人教版物理高二选修1-2第四章第一节热机的发展和应用同步训练
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| 名称 | 人教版物理高二选修1-2第四章第一节热机的发展和应用同步训练 |  | |
| 格式 | doc | ||
| 文件大小 | 187.0KB | ||
| 资源类型 | 素材 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2016-05-25 11:45:34 | ||
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文档简介
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人教版物理高三选修1-2第四章
第一节热机的发展和应用同步训练
一．选择题
1．内燃机做功冲程使高温高压气体在极短时间内膨胀推动活塞对外做功，若把气体看作一定质量的理想气体，则（ ）
A．气体温度上升 B．气体分子动能不变
C．气体内能增加 D．气体内能减少
答案：D
解析：解答：当内燃机内部的高温气体迅速膨胀对外做功时，内能转化为机械能，故气体的内能会减小，气体的温度会降低，分子热运动的平均动能降低．
故选D．
分析：做功可以改变物体的内能：
当外界对物体做功时，机械能转化为物体的内能，物体的内能增大，温度升高；
当物体对外界做功时，物体的内能转化为机械能，物体的内能减小，温度降低．
2．汽车消耗的主要燃料是柴油和汽油．柴油机是靠压缩汽缸内的空气点火的；而汽油机做功冲程开始时，汽缸中的汽油﹣空气混合气是靠火花塞点燃的．但是汽车蓄电池的电压只有12V，不能在火花塞中产生火花，因此，要使用如图所示的点火装置，此装置的核心是一个变压器，该变压器初级线圈通过开关连到蓄电池上，次级线圈接到火花塞的两端，开关由机械控制，做功冲程开始时，开关由闭合变为断开，从而在次级线圈中产生10000V以上的电压，这样就能在火花塞中产生火花了．下列说法正确的是（ ）
A．柴油机的压缩点火过程是通过做功使空气的内能减小的
B．汽油机点火装置的开关若始终闭合，次级线圈的两端也会有高压
C．接该变压器的初级线圈的电源必须是交流电源，否则就不能在次级产生高压
D．汽油机的点火装置中变压器的次级线圈匝数必须远大于初级线圈的匝数
答案：D
解析：解答：A、柴油机是靠压缩柴油与空气混合气体，从而点火，通过做功使空气的内能增大，而汽油机靠火花塞点火，使气体做功，内能增大．故A不正确；
B、汽油机点火装置的开关若始终闭合，变压器就没有变化的磁通量，则不能工作，所以次级线圈的两端也不会有高压，故B错误；
C、接该变压器的初级线圈的电源不一定是交流电源，直流也可以，只要使磁通量发生变化，故C错误；
D、由于火花塞需要的电压为10000V，但是电源的电压为12V，所以必须要经过升压变压器才可以得到高的电压，所以变压器左边线圈匝数远少于右边线圈的匝数，导致右边电压被提高，所以变压器的副线圈匝数远大于原线圈匝数，故D正确；
故选：D
分析：蓄电池的电压为12V，火花塞需要的电压为10000V，所以电路中需要的是升压变压器，再根据升压变压器的原理可得副线圈匝数大于原线圈匝数．
3．摩托车上的热机工作时提供动力的冲程是（ ）
A．吸气冲程 B．压缩冲程 C．做功冲程 D．排气冲程
答案：C
解析：解答：做功冲程中将燃料燃烧产生的内能转化为机械能，为热机工作提供动力；
故选C．
分析：在四冲程内燃机的做功冲程中，燃料燃烧产生大量的高温高压的燃气推动活塞做功，将内能转化为机械能．
4．关于热机和热力学定律的讨论，下列叙述正确的是（ ）
A．气体的温度升高时，分子的热运动变得剧烈，撞击器壁时对器壁的作用力增大，从而气体的压强一定增大
B．一定质量的理想气体经等温压缩后，其压强一定增大
C．物体放出热量，温度一定降低
D．只要对内燃机不断改进，就可以把内燃机得到的全部内能转化为机械能
答案：B
分析：1、压强从微观上看，跟气体分子的平均动能和单位体积内的分子数有关，由于不清楚体积的变化，即不知道单位体积内的分子数如何变化，所以不知道气体的压强变化．
2、根据等温变化的公式PV=C，当V减小，P一定增大．
3、根据热力学第一定律的表达式△U=Q+W，物体放出热量，Q为负值，但是由于不清楚做功情况，即不知道W的正负和大小，所以内能无法确定，从而无法判断温度的升降．
4、热机的排气温度一定高于进气温度（可以无限逼近但不会相等），所以，一定有热能的损失，效率不可能为100%．
解析：解答：A、一定质量的理想气体的温度升高时，分子的热运动变得剧烈，分子的平均动能增大，由于不清楚体积的变化，根据气体状态方程知道气体的压强变化无法确定．故A错误．
B、根据等温变化的公式PV=C，当V减小，P一定增大．即一定质量的理想气体经等温压缩后，其压强一定增大．故B正确．
C、物体放出热量，根据热力学第一定律的表达式△U=Q+W，由于不清楚W的变化，所以内能无法确定，从而无法判断温度的升降．故C错误．
D、热机在内能转化为机械能时，不可避免的要要有一部热量被传导出，所以热机效率达不到100%，即任何热机都不可以把得到的全部内能转化为机械能．故选D错误．
故选B．
5．下列说法正确的是（ ）
A．炽热的铁水具有内能，冰冷的铁块不具有内能
B．汽油机工作时，在压缩冲程中内能转化为机械能
C．汽车发动机用水作为冷却物质，是因为水的比热容较大
D．“尘土飞扬”是分子在做无规则运动
答案：C
解析：解答：A：所有的物体都有内能，与物体的温度无关，故A错误；
B：压缩冲程中活塞向上运动，汽油和空气的混合物被压缩，内能增大，温度升高，活塞运动的动能转化为混合气体的内能；故B错误；
C：汽车发动机用水作为冷却物质，是因为水有较好的流动性和较大的比热容；故C正确；
D：“尘土飞扬”中，尘土不是分子，是固体的小颗粒．故D错误．
故选：C
分析：所有的物体都有内能，温度是分子的平均动能的标志；
汽油机的四个冲程中只有两个冲程伴随有能量的转化．压缩冲程中活塞向上运动，汽油和空气的混合物被压缩，内能增大，温度升高，活塞运动的动能转化为混合气体的内能；做功冲程中，火花塞冒出电火花，将混合气体点燃，混合气体剧烈燃烧，产生高温高压的燃气，推动活塞运动，燃气的内能转化为活塞运动的动能．
汽车发动机用水作为冷却物质，是因为水有较好的流动性和较大的比热容；
“尘土飞扬”中，尘土不是分子
6．关于热机，下列说法是正确的（ ）
A．汽油机顶部有喷油嘴，柴油机顶部有火花塞
B．柴油机在吸气冲程中，将柴油和空气的混合气吸入气缸
C．汽油机在做功冲程中，进气门关闭排气门打开
D．汽油机在做功冲程中，是把内能转化为机械能
答案：D
解析：解答：A、汽油机顶部有火花塞，柴油机顶部有喷油嘴；故A错误
B、柴油机在吸气冲程中，将空气吸入气缸；故B错误
C、汽油机在做功冲程中，进气门和排气门都是关闭的；故C错误
D、汽油机的做功冲程中，将内能转化成了机械能．故D正确
故选：D．
分析：汽油机的顶端是火花塞，吸气冲程中吸进的是汽油和空气的混合物；柴油机的顶端是喷油嘴，吸气冲程中吸进的是空气．
汽油机的做功冲程中，进气门和排气门都是关闭的，汽油和空气的混合物越到明火剧烈燃烧，产生了高温高压的燃气，推动活塞运动，将燃气的内能转化为活塞运动的机械能．
7．以下说法正确的是（ ）
A．法拉第通过“斜面实验”，证明了“力不是维持运动的原因”
B．所有的永动机都违反了能量守恒定律，都不能制作成功
C．爱因斯坦提出“光子”理论，成功地对光电效应进行了解释
D．在相对论中，运动中的时钟会比静止时走得快
答案：C
解析：解答：A、伽利略通过理想的“斜面实验”，说明力不是维持运动的原因，小球要达到原来的高度才肯停止运动，然而永远不能达到，所以不停地运动下去，在运动过程中没有受到任何力（除重力与支持力）．故A不正确；
B、所有的永动机都不违反了能量守恒定律，但不能制作成功．故B错误；
C、由于爱因斯坦提出“光子”理论，能成功地对光电效应进行了解释，所以使人们对光能进一步认识．故C正确；
D、由相对论可知，当运动时时间变慢，长度缩短．故D错误；
故选：C
分析：伽利略的斜面实验说明运动不要力来维持；永动机不存在，但没有违反能量守恒定律；爱因斯坦的光子说能成功解释光电效应现象；运动中时间变慢．
8．能量守恒定律的建立是人类认识自然的一次重大飞跃，它是最普遍、最重要、最可靠的自然规律之一．下列说法正确的是（ ）
A．因为能量守恒，所以不需要节约能源
B．因为能量不会消失，所以不可能有能源危机
C．不同形式的能量之间可以相互转化
D．能量可以被消灭，也可以被创生
答案：C
解析：解答：自然界的总能量是守恒的，能量即不能被消灭，也不能被创生，但随着能量耗散，能量可以利用的品质降低了，可利用的能源减少了，所以会有能源危机，所以我们要节约能源．所以ABD均错，而C正确．
分析：热力学第二定律反映了自然界的宏观过程具有方向性，虽然总能量守恒，但能量可以利用的品质降低了．
9．如图所示容器中，A、B各有一个可自由移动的轻活塞，活塞下面是水，上面为空气，大气压恒定．A、B底部由带有阀门K的管道相连，整个装置与外界绝热．原先A中的水面比B中高，打开阀门，使A中的水逐渐向B中流，最后达到平衡．在这个过程中（ ）
A．大气压力对水做功，水的内能增加
B．水克服大气压力做功，水的内能减少
C．大气压力对水不做功，水的内能不变
D．大气压力对水不做功，水的内能增加
答案：D
解析：解答：打开阀门K后，据连通器原理，最后A、B两管中的水面将相平，如下图所示，即A中水面下降，B中水面上升；
设A管截面积为S1，水面下降距离为h1，B管截面积为S2，水面上升距离为h2，
由于水的总体积保持不变，则有S1h1=S2h2，
A管中大气压力对水做的功：W1=p0S1h1，
B管中大气压力对水做的功：W2=﹣p0S2h2，
大气压力对水做的总功：
W=W1+W2=p0S1h1﹣p0S2h2，
因为S1h1=S2h2，则得W=0，即大气压力对水不做功；
由于水的重心降低，重力势能减小，由能量守恒定律知水的内能增加．故D正确．
故选：D
分析：打开阀门K后，据连通器原理，最后A、B两管中的水面将相平，A中水面下降，B中水面上升；由于水的总体积保持不变，则有S1h1=S2h2，求出两管中大气压力对水做的功，进而求出大气压力对水做的总功；
打开阀门K后，A中的水逐渐向B中流，即A中水的重力做正功，B中水的重力做负功，但从最后的效果看，是A管中高度为h1的水移至较低的B管中高度为h2的地方，如图所示，所以在这个过程中水的重力做正功．同时，整个装置是绝热的，根据热力学第一定律可知水的内能变化．
10．汽车关闭发动机后，前进一段距离会停下来，在这一过程中（ ）
A．汽车的机械能守恒
B．汽车的势能和动能相互转化
C．汽车的机械能逐渐转化为内能，总能保持不变
D．汽车的机械能逐渐转化为内能，总能逐渐减少
答案：C
解析：解答：关闭发动机后，由于地面对汽车的阻力作用，做减速运动，汽车动能减小，阻力对汽车做负功；故机械能不守恒；一部分机械能逐渐转化为内能；但能量的总量是保持示变的；故ABD错误；C正确；
故选：C．
分析：解答本题应明确汽车行驶中能量转化的方向，明确能量守恒定律的应用．
11．夏天为了降低温度，假设有人同时打开电冰箱和电风扇．如果此房间是与外界无热传递的封闭房间里，那么在两电器工作较长时间后，房内的温度将会（ ）
A．升高 B．降低 C．不变 D．无法判断
答案：A
解析：解答：冰箱压缩机将冰箱内部的热量通过消耗电能转移到冰箱外部来，但由于和室外没有热交换，故热量仍在室内，并且，压缩机工作时其电路中也会因为有电阻而产生热量，即产生的热量大于制冷量，风扇的电阻会产生热量，而风扇自身不会使环境温度降低，只会使环境温度升高，故室内温度不降反升．故A正确
故选：A．
分析：从整体上，根据能量转化的方向分析，液化是物质由气态变成液态的过程，液化放热．
12．从能量的角度判断，下列哪些现象是不可能存在的（ ）
A．汽车在太阳光照射下运动
B．某电动玩具用的是充电电池，玩具开动时电池电流0.2A，电池充电电流也是0.2A，说明书说，这是新产品，每充电3小时，玩具可连续开动5小时
C．某水电站用A水库中的发电机，带动一台电动抽水机，把A水库中用掉的水抽到更低的B水库中
D．一台机器，主要原料是水和草，主要产品却是奶
答案：B
解析：解答：A、如果安装有太阳能电池板，汽车在太阳光照射下，就可以把太阳能转化为电能，从而转化为动能，故A正确；
B、根据电能：Eu=UI t，充电电流和放电电流一直，忽略损耗的理想状态下，放电时间等于充电时间，若有损耗的话，放电时间一定小于充电时间，故B错误；
C、水电站发电机，利用A水库水的机械能转化的电能，而B水库更高，则机械能更大，根据能量转化，不可能凭空增加能量，所以A水库发电不可能把A水库水的机械能增加，故C正确；
D、原料中有水，牛奶中有水，原料中生物能可以转化成产品中的化学能，故可能存在，故D正确；
该题选择错误的，
故选：B．
分析：A、从太阳能汽车的角度去考虑；
B、充放电电流相同，则充电时间大于等于放电时间；
C、能量转化过程，无其他力做功，则水的机械能不可能增加；
D、生物能转化成化学能，可考虑牛羊等动物．
13．有经验的柴油机维修师，不用任何仪器，只要将手伸到柴油机排气管附近，去感知一下尾气的温度，能判断这台柴油机是否节能，真所谓“行家一伸手，便知有没有”．关于尾气的温度跟柴油机是否节能之间的关系，下列说法中正确的是（ ）
A．尾气的温度越高，柴油机越节能
B．尾气的温度越低，柴油机越节能
C．尾气的温度高低与柴油机是否节能无关
D．以上说法均不正确
答案：B
解析：解答：尾气的温度高，说明散失的热量多，柴油机的效率低，反之，柴油机的效率高，即节能；尾气的柴油味浓、颜色黑都说明柴油没有充分燃烧，浪费了燃料，这样柴油机的效率会低．选项ACD错误，B正确．
故选B．
分析：热机的效率是指用来做有用功的能量与燃料完全燃烧产生的能量之比．燃烧相同的燃料，有效利用的能量越多，效率越高．
14．下列车辆中，属于无污染车辆的是（ ）
A．火车和酒精汽车 B．太阳能车和氢气汽车
C．汽油车和柴油车 D．柴油车和氢气汽车
答案：B
解析：解答：汽油和柴油燃烧后产生大量的废气，污染环境．而太阳能汽车、电车没有尾气产生，无污染，酒精汽车、氢气汽车的尾气没有污染，故B正确
故选B
分析：汽油和柴油燃烧后产生大量的废气，污染环境．
15．下列说法正确的是（ ）
A．物体从外界吸收热量，其内能一定增加
B．热机的效率可以达到100%
C．布朗运动是悬浮颗粒分子的无规则运动
D．叶面上的小露珠呈球形是由于液体表面张力的作用
答案：D
解析：解答：A、做功和热传递都可以改变物体的内能，如果气体从外界吸收热量，同时气体对外做功，气体内能可能不变．故A错误；
B、根据热力学第二定律，任何热机的效率都不可能达到100%，故B错误；
C、布朗运动是悬浮颗粒的无规则运动，不是分子的无规则运动．故C错误；
D、液体表面张力产生的原因是：液体跟气体接触的表面存在一个薄层，叫做表面层，表面层里的分子比液体内部稀疏，分子间的距离比液体内部大一些，分子间的相互作用表现为引力．就象你要把弹簧拉开些，弹簧反而表现具有收缩的趋势．叶面上的小露珠呈球形是由于液体表面张力的作用．故D正确．
故选：D．
分析：改变物体内能的方式有做功和热传递，这两种方式是等效的．根据热力学第二定律的表述，任何热机的效率都不可能达到100%．布朗运动：悬浮在液体内的固体小颗粒的无规则运动，是液体分子无规则热运动的标志；液体表面张力：凡作用于液体表面，使液体表面积缩小的力，称为液体表面张力．
二．填空题
16．a蒸汽机、内燃机等热机以及电冰箱工作时都利用了气体状态变化来实现能量的转移和转化，我们把这些气体称为工质．某热机经过一个循环后，工质从高温热源吸热Q1，对外做功W，又对低温热源放热Q2，工质完全回复初始状态，内能没有变化．根据热力学第一定律，在工质的一个循环中，Q1、Q2、W三者之间满足的关系是 ．热机的效率不可能达到100%，从能量转换的角度，说明 能不能完全转化为 能．
b如图表示一定质量的某气体在不同温度下的两条等温线．图中等温线Ⅰ对应的温度比等温线Ⅱ对应的温度要 （填“高”或“低”）．在同一等温线下，如果该气体的压强变为原来的2倍，则气体的体积应变为原来的 倍．
答案： Q1﹣Q2=W|内|机械|低|
解析：解答：（1）根据热力学第一定律，有：△U=W′+Q；
其中：△U=0，Q=Q1﹣Q2，W′=﹣W；
故Q1﹣Q2=W；
热机将从高温热源吸收热量的一部分转化为机械能；（2）根据理想气体状态方程，有=c，故PV=CT，故温度越高，等温线离原点越远；
玻意耳定律PV=C，如果该气体的压强变为原来的2倍，则气体的体积应变为原来的倍．
故答案为：（1）Q1﹣Q2=W，内，机械；（2）低，．分析：（1）根据热力学第一定律列方程，结合热力学第二定律分析热机的效率问题；（2）玻意耳定律PV=C，其中C与温度有关，温度越高，常数C越大．
17．如图是汽油机的 冲程，此过程是将 转化为 能．
答案：做功|内能|机械能
解析：解答：如图：两门关闭，活塞下行，是做功冲程．内能转化成机械能．
故答案为：做功；内能；机械能．
分析：（1）内燃机包括四个冲程，吸气、压缩、做功、排气．（2）吸气冲程进气门打开，排气门关闭，活塞下行；（3）压缩冲程两门都关闭，活塞上行，机械能转化成内能；（4）做功冲程两门都关闭，活塞下行，内能转化成机械能；（5）排气冲程排气门打开，进气门关闭，活塞上行；
18．在“畅想家乡美好未来”的主题班会上，同学们奇想妙设，纷纷出计献策．王林同学设计了城市未来磁悬浮轨道列车交通方案，图纸如图所示，请你分析该方案中应用到的物理知识有：（只要求写出两条）
；
．
答案：磁场中同名磁极相斥原理|电磁感应的原理|能量的转化与守恒定律（任意两条）
解析：解答：磁悬浮轨道列车涉及到磁极间作用规律（同名磁极相互排斥）、电磁感应现象（电磁驱动和电磁阻尼）、能量的转化和守恒定律（电能与机械能的转化，上下坡道时动能与重力势能的转化）；
故答案为：磁场中同名磁极相斥原理、电磁感应的原理、能量的转化与守恒定律（任意两条）．
分析：本题主要考查磁悬浮轨道列车的原理，利用了磁场中同名磁极相斥原理和电磁感应的原理，当然把站台做成斜坡的，列车在进站时将动能转化为重力势能储存能量，在出站时又可以将重力势能转化为动能，这又利用了能量的转化与守恒定律．
19．有报道说：我国一家厂商制作了一种特殊的手机，在电池电能耗尽时，摇晃手机，即可产生电能维持通话，摇晃过程是将 能转化为电能；如果将该手机摇晃一次，相当于将100g的重物举高20cm，每秒摇两次，则摇晃手机的平均功率为 W．
答案：机械|0.4w
解析：解答：由于手机是利用电来工作，摇晃手机即可产生电能，说明利用了电磁感应原理，要消耗机械能，生成电能；
将手机上下摇动一次，相当于将100g的重物举高20cm，则产生的能量E=W=mgh=0.1kg×10N/kg×0.2m=0.2J，
每秒摇动2次，则摇动手机的功率P=2w/t=0.4W，
故答案为：机械，0.4w．
分析：手机是利用电能工作的，能产生电，说明利用了电磁感应原理，在电磁感应中是把机械能转化为电能．再由题中的条件利用功的公式可计算出每摇一次可以获得的电能值，利用功率公式计算功率．
20．有一种地下铁道，车站站台建得高些，车辆进站时要上坡，出站时要下坡．如图所示．请你用学过的物理知识解释这样设计的理由：
答案：车辆进站时要上坡，把动能转化为势能储存起来，同时达到停车的目的，出站时要下坡，又把势能转化动能，提高速度，达到节约能源目的
识点：动能定理的综合应用
解析：解答：答：车辆进站时要上坡，把动能转化为势能储存起来，同时达到停车的目的，出站时要下坡，又把势能转化动能，提高速度，达到节约能源目的．
分析：本题实际是考查物体的动能和势能可以相互转化的问题；物体上升时物体的动能转化为重力势能，动能减小，重力势能增大，同时达到停车的目的．物体下降时物体的重力势能转化为动能，重力势能减小，动能增大，提高速度．到达节约能源的目的．
三．解答题
21．风力发电是利用风能的一种方式，风力发电机可以将风能（气流的动能）转化为电能，其主要部件如图所示．已知某风力发电机风轮机旋转叶片正面迎风时的有效受风面积为S，运动的空气与受风面作用后速度变为零，风力发电机将风能转化为电能的效率和空气密度均保持不变．当风速为v且风向与风力发电机受风面垂直时，风力发电机输出的电功率为P．求
（1）在同样的风向条件下，风速为v时这台风力发电机输出的电功率．
答案：在同样的风向条件下，风速为v时这台风力发电机输出的电功率p/8
（2）利用风能发电时由于风速、风向不稳定，会造成风力发电输出的电压和功率不稳定．请你提出一条合理性建议，解决这一问题．
答案：若风向改变，可以调整风车的叶面朝向，使叶面与风速垂直，风力发电机更多地接受风能；风大时可以让风力发电机将多余的电能给蓄电池充电，把电能储存起来，发电机输出功率变小时用蓄电池辅助供电等
解析：解答：单位时间内垂直吹向旋转叶片有效受风面积的空气的质量为m=ρSv
这些空气所具有的动能为 Ek=ρSv3
设风力发电机将风能转化为电能的效率为k，则风力发电机输出的电功率为
P=kEk=kρSv3
当风速为v时输出的电功率
若风向改变，可以调整风车的叶面朝向，使叶面与风速垂直，风力发电机更多地接受风能；风大时可以让风力发电机将多余的电能给蓄电池充电，把电能储存起来，发电机输出功率变小时用蓄电池辅助供电等．
答：（1）在同样的风向条件下，风速为v时这台风力发电机输出的电功率p/8．（2）若风向改变，可以调整风车的叶面朝向，使叶面与风速垂直，风力发电机更多地接受风能；风大时可以让风力发电机将多余的电能给蓄电池充电，把电能储存起来，发电机输出功率变小时用蓄电池辅助供电等．
分析：先求空气的动能，再根据斜率求出发电机的输出功率．
若风向改变，可以调整风车的叶面朝向，使叶面与风速垂直，风力发电机更多地接受风能；风大时可以让风力发电机将多余的电能给蓄电池充电，把电能储存起来，发电机输出功率变小时用蓄电池辅助供电等
22．某地平均风速5m/s，空气密度1.2Kg/m3．有一风车叶片转动时可形成半径为12m的圆面；若风车能将此圆面内10%的气流转化为电能．则该风车带动的发电机的功率是多少？
答案：解答：首先可以求出在时间t内作用于风车的气流质量为：m=πr2υtρ，
这些气流的动能为mυ2；
转变的电能为：E=mυ2×10%，
故风车带动电动机功率为：P=E/t=πr2ρυ3×10%
代入数据以后得：P=3.4kW
答：该风车带动的发电机功率是3.4kW
解析：分析：时间t内冲击风车的气流的体积V=SL=Svt，再利用m=ρV求出质量，最后根据能量守恒定律列式求解电功率．
23．风力发电是一种环保的电能获取方式．图为某风力发电站外观图．设计每台风力发电机的功率为40kW．实验测得风的动能转化为电能的效率约为20%，空气的密度是1.29kg/m3，当地水平风速约为10m/s，问风力发电机的叶片长度约为多少才能满足设计要求？
答案：解答：风的动能：EK=mv2 ①
t时间内风通过叶片为半径的圆柱体内的质量：
m=ρV=ρπl2vt ②
功率P==ρπl2v3η ③
由① ② ③ 解得：l≈10m；
答：风力发电机的叶片长度约为10m才能满足设计要求．
解析：分析：解决此题的关键是建立正确的模型，即风的动能转换为电能．
24．一辆汽车以60km/h的速度匀速行驶，每行驶10km消耗汽油1.0L，已知每升汽油燃烧后放出的能量为3.2×107J，汽油机的效率为25%，求：
（1）汽车行驶10km牵引力做的功；
答案：10Km内消耗汽油1L，则汽车燃烧后对汽车所做的功W=0.25×3.2×107J=0.8×107J；
（2）汽车受到的牵引力大小．
答案：由功的公式可得：
W=FL
解得：F==800N；
解析：解答：（1）10Km内消耗汽油1L，则汽车燃烧后对汽车所做的功W=0.25×3.2×107J=0.8×107J；（2）由功的公式可得：
W=FL
解得：F==800N；
答：（1）汽车行驶10km牵引力做的功为0.8×107J；（2）汽车受到的牵引力大小为800N．
分析：（1）由题意根据能量守恒可明确有多少汽油放出的能量转化为牵引力所做的功；（2）由功的公式可求得汽车受到的牵引力大小．
25．春天，农民需要用水泵给缺水农田灌溉，已知水泵能在1h内将3×105kg的水抽到12m高处．
（1）连续工作5h，所做的有用功是多少？
答案：5h有用功为：W=nGh=nmgh=5×3×105×10×12=1.8×108J；
（2）若水泵的工作效率为80%，则水泵5h内所做总功功率是多少？
答案：5h水泵做的总功：W总==2.25×108J，
功率：P==1.25×104W；
（3）若此水泵用一柴油机带动，假设柴油机完全燃烧所释放的内能有40%转化为水的机械能，则每小时消耗多少柴油？（柴油热值为3×107J/kg，g取10N/kg）
答案：5h柴油机燃烧柴油释放的能量：
Q==5.625×108J，
由Q=mq可知，需要柴油的质量：
m=Q/q=5.625x108/3x107=18.75kg，
每小时消耗柴油的质量：18.755/5=3.75kg；
解析：解答：（1）5h有用功为：W=nGh=nmgh=5×3×105×10×12=1.8×108J；（2）5h水泵做的总功：W总==2.25×108J，功率：P==1.25×104W；（3）5h柴油机燃烧柴油释放的能量：Q==5.625×108J，由Q=mq可知，需要柴油的质量：m=Q/q=5.625x108/3x107=18.75kg，每小时消耗柴油的质量：18.755/5=3.75kg；
答：（1）连续工作5h，所做的有用功是1.8×108J；（2）若水泵的工作效率为80%，则水泵5h内所做总功功率是1.25×104W；（3）每小时消耗多少柴油为3.75kg．
分析：（1）由功的计算公式可以求出所做的有用功．（2）由效率公式求出总功，然后由功率公式求出功率．（3）求出柴油释放飞能量，然后求出柴油的质量．
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人教版物理高三选修1-2第四章
第一节热机的发展和应用同步训练
一．选择题
1．内燃机做功冲程使高温高压气体在极短时间内膨胀推动活塞对外做功，若把气体看作一定质量的理想气体，则（ ）
A．气体温度上升 B．气体分子动能不变
C．气体内能增加 D．气体内能减少
答案：D
解析：解答：当内燃机内部的高温气体迅速膨胀对外做功时，内能转化为机械能，故气体的内能会减小，气体的温度会降低，分子热运动的平均动能降低．
故选D．
分析：做功可以改变物体的内能：
当外界对物体做功时，机械能转化为物体的内能，物体的内能增大，温度升高；
当物体对外界做功时，物体的内能转化为机械能，物体的内能减小，温度降低．
2．汽车消耗的主要燃料是柴油和汽油．柴油机是靠压缩汽缸内的空气点火的；而汽油机做功冲程开始时，汽缸中的汽油﹣空气混合气是靠火花塞点燃的．但是汽车蓄电池的电压只有12V，不能在火花塞中产生火花，因此，要使用如图所示的点火装置，此装置的核心是一个变压器，该变压器初级线圈通过开关连到蓄电池上，次级线圈接到火花塞的两端，开关由机械控制，做功冲程开始时，开关由闭合变为断开，从而在次级线圈中产生10000V以上的电压，这样就能在火花塞中产生火花了．下列说法正确的是（ ）
A．柴油机的压缩点火过程是通过做功使空气的内能减小的
B．汽油机点火装置的开关若始终闭合，次级线圈的两端也会有高压
C．接该变压器的初级线圈的电源必须是交流电源，否则就不能在次级产生高压
D．汽油机的点火装置中变压器的次级线圈匝数必须远大于初级线圈的匝数
答案：D
解析：解答：A、柴油机是靠压缩柴油与空气混合气体，从而点火，通过做功使空气的内能增大，而汽油机靠火花塞点火，使气体做功，内能增大．故A不正确；
B、汽油机点火装置的开关若始终闭合，变压器就没有变化的磁通量，则不能工作，所以次级线圈的两端也不会有高压，故B错误；
C、接该变压器的初级线圈的电源不一定是交流电源，直流也可以，只要使磁通量发生变化，故C错误；
D、由于火花塞需要的电压为10000V，但是电源的电压为12V，所以必须要经过升压变压器才可以得到高的电压，所以变压器左边线圈匝数远少于右边线圈的匝数，导致右边电压被提高，所以变压器的副线圈匝数远大于原线圈匝数，故D正确；
故选：D
分析：蓄电池的电压为12V，火花塞需要的电压为10000V，所以电路中需要的是升压变压器，再根据升压变压器的原理可得副线圈匝数大于原线圈匝数．
3．摩托车上的热机工作时提供动力的冲程是（ ）
A．吸气冲程 B．压缩冲程 C．做功冲程 D．排气冲程
答案：C
解析：解答：做功冲程中将燃料燃烧产生的内能转化为机械能，为热机工作提供动力；
故选C．
分析：在四冲程内燃机的做功冲程中，燃料燃烧产生大量的高温高压的燃气推动活塞做功，将内能转化为机械能．
4．关于热机和热力学定律的讨论，下列叙述正确的是（ ）
A．气体的温度升高时，分子的热运动变得剧烈，撞击器壁时对器壁的作用力增大，从而气体的压强一定增大
B．一定质量的理想气体经等温压缩后，其压强一定增大
C．物体放出热量，温度一定降低
D．只要对内燃机不断改进，就可以把内燃机得到的全部内能转化为机械能
答案：B
分析：1、压强从微观上看，跟气体分子的平均动能和单位体积内的分子数有关，由于不清楚体积的变化，即不知道单位体积内的分子数如何变化，所以不知道气体的压强变化．
2、根据等温变化的公式PV=C，当V减小，P一定增大．
3、根据热力学第一定律的表达式△U=Q+W，物体放出热量，Q为负值，但是由于不清楚做功情况，即不知道W的正负和大小，所以内能无法确定，从而无法判断温度的升降．
4、热机的排气温度一定高于进气温度（可以无限逼近但不会相等），所以，一定有热能的损失，效率不可能为100%．
解析：解答：A、一定质量的理想气体的温度升高时，分子的热运动变得剧烈，分子的平均动能增大，由于不清楚体积的变化，根据气体状态方程知道气体的压强变化无法确定．故A错误．
B、根据等温变化的公式PV=C，当V减小，P一定增大．即一定质量的理想气体经等温压缩后，其压强一定增大．故B正确．
C、物体放出热量，根据热力学第一定律的表达式△U=Q+W，由于不清楚W的变化，所以内能无法确定，从而无法判断温度的升降．故C错误．
D、热机在内能转化为机械能时，不可避免的要要有一部热量被传导出，所以热机效率达不到100%，即任何热机都不可以把得到的全部内能转化为机械能．故选D错误．
故选B．
5．下列说法正确的是（ ）
A．炽热的铁水具有内能，冰冷的铁块不具有内能
B．汽油机工作时，在压缩冲程中内能转化为机械能
C．汽车发动机用水作为冷却物质，是因为水的比热容较大
D．“尘土飞扬”是分子在做无规则运动
答案：C
解析：解答：A：所有的物体都有内能，与物体的温度无关，故A错误；
B：压缩冲程中活塞向上运动，汽油和空气的混合物被压缩，内能增大，温度升高，活塞运动的动能转化为混合气体的内能；故B错误；
C：汽车发动机用水作为冷却物质，是因为水有较好的流动性和较大的比热容；故C正确；
D：“尘土飞扬”中，尘土不是分子，是固体的小颗粒．故D错误．
故选：C
分析：所有的物体都有内能，温度是分子的平均动能的标志；
汽油机的四个冲程中只有两个冲程伴随有能量的转化．压缩冲程中活塞向上运动，汽油和空气的混合物被压缩，内能增大，温度升高，活塞运动的动能转化为混合气体的内能；做功冲程中，火花塞冒出电火花，将混合气体点燃，混合气体剧烈燃烧，产生高温高压的燃气，推动活塞运动，燃气的内能转化为活塞运动的动能．
汽车发动机用水作为冷却物质，是因为水有较好的流动性和较大的比热容；
“尘土飞扬”中，尘土不是分子
6．关于热机，下列说法是正确的（ ）
A．汽油机顶部有喷油嘴，柴油机顶部有火花塞
B．柴油机在吸气冲程中，将柴油和空气的混合气吸入气缸
C．汽油机在做功冲程中，进气门关闭排气门打开
D．汽油机在做功冲程中，是把内能转化为机械能
答案：D
解析：解答：A、汽油机顶部有火花塞，柴油机顶部有喷油嘴；故A错误
B、柴油机在吸气冲程中，将空气吸入气缸；故B错误
C、汽油机在做功冲程中，进气门和排气门都是关闭的；故C错误
D、汽油机的做功冲程中，将内能转化成了机械能．故D正确
故选：D．
分析：汽油机的顶端是火花塞，吸气冲程中吸进的是汽油和空气的混合物；柴油机的顶端是喷油嘴，吸气冲程中吸进的是空气．
汽油机的做功冲程中，进气门和排气门都是关闭的，汽油和空气的混合物越到明火剧烈燃烧，产生了高温高压的燃气，推动活塞运动，将燃气的内能转化为活塞运动的机械能．
7．以下说法正确的是（ ）
A．法拉第通过“斜面实验”，证明了“力不是维持运动的原因”
B．所有的永动机都违反了能量守恒定律，都不能制作成功
C．爱因斯坦提出“光子”理论，成功地对光电效应进行了解释
D．在相对论中，运动中的时钟会比静止时走得快
答案：C
解析：解答：A、伽利略通过理想的“斜面实验”，说明力不是维持运动的原因，小球要达到原来的高度才肯停止运动，然而永远不能达到，所以不停地运动下去，在运动过程中没有受到任何力（除重力与支持力）．故A不正确；
B、所有的永动机都不违反了能量守恒定律，但不能制作成功．故B错误；
C、由于爱因斯坦提出“光子”理论，能成功地对光电效应进行了解释，所以使人们对光能进一步认识．故C正确；
D、由相对论可知，当运动时时间变慢，长度缩短．故D错误；
故选：C
分析：伽利略的斜面实验说明运动不要力来维持；永动机不存在，但没有违反能量守恒定律；爱因斯坦的光子说能成功解释光电效应现象；运动中时间变慢．
8．能量守恒定律的建立是人类认识自然的一次重大飞跃，它是最普遍、最重要、最可靠的自然规律之一．下列说法正确的是（ ）
A．因为能量守恒，所以不需要节约能源
B．因为能量不会消失，所以不可能有能源危机
C．不同形式的能量之间可以相互转化
D．能量可以被消灭，也可以被创生
答案：C
解析：解答：自然界的总能量是守恒的，能量即不能被消灭，也不能被创生，但随着能量耗散，能量可以利用的品质降低了，可利用的能源减少了，所以会有能源危机，所以我们要节约能源．所以ABD均错，而C正确．
分析：热力学第二定律反映了自然界的宏观过程具有方向性，虽然总能量守恒，但能量可以利用的品质降低了．
9．如图所示容器中，A、B各有一个可自由移动的轻活塞，活塞下面是水，上面为空气，大气压恒定．A、B底部由带有阀门K的管道相连，整个装置与外界绝热．原先A中的水面比B中高，打开阀门，使A中的水逐渐向B中流，最后达到平衡．在这个过程中（ ）
A．大气压力对水做功，水的内能增加
B．水克服大气压力做功，水的内能减少
C．大气压力对水不做功，水的内能不变
D．大气压力对水不做功，水的内能增加
答案：D
解析：解答：打开阀门K后，据连通器原理，最后A、B两管中的水面将相平，如下图所示，即A中水面下降，B中水面上升；
设A管截面积为S1，水面下降距离为h1，B管截面积为S2，水面上升距离为h2，
由于水的总体积保持不变，则有S1h1=S2h2，
A管中大气压力对水做的功：W1=p0S1h1，
B管中大气压力对水做的功：W2=﹣p0S2h2，
大气压力对水做的总功：
W=W1+W2=p0S1h1﹣p0S2h2，
因为S1h1=S2h2，则得W=0，即大气压力对水不做功；
由于水的重心降低，重力势能减小，由能量守恒定律知水的内能增加．故D正确．
故选：D
分析：打开阀门K后，据连通器原理，最后A、B两管中的水面将相平，A中水面下降，B中水面上升；由于水的总体积保持不变，则有S1h1=S2h2，求出两管中大气压力对水做的功，进而求出大气压力对水做的总功；
打开阀门K后，A中的水逐渐向B中流，即A中水的重力做正功，B中水的重力做负功，但从最后的效果看，是A管中高度为h1的水移至较低的B管中高度为h2的地方，如图所示，所以在这个过程中水的重力做正功．同时，整个装置是绝热的，根据热力学第一定律可知水的内能变化．
10．汽车关闭发动机后，前进一段距离会停下来，在这一过程中（ ）
A．汽车的机械能守恒
B．汽车的势能和动能相互转化
C．汽车的机械能逐渐转化为内能，总能保持不变
D．汽车的机械能逐渐转化为内能，总能逐渐减少
答案：C
解析：解答：关闭发动机后，由于地面对汽车的阻力作用，做减速运动，汽车动能减小，阻力对汽车做负功；故机械能不守恒；一部分机械能逐渐转化为内能；但能量的总量是保持示变的；故ABD错误；C正确；
故选：C．
分析：解答本题应明确汽车行驶中能量转化的方向，明确能量守恒定律的应用．
11．夏天为了降低温度，假设有人同时打开电冰箱和电风扇．如果此房间是与外界无热传递的封闭房间里，那么在两电器工作较长时间后，房内的温度将会（ ）
A．升高 B．降低 C．不变 D．无法判断
答案：A
解析：解答：冰箱压缩机将冰箱内部的热量通过消耗电能转移到冰箱外部来，但由于和室外没有热交换，故热量仍在室内，并且，压缩机工作时其电路中也会因为有电阻而产生热量，即产生的热量大于制冷量，风扇的电阻会产生热量，而风扇自身不会使环境温度降低，只会使环境温度升高，故室内温度不降反升．故A正确
故选：A．
分析：从整体上，根据能量转化的方向分析，液化是物质由气态变成液态的过程，液化放热．
12．从能量的角度判断，下列哪些现象是不可能存在的（ ）
A．汽车在太阳光照射下运动
B．某电动玩具用的是充电电池，玩具开动时电池电流0.2A，电池充电电流也是0.2A，说明书说，这是新产品，每充电3小时，玩具可连续开动5小时
C．某水电站用A水库中的发电机，带动一台电动抽水机，把A水库中用掉的水抽到更低的B水库中
D．一台机器，主要原料是水和草，主要产品却是奶
答案：B
解析：解答：A、如果安装有太阳能电池板，汽车在太阳光照射下，就可以把太阳能转化为电能，从而转化为动能，故A正确；
B、根据电能：Eu=UI t，充电电流和放电电流一直，忽略损耗的理想状态下，放电时间等于充电时间，若有损耗的话，放电时间一定小于充电时间，故B错误；
C、水电站发电机，利用A水库水的机械能转化的电能，而B水库更高，则机械能更大，根据能量转化，不可能凭空增加能量，所以A水库发电不可能把A水库水的机械能增加，故C正确；
D、原料中有水，牛奶中有水，原料中生物能可以转化成产品中的化学能，故可能存在，故D正确；
该题选择错误的，
故选：B．
分析：A、从太阳能汽车的角度去考虑；
B、充放电电流相同，则充电时间大于等于放电时间；
C、能量转化过程，无其他力做功，则水的机械能不可能增加；
D、生物能转化成化学能，可考虑牛羊等动物．
13．有经验的柴油机维修师，不用任何仪器，只要将手伸到柴油机排气管附近，去感知一下尾气的温度，能判断这台柴油机是否节能，真所谓“行家一伸手，便知有没有”．关于尾气的温度跟柴油机是否节能之间的关系，下列说法中正确的是（ ）
A．尾气的温度越高，柴油机越节能
B．尾气的温度越低，柴油机越节能
C．尾气的温度高低与柴油机是否节能无关
D．以上说法均不正确
答案：B
解析：解答：尾气的温度高，说明散失的热量多，柴油机的效率低，反之，柴油机的效率高，即节能；尾气的柴油味浓、颜色黑都说明柴油没有充分燃烧，浪费了燃料，这样柴油机的效率会低．选项ACD错误，B正确．
故选B．
分析：热机的效率是指用来做有用功的能量与燃料完全燃烧产生的能量之比．燃烧相同的燃料，有效利用的能量越多，效率越高．
14．下列车辆中，属于无污染车辆的是（ ）
A．火车和酒精汽车 B．太阳能车和氢气汽车
C．汽油车和柴油车 D．柴油车和氢气汽车
答案：B
解析：解答：汽油和柴油燃烧后产生大量的废气，污染环境．而太阳能汽车、电车没有尾气产生，无污染，酒精汽车、氢气汽车的尾气没有污染，故B正确
故选B
分析：汽油和柴油燃烧后产生大量的废气，污染环境．
15．下列说法正确的是（ ）
A．物体从外界吸收热量，其内能一定增加
B．热机的效率可以达到100%
C．布朗运动是悬浮颗粒分子的无规则运动
D．叶面上的小露珠呈球形是由于液体表面张力的作用
答案：D
解析：解答：A、做功和热传递都可以改变物体的内能，如果气体从外界吸收热量，同时气体对外做功，气体内能可能不变．故A错误；
B、根据热力学第二定律，任何热机的效率都不可能达到100%，故B错误；
C、布朗运动是悬浮颗粒的无规则运动，不是分子的无规则运动．故C错误；
D、液体表面张力产生的原因是：液体跟气体接触的表面存在一个薄层，叫做表面层，表面层里的分子比液体内部稀疏，分子间的距离比液体内部大一些，分子间的相互作用表现为引力．就象你要把弹簧拉开些，弹簧反而表现具有收缩的趋势．叶面上的小露珠呈球形是由于液体表面张力的作用．故D正确．
故选：D．
分析：改变物体内能的方式有做功和热传递，这两种方式是等效的．根据热力学第二定律的表述，任何热机的效率都不可能达到100%．布朗运动：悬浮在液体内的固体小颗粒的无规则运动，是液体分子无规则热运动的标志；液体表面张力：凡作用于液体表面，使液体表面积缩小的力，称为液体表面张力．
二．填空题
16．a蒸汽机、内燃机等热机以及电冰箱工作时都利用了气体状态变化来实现能量的转移和转化，我们把这些气体称为工质．某热机经过一个循环后，工质从高温热源吸热Q1，对外做功W，又对低温热源放热Q2，工质完全回复初始状态，内能没有变化．根据热力学第一定律，在工质的一个循环中，Q1、Q2、W三者之间满足的关系是 ．热机的效率不可能达到100%，从能量转换的角度，说明 能不能完全转化为 能．
b如图表示一定质量的某气体在不同温度下的两条等温线．图中等温线Ⅰ对应的温度比等温线Ⅱ对应的温度要 （填“高”或“低”）．在同一等温线下，如果该气体的压强变为原来的2倍，则气体的体积应变为原来的 倍．
答案： Q1﹣Q2=W|内|机械|低|
解析：解答：（1）根据热力学第一定律，有：△U=W′+Q；
其中：△U=0，Q=Q1﹣Q2，W′=﹣W；
故Q1﹣Q2=W；
热机将从高温热源吸收热量的一部分转化为机械能；（2）根据理想气体状态方程，有=c，故PV=CT，故温度越高，等温线离原点越远；
玻意耳定律PV=C，如果该气体的压强变为原来的2倍，则气体的体积应变为原来的倍．
故答案为：（1）Q1﹣Q2=W，内，机械；（2）低，．分析：（1）根据热力学第一定律列方程，结合热力学第二定律分析热机的效率问题；（2）玻意耳定律PV=C，其中C与温度有关，温度越高，常数C越大．
17．如图是汽油机的 冲程，此过程是将 转化为 能．
答案：做功|内能|机械能
解析：解答：如图：两门关闭，活塞下行，是做功冲程．内能转化成机械能．
故答案为：做功；内能；机械能．
分析：（1）内燃机包括四个冲程，吸气、压缩、做功、排气．（2）吸气冲程进气门打开，排气门关闭，活塞下行；（3）压缩冲程两门都关闭，活塞上行，机械能转化成内能；（4）做功冲程两门都关闭，活塞下行，内能转化成机械能；（5）排气冲程排气门打开，进气门关闭，活塞上行；
18．在“畅想家乡美好未来”的主题班会上，同学们奇想妙设，纷纷出计献策．王林同学设计了城市未来磁悬浮轨道列车交通方案，图纸如图所示，请你分析该方案中应用到的物理知识有：（只要求写出两条）
；
．
答案：磁场中同名磁极相斥原理|电磁感应的原理|能量的转化与守恒定律（任意两条）
解析：解答：磁悬浮轨道列车涉及到磁极间作用规律（同名磁极相互排斥）、电磁感应现象（电磁驱动和电磁阻尼）、能量的转化和守恒定律（电能与机械能的转化，上下坡道时动能与重力势能的转化）；
故答案为：磁场中同名磁极相斥原理、电磁感应的原理、能量的转化与守恒定律（任意两条）．
分析：本题主要考查磁悬浮轨道列车的原理，利用了磁场中同名磁极相斥原理和电磁感应的原理，当然把站台做成斜坡的，列车在进站时将动能转化为重力势能储存能量，在出站时又可以将重力势能转化为动能，这又利用了能量的转化与守恒定律．
19．有报道说：我国一家厂商制作了一种特殊的手机，在电池电能耗尽时，摇晃手机，即可产生电能维持通话，摇晃过程是将 能转化为电能；如果将该手机摇晃一次，相当于将100g的重物举高20cm，每秒摇两次，则摇晃手机的平均功率为 W．
答案：机械|0.4w
解析：解答：由于手机是利用电来工作，摇晃手机即可产生电能，说明利用了电磁感应原理，要消耗机械能，生成电能；
将手机上下摇动一次，相当于将100g的重物举高20cm，则产生的能量E=W=mgh=0.1kg×10N/kg×0.2m=0.2J，
每秒摇动2次，则摇动手机的功率P=2w/t=0.4W，
故答案为：机械，0.4w．
分析：手机是利用电能工作的，能产生电，说明利用了电磁感应原理，在电磁感应中是把机械能转化为电能．再由题中的条件利用功的公式可计算出每摇一次可以获得的电能值，利用功率公式计算功率．
20．有一种地下铁道，车站站台建得高些，车辆进站时要上坡，出站时要下坡．如图所示．请你用学过的物理知识解释这样设计的理由：
答案：车辆进站时要上坡，把动能转化为势能储存起来，同时达到停车的目的，出站时要下坡，又把势能转化动能，提高速度，达到节约能源目的
识点：动能定理的综合应用
解析：解答：答：车辆进站时要上坡，把动能转化为势能储存起来，同时达到停车的目的，出站时要下坡，又把势能转化动能，提高速度，达到节约能源目的．
分析：本题实际是考查物体的动能和势能可以相互转化的问题；物体上升时物体的动能转化为重力势能，动能减小，重力势能增大，同时达到停车的目的．物体下降时物体的重力势能转化为动能，重力势能减小，动能增大，提高速度．到达节约能源的目的．
三．解答题
21．风力发电是利用风能的一种方式，风力发电机可以将风能（气流的动能）转化为电能，其主要部件如图所示．已知某风力发电机风轮机旋转叶片正面迎风时的有效受风面积为S，运动的空气与受风面作用后速度变为零，风力发电机将风能转化为电能的效率和空气密度均保持不变．当风速为v且风向与风力发电机受风面垂直时，风力发电机输出的电功率为P．求
（1）在同样的风向条件下，风速为v时这台风力发电机输出的电功率．
答案：在同样的风向条件下，风速为v时这台风力发电机输出的电功率p/8
（2）利用风能发电时由于风速、风向不稳定，会造成风力发电输出的电压和功率不稳定．请你提出一条合理性建议，解决这一问题．
答案：若风向改变，可以调整风车的叶面朝向，使叶面与风速垂直，风力发电机更多地接受风能；风大时可以让风力发电机将多余的电能给蓄电池充电，把电能储存起来，发电机输出功率变小时用蓄电池辅助供电等
解析：解答：单位时间内垂直吹向旋转叶片有效受风面积的空气的质量为m=ρSv
这些空气所具有的动能为 Ek=ρSv3
设风力发电机将风能转化为电能的效率为k，则风力发电机输出的电功率为
P=kEk=kρSv3
当风速为v时输出的电功率
若风向改变，可以调整风车的叶面朝向，使叶面与风速垂直，风力发电机更多地接受风能；风大时可以让风力发电机将多余的电能给蓄电池充电，把电能储存起来，发电机输出功率变小时用蓄电池辅助供电等．
答：（1）在同样的风向条件下，风速为v时这台风力发电机输出的电功率p/8．（2）若风向改变，可以调整风车的叶面朝向，使叶面与风速垂直，风力发电机更多地接受风能；风大时可以让风力发电机将多余的电能给蓄电池充电，把电能储存起来，发电机输出功率变小时用蓄电池辅助供电等．
分析：先求空气的动能，再根据斜率求出发电机的输出功率．
若风向改变，可以调整风车的叶面朝向，使叶面与风速垂直，风力发电机更多地接受风能；风大时可以让风力发电机将多余的电能给蓄电池充电，把电能储存起来，发电机输出功率变小时用蓄电池辅助供电等
22．某地平均风速5m/s，空气密度1.2Kg/m3．有一风车叶片转动时可形成半径为12m的圆面；若风车能将此圆面内10%的气流转化为电能．则该风车带动的发电机的功率是多少？
答案：解答：首先可以求出在时间t内作用于风车的气流质量为：m=πr2υtρ，
这些气流的动能为mυ2；
转变的电能为：E=mυ2×10%，
故风车带动电动机功率为：P=E/t=πr2ρυ3×10%
代入数据以后得：P=3.4kW
答：该风车带动的发电机功率是3.4kW
解析：分析：时间t内冲击风车的气流的体积V=SL=Svt，再利用m=ρV求出质量，最后根据能量守恒定律列式求解电功率．
23．风力发电是一种环保的电能获取方式．图为某风力发电站外观图．设计每台风力发电机的功率为40kW．实验测得风的动能转化为电能的效率约为20%，空气的密度是1.29kg/m3，当地水平风速约为10m/s，问风力发电机的叶片长度约为多少才能满足设计要求？
答案：解答：风的动能：EK=mv2 ①
t时间内风通过叶片为半径的圆柱体内的质量：
m=ρV=ρπl2vt ②
功率P==ρπl2v3η ③
由① ② ③ 解得：l≈10m；
答：风力发电机的叶片长度约为10m才能满足设计要求．
解析：分析：解决此题的关键是建立正确的模型，即风的动能转换为电能．
24．一辆汽车以60km/h的速度匀速行驶，每行驶10km消耗汽油1.0L，已知每升汽油燃烧后放出的能量为3.2×107J，汽油机的效率为25%，求：
（1）汽车行驶10km牵引力做的功；
答案：10Km内消耗汽油1L，则汽车燃烧后对汽车所做的功W=0.25×3.2×107J=0.8×107J；
（2）汽车受到的牵引力大小．
答案：由功的公式可得：
W=FL
解得：F==800N；
解析：解答：（1）10Km内消耗汽油1L，则汽车燃烧后对汽车所做的功W=0.25×3.2×107J=0.8×107J；（2）由功的公式可得：
W=FL
解得：F==800N；
答：（1）汽车行驶10km牵引力做的功为0.8×107J；（2）汽车受到的牵引力大小为800N．
分析：（1）由题意根据能量守恒可明确有多少汽油放出的能量转化为牵引力所做的功；（2）由功的公式可求得汽车受到的牵引力大小．
25．春天，农民需要用水泵给缺水农田灌溉，已知水泵能在1h内将3×105kg的水抽到12m高处．
（1）连续工作5h，所做的有用功是多少？
答案：5h有用功为：W=nGh=nmgh=5×3×105×10×12=1.8×108J；
（2）若水泵的工作效率为80%，则水泵5h内所做总功功率是多少？
答案：5h水泵做的总功：W总==2.25×108J，
功率：P==1.25×104W；
（3）若此水泵用一柴油机带动，假设柴油机完全燃烧所释放的内能有40%转化为水的机械能，则每小时消耗多少柴油？（柴油热值为3×107J/kg，g取10N/kg）
答案：5h柴油机燃烧柴油释放的能量：
Q==5.625×108J，
由Q=mq可知，需要柴油的质量：
m=Q/q=5.625x108/3x107=18.75kg，
每小时消耗柴油的质量：18.755/5=3.75kg；
解析：解答：（1）5h有用功为：W=nGh=nmgh=5×3×105×10×12=1.8×108J；（2）5h水泵做的总功：W总==2.25×108J，功率：P==1.25×104W；（3）5h柴油机燃烧柴油释放的能量：Q==5.625×108J，由Q=mq可知，需要柴油的质量：m=Q/q=5.625x108/3x107=18.75kg，每小时消耗柴油的质量：18.755/5=3.75kg；
答：（1）连续工作5h，所做的有用功是1.8×108J；（2）若水泵的工作效率为80%，则水泵5h内所做总功功率是1.25×104W；（3）每小时消耗多少柴油为3.75kg．
分析：（1）由功的计算公式可以求出所做的有用功．（2）由效率公式求出总功，然后由功率公式求出功率．（3）求出柴油释放飞能量，然后求出柴油的质量．
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