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第7章 第10課時 能量守恒定律與能源 基礎(chǔ)夯實(shí) 1．(2010·秦皇島高一檢測)關(guān)于能量和能源，下列說法中正確的是(　　) A．能量在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移過程中，其總量有可能增加 B．能量在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移過程中，其總量會不斷減少 C．能量在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移過程總量保持不變，故節(jié)約能源沒有必要 D．能量在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移過程中具有方向性，且現(xiàn)有可利用的能源有限，故必須節(jié)約能源 答案：D 解析：根據(jù)能量轉(zhuǎn)化和守恒定律，能量在轉(zhuǎn)化過程中總量不變，故A、B均錯；由于能量轉(zhuǎn)化的方向性，可利用的能源有限，故必須節(jié)約能源，C錯，D對．正確答案為D. 2．出行是人們工作生活中必不可少的環(huán)節(jié)，出行的工具五花八門，使用的能源也各不相同．自行車、電動自行車、普通汽車消耗能量的類型分別是(　　) ①生物能　②核能?、垭娔堋、芴柲堋、莼瘜W(xué)能 A．①④⑤　　　　　　　 B．①③⑤ C．①②③ D．①③④ 答案：B 解析：現(xiàn)代生活使用的煤、石油、天然氣等常規(guī)能源，對空氣環(huán)境的污染越來越嚴(yán)重，而利用太陽能、風(fēng)能、氫能等新能源則可改善空氣質(zhì)量．此外，限制購買家用轎車可大量減少尾氣的排放，提倡使用電動車也能改善空氣環(huán)境質(zhì)量，正確答案為B. 3．(聊城模擬)我國人民有在房前種樹的習(xí)慣，夏天大樹長出茂密的葉子，為人們擋住炎炎烈日，冬天葉子又會全部掉光，使溫暖的陽光照入屋內(nèi)，可以起到冬暖夏涼的作用．炎熱的夏天，我們在經(jīng)過有樹的地方時，也會感到很明顯的涼意，關(guān)于樹木周圍比較涼爽的現(xiàn)象，下列說法中正確的是(　　) A．樹木把大部分太陽光反射出去，使地面溫度降低 B．樹木吸收陽光，使自己溫度升高，周圍溫度降低 C．樹木吸收陽光，將陽光的能量轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，使環(huán)境溫度變低 D．白天大樹將熱量存起來，晚上再將熱量放出來，所以白天在樹林里感覺涼爽而晚上感覺到熱 答案：C 解析：植物發(fā)生光合作用，消耗掉太陽能轉(zhuǎn)化成化學(xué)能，根據(jù)能量守恒，陽光的能量被轉(zhuǎn)化成化學(xué)能，所以樹木下會比較涼爽，故C正確． 4．行駛中的汽車制動后滑行一段距離，最后停下；流星在夜空中墜落并發(fā)出明亮的火焰；降落傘在空中勻速下降；條形磁鐵在下落過程中穿過閉合線圈，線圈中產(chǎn)生電流．上述不同現(xiàn)象中所包含 的相同的物理過程是(　　) A．物體克服阻力做功 B．物體的動能轉(zhuǎn)化為其他形式的能量 C．物體的勢能轉(zhuǎn)化為其他形式的能量 D．物體的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為其他形式的能量 答案：AD 解析：汽車制動受到摩擦阻力，動能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能；流星在空中下墜受到空氣阻力，動能和勢能不斷轉(zhuǎn)化為內(nèi)能；降落傘在空中勻速下降，受到空氣阻力，勢能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能；條形磁鐵在線圈中下落，在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流，該電流又阻礙磁鐵下落(產(chǎn)生磁場)，機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，最終又轉(zhuǎn)化為內(nèi)能．上述現(xiàn)象中所包含的相同物理過程是A、D. 注：不同的能與不同的運(yùn)動形式相對應(yīng)，做功的過程，就是能量的轉(zhuǎn)化過程． 5．人們?yōu)槭裁茨軌蚶媚芰浚磕芰渴鞘睾愕?，為什么要?jié)約能源？ 答案：利用能源的過程是一個做功的過程，做功的過程實(shí)現(xiàn)了一種形式的能向另一種形式能的轉(zhuǎn)化，也就是說不同形式的能量可以相互轉(zhuǎn)化，為人們利用能源提供了依據(jù)． 能量耗散表明，在能源的利用過程中，即在能量的轉(zhuǎn)化過程中，能量在數(shù)量上并未減少，但在可利用品質(zhì)上降低了，從便于利用的變成不便于利用的了．這是能源危機(jī)更深層次的含意，也是“自然界的能量雖然守恒，但還是要節(jié)約能源”的根本原因． 因此我們要節(jié)約能源，同時積極研究和開發(fā)利用新能源，如核能、太陽能． 6．大規(guī)模開發(fā)利用太陽能，將會滿足人類長期對大量能源的需求，太陽能的光—熱轉(zhuǎn)換是目前技術(shù)最為成熟、成本最低廉、應(yīng)用最廣泛的形式．如圖(a)是太陽能熱水器的構(gòu)造示意圖，下方是像日光燈管似的集熱管，外層是透明的玻璃管，內(nèi)層是黑色管子(管內(nèi)蓄水)，由導(dǎo)熱性能良好的材料制成，在黑色管和透明管之間有空隙，并抽成真空，集熱管的下方是塊光亮的鋁合金板，做成凹凸的曲面，水箱在頂部． (1)試說明太陽能熱水器這樣構(gòu)造的道理． (2)如圖(b)中A是集熱管，B是儲水器，C是輔助加熱器，在太陽光的照射下，水將沿________流動，(填“順時針”或“逆時針”)并解釋這種現(xiàn)象． 答案：(1)集熱管表面積較大，便于吸收較多的太陽能，透明玻璃管內(nèi)有黑色管子，使陽光直射入玻璃管而不易被反射．將黑色管和透明管之間抽成真空，可減少兩管間因空氣對流損失的能量，減少熱傳導(dǎo)．集熱管下方的鋁合金板，做成凹凸的曲面(拋物面)，利用凹面鏡將太陽光聚集在水管內(nèi)，水箱裝在頂部，是為了便于水的對流． (2)順時針．因?yàn)榧療峁苤械乃惶枙駸岷竺芏茸冃∈芨×ψ饔脤⒀毓芟蛏线\(yùn)動． 7．水從20m高處落下，如果水重力勢能的20%用來使水的溫度升高，水落下后的溫度將升高多少？ 答案：9.5×10－3℃ 解析：設(shè)質(zhì)量為m的水從高h(yuǎn)＝20m高處落下，使水溫度升高Δt，水的比熱容為c，則： mgh×20%＝cmΔt 得Δt＝9.5×10－3℃. 能力提升 1．(2011·集寧一中高一檢測)如圖(甲)所示，質(zhì)量不計的彈簧豎直固定在水平面上，t＝0時刻，將一金屬小球從彈簧正上方某一高度處由靜止釋放，小球落到彈簧上壓縮彈簧到最低點(diǎn)，然后又被彈起離開彈簧，上升到一定高度后下落，如此反復(fù)．通過安裝在彈簧下端的壓力傳感器，測出這一過程彈簧彈力F隨時間t 變化的圖象如圖(乙)所示，則(　　) A．t1時刻小球動能最大 B．t2時刻小球動能最大 C．t2～t3這段時間內(nèi)，小球的動能先增加后減少 D．t2～t3這段時間內(nèi)，小球增加的動能等于彈簧減少的彈性勢能 答案：C 解析：0～t1時間內(nèi)小球做自由落體運(yùn)動，落到彈簧上并往下運(yùn)動的過程中，小球重力與彈簧對小球彈力的合力方向先向下后向上，故小球先加速后減速，t2時刻到達(dá)最低點(diǎn)，動能為0，A、B錯；t2～t3時間內(nèi)小球向上運(yùn)動，合力方向先向上后向下，小球先加速后減速，動能先增加后減少，C對；t2～t3時間內(nèi)由能量守恒知小球增加的動能等于彈簧減少的彈性勢能減去小球增加的重力勢能，D錯． 2．一小滑塊放在如圖所示的凹形斜面上，用力F沿斜面向下拉小滑塊，小滑塊沿斜面運(yùn)動了一段距離．若已知在這過程中，拉力F所做的功的大小(絕對值)為A，斜面對滑塊作用所做的功的大小為B，重力做功的大小為C，空氣阻力做功的大小為D.當(dāng)用這些量表達(dá)時，小滑塊的動能的改變(指末態(tài)動能減去初態(tài)動能)等于________，滑塊的重力勢能的改變等于________；滑塊機(jī)械能(指動能與重力勢能之和)的改變等于________． 答案：A－B＋C－D　－C　A－B－D 解析：根據(jù)功能關(guān)系，動能的改變等于外力做功的代數(shù)和，其中做負(fù)功的有空氣阻力，斜面對滑塊的作用力的功(因彈力不做功，實(shí)際上為摩擦阻力的功)．因此 ΔEk＝A－B＋C－D； 重力勢能的減少等于重力做的功，因此ΔEP＝－C； 滑塊機(jī)械能的改變等于重力之外的其他力做的功，因此 ΔE＝A－B－D. 3．(2009·沈陽高一檢測)如圖所示，皮帶的速度是3m/s，兩圓心距離s＝4.5m，現(xiàn)將m＝1kg的小物體輕放在左輪正上方的皮帶上，物體與皮帶間的動摩擦因數(shù)μ＝0.15，電動機(jī)帶動皮帶將物體從左輪運(yùn)送到右輪正上方時，求： (1)小物體獲得的動能Ek； (2)這一過程摩擦產(chǎn)生的熱量Q； (3)這一過程電動機(jī)消耗的電能E是多少？(g＝10m/s2) 答案：(1)4.5J　(2)4.5J　(3)9J 解析：(1)μmg＝ma　a＝1.5m/s2　μmgs′＝mv2 所以s′＝3m<4.5m，即物體可與皮帶達(dá)共同速度， Ek＝mv2＝×1×32J＝4.5J (2)v＝at　t＝2s Q＝μmg(vt－s′)＝0.15×1×10×(6－3)J＝4.5J (3)E電＝Ek＋Q＝4.5J＋4.5J＝9J. 4．為了測量太陽的輻射功率，某人采取如下簡單實(shí)驗(yàn)，取一個橫截面積是3×10－2m2的圓筒，筒內(nèi)裝水0.6kg，用水測量射到地面的太陽能，某一天中午在太陽光直射2min后，水的溫度升高了1℃. 求：(1)在陽光直射下，地球表面每平方厘米每分鐘獲得的能量． (2)假設(shè)射到大氣頂層的太陽能只有43%到達(dá)地面，另外57%被大氣吸收和反射，而未到達(dá)地面，你能由此估算出太陽輻射的功率嗎？ 答案：(1)4.2J/min·cm2 (2)P＝4.6×1026W 解析：(1)圓筒內(nèi)的水經(jīng)過2min照射后，增加的內(nèi)能為：ΔE＝Q＝cmΔt代入數(shù)據(jù)可得：ΔE＝4.2×103×0.6×1J＝2.5×103J 每分鐘獲得的能量為＝1.25×103J/min 圓筒面積S＝3×10－2m2＝3×102cm2 地球上每分鐘每平方厘米獲得的能量為： ＝J/(min·cm2)＝4.2J/(min·cm2) (2)上述能量也相當(dāng)于以太陽為球心，以日地距離r為半徑的球面上每分鐘每平方厘米獲得的能量，設(shè)太陽輻射的功率為P，則： ×43%＝其中r＝1.5×1013cm，解得：P＝4.6×1026W 5．風(fēng)能將成為21世紀(jì)大規(guī)模開發(fā)的一種可再生清潔能源．風(fēng)力發(fā)電機(jī)是將風(fēng)能(氣流的動能)轉(zhuǎn)化為電能的裝置，其主要部件包括風(fēng)輪機(jī)、齒輪箱、發(fā)電機(jī)等．如圖所示． (1)風(fēng)輪機(jī)葉片旋轉(zhuǎn)所掃過的面積為風(fēng)力發(fā)電機(jī)可接受風(fēng)能的面積．設(shè)空氣密度為ρ，氣流速度為v，風(fēng)輪機(jī)葉片長度為r.求單位時間內(nèi)流向風(fēng)輪機(jī)的最大風(fēng)能Pm； (2)已知風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出電功率P與Pm成正比．某風(fēng)力發(fā)電機(jī)在風(fēng)速v1＝9m/s時能夠輸出電功率P1＝540kW.我國某地區(qū)風(fēng)速不低于v2＝6m/s的時間每年約為5000小時．試估算這臺風(fēng)力發(fā)電機(jī)在該地區(qū)的最小年發(fā)電量是多少千瓦時． 答案：(1)πρr2v3　(2)8×105kW·h 解析：(1)風(fēng)垂直流向風(fēng)輪機(jī)時，提供的風(fēng)能功率最大． 單位時間內(nèi)垂直流向葉片旋轉(zhuǎn)面積的氣體質(zhì)量為ρvS，S＝πr2 風(fēng)能的最大功率可表示為 P＝(ρvS)v2 ＝ρvπr2v2＝πρr2v3 (2)按題意，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出功率為 P2＝()3·P1＝()3×540kW＝160kW 最小年發(fā)電量約為 W＝P2t＝160×5000kW·h＝8×105kW·h.