- 能量的守恒与耗散
- 共3716题
如图所示粗细均匀的木棒长为L,质量为M,可绕固定转动轴O自由转动,现用水平力F作用于木棒的下端将木棒从竖直位置缓慢拉起,并转过θ角度,则在拉起的过程中,拉力F做的功为多少?
某同学解法为:
木棒与竖直位置成θ时,木棒所受的力矩平衡 Mg Lsinθ/2=F Lcosθ,
得到F=Mgtgθ/2
从竖直位置缓慢拉起的过程中,拉力F从0变化到Mgtgθ/2,
拉力F的平均值=Mgtgθ/4
拉力作用点在力F方向上的位移是 S=L sinθ
根据W=FS 解得:拉力F 做的功:WF=Mg L sinθtgθ/4
所以在拉起的过程中,拉力F做的功为WF=Mg L sinθtgθ/4,
你认为他的解法是否正确?若正确,请说明理由;若错误,也请说明理由,并且解出正确的结果.
正确答案
不正确
沿水平方向F力不是均匀地增加,所以不能用力的算术平均值来计算此力所做的功.
正确解法:根据动能定理得:
WF+WG=0
WG=-Mg△h=-MgL(1-cosθ)
∴WF=MgL(1-cosθ)
【物理—选修3-5】(15分)
(1) (6分)关于核电站和核辐射,下列说法中正确的是( )
A.核反应堆发生的是轻核聚变反应
B.核反应堆发生的是重核裂变反应
C.放射性同位素的半衰期长短是由核内部本身决定,与外部条件无关
D.放射性同位素的半衰期长短与地震、风力等外部环境有关
(2) (9分)如图所示,A、B两木块靠在一起放于光滑的水平面上,A、B的质量分别为="2.0" kg ,
="1.5" kg 。一个质量为
="0.5" kg的小铁块C以v0="8" m/s的速度滑到木块A上,离开木块A后最终与木块B一起匀速运动.若木块A在铁块C滑离后的速度为vA="0.8" m/s ,铁块C与木块A、B间动摩擦因数均为μ=0.4,取g=l0m/s2。
求:①铁块C在滑离A时的速度;②木块B的长度至少为多长。
正确答案
(1)BC(2)vC="2.4" m/s 0.24 m
试题分析:(1). 核电站是利用重核的裂变来发电的,重核的裂变形成的链式反应是可在人工控制下进行的.而轻核的聚变现在是无法人工控制的,核反应堆发生的是重核裂变反应,所以选项B正确、A错误.
放射性元素衰变的快慢是由核内部自身的因素决定的,跟原子所处的化学状态和外部条件没有关系.所以选项C正确、D错误.
故答案为:BC
(2).解
①铁块C在滑离A的瞬间,由动量守恒得mCv0=(mA+mB)vA+mCvC (2分)
代入数据解得vC="2.4" m/s (1分)
②铁块C和木块B相互作用最终和B达到相同的速度
铁块C和B作用过程中
mCvC+mBvA= (mC+mB)vB (1分)
(2分)
因铁块C没有从木块B上掉下来,所以木块B的长度L≥S相对 (1分)
联立以上方程代入数据解得L≥0.24 m即木块B的长度至少为0.24 m (2分)
点评:重核的裂变是由重的原子核变化为轻的原子核,轻核的聚变是由较轻的原子核变化为较重的原子核.要清晰的区分这两种核变化.利用动量守恒定律解决问题时,要注意分析各个状态的物理量.
如图11-1-5所示为电冰箱的工作原理示意图.
压缩机工作时,强迫制冷剂在冰箱内外的管道中不断循环.在蒸发器中制冷剂汽化吸收箱体内的热量,经过冷凝器时制冷剂液化,放出热量到箱体外
(1)下列说法正确的是______.
(2)电冰箱的制冷系统从冰箱内吸收的热量与释放到外界的热量相比,有怎样的关系?
正确答案
见解析
(1)热力学第一定律是热现象中内能与其他形式能的转化规律,是能量守恒定律的具体表现,适用于所有的热学过程,故C正确,D错误;由热力学第二定律可知,热量不能自发地从低温物体传给高温物体,除非有外界的影响或帮助.电冰箱把热量从低温的内部传到高温的外部,需要压缩机的帮助并消耗电能,故应选B、C.
(2)由热力学第一定律可知,电冰箱从冰箱内吸了热量,同时消耗了电能,释放到外界的热量比从冰箱内吸收的热量多.
太阳能已经越来越广泛的被应用,为了测量太阳的辐射功率,物理兴趣小组的同学做如下的简单实验:取一个横截面积为S=3×10-2m2的不高的圆筒,筒内装有0.6kg的水,用来测量太阳的辐射到地面的能量,某一天中午在太阳光直射2min后,水的温度升高了10C,求:
(1)在阳光直射下,地球表面每平方厘米获得的能量。
(2)假设射到大气顶层的太阳能只有43%到达地面,另外57%被大气吸收和反射而未到地面,你能由此估算出太阳的功率吗?
正确答案
略
指出下列物理过程中能量转化的情况:
(1)一块泥巴砸在并粘在地上,是______能转化为______能;
(2)燃料在气缸内燃烧,气缸内气体推动活塞做功,是______能转化为______能;
(3)给盛水的容器内的电阻丝通电,水温升高,是______能转化为______能.
正确答案
(1)一块泥巴砸在并粘在地上,是动能转化为内能;
(2)燃料在气缸内燃烧,气缸内气体推动活塞做功,气体的膨胀做功是将内能转化为机械能;
(3)给盛水的容器内的电阻丝通电,水温升高,是电能转化为内能.
故答案为:(1)动;内;(2)内;机械能;(3)电;内
一定质量的气体,在保持体积不变的情况下,使压强增大到原来的1.5倍,则其温度由原来的27℃变为多少?
正确答案
177 ℃
K,
所以温度变为177 ℃
【物理—选修3-3】(15分)
(1)(6分)在某一密闭容器内装有一定质量的理想气体(设此状态为甲),现设法降低气体的温度同时增大气体的压强,达到状态乙,则下列判断正确的是( )
(2)(9分)如图所示,在一端封闭的U形管中用水银柱封一段空气柱L,当空气柱的温度为14℃时,左臂水银柱的长度h1=10cm,右臂水银柱长度h2=7cm,气柱长度L=15cm;将U形管放入100℃水中且状态稳定时,h1变为7cm。分别写出空气柱在初末两个状态的气体参量,并求出末状态空气柱的压强和当时的大气压强(单位用cmHg)。
正确答案
(1)BCD (2)75.25 cmHg;72.25 cmHg
试题分析:(1)理想气体的温度降低,则其平均动能变小,B项正确,由状态方程得
,温度降低,压强增大,则体积一定减小,气体密度变大,A项错;理想气体的内能只与温度有关,温度降低,内能一定减小,C项正确;由热力学第一定律
,气体内能减少,则放出的热量一定多于外界对气体做的功,D项正确。
(2)对于封闭的空气柱(设大气压强为p0)
初态:p1=" p0+" h2- h1 =( p0-3)cmHg
V1=LS=15S(cm3)
T1="287" K (三个参量表达正确得3分,用长度表示体积的可以不扣分)
末态h1ˊ=7cm,h2ˊ=10cm,故压强p2=" p0+" h2′- h1′=(p0+3)cmHg
V2=(L+3)S=18S(cm3)
T2="373" K (三个参量表达正确得3分,用长度表示体积的可以不扣分)
由理想气体状态方程得 (1分)
解得,大气压强为p0=72.25 cmHg
在100℃水中时,空气柱压强为p2=75.25 cmHg (2分)
点评:用理想气体状态方程解题,关键是正确选取状态,明确状态参量,尤其是正确求解被封闭气体的压强,这是热学中的重点知识,要加强训练,加深理解.
(1).以下关于热力学知识的叙述正确的是 (填入选项前的字母,有填错的不得分)。
(2).如图所示,上端封闭、下端开口内径均匀的玻璃管,管长=100cm,其中有一段长
=15cm的水银柱把一部分空气封闭在管中。当管竖直放置时,封闭气柱
的长度
=50cm。现把开口端向下插入水银槽中,直至
端气柱长
=37.5cm时为止,这时系统处于静止状态。已知大气压强
=75cm
,整个过程温度保持不变,试求槽内的水银进入管内的长度
。
正确答案
略
一块质量为2kg的木块,放在离地面高度为1.25m的光滑水平桌面上.一粒质量为0.010kg的子弹沿水平方向射入木块并留在木块内,测得木块落地后离桌边缘的水平距离为0.5m,不计阻力.求:
(1)子弹射入木块前瞬间的速度;
(2)如子弹射入木块过程中所产生的热量有78%被子弹所吸收,那么子弹温度升高几度?[子弹的比热容为0.13×J/kg℃,g取10m/
]
正确答案
(1)201m/s (2)
设子弹和木块的质量分别为m,M子弹射入木块前瞬间的速度为v,射入木块后和木块的共同速度为V,下落时间为t,则
对于热量、功、内能三个量,下列说法中正确的是 ( )
正确答案
CD
热量、功和内能的国际单位都是焦耳,但热量、功、内能三个量的物理意义是不同的,热量和功是过程量,内能是状态量;热量和功二者可作为物体内能改变的量度而不是内能大小的量度。故C、D正确。
把一个物体竖直下抛,若忽略空气阻力,则下列哪种情况是在下落的过程中发生的( )
正确答案
CD
物体下落的过程中,只有重力做功,机械能保持不变;物体下落过程中,物体的温度和体积也没有变化,所以分子热运动的平均动能和分子势能保持不变.因此,选项C和D是正确的.
对一定质量的气体加热,气体吸收了420J的热量,它受热膨胀后对外做功
是300J,那么气体的内能 (填增加或减少)了 J。
正确答案
增加, 120
根据,得
,气体的内能增加120J。
“和平号”空间站已于2001年3月23日成功地坠落在南太平洋海域,经过与大气摩擦,空间站的绝大部分经过升温、熔化,最后汽化而销毁,剩下的残片坠人大海.此过程中,空间站原来的机械能E中,除一部分能量Q用于销毁和一部分能量被残片带走外,还有一部分能量通过其他方式散失(不考虑坠落过程中化学反应的能量).已知质量为m的残片以声速v坠海,从开始坠落至入海时残片的温度升高了△T(每千克空间站材料温度升高1K平均所需能量为c).则通过其他方式散失的能量Eˊ=______.
正确答案
根据题意,空间站的机械能E
在坠落过程中,用于销毁所需的能量为Q
用于残片升温所需的能量为Q残=cm△T
残片入海时的动能为E残=mv2
以E'表示其他方式散失的能量,则由能量守恒得E=Q汽+E残+Q残+E'
E′=E-Q-E残-Q残
各式整理E′=E-Q-mv2-cm△T
答案:E-Q-mv2-cm△T
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
①
②P总=4.6× 1026W
①
地球表面每平方厘米的面积上每分钟获得的能量
②地面上每平方米光功率:P0=(E/t)× 104W
( P0 /0.43)=(P总/S总)
S总=4πR2
P总=4.6× 1026W
(6分)某科学家提出年轻热星体中核聚变的一种理论,其中的两个核反应方程为,
,方程中Ql、Q2表示释放的能量,相关的原子核质量见下表:
则X是________,Q2____Q1(填“大于”、“等于”或“小于”)。
正确答案
42He 大于
试题分析:据核反应过程中,反应前后质量数和电荷数守恒,有X为42He;据ΔE=Δmc2, Δm为质量亏损,C为光速,经过计算Δm1=0.0021u,Δm2=0.0053u,则可以知道Q2>Q1。
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