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)過關(guān)全練知識點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目之一。該電站可以利用風(fēng)能和光能資源充足時發(fā)電獲得的部分電能，將水抽到高處轉(zhuǎn)化為水的機械能儲存起來，需要時再利用水的勢能發(fā)電，從而彌補了風(fēng)能、光能不穩(wěn)定且轉(zhuǎn)化的電能難儲存的不足，實現(xiàn)風(fēng)、光與水電的互補，堪稱電力系統(tǒng)的巨型“充電寶”。下列有關(guān)說法正確的是()A.這個發(fā)電過程說明“永動機”是可以制造出來的B.該電站抽水蓄能時可將電能轉(zhuǎn)化為機械能，發(fā)電時可將機械能轉(zhuǎn)化為電能C.根據(jù)能量守恒定律可知，該電站抽水時消耗的電能全部轉(zhuǎn)化為水的機械能D.風(fēng)能、光能、機械能、電能可以相互轉(zhuǎn)化，說明能量的轉(zhuǎn)化是沒有方向性的2.(2021江蘇淮安洪澤模擬)電動自行車騎行過程中將能轉(zhuǎn)化為機械能，而在剎車過程中，因摩擦將機械能轉(zhuǎn)化為地面、輪胎和空氣的。轉(zhuǎn)化后，這些能將無法再自動轉(zhuǎn)化為使電動車行駛所需要的能量，這種現(xiàn)象說明能量的轉(zhuǎn)化具有性，但在能量的轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移過程中，能的總量保持。知識點2能量轉(zhuǎn)化中的效率3.(2022湖南新田期末)古語云：“人要實，火要虛”。此話的意思是說做人要腳踏實地，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18W的LED燈照明亮度和一個40W的白熾燈照明亮度是相等的，兩個燈泡均正常工作時，以下說法正確的是()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.兩個燈泡正常工作時的電功率相同 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31分，自上海虹橋國際機場起飛的國產(chǎn)大飛機C919安全抵達(dá)北京首都國際機場(如圖)，圓滿完成了首個商業(yè)航班飛行。C919大飛機()A.機身是由密度大、硬度大的材料制成的B.加速起飛的過程中所受空氣浮力大于重力C.勻速飛行時機翼上方的空氣流速比下方的大D.大功率航空發(fā)動機的效率能達(dá)到100%7.(2023四川成都中考，B3改編，)小美在老師指導(dǎo)下進行了以下實驗：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，測得消耗酒精4g、煤油2.5g。她根據(jù)實驗數(shù)據(jù)繪制了水溫與加熱時間關(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·℃)，則下列說法正確的是()A.整個過程，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吉林長春五十二中期中)加油機給戰(zhàn)斗機加油，如圖所示，以加油機為參照物，戰(zhàn)斗機是(選填“靜止”或“運動”)的。如果戰(zhàn)斗機在2s內(nèi)飛行了0.4km，則它的速度是m/s；戰(zhàn)斗機在落地制動減速的過程中，伴隨著能量從轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。內(nèi)能散失到空氣中，此過程能量的總和；散失到空氣中的內(nèi)能無法自動轉(zhuǎn)化為機械能再用來驅(qū)動汽車，這是因為能量的轉(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時，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北京豐臺二模)為了節(jié)約能源保護環(huán)境，電動汽車進入了越來越多的家庭。某課外小組通過調(diào)研得知電池容量為60kW·h，電動汽車充電樁消耗電能功率為6.6kW。經(jīng)工作人員測試，單臺充電樁充滿60kW·h電池總耗時為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汽車充電，充電時發(fā)現(xiàn)充電線發(fā)熱明顯，其過程可以等效為如圖乙所示的電路，R熱表示充電線發(fā)熱時的等效電阻。大家對于充電過程中的能量轉(zhuǎn)移和工作效率很感興趣。求：甲乙(1)請你回憶滑輪組機械效率的相關(guān)知識，嘗試計算這個充電電路工作時的效率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，請計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，請計算充電線發(fā)熱時的等效電阻(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)過的電學(xué)知識提出進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)通過手機掃碼解鎖了一輛電動自行單車。如果她騎行電動自行單車在平直的鄉(xiāng)間小路上做直線運動，且以恒定的功率行駛。通過收集數(shù)據(jù)，得到如圖所示的v?t圖像。在第16s時速度達(dá)到10m/s，然后以10m/s的速度做勻速直線運動。已知小婕質(zhì)量為50kg，電動自行單車質(zhì)量為10kg，騎行時所受阻力恒為人和車總重的115。則(1)電動自行單車做勻速直線運動時，加在電動機上的電壓為50V，通過的電流為10A，g取10N/kg，該電動機的效率為，電動機線圈的電阻是Ω(不計電動機的機械部件間的摩擦)。

(2)在0~16s時間內(nèi)，單車通過的路程為m。(提示：動能計算公式為E動=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)過關(guān)全練1.B自然界無論什么運動都會產(chǎn)生熱，熱向四周擴散，成為無用的能量，如不補給能量，任何運動著的機器都會停下來，因此永動機是不可能制造出來的，A錯誤；該電站抽水蓄能時，可將電能轉(zhuǎn)化為機械能儲存起來，發(fā)電時可將機械能轉(zhuǎn)化為電能，B正確；該電站抽水時所消耗的電能不可能全部轉(zhuǎn)化為水的機械能，C錯誤；能量的轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)化都有方向性，如電燈發(fā)光、汽車制動過程中產(chǎn)生的內(nèi)能散失在空氣中，不能自動轉(zhuǎn)化為電能或機械能，D錯誤。2.電內(nèi)能方向不變解析電動自行車騎行過程中消耗電能，將電能轉(zhuǎn)化為機械能，在剎車過程中，因摩擦將機械能轉(zhuǎn)化為地面、輪胎和空氣的內(nèi)能。轉(zhuǎn)化后，這些能將無法再自動轉(zhuǎn)化為使電動自行車行駛所需要的能量，這種現(xiàn)象說明能量的轉(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錯誤；根據(jù)兩燈的銘牌可知兩燈正常工作時所需電壓相同，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；飛機起飛是因為機翼上下表面的壓力差提供的升力，不是因為浮力，B不符合題意；機翼上表面凸起，氣流經(jīng)過機翼上方的流速比下方大，C符合題意；航空發(fā)動機工作時，燃料燃燒釋放的能量不可能全部用來做有用功，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，整個過程甲、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錯誤；由圖可知，3分鐘時乙杯中的水恰好沸騰，則吸收的熱量Q吸=3.36×104J，B正確；整個過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錯誤；整個過程中，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機械能不變方向解析加油機給戰(zhàn)斗機加油時，戰(zhàn)斗機和加油機之間的位置沒有發(fā)生變化，所以戰(zhàn)斗機是靜止的；戰(zhàn)斗機的速度v=st=400m2s=200m/s；戰(zhàn)斗機在落地制動減速的過程中，克服摩擦做功，機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。內(nèi)能散失到空氣中，此過程能量的總和是不變的；散失到空氣中的內(nèi)能無法自動轉(zhuǎn)化為機械能再用來驅(qū)動汽車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，即充電過程中的有用功W有用=60kW·h，單臺充電樁充滿60kW·h電池總耗時為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，則這個充電電路工作時的效率η=W有用W總=60kW·h(2)因為能量損耗均為充電線發(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)熱時的等效電阻R熱=QI2t=2.16×10(4)因為W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，可以通過減小額外功即減小充電線上損失的電熱來提高電能使用效率，由Q=I2Rt可知，可以通過減小充電線電阻來減少熱量損失；由P=UI可知，素養(yǎng)探究全練11.(1)80%1(2)85解析(1)電動機提供的電功率P電=UI=50V×10A=500W；騎行時單車所受阻力f=115G=115×(m人+m單車)g=115×(50kg+10kg)×10N/kg=40N，單車