B点的电荷所带的电荷量．
（3）求小球运动到最高点处，空心管对小球作用力的大小和方向．
正确答案
解析
解：（1）由小球在C点处恰好与滑槽内、外壁均无挤压且无沿切线方向的加速度，可知小球在C点的合力方向一定沿CO且指向O点，所以A处电荷对小球吸引，B处电荷对小球排斥，因为A处电荷为正，所以小球带负电，B带负电，如图所示．
（2）因为∠ABC=∠ACB=30°，CO⊥OB，由几何关系得：BC=2ABcos30°=
由于无切向加速度，小球沿切线方向的合力为零，则有：
k
解得：QB=
（3）设小球在最低点C处的速度为vC，
则：F-mg=m
小球从C点运动到最高点的过程中，电势能不变，故由动能定理知：
2mgR=
小球在最高点受到A、B电荷的作用力合为F，方向竖直向下
即：F+mg-F管=m
解得：F管=6mg，故空心管对小球的作用力大小为6mg，方向竖直向上．
答：（1）小球带负电，B处电荷带负电，小球的受力情况如图所示；
小球和固定在B点的电荷的带电性质，并在图上作出小球在C处时的受力示意图．
（2）固定在B点的电荷所带的电荷量为
（3）小球运动到最高点处，空心管对小球作用力的大小为6mg，方向：方向竖直向上．
（2016•宜昌一模）在一个标准大气压下，m=lkg冰在O℃时吸收Q=336kJ的热量后变成同温度的水，外界同时对系统做了W=llkJ的功，阿伏伽德罗常数NA=6.0xl023mol-l，水的摩尔质量M=18g•mol-l．问
（Ⅰ）此过程中系统的内能变化了多少？
（Ⅱ）lkg冰所含的分子数为多少？（结果保留2位有效数字）
正确答案
解析
解：（Ⅰ）根据热力学第一定律知：
△U=W+Q=11+336kJ=347kJ
（Ⅱ）1kg冰所含的分子数：
N=nNA=
答：（Ⅰ）此过程中系统的内能变化了347kJ；
（Ⅱ）1kg冰所含的分子数为为3.3×1025个．
单位时间内垂直通过单位面积的声波能量达1×10-4J时，其声强为80分贝，超过80分贝就会影响到人们的正常生活．喷气式飞机飞行时产生的噪音很强，其声源的功率是3.14×104W，假设其声源能量均匀地向整个空间传播，则以声源为球心的空间任一球面上每秒钟通过的声源能量是______J，为了使飞机的噪音传到地面时其强度不超过80分贝，则飞机飞行的高度不得低于______m．（已知球面积公式S=4πR2）
正确答案
3.14×104
5000
解析
解：以声源为球心的空间任一球面上每秒钟通过的声源能量是相同的，等于声源的功率，为3.14×104J；
单位时间内垂直通过单位面积的声波能量达1×10-4J时，其声强为80分贝，根据能量守恒定律，有：
P•S=P总
其中：S=4×πr2
故1×10-4×4×3.14×r2=3.14×104
解得：r=5000m；
故答案为：3.14×104，5000．
春天，农民需要用水泵给缺水农田灌溉，已知水泵能在1h内将3×105kg的水抽到12m高处．
（1）连续工作5h，所做的有用功是多少？
（2）若水泵的工作效率为80%，则水泵5h内所做总功功率是多少？
（3）若此水泵用一柴油机带动，假设柴油机完全燃烧所释放的内能有40%转化为水的机械能，则每小时消耗多少柴油？（柴油热值为3×107J/kg，g取10N/kg）
正确答案
解析
解：（1）5h有用功为：W=nGh=nmgh=5×3×105×10×12=1.8×108J；
（2）5h水泵做的总功：W总=
功率：P=
（3）5h柴油机燃烧柴油释放的能量：
Q=
由Q=mq可知，需要柴油的质量：
m=
每小时消耗柴油的质量：
答：（1）连续工作5h，所做的有用功是1.8×108J；
（2）若水泵的工作效率为80%，则水泵5h内所做总功功率是1.25×104W；
（3）每小时消耗多少柴油为3.75kg．
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