11.2 能量轉(zhuǎn)化的方向性和效率 同步練習(xí)

第十一章物理學(xué)與能源技術(shù)2能量轉(zhuǎn)化的方向性和效率基礎(chǔ)過(guò)關(guān)全練知識(shí)點(diǎn)1能量轉(zhuǎn)化的方向性1.(2023陜西西安西北工大附中四模)抽水蓄能電站是電力保障項(xiàng)目之一。該電站可以利用風(fēng)能和光能資源充足時(shí)發(fā)電獲得的部分電能，將水抽到高處轉(zhuǎn)化為水的機(jī)械能儲(chǔ)存起來(lái)，需要時(shí)再利用水的勢(shì)能發(fā)電，從而彌補(bǔ)了風(fēng)能、光能不穩(wěn)定且轉(zhuǎn)化的電能難儲(chǔ)存的不足，實(shí)現(xiàn)風(fēng)、光與水電的互補(bǔ)，堪稱電力系統(tǒng)的巨型“充電寶”。下列有關(guān)說(shuō)法正確的是()A.這個(gè)發(fā)電過(guò)程說(shuō)明“永動(dòng)機(jī)”是可以制造出來(lái)的B.該電站抽水蓄能時(shí)可將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，發(fā)電時(shí)可將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能C.根據(jù)能量守恒定律可知，該電站抽水時(shí)消耗的電能全部轉(zhuǎn)化為水的機(jī)械能D.風(fēng)能、光能、機(jī)械能、電能可以相互轉(zhuǎn)化，說(shuō)明能量的轉(zhuǎn)化是沒(méi)有方向性的2.(2021江蘇淮安洪澤模擬)電動(dòng)自行車騎行過(guò)程中將能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，而在剎車過(guò)程中，因摩擦將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為地面、輪胎和空氣的。轉(zhuǎn)化后，這些能將無(wú)法再自動(dòng)轉(zhuǎn)化為使電動(dòng)車行駛所需要的能量，這種現(xiàn)象說(shuō)明能量的轉(zhuǎn)化具有性，但在能量的轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移過(guò)程中，能的總量保持。知識(shí)點(diǎn)2能量轉(zhuǎn)化中的效率3.(2022湖南新田期末)古語(yǔ)云：“人要實(shí)，火要虛”。此話的意思是說(shuō)做人要腳踏實(shí)地，才能事業(yè)有成；可燃物要架空一些，才能燃燒更旺?！盎鹨摗笔菫榱?)A.增大可燃物的熱值 B.提高可燃物的利用率C.增加空氣中的氧氣含量 D.降低可燃物的著火點(diǎn)4.(2023廣西桂林一模)LED燈已成為家庭照明的主要選擇，如圖所示，一個(gè)18W的LED燈照明亮度和一個(gè)40W的白熾燈照明亮度是相等的，兩個(gè)燈泡均正常工作時(shí)，以下說(shuō)法正確的是()A.LED燈每秒消耗40J電能 B.LED燈每秒產(chǎn)生的內(nèi)能大于白熾燈C.兩個(gè)燈泡正常工作時(shí)的電功率相同 D.LED燈將電能轉(zhuǎn)化為光能的效率較高5.(2023福建泉州五中期末)佳佳在某次燒水的過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)家里的燃?xì)庠顚①|(zhì)量為5kg、溫度為20℃的水加熱到100℃，消耗了0.07m3的天然氣，已知c水=4.2×103J/(kg·℃)，q天然氣=4.2×107J/m3。求：(1)水吸收的熱量。(2)燃?xì)庠畹臒嵝省?結(jié)果保留4位有效數(shù)字)能力提升全練6.(2023山東臨沂中考)2023年5月28日12時(shí)31分，自上海虹橋國(guó)際機(jī)場(chǎng)起飛的國(guó)產(chǎn)大飛機(jī)C919安全抵達(dá)北京首都國(guó)際機(jī)場(chǎng)(如圖)，圓滿完成了首個(gè)商業(yè)航班飛行。C919大飛機(jī)()A.機(jī)身是由密度大、硬度大的材料制成的B.加速起飛的過(guò)程中所受空氣浮力大于重力C.勻速飛行時(shí)機(jī)翼上方的空氣流速比下方的大D.大功率航空發(fā)動(dòng)機(jī)的效率能達(dá)到100%7.(2023四川成都中考，B3改編，)小美在老師指導(dǎo)下進(jìn)行了以下實(shí)驗(yàn)：甲、乙兩燒杯各裝100g水，用酒精燈加熱甲燒杯，煤油燈加熱乙燒杯，直至杯內(nèi)水沸騰1分鐘即熄滅該燈，測(cè)得消耗酒精4g、煤油2.5g。她根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制了水溫與加熱時(shí)間關(guān)系的圖像(如圖)。若水沸騰前質(zhì)量不改變，同一杯水沸騰前后單位時(shí)間內(nèi)吸收的熱量相等，q酒精=3.0×107J/kg，q煤油=4.6×107J/kg，c水=4.2×103J/(kg·℃)，則下列說(shuō)法正確的是()A.整個(gè)過(guò)程，甲杯中的水吸收的熱量更多B.前3分鐘，乙杯中的水吸收的熱量為3.36×104JC.消耗的煤油完全燃燒放出的熱量為1.15×108JD.酒精燈加熱的效率為28%8.(2023吉林長(zhǎng)春五十二中期中)加油機(jī)給戰(zhàn)斗機(jī)加油，如圖所示，以加油機(jī)為參照物，戰(zhàn)斗機(jī)是(選填“靜止”或“運(yùn)動(dòng)”)的。如果戰(zhàn)斗機(jī)在2s內(nèi)飛行了0.4km，則它的速度是m/s；戰(zhàn)斗機(jī)在落地制動(dòng)減速的過(guò)程中，伴隨著能量從轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。內(nèi)能散失到空氣中，此過(guò)程能量的總和；散失到空氣中的內(nèi)能無(wú)法自動(dòng)轉(zhuǎn)化為機(jī)械能再用來(lái)驅(qū)動(dòng)汽車，這是因?yàn)槟芰康霓D(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)化具有性。

9.(2023四川廣安中考)小紅一家到某基地露營(yíng)時(shí)，用火爐將質(zhì)量為2kg、初溫為20℃的水加熱到60℃，燃燒了100g木炭。已知：水的比熱容c水=4.2×103J/(kg·℃)，木炭的熱值q=3.36×107J/kg。求：(1)水吸收的熱量；(2)該火爐燒水的熱效率。10.(2021北京豐臺(tái)二模)為了節(jié)約能源保護(hù)環(huán)境，電動(dòng)汽車進(jìn)入了越來(lái)越多的家庭。某課外小組通過(guò)調(diào)研得知電池容量為60kW·h，電動(dòng)汽車充電樁消耗電能功率為6.6kW。經(jīng)工作人員測(cè)試，單臺(tái)充電樁充滿60kW·h電池總耗時(shí)為10h，充電樁端供電電壓220V，輸入電流30A。如圖甲所示，充電樁正在為一輛電動(dòng)汽車充電，充電時(shí)發(fā)現(xiàn)充電線發(fā)熱明顯，其過(guò)程可以等效為如圖乙所示的電路，R熱表示充電線發(fā)熱時(shí)的等效電阻。大家對(duì)于充電過(guò)程中的能量轉(zhuǎn)移和工作效率很感興趣。求：甲乙(1)請(qǐng)你回憶滑輪組機(jī)械效率的相關(guān)知識(shí)，嘗試計(jì)算這個(gè)充電電路工作時(shí)的效率η(結(jié)果保留1位小數(shù))；(2)若能量損耗均為充電線發(fā)熱所致，請(qǐng)計(jì)算充電線上損失的電壓；(3)若能量損耗均為充電線發(fā)熱所致，請(qǐng)計(jì)算充電線發(fā)熱時(shí)的等效電阻(結(jié)果保留2位小數(shù))；(4)如果充電樁功率不變，嘗試用學(xué)過(guò)的電學(xué)知識(shí)提出進(jìn)一步提高電能使用效率的方案。素養(yǎng)探究全練11.荊州市共享單車的投放，為市民的出行提供了極大的便利。小婕同學(xué)通過(guò)手機(jī)掃碼解鎖了一輛電動(dòng)自行單車。如果她騎行電動(dòng)自行單車在平直的鄉(xiāng)間小路上做直線運(yùn)動(dòng)，且以恒定的功率行駛。通過(guò)收集數(shù)據(jù)，得到如圖所示的v?t圖像。在第16s時(shí)速度達(dá)到10m/s，然后以10m/s的速度做勻速直線運(yùn)動(dòng)。已知小婕質(zhì)量為50kg，電動(dòng)自行單車質(zhì)量為10kg，騎行時(shí)所受阻力恒為人和車總重的115。則(1)電動(dòng)自行單車做勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，加在電動(dòng)機(jī)上的電壓為50V，通過(guò)的電流為10A，g取10N/kg，該電動(dòng)機(jī)的效率為，電動(dòng)機(jī)線圈的電阻是Ω(不計(jì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械部件間的摩擦)。

(2)在0~16s時(shí)間內(nèi)，單車通過(guò)的路程為m。(提示：動(dòng)能計(jì)算公式為E動(dòng)=12mv2，m表示質(zhì)量，v

第十一章物理學(xué)與能源技術(shù)2能量轉(zhuǎn)化的方向性和效率答案全解全析基礎(chǔ)過(guò)關(guān)全練1.B自然界無(wú)論什么運(yùn)動(dòng)都會(huì)產(chǎn)生熱，熱向四周擴(kuò)散，成為無(wú)用的能量，如不補(bǔ)給能量，任何運(yùn)動(dòng)著的機(jī)器都會(huì)停下來(lái)，因此永動(dòng)機(jī)是不可能制造出來(lái)的，A錯(cuò)誤；該電站抽水蓄能時(shí)，可將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能儲(chǔ)存起來(lái)，發(fā)電時(shí)可將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，B正確；該電站抽水時(shí)所消耗的電能不可能全部轉(zhuǎn)化為水的機(jī)械能，C錯(cuò)誤；能量的轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)化都有方向性，如電燈發(fā)光、汽車制動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生的內(nèi)能散失在空氣中，不能自動(dòng)轉(zhuǎn)化為電能或機(jī)械能，D錯(cuò)誤。2.電內(nèi)能方向不變解析電動(dòng)自行車騎行過(guò)程中消耗電能，將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，在剎車過(guò)程中，因摩擦將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為地面、輪胎和空氣的內(nèi)能。轉(zhuǎn)化后，這些能將無(wú)法再自動(dòng)轉(zhuǎn)化為使電動(dòng)自行車行駛所需要的能量，這種現(xiàn)象說(shuō)明能量的轉(zhuǎn)化具有方向性，但在能量的轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移過(guò)程中，能的總量保持不變。3.B熱值是燃料的特性，只與燃料的種類有關(guān)；“火要虛”是指可燃物要架空一些，才能使可燃物燃燒得更旺、更充分，從而提高可燃物的利用率；“火要虛”不能增加空氣中的氧氣含量；可燃物的著火點(diǎn)與可燃物的種類有關(guān)。故選B。4.DLED燈每秒消耗的電能W=Pt=18W×1s=18J，A錯(cuò)誤；根據(jù)兩燈的銘牌可知兩燈正常工作時(shí)所需電壓相同，LED燈的功率小于白熾燈的功率，照明亮度相同，說(shuō)明LED燈將電能轉(zhuǎn)化為光能的效率較高，LED燈每秒產(chǎn)生的內(nèi)能小于白熾燈，B、C錯(cuò)誤，D正確。5.解析(1)Q吸=c水mΔt=4.2×103J/(kg·℃)×5kg×(100℃-20℃)=1.68×106J；(2)Q放=q天然氣V=4.2×107J/m3×0.07m3=2.94×106J，η=Q吸Q放×100%=1.68×106J2.94×能力提升全練6.C飛機(jī)材料除需要較高的牢固度外，質(zhì)量要較小，所以要選擇密度小、硬度大的材料，A不符合題意；飛機(jī)起飛是因?yàn)闄C(jī)翼上下表面的壓力差提供的升力，不是因?yàn)楦×?，B不符合題意；機(jī)翼上表面凸起，氣流經(jīng)過(guò)機(jī)翼上方的流速比下方大，C符合題意；航空發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，燃料燃燒釋放的能量不可能全部用來(lái)做有用功，效率不可能達(dá)到100%，D不符合題意。7.B根據(jù)Q吸=c水mΔt可知，水沸騰前兩杯水吸收的熱量相等，Q吸=c水mΔt=4.2×103J/(kg·℃)×0.1kg×(98-18)℃=3.36×104J，整個(gè)過(guò)程甲、乙兩杯水所吸收的熱量分別為Q甲=65Q吸=65×3.36×104J=4.032×104J，Q乙=43Q吸=43×3.36×104J=4.48×104J，乙杯中的水吸收的熱量更多，A錯(cuò)誤；由圖可知，3分鐘時(shí)乙杯中的水恰好沸騰，則吸收的熱量Q吸=3.36×104J，B正確；整個(gè)過(guò)程消耗的煤油完全燃燒放出的熱量Q煤油=q煤油m煤油=4.6×107J/kg×2.5×10-3kg=1.15×105J，C錯(cuò)誤；整個(gè)過(guò)程中，4g酒精完全燃燒放出的熱量Q酒精=q酒精m酒精=3.0×107J/kg×4×10-3kg=1.2×105J，效率η=Q甲Q酒精×100%=4.032×108.靜止200機(jī)械能不變方向解析加油機(jī)給戰(zhàn)斗機(jī)加油時(shí)，戰(zhàn)斗機(jī)和加油機(jī)之間的位置沒(méi)有發(fā)生變化，所以戰(zhàn)斗機(jī)是靜止的；戰(zhàn)斗機(jī)的速度v=st=400m2s=200m/s；戰(zhàn)斗機(jī)在落地制動(dòng)減速的過(guò)程中，克服摩擦做功，機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。內(nèi)能散失到空氣中，此過(guò)程能量的總和是不變的；散失到空氣中的內(nèi)能無(wú)法自動(dòng)轉(zhuǎn)化為機(jī)械能再用來(lái)驅(qū)動(dòng)汽車9.解析(1)水吸收的熱量Q吸=c水m水Δt=4.2×103J/(kg·℃)×2kg×(60℃-20℃)=3.36×105J；(2)燃燒100g木炭放出的熱量Q放=m炭q=100×10-3kg×3.36×107J/kg=3.36×106J，該火爐燒水的熱效率η=Q吸Q放×100%=3.36×10510.(1)90.9%(2)20V(3)0.67Ω(4)減小充電線阻或提高充電電壓解析(1)電池容量為60kW·h，即充電過(guò)程中的有用功W有用=60kW·h，單臺(tái)充電樁充滿60kW·h電池總耗時(shí)為10h，充電樁端供電電壓220V，輸入電流30A，則消耗的電能W總=UIt=220V×30A×10×3600s=2.376×108J=66kW·h，則這個(gè)充電電路工作時(shí)的效率η=W有用W總=60kW·h(2)因?yàn)槟芰繐p耗均為充電線發(fā)熱所致，充電線上損失的電能Q=W額外=W總-W有用=66kW·h-60kW·h=6kW·h=2.16×107J，由W=UIt得，充電線上損失的電壓U損=W額外It=2.16×(3)由Q=I2Rt得，充電線發(fā)熱時(shí)的等效電阻R熱=QI2t=2.16×10(4)因?yàn)閃總=W有用+W額外=W有用+Q，η=W有用W總，所以在有用功一定的情況下，可以通過(guò)減小額外功即減小充電線上損失的電熱來(lái)提高電能使用效率，由Q=I2Rt可知，可以通過(guò)減小充電線電阻來(lái)減少熱量損失；由P=UI可知，素養(yǎng)探究全練11.(1)80%1(2)85解析(1)電動(dòng)機(jī)提供的電功率P電=UI=50V×10A=500W；騎行時(shí)單車所受阻力f=115G=115×(m人+m單車)g=115×(50kg+10kg)×10N/kg=40N，單車