12.4 能源与可持续发展 课时作业-2022-2023学年物理高二上学期（人教版2019必修第三册）

人教版高一物理必修第三册课时作业4能源与可持续发展一、单项选择题1、关于能源的利用和节能，下列说法正确的是()A．根据能量守恒定律，能源的利用率应该是100%B．由于能量既不会凭空消失，也不会凭空产生，总是守恒的，所以节约能源的意义不大C．节约能源只要提高节能意识就行，与科学进步无关D．在能源的利用中，总会有一部分能源未被利用而损失掉2、关于能源的开发和利用，下列观点错误的是()A．无节制地利用能源，是一种盲目的短期行为B．根据能量守恒定律，能源是取之不尽、用之不竭的C．能源的开发和利用，必须同时加强对环境的保护D．不断开发新能源，是缓解能源危机的主要途径3、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4、下列说法正确的是()A.随着科技的发展,永动机是可以制成的B.太阳照射到地球上的光能转化成了其他形式的能量,但照射到宇宙空间的能量都消失了C.“既要马儿跑,又让马儿不吃草”违背了能量转化和守恒定律,因而是不可能的D.有种“全自动”手表,不用上发条,也不用任何形式的电源,却能一直走动,说明能量可以凭空产生5、如图是安装在列车车厢之间的摩擦缓冲器结构图,图中①和②为楔块,③和④为垫板,楔块与弹簧盒、垫板间均有摩擦,在车厢相互撞击使弹簧压缩的过程中()A.缓冲器的机械能守恒B.摩擦力做功消耗机械能C.垫板的动能全部转化为内能D.弹簧的弹性势能全部转化为动能6、一颗子弹以某一水平速度击中了静止在光滑水平面上的木块,并从中穿出。对于这一过程,下列说法正确的是()A.子弹减少的机械能等于木块增加的机械能B.子弹和木块组成的系统机械能的损失量等于系统产生的热量C.子弹减少的机械能等于木块增加的动能与木块增加的内能之和D.子弹减少的动能等于木块增加的动能与子弹增加的内能之和7、关于能量和能源,下列说法正确的是 ()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,但在可利用的品质上降低了C.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8、有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→电能二、多项选择题9、下列关于能量的说法中正确的是()A.能量的概念是牛顿最早提出来的B.能量有不同的表现形式,并可以相互转化,但总量不变C.伽利略的斜面实验表明了小球在运动过程中某个量是守恒的D.以上说法均不正确10、在最近几年的空调市场上出现了一个新宠——变频空调,据专家介绍变频空调比定频空调要节能,因为定频空调开机时就等同于汽车启动时,很耗能,是正常运行的5~7倍。定频空调在工作时达到设定温度就停机,等温度高了再继续启动,这样的频繁启动,耗电多。变频空调启动时有一个由低到高的过程,而运行过程是通过自动变速来保持室内温度,从开机到关机中间不停机,所以比较省电。根据上述介绍,判断以下说法中合理的是 ()A.变频空调节能,运行中不遵守能量守恒定律B.变频空调运行中做功少,转化能量多C.变频空调在同样工作条件下运行效率高,省电D.变频空调与定频空调做同样多的功时,消耗同样多的电能11、下列对能量耗散的理解正确的有 ()A.能量耗散说明能量在不断减少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.能量耗散从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程具有方向性12、以下说法正确的是 ()A.煤、石油、天然气等燃料的最初来源可追溯到太阳能B.汽油是一种清洁能源C.水能是可再生能源D.煤、石油等常规能源是取之不尽、用之不竭的13、能源短缺和环境恶化指的是()A.煤炭和石油的开采与技术有关,在当前技术条件下,煤炭和石油的开采是有限的,这叫能源短缺B.煤炭和石油资源是有限的,以今天的开采和消耗速度,石油储藏将在百年内用尽,煤炭资源也不可能永续,这叫能源短缺C.煤炭和石油具有很大的气味,在开采、存放和使用过程中这些气味会聚集在空气中污染空气,使环境恶化D.大量煤炭和石油产品在燃烧时排出的有害气体污染了空气,改变了大气成分,使环境恶化三、非选择题14、某地的平均风速为5m/s，已知空气密度是1.2kg/m3，有一风车，它的车叶转动时可形成半径为12m的圆面，如果这个风车能将此圆内10%的气流的动能转变为电能，则该风车带动的发电机功率是多大？15、如图所示,质量为m的小物体A以水平速度v0从左侧冲上质量为M、长为l置于光滑水平面C上的木板B,刚好不从木板上掉下,已知A、B间的动摩擦因数为μ,此时木板对地位移为x,重力加速度为g。在这一过程中,求:(1)木板增加的动能;(2)小物体减少的动能;(3)系统产生的内能。16、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)17、太阳能是人类使用的最基本的能源,它无污染、无费用,这种能源的使用期和太阳本身寿命一样长,当太阳光照射地面时,1m2地面上在1s内平均得到的太阳辐射能约为1.0×103J。太阳能热水器就是直接利用太阳能的装置,目前已经出现在我们的生活中。晓彤在网上下载了某型号太阳能热水器的宣传广告:(1)晓彤家每天大约需要100kg热水,用这种热水器将这些水从25℃加热到45℃需要多长时间?(2)与效率为80%的电热水器相比,晓彤家每天可节约多少电能?18、风能将成为21世纪大规模开发的一种可再生清洁能源。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、齿轮箱、发电机等。如图所示。风力发电机示意图(1)风轮机叶片旋转所扫过的面积为风力发电机可接受风能的面积。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最大风能Pm。(2)已知风力发电机的输出电功率P与Pm成正比。某风力发电机在风速v1=9m/s时能够输出电功率P1=540kW。我国某地区风速不低于v2=6m/s的时间每年约为5000小时。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。答案与解析1、D解析：能源的使用在任何情况下都不可能达到理想状态，做到没有任何损失，虽然遵从能量守恒定律，但它指的是损失部分和被利用部分总和与原来的能量总量相等，选项A错误，D正确；根据能量转化的方向性可知，能量经转化后，可利用的能只可能减少，不可能增加，因此节能的意义重大，同时，只有节能意识是不够的，必须利用科技手段来提高能源的利用率，不断开发新能源，以满足人类社会可持续发展的需要，选项B、C错误。2、B解析：能源是有限的，必须合理利用能源，A正确；尽管能量守恒，但使用过程中会有能量耗散及品质降低，B错误；能源利用推动人类进步的同时会破坏人类生存的环境，必须加强对环境的保护，C正确；开发新能源、清洁能源可以缓解常规能源的不足，D正确。3、B解析：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。4、C解析：永动机是指不消耗或少消耗能量,而可以大量对外做功的装置,历史上曾出现过各式各样的所谓永动机的发明,结果都以失败告终,原因就是违背了能量转化和守恒定律,A错误;太阳辐射大量的能量,地球只吸收了极少的一部分,就形成了风云雨雪,使万物生长。辐射到宇宙空间的能量也没有消失,一定是转化成了别的能量,B错误;马和其他动物,包括人要运动,必须消耗能量,动物的能量来源是食物中储存的生物质能,C正确;所谓“全自动”手表内部还是有能量转化装置的,一般是一个摆锤,当人戴着手表活动时,使摆锤不停摆动,给游丝弹簧补充能量,才会维持手表的走动。如果把这种表放在桌面上静置两天,它一定会停摆的,D错误。5、B解析：在弹簧压缩过程中,由于摩擦力做功消耗机械能,因此机械能不守恒,选项A错误,B正确;垫板的动能转化为弹性势能和内能,选项C、D均错误。6、B解析：子弹射穿木块的过程中,由于相互间摩擦力的作用使得子弹的动能减少,木块获得动能,同时产生热量,且系统产生的热量在数值上等于系统机械能的损失。A选项漏考虑系统增加的内能,A项错误;C、D选项应考虑的是系统(子弹、木块)内能的增加,C、D错误。7、B解析：自然界中能量守恒,但仍需节约能源。在利用能源的过程中,能量在数量上并没有减少,但在可利用的品质上降低了,这是能源危机更深层次的含义;能量转化具有方向性,能量不能被创造,也不会消失,因此B正确,A、C、D错误。8、A解析：根据题意,小电扇在阳光照射下转动,说明最初的能量来源为阳光,即太阳能,然后阳光被一块太阳能电池板吸收,将太阳能转化成电能。电能带动小电动机转动,实现了小电扇的旋转,是电能向机械能的转化。总的转化过程为太阳能→电能→机械能。故A正确。9、BC解析：能量的概念最早是焦耳提出的,选项A错误;根据能量守恒定律知选项B正确;伽利略的斜面实验表明了小球在运动过程中某个量是守恒的,选项C正确,D错误。10、CD解析：自然界的一切过程都遵守能量守恒定律,A错误;功是能量转化的量度,做同样多的功,消耗同样多的电能,B错误、D正确;由变频空调的工作特点可知其省电的原理是效率高,C正确。11、BD解析：在发生能量转化的宏观过程中,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。能量耗散并不违反能量守恒定律,自然界中的能量既没有减少,也没有消失,它从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程具有方向性,故A、C错误,B、D正确。12、AC解析：煤、石油、天然气等燃料是古代动植物的遗体经过一系列生物化学变化而生成的,而动植物体内的能量最初都可追溯到太阳能,选项A正确;汽油燃烧的产物会对大气造成污染,选项B错误;水能是可再生能源,选项C正确;煤、石油等储量是有限的,是不可再生能源,选项D错误。13、BD解析：煤炭和石油都是由几亿年以前的生物遗体形成的,这些能源短时间内不能再次生成,它们的储量是有限的,并不是取之不尽、用之不竭的,这是能源短缺;大量化石能源在使用时会排出有害气体污染空气,这是环境恶化。故B、D正确,A、C错误。14、解析：首先可以求出在时间t内作用于风车的气流质量为m＝πr2vtρ，这些气流的动能为Ek＝eq\f(1,2)mv2故风车带动发电机发电的功率为P＝eq\f(10%Ek,t)＝eq\f(1,2)πr2ρv3×10%代入数据以后得P＝3.4kW。答案：3.4kW15、解析：(1)滑动摩擦力对木板B做正功,根据动能定理得μmgx=Mv2-0=ΔEkB解得木板增加的动能ΔEkB=μmgx。(2)滑动摩擦力对小物体A做负功,根据动能定理得-μmg(x+l)=mv2-m=ΔEkA解得小物体减少的动能为μmg(x+l)。(3)系统内能的增量为ΔE内=Ffs相对=μmgl或系统内能的增加量等于系统机械能的减少量,即ΔE内=m-(M+m)v2=μmgl答案:(1)μmgx(2)μmg(x+l)(3)μmgl16、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：1.04×108W17、解析：(1)Q吸=cm(t-t0)=4.2×103×100×(45-25)J=8.4×106J太阳能热水器传给水的热量Q放=kStη,因为Q吸=Q放,所以t==s=1.4×104s≈3.9h(2)W==J=10.5×106J≈2.9kW·h答案:(1)3.9h(2)2.9kW·h18、答案：(1)12πρr2