能源与可持续发展 过关检测习题培优专练 人教版新教材高中物理必修第三册（含答案解析）

第4节能源与可持续发展一、能量守恒定律1、如图所示，一个粗细均匀的U形管内装有同种液体，液体质量为m。在管口右端用盖板A密闭，两边液面高度差为h，U形管内液体的总长度为4h，先拿去盖板，液体开始运动，由于管壁的阻力作用，最终管内液体停止运动，则该过程中产生的内能为()A.eq\f(1,16)mghB.eq\f(1,8)mghC.eq\f(1,4)mghD.eq\f(1,2)mgh[解析]去掉右侧盖板之后，液体向左侧流动，最终两侧液面相平，液体的重力势能减少，减少的重力势能转化为内能。如图所示，最终状态可等效为右侧eq\f(1,2)h的液柱移到左侧管中，即增加的内能等于该液柱减少的重力势能，则Q＝eq\f(1,8)mg·eq\f(1,2)h＝eq\f(1,16)mgh，故A正确。解析：选A2、[多选]如图所示是流星在夜空中发出明亮的光焰。此时会有人在内心里许下一个美好的愿望。有些流星是外太空物体被地球强大引力吸引坠落到地面的过程中同空气发生剧烈摩擦造成的。下列相关说法正确的是()A．流星同空气摩擦时部分机械能转化为内能B．引力对流星做正功则其动能增加，机械能守恒C．当流星的速度方向与空气阻力和重力的合力不在同一直线上时，流星做曲线运动D．流星物体进入大气层后做斜抛运动解析：选AC流星同空气摩擦时部分机械能转化为内能，A正确；引力对流星做正功，除了重力之外还有其他力做功，机械能不守恒，B错误；当流星的速度方向与空气阻力和重力的合力不在同一直线上时，流星做曲线运动，C正确；斜抛运动的物体只受重力作用，而流星除受重力作用外，还要受到空气阻力，D错误。3、[多选]行驶中的汽车制动后滑行一段距离，最后停下；流星在夜空中坠落并发出明亮的火焰；降落伞在空中匀速下降；条形磁铁在下落过程中穿过闭合线圈，线圈中产生电流。上述不同现象中所包含的相同的物理过程是()A．物体克服阻力做功B．物体的动能转化为其他形式的能量C．物体的势能转化为其他形式的能量D．物体的机械能转化为其他形式的能量解析：选AD这四个现象中物体运动过程中都受到阻力作用，汽车主要受摩擦阻力，流星、降落伞受空气阻力，条形磁铁下落受磁场阻力，因而物体都克服阻力做功，A正确；汽车制动过程中有动能的减少而没有重力势能的转化，降落伞在空中匀速下落，重力势能减少而动能不变，故选项B、C均错误；因四个现象均有阻力做功，机械能均有损失，故选项D正确。4、浙江最大抽水蓄能电站2016年在缙云开建，抽水蓄能电站结构如图所示。抽水蓄能电站有两种工作模式，一种为抽水蓄能模式：居民用电低谷时(如深夜)，电站利用居民电网多余电能把水从下水库抽到上水库；另一种为放水发电模式：居民用电高峰时，再将上水库中的水放到下水库进行发电，将产生的电能输送到居民电网供居民使用。一抽一放起到了均衡电网负荷的作用。关于抽水蓄能电站下列说法正确的是()A.抽水蓄能的过程中，能量守恒B.放水发电的过程中，机械能守恒C.抽水蓄能电站建成之后，可以使能量增多D.抽水蓄能电站建成之后，就不会再有能源危机问题了解析：选A抽水蓄能的过程中，总的能量是守恒的，A正确；放水发电的过程中，有部分重力势能转化为内能，机械能不守恒，B错误；抽水蓄能，并不能使能量增多，总的能量保持不变，C错误；抽水蓄能电站，能够合理调节用电高峰期和低峰期的调峰问题，但是能量总量并没有增加，我们仍面临着能源危机，还需节约能源，D错误。二、能量转移或转化的方向性1、下列关于能量转化的说法中，正确的是()A．能量在转化过程中，有一部分能量转化为内能，我们无法把这些内能收集起来重新利用B．各种形式的能量在转化时，总能量是不变的C．在能源的利用过程中，能量的总量并未减少，但在可利用的品质上降低了，从便于利用的变成了不便于利用的D．各种能量在不转化时是守恒的，但在转化时是不守恒的解析：选ABC根据能量守恒定律可知，不论在能量的转化还是在能量的转移过程中，能量的总量都是不变的。由能量耗散知，在能量转化的过程中，有一部分能量转化为周围环境的内能，而我们无法把这些内能收集起来重新利用，这表明，在能源的利用过程中，能量的总量并未减少，但是在可利用的品质上降低了，从便于利用的变成不便于利用的了，而自然界的能量仍是守恒的。故选项A、B、C正确，D错误。2、下列对能量耗散的理解正确的是()A．能量耗散说明能量不断减少B．能量耗散遵守能量守恒定律C．能量耗散说明能量不能凭空产生，但可以凭空消失D．能量耗散从能量角度反应出自然界的宏观过程具有方向性解析：选BD在发生能量转换的宏观过程中，其他形式的能量最终会转化为流散到周围环境的内能，无法再回收利用，这种现象叫能量耗散。能量耗散并不违背能量守恒定律，能量既没有减少，也没有消失，它从能量角度反映出自然界的宏观过程具有方向性，故A、C错误，B、D正确。3、[多选]下列关于能量耗散的说法正确的是()A．能量耗散使能的总量减少，违背了能量守恒定律B．能量耗散是指耗散在环境中的内能不便于被人类利用C．各种形式的能量向内能的转化，是能够自动全额发生的D．能量耗散导致能量品质的降低解析：选BCD能量耗散是能量在转化的过程中有一部分以内能的形式被周围环境吸收，遵守能量守恒定律，但使得能量品质降低，故选项A错误，选项B、D正确；其他形式的能在一定的条件下可以全部转化为内能，但相反过程却不能够全额进行，选项C正确。4、关于能量和能源，下列说法中正确的是()A．化石能源是清洁能源；水能是可再生能源B．人类在不断地开发和利用新能源，所以能量可以被创造C．在能源的利用过程中，由于能量在数量上并未减少，所以不需要节约能源D．能量耗散现象说明：在能量转化的过程中，虽然能量的总量并不减少，但能量品质降低了解析：选D化石能源燃烧时放出SO2、CO2等气体，形成酸雨和温室效应，破坏生态环境，不是清洁能源，A项错误；能量是守恒的，既不能创造也不可能消失，但能量品质会下降，故要节约能源，B、C均错误，D项正确。5、(多选)2011年3月中国能源研究会公布了2010年中国能源整体消费状况，报告显示，去年我国一次能源消费量为32.5亿吨标准煤，比去年增长5.9%，且单位能耗居高不下。专家预计，在中国当前的经济发展速度下，刚性需求不仅推动能源价格的大幅上涨，而且未来中国能源供应瓶颈将难以避免。在能源消耗的过程中，我们无法把一些能源消耗产生的内能收集起来重新利用，这种现象叫作能量的耗散。对于能量耗散理解正确是()A.能量耗散说明能量在不断的减少B.能量耗散遵循能量守恒定律C.能量耗散说明能量不能凭空产生，但能量却可以凭空消失D.能量耗散从能量的角度反映出自然界中的宏观过程具有方向性解析：选BD能量耗散是能量变成了无法收集利用的内能，能量不会不断减少，A错误；能量守恒定律适用于整个自然界，物质能量变化必须遵循能量守恒定律，B正确；能量既不能凭空产生，也不能凭空消失，C错误；能量耗散是一个宏观过程，代表着能量向不可收集利用的方向转化，D正确。三、能源的分类与应用1、下列供热方式最有利于环境保护的是()A．用煤做燃料供热B．用石油做燃料供热C．用天然气或煤气做燃料供热D．用太阳能灶供热解析：选D煤、石油、天然气等燃料的利用，使人类获得大量的内能，但由于这些燃料中含有杂质以及燃烧得不充分，使得废气中含有的粉尘、一氧化碳、二氧化硫等物质污染了大气。而太阳能是一种无污染的能源，应大力推广，故答案应选D。2、下列关于能源的说法中错误的是()A．能源是取之不尽，用之不竭的，所以不存在能源危机B．能源是有限的，特别是常规能源，如煤、石油、天然气等C．大量消耗常规能源会使环境恶化，故提倡开发利用新能源D．核能的利用对环境的影响比燃烧石油、煤炭小解析：选A尽管能量守恒，但耗散的能量无法重新收集利用，所以能源是有限的，特别是常规能源，A错误，B正确；常规能源的利用比新能源核能的利用对环境影响大，C、D正确。3、某地强风的风速约为v，空气的密度为ρ，如果把通过横截面积S的风的动能完全转化为电能，则用上述已知量计算电功率的公式为()A.P＝eq\f(1,2)ρSv B.P＝eq\f(1,2)ρSv2C.P＝eq\f(1,2)ρSv3 D.P＝eq\f(1,2)ρSv4解析：选C风能转变为电能，由能量守恒定律得eq\f(1,2)mv2＝Pt，其中m＝ρV＝ρvtS，联立解得P＝eq\f(ρv3tS,2t)＝eq\f(1,2)ρSv3，A、B、D错误，C正确。4、市面上出售一种装有太阳能电扇的帽子(如图所示)。在阳光的照射下，小电扇快速转动，能给炎热的夏季带来一丝凉爽。该装置的能量转化情况是()A.太阳能→电能→机械能B.太阳能→机械能→电能C.电能→太阳能→机械能D.机械能→太阳能→电能解析：选A帽子上的太阳能电池板将太阳能转化为电能，供小电扇工作，小电扇工作时消耗电能，将电能转化为扇叶的机械能，故选A。5、图示中的路灯为太阳能路灯,每只路灯的光伏电池板有效采光面积约0.3m2。晴天时电池板上每平方米每小时接收到的太阳辐射能约为3×106J。如果每天等效日照时间约为6h,光电池一天产生的电能可供30W的路灯工作8h。光电池的光电转换效率约为()A.4.8% B.9.6% C.16% D.44%解析：选C每天(6h)太阳能电池板吸收的太阳能W总=0.3×3×106J/h×6h=5.4×106J,因为电子节能灯正常工作,所以P=P额=30W,电子节能灯正常工作8h消耗的电能W有用=Pt=30W×8×3600s=8.64×105J,太阳能照明灯利用太阳能的效率η=≈16%。故选C。四、能源与社会发展1、[多选]关于“温室效应”，下列说法正确的是()A．太阳能源源不断地辐射到地球上，由此产生了“温室效应”B．石油和煤炭燃烧时产生的二氧化碳增加了大气中二氧化碳的含量，由此产生了“温室效应”C．“温室效应”使得地面气温上升、两极冰雪融化D．“温室效应”使得土壤酸化解析：选BC“温室效应”的产生是由于石油和煤炭燃烧时产生的二氧化碳增加了大气中二氧化碳的含量，它的危害是使地面气温上升、两极冰雪融化、海平面上升、淹没沿海城市、海水向河流倒灌、耕地盐碱化等，故B、C选项正确。2、PM2.5主要来自化石燃料、生物质、垃圾的焚烧，为了控制污染，要求我们节约及高效利用能源。关于能源和能量，下列说法中正确的是()A．自然界中的石油、煤炭等能源可供人类永久使用B．人类应多开发与利用太阳能、风能等新能源C．能量被使用后就消灭了，所以要节约能源D．能量耗散说明自然界的能量在不断减少解析：选B煤、石油虽然是当今人类利用的主要能源，但不能短期内从自然界得到补充，是不可再生能源，选项A错误；太阳能和风能，包括水能等都是可再生能源且为清洁能源，应该尽量开发与利用，选项B正确；能量虽然守恒，但有些能量使用以后不可能再被利用，所以要节约能源，但能量是不会减少的，也不会被消灭掉，只是形式发生转变，选项C、D错误。3、全球受“新冠”疫情的影响，能源市场需求减少，国际原油价格一路走低。下列关于能量和能源说法正确的是()A.由于自然界的能量守恒，所以不需要节约能源B.在利用能源的过程中，能量在数量上并未减少C.能量耗散说明能量在转化过程中没有方向性D.人类在不断地开发和利用新能源，所以能量可以被创造解析：选B在自发状态下，能量传递具有方向性，A、C错误；根据能量守恒，在利用能源的过程中，能量在数量上并未减少，B正确；人类可以不断地开发和利用新能源，但是能量不可以被创造，D错误。4、目前，共享单车作为绿色出行的交通工具，成为一种时尚。甲、乙两种共享单车都采用了电子锁，车锁内集成了GPS模块与联网模块等，这些模块工作时需要电能。这两种共享单车采用了不同的方式获取电能：甲车靠小型发电机——踩动单车时，线圈在磁场中转动，产生电能，如图1所示；乙车靠车筐底部的太阳能电池板——有光照时，产生电能，如图2所示。这两种共享单车获取电能时，都是把其他形式的能转化为电能。关于它们的能量转化，下列说法中正确的是()A.都是把机械能转化为电能B.都是把光能转化为电能C.甲车把机械能转化为电能，乙车把光能转化为电能D.甲车把光能转化为电能，乙车把机械能转化为电能解析：选C甲车靠小型发电机——踩动单车时，线圈在磁场中转动，产生电能，故是将机械能转化为电能；乙车靠车筐底部的太阳能电池板——有光照时，产生电能，故是将光能转化为电能。故A、B、D错误，C正确。计算题：1、能源问题是人类面临的重大课题，寻找新的、无污染的能源是人们努力的方向，利用潮汐发电即为一例。如图所示的是利用潮汐发电的简单示意图，左边为陆地和海湾，中间为大坝，其下有通道，水经通道可带动发电机。涨潮时，水进入海湾，待内外水面高度相同，堵住通道，如图甲所示；潮落至最低点时放水发电，如图乙所示；待内外水面高度相同，再堵住通道，直到下次涨潮至最高点，又放水发电，如图丙所示。设海湾面积为5.0×107m2，高潮与低潮间高度差为3.0m，则一天内水流的平均功率为多少。(海水密度ρ＝1.0×103kg/m3，g取10m/s2，每天两次涨潮，四个发电时间段)解析：每次涨潮时流进海湾(落潮时流出海湾)的海水的质量m＝ρSh＝1.5×1011kg其重心高度变化为h′＝1.5m每次落潮海水重力势能的减少量ΔEp＝mgh′＝2.25×1012J一天内水流做功的功率P＝eq\f(4ΔEp,t)≈1.04×108W。答案：1.04×108W2