物理必修 第三册第2节 能量的转化与守恒优秀课后测评

课时把关练

第2节 能量的转化与守恒

1．太阳能光伏发电是一种新型清洁能源。如图所示，是装在农家屋顶上的10块多晶硅太阳能电池板，每块尺寸：长1.6m、宽1.0m。晴天时，电池板每平方米每分钟接收到的太阳辐射能约，电池板的光电转化效率约，平均每天等效日照时间，则1年可发电约（　　）

A．   B． 

C．   D．

2．某地区的风速是10m/s，空气的密度为1.3kg/m3，若使风力发电机的转动的风通过截面积为400m2，且风能的20%可转化为电能，则发电功率是（　　）

A．5.2×104W   B．1.04×105W 

C．2.6×105W   D．5.2×105W

3．风能是一种新能源，国内外都很重视利用风力来发电。某风力发电机的发电效率，其风轮机旋转过程中接收风能的有效面积S=400m2，某高山顶部年平均风速为v=10m/s，一年内有效的发电时间约为5500小时（合），已知空气密度，该风力发电机一年的发电量约为（　　）

A．   B． 

C．   D．

4．如图，某地有一风力发电机，它的叶片转动时可形成半径为20m的圆面。某时间内该地区的风速是6.0m/s，风向恰好跟叶片转动的圆面垂直，已知空气的密度为1.2kg/m3，假如这个风力发电机能将此圆内10%的空气动能转化为电能，则此风力发电机发电的功率约为（　　）

A．2.7kW    B．16.3kW 

C．27kW     D．163kW

5．某同学将质量为m的一矿泉水瓶（可看成质点）竖直向上抛出，水瓶以的加速度匀减速上升，上升的最大高度为H，水瓶往返过程受到的阻力大小不变。则（　　）

A.水瓶落回地面时动能大小为mgH

B.上升过程中水瓶的机械能减少了

C.上升过程中水瓶的动能改变量为

D.水瓶上升过程克服重力做功的平均功率等于下落过程重力的平均功率

6. 据外媒报道，瑞士的一家采石场正在运营着一辆自重45吨的自卸式电动卡车，令人惊讶的是，该卡车从来不需要充电。关于此报道，下列说法正确的是（　　）

A.这辆卡车的工作应该是满载下山，卸货后空载上山

B.这辆卡车的工作应该是空载下山，装货后满载上山

C.这违反了能量守恒定律，一定是假新闻

D.这辆卡车一定有燃油发动机提供额外动力

7. 某成年男子正在进行减肥训练，反复地将总质量为50kg的杠铃从地板举过头顶，他每分钟能够完成三个这样的动作。已知燃烧1g脂肪能提供39kJ的能量，其中有10%用于举杠铃的能量，忽略将杠铃放下时消耗的脂肪，那么减掉0.5kg脂肪所需时间约为（　　）

A．1.2h B．5.2h C．11h D．33h

8．有一额定电流为2A的直流电动机，线圈电阻为0.5Ω，在正常工作时对外做功的功率为6W，则在正常工作时，电动机（　　）

A．两端的电压为1V B．两端的电压为3V

C．发热的功率为4W D．消耗的电功率为8W

9. 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10m，且保持不变，当水龙头放出一吨水时，小型水轮发电机所产生的电能为（取g＝9.8m/s2）（　　）

A．4000J       B．98000J

C．588000J   D．39200J

10.物体只在重力和一个不为零的向上的拉力作用下，分别做匀速上升、加速上升和减速上升三种运动．在这三种情况下，物体机械能的变化情况是（　　）

A．匀速上升机械能不变，加速上升机械能增加，减速上升机械能减小

B．匀速上升和加速上升机械能增加，减速上升机械能减小

C．由于该拉力与重力大小的关系不明确，所以不能确定物体机械能的变化情况

D．三种情况中，物体的机械能均增加

11.如图所示，将小铁块绑在橡皮筋中部，并让橡皮筋穿入铁罐，使两端分别固定在罐盖和罐底上。将该装置从不太陡的斜面上释放，会观察到什么现象？请你做一做，并从能量转化与守恒的角度加以解释。

12.几位同学一起讨论过山车的设计。甲同学说，每一个坡的顶点必须低于它前面那一个坡的顶点；乙同学说，只要第一个坡顶最高就可以了，其他坡顶高度无所谓。你是怎么认为的？

13.水能是可再生能源，可为人类提供清洁的能源。如果一水力发电站水的平均流量为Q（m3/s），落差为h，发电效率为η，则全年发电量是多少千瓦时？

14.某辆以蓄电池为驱动能源的电动汽车的总质量m=3×103 kg。当它在水平路面上以v=36 km/h的速度匀速行驶时，驱动电机的输入电流I=50 A，电压U=300 V。在此行驶状态下：

（1）求驱动电机的输入功率P电。

（2）若驱动电机能够将输入功率的90%转化为用于牵引汽车前进的机械功率P机，求汽车所受阻力与车重之比（g取10 m/s2）。

（3）设想改用太阳能电池给该车供电，其他条件不变，已知太阳辐射的总功率P0=4×1026 W，太阳到地球的距离r=1.5×1011 m，太阳光传播到达地面的过程中大约有30%的能量损耗，该车所用太阳能电池的能量转化效率约为15%。求所需的太阳能电池板的最小面积。结合计算结果，简述对设想的思考。

15.风能是一种能被大规模开发的可再生清洁能源。风力发电机是将风能（气流的动能）转化为电能的装置，其主要部件包括风轮机叶片、齿轮箱、发电机等，如图5-7所示。

（1）利用总电阻R=10 Ω的线路输送风力发电机产生的电能，输送功率P总=300 kW，输电电压U=10 kV，求导线上损失的功率与输送功率之比。

（2）风轮机叶片旋转所扫过的面积为风力发电机可接收风能的面积，设空气密度为ρ，气流速度为v，风轮机叶片长度为r，求单位时间内流向风轮机的风能P风。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？

（3）已知风力发电机输出的电功率P与P风成正比，某风力发电机在风速v1=9 m/s时，能够输出电功率P1=540 kW。我国某地区风速不低于v2=6 m/s的时间每年约5 000 h，试估算这台风力发电机在该地区的最小年发电量是多少千瓦时。

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第2节 能量的转化与守恒

参考答案

1.B  2.A   3.C   4.B   5.C  6.A   7.C  8.D   9.D   10.D

11.解：铁罐从不太陡的斜面上滚下的过程中，铁罐（包含小铁块）先由慢到快、后由快到慢滚到最低点，上面一段滚动主要是重力势能减小，铁罐的动能和橡皮筋的弹性势能增大；下面一段的滚动主要是重力势能和铁罐动能减小，橡皮筋的弹性势能增大。滚到最低处时，橡皮筋的形变量最大，在橡皮筋恢复原状的过程中，铁罐会由斜面底部自动滚上去，铁罐先慢后快，再由快到慢滚到最高点，伴随着能量的转化：首先是橡皮筋弹性势能的减小，铁罐的动能和重力势能增大，然后是橡皮筋的弹性势能、铁罐动能减小，铁罐的重力势能增大。

12. 解：甲同学的设计理念正确。

过山车的小列车是依靠一个机械装置的推力推上最高点的，但在第一次下行后，就再也没有任何装置给它提供动力。在过山车沿轨道上下运行过程中，由于空气阻力、摩擦力做功而不断消耗机械能，所以过山车依次通过的最大高度会一次比一次低。

13. 解：全年水流量V=Q×3 600×24×365 m3≈3.15Q×107 m3，

这些水的势能Ep=mgh=ρVgh=1×103×3.15Q×107×9.8×h≈3.09Qh×1011 J。

全年发电量E=ηEp=3.09Qhη×1011 J≈8.58Qhη×104 kW·h。

此题是水力发电的原理及能量转化的问题

14. 解：（1）驱动电机的输入功率P电=UI=300×50 W=1.5×104 W。

（2）设F为牵引力，Ff为阻力，由功率计算式，得P机=Fv，

汽车匀速运动，由平衡条件，得F=Ff。

由题意，有P机=0.9P电。

联立解得Ff=，

又v=36 km/h=10 m/s。

则汽车所受阻力与车重的比值

====0.045。

（3）当阳光垂直电池板射入时，所需电池板面积最小，设其为S。

由题意知·S·15%=P电。

故所需的太阳能电池板的最小面积

S== m2≈101 m2。

电机的输出功率即汽车的牵引力功率，P=F·v，P一定时F最小，则v最大。

15. 解：（1）导线上损失的功率P=I 2R=×10 W=9 kW。

导线上损失的功率与输送功率的比值==0.03。

（2）风垂直流向风轮机时，提供的风能功率最大。

单位时间内垂直流向风轮机叶片旋转面积的气体质量为ρvS=πρvr2，

风能的最大功率P风==，从该表达式可知，为增大P风，可采取措施：增加风轮机叶片长度；安装调向装置，保持风轮机正面迎风；等等。

（3）根据题意，风力发电机的输出功率P2=·P1=×540 kW=160 kW，

最小年发电量W=P2t=160×5 000 kW·h =8×105 kW·h。

本题联系实际考查电能输送过程中在输电线上的热损耗；如何提高风能的利用率及输出功率的运算问题；能量的转化和守恒问题。