自我小测1至今为止，第一类永动机从来没有成功过，其原因是( )
A．机械制造的技术没有过关
B．违反了牛顿运动定律
C．违反了机械能守恒定律
D．违反了能量守恒定律
2在将物体竖直向上举起一定高度的过程中，若不计空气阻力，则( )A．举力所做的功等于物体机械能的增加
B．克服重力所做的功等于动能的增加
C．举力和重力所做的功的代数和等于物体动能的增加
D．物体所受合外力所做的功等于物体机械能的增加
3骑自行车上坡前往往加紧蹬几下，这样做是为了( )
A．增大车的惯性
B．增大车的冲力
C．增大车的动能
D．增大车的势能
4如图所示，木块A放在木块B上左端，用恒力F把A拉至B的右端。第一次将B固定在地面上，F做功W1，生热Q1；第二次让B可以在光滑地面上自由滑动，这次F做功W2，生热Q2，则各量间大小的关系为W1______W2，Q1______Q2。
5从10
m高空由静止下落的水滴，在下落过程中，水滴重力势能的40%转化为水的内能，使水的温度升高，则水滴落下后温度升高多少？〔水的比热容c＝4.2×103
J/(
kg·℃)〕
6(2009山东青岛高三考试)如下图所示，长度L＝1
m、质量M＝0.25
kg的木板放在光滑水平面上，质量m＝2
kg的小物块(可视为质点)位于木板的左端，木板和物块间的动摩擦因数μ＝0.1。现突然给木板一向左的初速度v0＝2
m/s，同时对小物块施加一水平向右的恒定拉力F＝10
N，经过一段时间后，物块与木板相对静止，取g＝10
m/s2，求：
(1)物块最终在木板上的位置；
(2)上述过程中拉力F做的功和产生的内能。7目前我国正在大力开发的风力发电是一种将风的动能转化为电能的环保发电方式。风力发电机的外观如图所示，其主要部件包括风轮机、齿轮箱、发电机等。
风力发电机示意图
(1)风轮机叶片旋转所扫过的面积可视为风力发电机可接收风能的面积。设风速大小为v，方向垂直于叶片扫过的平面，风轮机叶片长度为r，空气密度为ρ，求单位时间内风力发电机可接收的风能P0；
(2)若风力发电机将可接收的风能转化为电能的效率η＝20%，当地的空气密度ρ＝1.3
kg/m3，风速v＝10
m/s。要设计一台功率P＝20
kW的风力发电机，风轮机的叶片长度r应为多少？
(3)在风速和叶片数确定的情况下，要提高风轮机单位时间接收的风能，可采取哪些措施？请提出一条建议。
参考答案
1解析：第一类永动机是不需消耗能量或消耗很少能量，而获得能量或得到更多能量，它违反了能量守恒定律，因此第一类永动机不会成功，选项D正确。
答案：D
2解析：物体在举力作用下向上举起一定的高度，物体的机械能增加，其增加量等于举力所做的功，所以选项A正确，D错误；根据动能定理，物体所受到的合外力(即举力和重力)所做的功等于物体动能的变化量，所以选项B错误，C正确。
答案：AC
3解析：骑自行车上坡，动能转化为重力势能，加紧蹬几下，是为了增加车的动能，所以选项C正确，B、D错误；车的惯性只与质量有关，所以A错误。
答案：C
4解析：摩擦生热Q应等于滑动摩擦力f与相对位移的乘积，两次的滑动摩擦力f和相对位移都相等，所以Q1＝Q2；第一次由于B不动，A的位移较小，第二次由于B随着运动，A的对地位移较大，所以第二次力F所做的功较大，即W1＜W2。
答案：＜ ＝
5解析：水滴重力势能转化为水滴的内能，即
mgh×40%＝cmΔt，
Δt＝
℃＝
℃＝9.5×10－3
℃。
答案：9.5×10－3
℃
6解析：(1)由题意知木块向右做匀加速运动，木板先向左匀减速运动，再向右匀加速运动。木块与木板间的滑动摩擦力f＝μmg＝2
N
据牛顿第二定律知木块的加速度为
a1＝＝4
m/s2
木板的加速度为a2＝＝8
m/s2
当木块、木板具有共同速度时，两者不再发生相对滑动，一直匀速运动下去。
有a1t＝－v0＋a2t
解得t＝0.5
s
两者速度大小为v＝a1t＝2
m/s
可见木板此时恰好回到原位置，位移为零。
此过程木块的位移为s＝a1t2＝0.5
m
所以木块最终停在木板的中点上。
(2)拉力F做的功为W＝Fs＝5
J
产生的热能为Q＝fΔs＝1
J。
答案：(1)停在木板的中点 (2)5
J 1
J
7解析：(1)风轮机可接收的风能为W＝mv2
①
m＝ρπr2vt
②
每秒钟接收的风能为P0＝
③
由①②③得P0＝ρπr2v3。
④
(2)发电机功率为P＝η·P0
⑤
由④⑤得r＝
⑥
代入数据得r＝7.0
m。
(3)可增加风轮机叶片长度，安装调向装置，以保证风轮机与风速垂直等。
答案：(1)ρπr2v3 (2)7.0
m (3)见解析自我小测
1下列哪些物理过程具有方向性( )
A．热传导过程
B．机械能和内能的转化C．气体的扩散过程
D．气体向真空中膨胀的过程
2关于热机的说法中，正确的是( )
A．热机是把内能转化为机械能的装置
B．热机是把机械能转化为内能的装置
C．只要对内燃机进行不断革新，它可以把气体的内能全部转化为机械能
D．即使没有漏气也没有摩擦等能量损失，内燃机也不能把内能全部转化为机械能
3下列过程中，可能实现的是( )
A．水温度自动下降时释放的内能全部转化为机械能
B．利用不同深度的海水温度不同来制造一种机器，把海水的内能转化为机械能
C．粗糙水平面上运动的物体，它的动能转化为内能，使物体温度升高
D．静止在光滑水平面上的物体，温度降低时释放的内能可以转化为物体的动能，使物体运动起来
4下列说法正确的是( )
A．第二类永动机与第一类永动机一样违背了能量守恒定律
B．自然界中的能量是守恒的，所以能量永不枯竭，不必节约能源
C．常规能源的大量使用对环境有较大影响，如“温室效应”
D．不可能让热量由低温物体传递给高温物体而不引起其他任何变化
5某海湾共占面积1.0×107
m2，涨潮时平均水深20
m，此时关上水坝闸门，可使水位保持20
m不变。退潮时，坝外水位降至18
m。利用此水坝建立一座水力发电站，重力势能转化为电能的效率为10%，每天有两次涨潮，该电站每天发出的电能是(取g＝10
m/s2)( )
A．1×1010
J B．2×1010
J
C．4×1010
J
D．8×1010
J
6某中学“STS”小组对开发和利用水资源进行研究，同学们认为在放自来水时，水的机械能没有得到利用而白白浪费。于是他们在老师的指导下经过研制，在水龙头处安装了一只小型水轮发电机，当放水时水的机械能转化为电能。设小型水轮发电机的效率为40%，水塔内的水面高于水龙头10
m，且保持不变。当水龙头放出1
t水时，小型水轮发电机所产生的电能为( )
A.4
000
J
B．98
000
J
C．588
000
J
D．39
200
J7关于能量和能源，下列说法中正确的是( )
A．能量在转化和转移过程中，其总量有可能增加
B．能量在转化和转移过程中，其总量会不断减少
C．能量在转化和转移过程中总量保持不变，故节约能源没有必要
D．能量的转化和转移具有方向性，且现有可利用的能源有限，故必须节约能源
8某热机在一次循环中消耗3
000
J的内能，对外做功500
J，它在一次循环中要散发多少热量？它的效率是多少？
9某校研究性学习小组为估测太阳对地面的辐射功率，制作了一个直径0.2
m的0
℃的冰球，在环境温度为0
℃时，用黑布把冰球包裹后悬吊在弹簧秤下放在太阳光中。经过40
min后弹簧秤示数减小了3.49
N。请你帮助这个小组估算太阳光垂直照射在某一单位面积上的辐射功率。冰的熔化热为3.35×105
J/kg。
参考答案
1解析：凡是涉及热现象的过程都是有方向性的，所以A、B正确；气体扩散后不可能再回到原状态，所以C、D正确。
答案：ABCD
2解析：热机是把内能转化为机械能的装置，所以A正确，B错误；所有热机的效率都小于1，所以C错误，D正确。
答案：AD3解析：内能转化为机械能需要特定的装置(热机)，不可能自发地将内能转化为机械能，所以A、D错误；不同深度的海水温度不同，可以看成是两个热源，利用机器在热量从高温热源向低温热源传递的过程中将一部分内能转化为机械能，所以B正确；机械能可以自发地转化为内能，所以C正确。
答案：BC
4解析：第一类永动机违反能量守恒定律，第二类永动机并不违反能量守恒定律，A错误；常规能源是不可再生的，所以要节约能源，B错误；常规能源的大量使用，会产生大量二氧化碳，造成温室效应，所以C正确；热量的传递是有方向性的，所以D正确。
答案：CD5解析：每天水位下降时水的重力势能减少
ΔEp＝2mgΔh＝2×1.0×107×2×103×10×1
J＝4×1011
J
因转化为电能的效率为10%，所以每天发出的电能为
E＝ΔEpη＝4×1011×10%
J＝4×1010
J。
答案：C
6解析：W1＝mgh＝1
000×9.8×10
J，W2＝ηW1＝40%×1
000×9.8×10
J＝3.92×104
J。
答案：D
7解析：能量在转化和转移过程中，总量是守恒的，故选项A、B错误；能量在转化和转移过程中总量保持不变，但我们要注意节约能源，选项C错误，D正确。
答案：D
8解析：对外做功就是有用能量的数值，故散发热量Q＝3
000
J－500
J＝2
500
J。效率η＝＝×100%＝16.7%。
答案：16.7%
9解析：1
s内因吸收太阳的辐射能而熔化的冰的质量为
kg＝1.48×10－4
kg
1
s内冰吸收太阳的辐射能
E＝1.48×10－4×3.35×105
J＝49.58
J
太阳光垂直照射在单位面积上的辐射功率为
P＝
J/(m2·s)
＝1.58×103
J/(m2·s)。
答案：1.58×103
J/(m2·s)
