第2節(jié)能量轉(zhuǎn)化的方向性和效率

第2節(jié)能量轉(zhuǎn)化的方向性和效率1.能量轉(zhuǎn)化的方向性(1)能量在轉(zhuǎn)移中存在一定的方向性。比如，熱量總是自發(fā)地從高溫物體傳到低溫物體，或者從同一物體的高溫部分傳到低溫部分，而不可能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體。(2)能量在轉(zhuǎn)化中也存在一定的方向性。比如，內(nèi)燃機(jī)工作時(shí)要散失一部分熱量，而這些熱量不可能再收集起來供內(nèi)燃機(jī)工作。注：能量的轉(zhuǎn)移或轉(zhuǎn)化存在一定的方向性，無法自發(fā)地沿反方向發(fā)生，除非耗費(fèi)額外的能量提供幫助。2.能量轉(zhuǎn)化中的效率(1)有效能量：直接(或間接)轉(zhuǎn)化(或轉(zhuǎn)移)為有用的能量。(2)無效能量：散發(fā)到大氣中被其他物體利用的能量。(3)根據(jù)能量的守恒定律，輸入能量=輸出有效能量+輸出無效能量。(4)能量轉(zhuǎn)化效率η=，在任何情況下，

η都小于1。(5)提高能量轉(zhuǎn)化利用中的效率是節(jié)能問題的核心，是可持續(xù)發(fā)展的重要措施之一。★能量的轉(zhuǎn)移、轉(zhuǎn)化都是有一定的方向性的。在利用能量的過程中，并不是什么能量都可以利用的，能源的利用是有條件的，也是有代價(jià)的。例1(2016綿陽)關(guān)于能量的轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)化，下列判斷正確的是()A.熱量可以從低溫物體轉(zhuǎn)移到高溫物體B.能量轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)化沒有方向性C.電取暖器輻射到房間里的熱量可以再利用D.汽車由于剎車散失的熱量可以再自動(dòng)地用來驅(qū)動(dòng)汽車A1.能源危機(jī)產(chǎn)生的根源是由于能量的轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)化具有方向性。能說明能量轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)化具有方向性的實(shí)例有

。(選填序號(hào))A.熱量總是自發(fā)地從高溫物體傳到低溫物體B.熟雞蛋無法再恢復(fù)到被煮熱前的狀態(tài)C.人活動(dòng)過程中消耗的生物質(zhì)能，不可能重新自動(dòng)回歸身體AC2.電能可以使電燈發(fā)光，同時(shí)產(chǎn)生的內(nèi)能散失在空氣中，但這些內(nèi)能卻無法自動(dòng)轉(zhuǎn)化為電能。汽車制動(dòng)過程中，動(dòng)能轉(zhuǎn)化為地面、輪胎、空氣的內(nèi)能，這些內(nèi)能同樣無法自動(dòng)地轉(zhuǎn)化為機(jī)械能再用來開動(dòng)汽車。這些現(xiàn)象均說明能量的轉(zhuǎn)化具有

。以上能量的轉(zhuǎn)化過程中，能的總量

(選填“增大”“減少”或“不變”)。方向性不變例2太陽能路燈的燈桿頂端有太陽能電池板，它能將太陽能轉(zhuǎn)化為電能。并向燈桿下方的蓄電池充電，供夜晚路燈照明。若在一段時(shí)間內(nèi)，太陽光輻射到該太陽能電池板的能量為7.5kW·h，即J；這些能量經(jīng)轉(zhuǎn)化后，可供功率為35W的路燈工作60h，那么該太陽能路燈的能量轉(zhuǎn)化率是

%。[水的比熱容c=4.2×103J/(kg·℃)]2.7×107283.某電動(dòng)機(jī)的工作效率是83%，從能量轉(zhuǎn)化看，它表示電動(dòng)機(jī)工作時(shí)()A.總共消耗了83%的電能B.將83%的電能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能C.將83%的電能轉(zhuǎn)化成內(nèi)能D.將83%的機(jī)械能轉(zhuǎn)化成電能B4.節(jié)約能源，提高能源的利用率，下列措施中可行的有()A.采用新技術(shù)、新設(shè)備，更新改造落后的技術(shù)設(shè)備B.集中供熱C.將家庭固體燃料改用氣體燃料D.不斷地開采、開發(fā)常規(guī)能源A5.隨著我國人民生活水平的不斷提高，汽車作為一種普通的交通工具已走進(jìn)千家萬戶。(1)小轎車發(fā)動(dòng)機(jī)一般是汽油機(jī)， 完全燃燒0.5kg的汽油能夠獲 得

J的能量。(汽油 的熱值為4.6×107J/kg)(2)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)常用循環(huán)流動(dòng)的水來幫助它散熱，主要是利用了水的

較大的特點(diǎn)。2.3×107比熱容(3)小明同學(xué)閱讀了某牌號(hào)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的說明書后，將內(nèi)燃機(jī)的能量流向制成如圖11-2-1所示的圖表，請根據(jù)給出的信息，計(jì)算該內(nèi)燃機(jī)的效率為

%。若汽車行駛時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的牽引力是F，則燃燒質(zhì)量為m的汽油，能使汽車前進(jìn)的距離s=

(用前面給出物理量的符號(hào)表示距離，汽油的熱值用q表示)。301.某機(jī)器的能量流向如圖11-2-2所示，據(jù)此推理該機(jī)器可能是()A.熱機(jī)B.電動(dòng)機(jī)C.發(fā)電機(jī)D.電熱水器B2.能量既不會(huì)憑空產(chǎn)生，也不會(huì)憑空消失，只會(huì)由一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，或者從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體。能源危機(jī)產(chǎn)生的根本原因是()A.能量的轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)化遵循能量守恒定律B.人們在能量的轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移中利用能量C.經(jīng)轉(zhuǎn)移或轉(zhuǎn)化過程可利用能量增加D.能量的轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)化有方向性D3.下列說法不正確的是()A.能量守恒定律是自然界最普遍、最重要的基本規(guī)律之一B.一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀過程都是有方向的C.實(shí)際過程中，能量經(jīng)轉(zhuǎn)化后，可利用的能量只會(huì)減少，不會(huì)增加D.發(fā)電機(jī)把機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，電動(dòng)機(jī)又可以把電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。因此，自然界中所有的能量轉(zhuǎn)化都是可逆的D4.下列關(guān)于能量轉(zhuǎn)化效率的說法中錯(cuò)誤的是()A.在機(jī)器工作過程中，能量轉(zhuǎn)化效率一定小于1B.提高燃料的利用率可以提高熱機(jī)的效率C.只要減少能量損耗，能量轉(zhuǎn)化效率就可等于1D.提高能量轉(zhuǎn)化效率是節(jié)能問題的核心C5.提高能量的利用效率，除了不隨便浪費(fèi)能源外，主要還需改進(jìn)應(yīng)用能源的技術(shù)。下列措施不恰當(dāng)?shù)氖?)A.讓燃料充分燃燒B.采用保溫隔熱措施，減少熱量的散失C.充分利用余熱和減少有害摩擦D.增加能量的轉(zhuǎn)化環(huán)節(jié)D6.小華準(zhǔn)備參加玩具賽車比賽，他運(yùn)用如圖11-2-3所示的電路來挑選一只能量轉(zhuǎn)換效率較高的電動(dòng)機(jī)。設(shè)電池的電壓恒定不變，他先用手捏住電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)軸，使其不轉(zhuǎn)動(dòng)，閉合開關(guān)后讀出電流表的讀數(shù)2A；然后放手，當(dāng)電動(dòng)機(jī)正常轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，又讀出電流表的讀數(shù)為0.6A，則該玩具電動(dòng)機(jī)正常轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的效率為()A.91%B.70%C.30%D.9%B7.科考人員在野外過夜時(shí)，通常會(huì)點(diǎn)燃一堆篝火，加熱食物、溫暖身體……這是利用

的方法改變物體的內(nèi)能。當(dāng)篝火熄滅時(shí)，散失的熱量不會(huì)自動(dòng)重新聚集，寒冷將會(huì)重新光臨；同樣地，汽車制動(dòng)時(shí)，由于摩擦，汽車的

轉(zhuǎn)變?yōu)榈孛婧涂諝獾膬?nèi)能，這些散失到空氣和地面的內(nèi)能，不能自動(dòng)地用來再次開動(dòng)汽車，這說明能量的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移具有

。熱傳遞機(jī)械能方向性8.在火電站內(nèi)，燃料的化學(xué)能經(jīng)鍋爐、蒸汽輪機(jī)和發(fā)電機(jī)最終轉(zhuǎn)化為電能。蒸汽輪機(jī)的作用是將

能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。若鍋爐、蒸汽輪機(jī)和發(fā)電機(jī)的效率分別為50%、70%和80%，則火電站的效率為

。內(nèi)28%9.下列事例中，能表示能量轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移具有“方向性”的事例是()A.電能可以轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，機(jī)械能也可以轉(zhuǎn)化為電能B.機(jī)械能可以轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，內(nèi)能也可以轉(zhuǎn)化為機(jī)械能C.動(dòng)能可以和重力勢能相互轉(zhuǎn)化D.熱量自發(fā)從高溫向低溫物體傳遞，卻不能自發(fā)從低溫向高溫物體傳遞D10.家庭浴室中常用的暖燈型浴霸是通過燈泡的熱輻射來升高光照區(qū)域內(nèi)空氣溫度的。某型號(hào)浴霸由四只標(biāo)有“220V275W”的同規(guī)格發(fā)熱燈組成，如圖11-2-4所示。若當(dāng)?shù)乜諝獾拿芏葹?.2kg/m3，測得浴室的面積為4m2，高為2.5m，浴室內(nèi)空氣質(zhì)量m=

kg；當(dāng)四只燈泡同時(shí)正常工作250s時(shí)，發(fā)熱燈加熱產(chǎn)生的熱量是

J，此過程浴室內(nèi)的空氣溫度從10℃上升到25℃，空氣的比熱容為1.0× 103J/(kg·℃)，浴室內(nèi)空氣吸收的 熱量是

J；浴霸加熱浴室 內(nèi)空氣的能量轉(zhuǎn)化率是

%。122.75×1051.8×10565.511.重力燈是英國里弗斯設(shè)計(jì)的一款概念環(huán)保燈，它是通過一定的裝置將重力勢能轉(zhuǎn)化為電能的設(shè)備，如圖11-2-5所示。已知沙袋每拉一次重力所做的功是400J，利用滑輪系統(tǒng)的目的是

。重力燈功率為0.5W，重力勢能轉(zhuǎn)化為電能效率為50%，則每舉高一次該沙袋使重力燈正常照明

s。既可以省力，又可以改變拉力的方向40012.如圖11-2-6所示是一種太陽能路燈的電路示意圖，光控開關(guān)S白天與a點(diǎn)接觸，太陽能電池板給蓄電池充電；晚上與b點(diǎn)接觸，蓄電池給路燈供電，太陽能電池板在晴天時(shí)每天可接收太陽能7.5kW·h，能使“12V30W”的一盞路燈正常工作5天