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17. 近日空间高效斯特林热电转换试验装置顺利完成在轨实验.其利用斯特林发动机带动发电机实现热电转化，斯特林发动机的简易结构如图所示，热源加热热气缸内的气体，利用封闭气体的热胀冷缩实现发动机的运转.核燃料是该装置的理想热源，此热电转换技术是空间新能源利用的关键技术之一.关于此技术说法正确的是(
A.核燃料可利用核裂变产生核能，是可再生资源
B.热源通过做功的方式改变热气缸内气体内能
C.斯特林发动机将机械能转化成内能
D.发电机工作过程中将机械能转化为电能
D
)A.核燃料可利用核裂变产生核能，是可再生资源
B.热源通过做功的方式改变热气缸内气体内能
C.斯特林发动机将机械能转化成内能
D.发电机工作过程中将机械能转化为电能
答案
D
解析
【分析】
要解决这道题，我们需要结合能源分类、内能改变方式、能量转化的相关知识，逐个分析选项判断对错：
1. 分析选项A时，明确核燃料的属性，核裂变的核燃料属于不可再生资源；
2. 分析选项B时，判断热源改变气体内能的方式，热源加热气体是热传递而非做功；
3. 分析选项C时，明确斯特林发动机的能量转化方向，是内能转化为机械能；
4. 分析选项D时，回忆发电机的能量转化特点，发电机是将机械能转化为电能。
【解析】
对每个选项逐一分析：
选项A：核燃料利用核裂变产生核能，但核燃料在短时间内无法再生，属于不可再生资源，A错误。
选项B：热源通过热传递的方式将热量传递给热气缸内的气体，从而改变气体的内能，并非做功的方式，B错误。
选项C：斯特林发动机利用封闭气体的热胀冷缩运转，是将气体的内能转化为机械能，而非机械能转化为内能，C错误。
选项D：发电机的工作原理是电磁感应，工作过程中发动机带动发电机转动，将机械能转化为电能，D正确。
【答案】
D
【知识点】
1. 能源的分类
2. 改变内能的方式
3. 能量的转化
【点评】
本题结合斯特林热电转换装置这一科技应用，考查了多个基础物理知识点，需要将物理知识与实际应用结合，准确辨析各选项的正误，要求扎实掌握基础概念。
【难度系数】
0.7
要解决这道题，我们需要结合能源分类、内能改变方式、能量转化的相关知识，逐个分析选项判断对错：
1. 分析选项A时，明确核燃料的属性，核裂变的核燃料属于不可再生资源；
2. 分析选项B时，判断热源改变气体内能的方式，热源加热气体是热传递而非做功；
3. 分析选项C时，明确斯特林发动机的能量转化方向，是内能转化为机械能；
4. 分析选项D时，回忆发电机的能量转化特点，发电机是将机械能转化为电能。
【解析】
对每个选项逐一分析：
选项A：核燃料利用核裂变产生核能，但核燃料在短时间内无法再生，属于不可再生资源，A错误。
选项B：热源通过热传递的方式将热量传递给热气缸内的气体，从而改变气体的内能，并非做功的方式，B错误。
选项C：斯特林发动机利用封闭气体的热胀冷缩运转，是将气体的内能转化为机械能，而非机械能转化为内能，C错误。
选项D：发电机的工作原理是电磁感应，工作过程中发动机带动发电机转动，将机械能转化为电能，D正确。
【答案】
D
【知识点】
1. 能源的分类
2. 改变内能的方式
3. 能量的转化
【点评】
本题结合斯特林热电转换装置这一科技应用，考查了多个基础物理知识点，需要将物理知识与实际应用结合，准确辨析各选项的正误，要求扎实掌握基础概念。
【难度系数】
0.7
18. 我国海阳核电厂在利用核能发电的同时给居民供暖，其工作流程如图所示，核燃料反应堆内有低浓度的铀—235，发生核反应后产生大量的热，一回路和二回路是两个互不相通的水循环回路.一回路的水流过核燃料反应堆的堆芯，带走核反应堆产生的热量，在蒸汽发生器中将热量传递给二回路的水，然后流回堆芯；二回路的水在蒸汽发生器中受热，产生大量高温水蒸气，水蒸气做功推动汽轮机发电，做功后的水蒸气冷凝后返回蒸汽发生器.核能供暖是将发电之后的低品位余热取出来通过管道送给居民.单个机组，如果仅供电，每秒提供的电能为$1.25 × 10^9 \ \mathrm{J}$；若在供电的同时进行供热，每秒提供的电能为$1.21 × 10^9 \ \mathrm{J}$、热量为$2 × 10^8 \ \mathrm{J}$，对单个机组核燃料反应堆产生的能量使用效率提高了3.2%.(标准煤的热值$q=3.0 × 10^7 \ \mathrm{J/kg}$)
(1)核燃料反应堆中的铀—235 是
(2)在下列空格中补充完整核能发电的能量转化过程.
核能→内能→
(3)若给居民供热$5.4 × 10^{15} \ \mathrm{J}$，相当于完全燃烧多少质量标准煤产生的热量?
(4)单个机组核燃料反应堆每秒产生的能量为
(1)核燃料反应堆中的铀—235 是
不可再生
(选填“可再生”或“不可再生”)能源.二回路中的水在蒸汽发生器中发生汽化
(填物态变化名称)吸收热量.(2)在下列空格中补充完整核能发电的能量转化过程.
核能→内能→
机械能
→电能.(3)若给居民供热$5.4 × 10^{15} \ \mathrm{J}$，相当于完全燃烧多少质量标准煤产生的热量?
(4)单个机组核燃料反应堆每秒产生的能量为
5×10^{9}
J.答案
不可再生
汽化
机械能
$ 5×10^9$
解：(3)由$Q_{放}=mq $可得，
$m=\frac {Q_{放}}{q}=\frac {5.4×10^{15}\ \mathrm {J}}{3.0×10^7\ \mathrm {J/kg}}=1.8×10^8\ \mathrm {kg}$
汽化
机械能
$ 5×10^9$
解：(3)由$Q_{放}=mq $可得，
$m=\frac {Q_{放}}{q}=\frac {5.4×10^{15}\ \mathrm {J}}{3.0×10^7\ \mathrm {J/kg}}=1.8×10^8\ \mathrm {kg}$
解析
【分析】
1. 第(1)题：先判断能源类型，不可再生能源是短期内无法从自然界补充的能源，铀-235属于核燃料，消耗后不可再生；物态变化上，水变为水蒸气是液态转气态，属于汽化，汽化吸热。
2. 第(2)题：核能发电时，核能先转化为水的内能，水蒸气推动汽轮机转动，将内能转化为机械能，最终机械能转化为电能，因此中间环节是机械能。
3. 第(3)题：已知供热热量等于标准煤完全燃烧放出的热量，根据热值公式$Q_{放}=mq$变形即可计算标准煤质量。
4. 第(4)题：设反应堆每秒产生的能量为$E$，分别表示仅供电和供热+供电时的效率，利用效率差为3.2%的关系列方程求解$E$。
【解析】
(1) 铀—235消耗后无法在短期内从自然界得到补充，属于不可再生能源；二回路中的水在蒸汽发生器中由液态变为气态，发生汽化现象，吸收热量。
(2) 核能发电的能量转化过程：核能→内能→机械能→电能，水蒸气推动汽轮机转动，将内能转化为机械能，再通过发电机将机械能转化为电能。
(3) 已知供热热量$Q_{放}=5.4 × 10^{15} \ \mathrm{J}$，标准煤热值$q=3.0 × 10^7 \ \mathrm{J/kg}$，根据$Q_{放}=mq$，可得完全燃烧标准煤的质量：
$\begin{align}m&=\frac{Q_{放}}{q}\\&=\frac{5.4 × 10^{15} \ \mathrm{J}}{3.0 × 10^7 \ \mathrm{J/kg}}\\&=1.8 × 10^8 \ \mathrm{kg}\end{align}$
(4) 设单个机组核燃料反应堆每秒产生的能量为$E$，仅供电时效率$\eta_1=\frac{1.25 × 10^9 \ \mathrm{J}}{E}$，供电同时供热时效率$\eta_2=\frac{1.21 × 10^9 \ \mathrm{J} + 2 × 10^8 \ \mathrm{J}}{E}$。
由题意$\eta_2 - \eta_1 = 3.2\%$，代入得：
$\begin{align}\frac{1.41 × 10^9 \ \mathrm{J}}{E} - \frac{1.25 × 10^9 \ \mathrm{J}}{E} &= 0.032\\frac{0.16 × 10^9 \ \mathrm{J}}{E} &= 0.032\\E&=\frac{0.16 × 10^9 \ \mathrm{J}}{0.032}=5 × 10^9 \ \mathrm{J}\end{align}$
【答案】
(1) 不可再生；汽化
(2) 机械能
(3) $1.8 × 10^8 \ \mathrm{kg}$
(4) $5 × 10^9$
【知识点】
不可再生能源、汽化现象、热值计算
【点评】
本题结合实际核电厂工作流程，考查能源分类、物态变化、能量转化及热值计算等知识点，将物理知识与工程应用结合，既要求学生理解核能发电原理，又需熟练运用公式计算，培养综合分析与计算能力。
【难度系数】
0.6
1. 第(1)题：先判断能源类型，不可再生能源是短期内无法从自然界补充的能源，铀-235属于核燃料，消耗后不可再生；物态变化上，水变为水蒸气是液态转气态，属于汽化，汽化吸热。
2. 第(2)题：核能发电时，核能先转化为水的内能，水蒸气推动汽轮机转动，将内能转化为机械能，最终机械能转化为电能，因此中间环节是机械能。
3. 第(3)题：已知供热热量等于标准煤完全燃烧放出的热量，根据热值公式$Q_{放}=mq$变形即可计算标准煤质量。
4. 第(4)题：设反应堆每秒产生的能量为$E$，分别表示仅供电和供热+供电时的效率，利用效率差为3.2%的关系列方程求解$E$。
【解析】
(1) 铀—235消耗后无法在短期内从自然界得到补充，属于不可再生能源；二回路中的水在蒸汽发生器中由液态变为气态，发生汽化现象，吸收热量。
(2) 核能发电的能量转化过程：核能→内能→机械能→电能，水蒸气推动汽轮机转动，将内能转化为机械能，再通过发电机将机械能转化为电能。
(3) 已知供热热量$Q_{放}=5.4 × 10^{15} \ \mathrm{J}$，标准煤热值$q=3.0 × 10^7 \ \mathrm{J/kg}$，根据$Q_{放}=mq$，可得完全燃烧标准煤的质量：
$\begin{align}m&=\frac{Q_{放}}{q}\\&=\frac{5.4 × 10^{15} \ \mathrm{J}}{3.0 × 10^7 \ \mathrm{J/kg}}\\&=1.8 × 10^8 \ \mathrm{kg}\end{align}$
(4) 设单个机组核燃料反应堆每秒产生的能量为$E$，仅供电时效率$\eta_1=\frac{1.25 × 10^9 \ \mathrm{J}}{E}$，供电同时供热时效率$\eta_2=\frac{1.21 × 10^9 \ \mathrm{J} + 2 × 10^8 \ \mathrm{J}}{E}$。
由题意$\eta_2 - \eta_1 = 3.2\%$，代入得：
$\begin{align}\frac{1.41 × 10^9 \ \mathrm{J}}{E} - \frac{1.25 × 10^9 \ \mathrm{J}}{E} &= 0.032\\frac{0.16 × 10^9 \ \mathrm{J}}{E} &= 0.032\\E&=\frac{0.16 × 10^9 \ \mathrm{J}}{0.032}=5 × 10^9 \ \mathrm{J}\end{align}$
【答案】
(1) 不可再生；汽化
(2) 机械能
(3) $1.8 × 10^8 \ \mathrm{kg}$
(4) $5 × 10^9$
【知识点】
不可再生能源、汽化现象、热值计算
【点评】
本题结合实际核电厂工作流程，考查能源分类、物态变化、能量转化及热值计算等知识点，将物理知识与工程应用结合，既要求学生理解核能发电原理，又需熟练运用公式计算，培养综合分析与计算能力。
【难度系数】
0.6
