内容发布更新时间 : 2025/9/19 7:43:45星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。
10 能量守恒定律与能源
演练提升
夯基达标
1.骑自行车上坡前往往是加紧蹬几下,这样做是为了 ( ) A.增大车的惯性 B.增大车的冲力 C.增大车的动能 D.增大车的势能
解析:上坡过程中,自行车的动能逐渐转化为重力势能,开始的动能越大,就越能顺利上坡。故上坡前应紧蹬几下,提高车速,以便增加动能。 答案:C
2.自由摆动的秋千摆动幅度越来越小,下列说法正确的是( ) A.机械能守恒 B.能量正在消失
C.只有动能和重力势能之间的相互转化 D.减少的机械能转化为内能,但总能量守恒
解析:摆动过程中,由于要克服阻力做功,机械能减少,所以D正确。 答案:D
3.试说明下列现象中能量是怎样转化的。
(1)在水平公路上行驶的汽车,发动机熄火之后,速度越来越小,最后停止。 (2)电风扇通电后开始转动,断电后转动着的风扇又慢慢停下来。
(3)火药爆炸产生燃气,子弹在燃气的推动下从枪膛发射出去,射穿一块钢板,速度减小。 (4)用柴油机带动发电机发电,供给电动水泵抽水,把水从低处抽到高处。
解答:(1)在水平公路上行驶的汽车,发动机熄火之后,速度越来越小,最后停止。这一过程,汽车所受的阻力做负功,机械能转化为内能。
(2)电风扇通电后开始转动,电流做功,电能主要转化为机械能,另有一部分转化为内能;断电后转动着的风扇又慢慢停下来,阻力做负功,机械能转化为内能。
(3)火药爆炸产生燃气,化学能转化为内能;子弹在燃气的推动下从枪膛发射出去,推力做功,内能转化为机械能;子弹射穿一块钢板,速度减小,阻力做负功,机械能转化为内能。
(4)用柴油机带动发电机发电,化学能转化为机械能,又转化为电能;发电机发电后供给电动水泵抽水,电流做功,电能转化为机械能;电动水泵把水从低处抽到高处,水泵对水做功,使水泵的机械能传递给水。
4.下列哪些现象属于能量的耗散( ) A.利用水流能发电产生电能 B.电能在灯泡中变成光能 C.电池的化学能变成电能 D.火炉把屋子烤暖
解析:能量耗散主要指其他形式的能量最终转化为环境的内能后,不能再被收集起来重新利用。 答案:D
能力提升
5.下列说法正确的是( )
A.随着科技的发展,永动机是可以制成的
B.太阳照射到地球上的光能转化成了其他形式的能量,但照射到宇宙空间的能量都消失了 C.”既要马儿跑,又让马儿不吃草”违背了能量转化和守恒定律,因而是不可能的
D.有种”全自动”手表,不用上发条,也不用任何形式的电源,却能一直走动,说明能量可以凭空产生 解析:永动机是指不消耗或少消耗能量,而可以大量对外做功的装置,历史上曾出现过各式各样的所谓永动机的发明,结果都以失败告终,原因就是违背了能量转化和守恒定律。人类只能发现规律、利用规律,但绝不可以创造规律、改变规律,违背规律行事,即使以后科技再发达,也要受自然规律的制约,所以永动机是永远不可能制成的,A错。
太阳辐射大量的能量,地球只吸收了极少的一部分,就形成了风云雨雪,使万物生长。但辐射到星际空间的能量也没有消失,一定是转化成了别的能量,B错。
马和其他动物,包括人要运动,必须消耗能量,动物的能量来源是食物中储存的生物质能,C正确。
所谓”全自动”手表内部还是有能量转化装置的,一般是一个摆锤,当人戴着手表活动时,使摆锤不停摆动,给游丝弹簧补充能量,才会维持手表的走动。如果把这种表放在桌面上静置两天,它一定会停摆的,D错。 答案:C
6.运动员把原来静止的足球踢出去,使足球获得100 J的动能。则在运动员踢球的过程中,运动员消耗的体能( )
A.等于100 J B.大于100 J C.小于100 J D.无法确定
解析:原来静止的足球获得了100 J的动能,说明在踢球过程中运动员对足球做了100 J的功,有100 J的体能(即体内的化学能)转化成了动能;同时运动员在踢球的过程中,由于自身的剧烈运动,也要消耗一部分体能。所以,运动员消耗的体能大于100 J。 答案:B
7.一颗子弹以某一水平速度击中了静止在光滑水平面上的木块,并从中穿出。对于这一过程,下列说法正确的是… ( )
A.子弹减少的机械能等于木块增加的机械能
B.子弹和木块组成的系统机械能的损失量等于系统产生的热量 C.子弹减少的机械能等于木块增加的动能与木块增加的内能之和
D.子弹减少的动能等于木块增加的动能与子弹和木块增加的内能之和
解析:子弹射穿木块的过程中,由于相互间摩擦力的作用使得子弹的动能减少,木块获得动能,同时产生热量,且系统产生的热量在数值上等于系统机械能的损失。A选项漏考虑系统增加的内能,C选项应考虑的是系统(子弹、木块)内能的增加。 答案:BD
8.如图所示,质量为m的小物体A以水平速度v0从左侧冲上质量为M、长为l置于光滑水平面C上的木板B,刚好不从木板上掉下,已知A、B间的动摩擦因数为??此时木板对地位移为x,在这一过程中,求:
(1)木板增加的动能; (2)小物体减少的动能; (3)系统产生的内能。
解析:(1)滑动摩擦力对木板B做正功,根据动能定理得
2?mgx?12Mv?0
解得木板增加的动能?EkB??mgx。
(2)滑动摩擦力对小物体A做负功,根据动能定理得
221??mg(x?l)?12mv?2mv0
解得小物体减少的动能?EkA??mg(x?l)。 (3)系统内能的增量为?E内?Ffs相对??mgl 或系统内能的增加等于系统机械能的减少,
1即?E内?1。 2mv0?2(M?m)v??mgl22答案:(1)?mgs (2)?mg(s?l) (3)?mgl
拓展探究
9.风能将成为21世纪大规模开发的一种可再生清洁能源。风力发电机是将风能(气流的动能)转化为电能的装置,其主要部件包括风轮机、齿轮箱、发电机等,如图所示,试分析下列问题:
(1)风轮机叶片旋转所扫过的面积为风力发电机可接受风能的面积。设空气密度为??气流速度为v,风轮叶片长度为r。求t时间内流向风轮机的最大风能Em;在风速和叶片数确定的情况下,要提高风轮机单位时间内接受的风能,简述可采取的措施。
(2)一般强风的风速约为v=20 m/s,空气密度为1.3 kg/m。如果风力发电机扇叶在空间扫过横截面积为60 m,发电机能将其中风能的4%转化为电能,发电机电功率的大小约为 。 A.10 W
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26B.10 W
35C.10 W D.10 W (3)已知风力发电机的输出功率P与Em成正比。某风力发电机在风速v1?9 m/s时能够输出的电功率P1?540 kW。我国某地区风速不低于v2?6 m/s的时间每年约为5 000小时,试估算这台风力发电机在该地区的最小年发电量是多少千瓦时。
解析:(1)如图所示,在t时间内通过风轮的空气是以S为截面积、vt为长度的一段圆柱体,t时间内通过风轮的空气的圆柱质量为m??Stv?则t时间内流向风轮机的最大风能Em2221?mv?(?vtr)v?为:Em?12212??tr2v3。
由上式可知,在风速和叶片数确定的情况下,要提高风轮机单位时间内接受的风能,可采取的措施有:增大风轮机叶片长度、安装调向装置保持风轮机正面迎风等。 (2)根据上式可得发电机的风力发电的功率为:P? (3)依题意可知:
P1P2Wm1v13v2363所以P?W?()??()P?()?540?160 kW,最小年发电量约为21vv9m221W?P2t?160?5 000 kW?h?8?105 kW?h。
答案:(1)见解析 (2)C (3)8?10 kW?h
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