例1 抽水蓄能電站的工作原理是，在用電低谷時(shí)(如深夜)，電站利用電網(wǎng)多余電能把水抽到高處蓄水池中；到用電高峰時(shí)，再利用蓄水池中的水發(fā)電．如圖1所示，蓄水池(上游水庫(kù))可視為長(zhǎng)方體，有效總庫(kù)容量(可用于發(fā)電的容量)為V，蓄水后水位高出下游水面H高度，發(fā)電過(guò)程中上游水庫(kù)水位最大落差為d．統(tǒng)計(jì)資料表明，該電站年抽水用電為2.4×108kW·h，年發(fā)電量為1.8×108KW·h．則下列計(jì)算結(jié)果正確的是(設(shè)下游水面不變，水的密度為ρ，重力加速度為g，以下游水面為零勢(shì)能面) ( )A. 能用于發(fā)電的水的最大重力勢(shì)能Ep=ρVgHB. 能用于發(fā)電的水的最大重力勢(shì)能Ep=ρVg D. 該電站平均每天所發(fā)電能可供給一個(gè)大城市居民用電(電功率以105kW計(jì))約10h解析：以下游水面為零勢(shì)能面，則用于發(fā)電的水的重心位置到零勢(shì)能面的高度為h=  ，因此它的最大重力勢(shì)能為Ep=ρVg，所以A選項(xiàng)錯(cuò)誤，B選項(xiàng)正確．該電站曲總效率η= 75％，所以C選項(xiàng)正確.該電站平均每天所發(fā)電能可供給一個(gè)大城市居民用電的時(shí)間為t= h=5h，所以D選項(xiàng)錯(cuò)誤．例2某型號(hào)的電熱水器的水箱容積為100L，功率為1.5kW，效率為80％．某型號(hào)的太陽(yáng)能熱水器(如圖2所示)的容積為100L，熱水器集熱管的采光面積為1.5m2，熱效率為40％．當(dāng)太陽(yáng)光照射到地球表面時(shí)，地球表面1m2面積上在1s內(nèi)得到的太陽(yáng)輻射能平均為1.0×103J．如果要將100kg的水從20℃加熱到40℃，請(qǐng)根據(jù)以上材料解決下列問(wèn)題(1)用上述型號(hào)的電熱水器來(lái)加熱，需消耗多少電能?需要多長(zhǎng)時(shí)間?用上述型號(hào)的太陽(yáng)能熱水器來(lái)加熱，大約需要多長(zhǎng)時(shí)間?根據(jù)計(jì)算，分析說(shuō)明兩種熱水器各有什么優(yōu)點(diǎn)．(2)圖3所示為太陽(yáng)能熱水器的工作示意圖，圖中A為集熱管，B為儲(chǔ)水箱，在陽(yáng)光照射下水將沿什么方向運(yùn)動(dòng)?C是輔助加熱器，其作用是什么?請(qǐng)?jiān)趫D中適當(dāng)位置安上進(jìn)水和出水閥門．解析：(1)由題知將100kg的水從20℃加熱到40℃需吸熱Q=cmΔt=4.2×103×100×(40-20)J=8.4×106J =1.05×107J=3kW·h需要時(shí)間t= 用太陽(yáng)能熱水器加熱，需吸收太陽(yáng)能E’= =2.1×107J需時(shí)間 t’= s=1.4×104s=3.9h由以上計(jì)算知，電熱水器的優(yōu)點(diǎn)是加熱速度快，而太陽(yáng)能熱水器的優(yōu)點(diǎn)是節(jié)能(2)集熱管中的水被太陽(yáng)光曬熱后，密度減小，由于浮力作用沿管向右上方運(yùn)動(dòng)形成順時(shí)針?lè)较蛄鲃?dòng)的水流C的作用是在陰雨天用電加熱方式使水溫升高．在封閉的環(huán)形管道左下方安上進(jìn)水閥門，在儲(chǔ)水箱下方豎直管道上安裝出水閥門，即可使熱水流出，冷水得以流入。例3 圖4為熱泵作用效果圖，熱泵對(duì)室內(nèi)供暖所需熱量大部分來(lái)自室外冷空氣，而普通電取暖器供熱則完全來(lái)自電能．熱泵的工作原理與分體式空調(diào)一樣，主要由壓縮機(jī)、蒸發(fā)器、冷凝器和工作物質(zhì)(如氟利昂)等組成.(1)請(qǐng)簡(jiǎn)述熱泵的工作原理；(2)關(guān)于對(duì)空氣能的利用，下列說(shuō)法正確的有( )A. 在自然條件下，熱傳遞的過(guò)程是可逆的，只要不違背能量轉(zhuǎn)化和守恒定律即可C. 在自然條件下，熱量也可以從低溫物體傳給高溫物體D. 在自然條件下，熱傳遞的過(guò)程是不可逆的解析：(1)熱泵的蒸發(fā)器是放在室外，冷凝器是放在室內(nèi)的．壓縮機(jī)先將工作物質(zhì)壓縮成液體，這一過(guò)程產(chǎn)生的熱量通過(guò)冷凝器向室內(nèi)散發(fā)．之后，經(jīng)過(guò)冷凝而降了溫的液態(tài)工作物質(zhì)流入室外的蒸發(fā)器，液體工作物質(zhì)迅速汽化而從室外冷空氣吸收熱量，該熱量隨即又通過(guò)冷凝器向室內(nèi)散發(fā)，如此反復(fù)，實(shí)現(xiàn)循環(huán)．(2)一切宏觀熱現(xiàn)象是不可逆的，因此熱量不會(huì)自動(dòng)從低溫物體向高溫物體傳遞．但在引起其他變化的前提下，熱量也可以通過(guò)特定機(jī)器設(shè)備由低溫物體向高溫物體傳遞，選項(xiàng)D正確．▍ 來(lái)源：綜合網(wǎng)絡(luò) |
