- 能量的守恒与耗散
- 共3716题
从14m高处下落的水,如果水的重力势能30%用来使水的温度升高,水下落后温度升高多少?
(已知水的比热容c=4.2×103J/kg.℃,g=10m/s2.)
正确答案
解析
解:重力势能的减小量为:△Ep=mgh ①
内能增加量为:△E内=30%×△Ep ②
Q=C水m水△t ③
联立以上三式解得
△t=0.01°C
答:水下落后温度升高0.01°C.
一木块从斜面上匀速下滑,在下滑过程中,木块的(不考虑木块的热膨胀)( )
正确答案
解析
解:木块下滑过程中,木块没有发生弹性形变,不考虑弹性势能.
木块下滑过程中,木块的质量不变,速度不变,动能不变.高度减小,重力势能减小.
木块下滑过程中,木块和斜面之间存在摩擦,克服摩擦做功,机械能转化为内能,内能增大.
物体内能与温度和体积以及质量有关,物体质量不变,体积不变则温度升高,分子平均动能增大.
故选:BD.
今有1kg温度为90℃的水,在标准状况下把它变成100℃的水蒸气,共吸收了2292KJ的热量,求水的汽化热L?(假设在整个过程中无热量损失,水的比热容4.2kJ/kg)
正确答案
解析
解:1kg温度为90℃的水,升高到100°C过程吸收的热量为:
=4.2×104J=42KJ
故水的汽化热为:
答:水的汽化热L为2250KJ.
(1)如图1所示的是医院用于静脉滴注的示意图,倒置的输液瓶上方有一气室A,密封的瓶口处的橡胶塞上插有两根细管,其中a管与大气相通,b管为输液软管,中间又有一气室B,而其c端则通过针头接入人体静脉.
①若气室A、B中的压强分别为pA、pB,则它们与外界大气压强p0的大小顺序应为______
②在输液瓶悬挂高度与输液软管内径确定的情况下,药液滴注的速度是______(填“越滴越慢”、“越滴越快”或“恒定”)
(2)如图1所示,一定质量的理想气体由状态a经状态b变化到状态c,其变化过程如图所示,试分析ab过程和bc过程是吸热还是放热,大小关系如何?
正确答案
解析
解:(1)①设瓶内药液的高度h1,则A处的压强为PA=P0-h1,设a管口处到气室B处的高度为h2,则B处的压强为PB=P0+h2,故有pB>p0>pA.
②设气室B处到针头处的高度为h3,则针头处的压强为 p0+h2+h3,此处压强不变、输液软管内径也不变,故药液滴注的速度恒定.
(2))①a→b是等压过程因VB>VA,有TB>TA,a→b过程,气体对外做功且内能增加,气体吸收热量.
②b→c是等容过程 因PC<PB,有TC<TB,b→c过程气体不对外界做功,外界也不对气体做功,但气体内能减小,所以b→c气体放热;
③由=C(恒量)及图象知TA=TC,故a→b→c的全过程中内能没有变化,综上所述a→b→c中,气体对外做功,由能量守恒定律得a→b→c过程中气体吸热,结合前面分析,a→b过程吸热,b→c过程放热,所以吸热大于放热.
故答案为:(1)pB>p0>pA;恒定;(2)分析如上.
一个截面积为S的圆形绝热容器装有质量为m的水,已知太阳照射的时间为T后,温度升高到t2,若照射时阳光与水平方向的垂直,求截面积辐射的功率.
正确答案
解析
解:水的温度从t1升高到t2,吸收的热量为:
Q=cm(t2-t1)
设阳光垂直照射时单位面积热辐射的功率为P,则得:
Q=PTS
联立,P=
答:阳光垂直照射时单位面积热辐射的功率为
如图所示,粗糙斜面的倾角为θ=37°,斜面上方有一半径为R=1m、圆心角等于143°的竖直圆弧形光滑轨道,轨道与斜面相切于B点,轨道的最高点为C.一质量为m=8kg的小球沿斜面向上运动,到达A点时小球的动能为EKA=508J,经过B点后恰好能到达C点.已知小球与斜面间的动摩擦因数μ=
,重力加速度g=10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8,求:
(1)A、B两点间的距离;
(2)小球经过C点后第一次落到斜面上的位置.
正确答案
解析
解:(1)小球恰好到达C点,小球在C点做圆周运动所需向心力由小球重力提供,
由牛顿第二定律可得:mg=m ①,
小球由A到C的全过程,由能量守恒定律得:
EKA=mg(ABsin37°+R+Rcos37°)+μmgcos37°×AB+mvC2 ②,
由①②解得:AB=4.5m.
(2)作CO延长线交斜面于D点,从C点平抛后,
小球第一次落到斜面上F点,过F点作CO的垂线,与CO交于E点.
小球离开C点后做平抛运动,由平抛规律得:
水平方向:FD•cos37°=vCt ③,
竖直方向:FDsin37°+R+=
gt2 ④,
由③④解得:FD=3.75m,而AB=4.5m,BD=0.75m,即AD=3.75m
所以A点与F点重合,小球经 C点后第一次落到斜面上的位置为A点.
答:(1)A、B两点间的距离是4.5m;
(2)小球经过C点后第一次落到斜面上的A点.
如图所示容器中,A、B各有一个可自由移动的轻活塞,活塞下面是水,上面为空气,大气压恒定.A、B底部由带有阀门K的管道相连,整个装置与外界绝热.原先A中的水面比B中高,打开阀门,使A中的水逐渐向B中流,最后达到平衡.在这个过程中( )
正确答案
解析
解:打开阀门K后,据连通器原理,最后A、B两管中的水面将相平,如下图所示,即A中水面下降,B中水面上升;
设A管截面积为S1,水面下降距离为h1,B管截面积为S2,水面上升距离为h2,
由于水的总体积保持不变,则有S1h1=S2h2,
A管中大气压力对水做的功:W1=p0S1h1,
B管中大气压力对水做的功:W2=-p0S2h2,
大气压力对水做的总功:
W=W1+W2=p0S1h1-p0S2h2,
∵S1h1=S2h2,
∴W=0,即大气压力对水不做功;
由于水的重心降低,重力势能减小,由能量守恒定律知水的内能增加.故D正确.
故选D
崔牛先生向客户推介他设计的“超级推进器”,该推进器由超导体、激光器、致冷剂以及计算机控制系统组成,其神奇之处在于能通过自身的循环工作,源源不断地获得动力,而不需要消耗任何能源.事实上,这是不可能实现的,因为他的设计违反了( )
正确答案
解析
解:很多科学家致力于研究永动机,希望能造出不消耗能量而源源不断地向外输出能量;但结果都以失败告终;其原因是因为源源不断地获得动力,而不需要消耗任何能源的“永动机”违背了能量守恒定律.
故选:D.
风力发电是一种环保的电能获取方式.图为某风力发电站外观图.设计每台风力发电机的功率为40kW.实验测得风的动能转化为电能的效率约为20%,空气的密度是1.29kg/m3,当地水平风速约为10m/s,问风力发电机的叶片长度约为多少才能满足设计要求?
正确答案
解析
解:风的动能:EK=mv2 ①
t时间内风通过叶片为半径的圆柱体内的质量:
m=ρV=ρπl2vt ②
功率P==
ρπl2v3η ③
由①②③解得:l≈10m;
答:风力发电机的叶片长度约为10m才能满足设计要求.
能量守恒定律的内容是______.
正确答案
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别的物体;在转化和转移过程中其总量不变
解析
解:能量守恒定律内容为: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别的物体;在转化和转移过程中其总量不变.
故答案为: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别的物体;在转化和转移过程中其总量不变.
如图所示,在半径为r=10cm的轮轴上悬挂一个质量为M=3kg的水桶,轴上分布着6根手柄,柄端有6个质量为m=0.5kg的金属小球.球离轴心的距离为L=50cm,轮轴、绳及手柄的质量以及摩擦均不计.开始时水桶在离地面某高度处,释放后水桶带动整个装置转动,当转动n(未知量)周时,测得金属小球的线速度v1=5m/s,此时水桶还未到达地面,g=10m/s2,求:
(1)转动n周时,水桶重力做功的功率P;
(2)n的数值.
正确答案
解析
解:
(1)设转动n周时,水桶的速度为v,则:
,
水桶重力的功率为:
P=Mgv,
解得:
.
(2)从释放水桶到转动n周的过程,对系统由能量守恒定律:
,
由几何关系:h=2nπr,
解得:
.
答:
(1)转动n周时,水桶重力做功的功率为30W;
(2)n的数值.
1kw•h电能可以做很多事.请估算1kw•h的电能全部用来托起一位普通高中生,使他提升的高度最接近:( )
正确答案
解析
解:高中生的体重约为50kg;
1kw•h=1000×3600=3.6×106J;
由能量守恒可得:3.6×106J=mgh
解得:h=m=7200m;最接近7000m;
故选D.
低扬程,大功率的抽水站往往采用大口径的水管,及与之配套的水泵和电动机.这其中考虑了诸多因素.而首先考虑的是节能,设抽水扬程为5m(计算时可简化为竖直高度).要求每秒抽出2 m2的水,电动机和水泵的效率分别是90%和80%.求(取:π2=10,g=10 m/s2,结果保留两位有效数字)
(1)若采用内径0.5m的水管以及与之配套的电动机和水泵,连续工作10小时,耗电多少度.
(2)若改用内径1m的水管及与之配套的电动机和水泵,其它条件不变,连续工作10小时,耗电多少度.
正确答案
解析
解:(1)设每秒抽出的水的体积为V,水的密度为ρ,扬程为h,管径为d,电动机的输入功率为P,耗电为E,
根据能量转化与守恒定律有
代入数据解得 0.72P=(1.0×105+1.02×105)W
其中 1.02×105 W为使水获得动能部分功率,
则电动机消耗的电能E=Pt=2.8×103 kW•h
(2)由(1)中的方程式知,动能,即
即有 0.72P‘=(1.0×105+6.35×103)W
解得 E'=P't=1.5×103 kW•h
答:(1)若采用内径0.5m的水管以及与之配套的电动机和水泵,连续工作10小时,耗电2.8×103 度.
(2)若改用内径1m的水管及与之配套的电动机和水泵,其它条件不变,连续工作10小时,耗电1.5×103 度.
关于能量耗散,下列说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:A、B、C、能量耗散的过程中能量向品质低的大气内能转变,但是总的能量是守恒的,能量不能凭空产生,也不能凭空消失,但有方向性,故AB错误,C正确.
D、能量耗散是从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程具有的方向性,机械能可以自发地转化为内能,但内能不可能全部转化为机械能而不引起其它变化,故D错误.
故选:C.
新疆达坂城风口的风速约为υ=20m/s,设该地空气的密度为ρ=1.4kg/m3,若把通过横截面积S=20m2的风能的
50%转化为电能,利用上述已知量推导计算电功率的公式,并求出发电机电功率的大小.
正确答案
解析
解:设经过时间t通过截面S的空气的质量为m,则有
m=ρV=ρSl=ρSυt.
这部分空气的动能为△E=mv2=
ρSvt•v2=
ρSv3t
因为风的动能只有50%转化为电能,所以其电功率的表达式为
P=×50%=
ρSv3
代入数据得P=×1.4×20×(20)3=5.6×104W
答:电功率的公式是ρSv3,发电机电功率的大小是5.6×104W.
扫码查看完整答案与解析