人教版 (2019)必修 第三册4 能源与可持续发展练习

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知识精讲
知识点01 能量守恒定律
能量既不会凭空 ，也不会凭空 ，它只能从一种形式 为其他形式，或者从一个物体——到别的物体，在转化或转移的过程中，能量的总量 ．
【即学即练1】如图所示，一小孩从公园中粗糙的滑梯上自由加速滑下，其能量的变化情况是( )
A．重力势能减少，动能不变，机械能减少
B．重力势能减少，动能增加，机械能减少
C．重力势能减少，动能增加，机械能增加
D．重力势能减少，动能增加，机械能守恒
知识点02 能量转移或转化的方向性
1．一切与热现象有关的宏观自然过程都是 的．
2．能量的耗散：其他形式的能转化为内能后不能再重复利用，这种现象叫作能量的耗散．
3．能量的耗散是从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程具有 ．
【即学即练2】(多选)关于能量和能量耗散，下列说法中正确的是( )
A．能量耗散从能量转化的角度反映出自然界中客观过程的方向性
B．能量耗散表明能源的利用是有条件的，也是有代价的
C．能量守恒，不可消失，所以没有必要节约能源
D．能量之间可以相互转化，故能源可以很方便的循环利用
知识点03 能量的分类与应用、能源与社会发展
1．能源的分类
(1)不可再生能源：煤炭、石油和天然气是目前人类生产、生活中使用的主要能源，这类能源又叫作 能源．化石能源无法在短时间内再生，所以这类能源叫作不可再生能源．
(2)可再生能源：水能和风能等能源，归根结底来源于太阳能．这些能源在自然界可以再生，叫作可再生能源．
2．能源的开发与应用
近年来，我国在能源开发方面取得了很大的成就：如： 发电、水力发电、 发电、 发电．
3．随着人口迅速增长、经济快速发展以及工业化程度的提高， 短缺和过度使用 带来的环境恶化已经成为关系到人类社会能否持续发展的大问题．
4．可持续发展
(1)可持续发展的核心：追求发展与 、 的平衡：既满足当代人的需求，又不损害子孙后代的需求．
(2)需要做好两方面：
①要大力提倡 ；
②发展 能源以及天然气、清洁煤和核能等在生产及消费过程中对生态环境的污染程度低的 能源．
【即学即练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P＝( )
A.eq \f(1,2)ρSv B.eq \f(1,2)ρSv2
C.eq \f(1,2)ρSv3 D.eq \f(1,2)ρSv4
能力拓展
考法01 能量守恒定律
能量守恒定律的理解与应用
1．自然界中不同形式的能量可以相互转化，一种形式的能量减少一定伴随着其他形式的能量增加，能量的总量保持不变．
2．能量守恒定律的适用范围
能量守恒定律是贯穿物理学的基本规律，是在各种自然现象中普遍适用的一条规律．
3．能量守恒定律的表达式
(1)E初＝E末，初状态各种能量的总和等于末状态各种能量的总和．
(2)ΔE增＝ΔE减，某些能量的增加量等于其他能量的减少量．
4．应用步骤
(1)明确研究对象及研究过程；
(2)明确该过程中，哪些形式的能量在变化；
(3)确定参与转化的能量中，哪些能量增加，哪些能量减少；
(4)列出增加的能量和减少的能量之间的守恒式(或初、末状态能量相等的守恒式)．
【典例1】 (多选)如图，长度为l的小车静止在光滑的水平面上，可视为质点的小物块放在小车的最左端。将一水平恒力F作用在小物块上，物块和小车之间的摩擦力大小为f。当小车运动的位移为s时，物块刚好滑到小车的最右端，下列判断正确的有( )
A．此时物块的动能为(F－f)(s＋l)
B．这一过程中，物块对小车所做的功为f(s＋l)
C．这一过程中，物块和小车系统产生的内能为fl
D．这一过程中，物块和小车系统增加的机械能为Fs
考法02能量转移或转化的方向性
对“能量的耗散和品质降低”的理解
(1)各种形式的能最终都转化为内能，流散到周围的环境中，分散在环境中的内能不管数量多么巨大，它也不过只能使地球、大气稍稍变暖一点，却再也不能驱动机器做功了．
(2)从可被利用的价值来看，内能较之机械能、电能等，是一种低品质的能量．由此可知，能量的耗散虽然不会导致能量的总量减少，却会导致能量品质的降低，实际上是将能量从高度有用的形式降级为不太可用的形式．
(3)能量的耗散导致可利用能源减少，所以要节约能源．
【典例2】(多选)对于能量的耗散理解正确的是( )
A．能量的耗散说明能量在不断的减少
B．能量的耗散遵循能量守恒定律
C．能量的耗散说明能量不能凭空产生，但能量却可以凭空消失
D．能量的耗散从能量的角度反应出自然界中的宏观过程具有方向性
考法03 能源的分类与应用 能源与社会发展
1．能源的分类
按可否再生分为可再生能源与不可再生能源
(1)不可再生能源：人们把煤炭、石油、天然气叫作化石能源．化石能源无法在短时间内再生，被叫作不可再生能源．
(2)可再生能源：在自然界可以再生，例如水能、风能、潮汐能、生物能、地热能等．
2．能源和环境污染
(1)温室效应：石油和煤炭的燃烧增加了大气中二氧化碳的含量，因此加剧了温室效应．温室效应使得两极的冰雪融化，海平面上升，淹没沿海城市，使海水倒流入河流，从而使耕地盐碱化；温室效应使全球降水量变化，影响气候和植被变化，影响人体健康．
(2)酸雨：酸雨是指pH值小于5.6的雨、雪或其他形式的大气降水．形成酸雨的主要原因是燃烧煤炭和石油，以及工业生产等释放到大气中的二氧化硫等物质使雨水酸度升高，形成“酸雨”，腐蚀建筑物、酸化土壤．
(3)光化学烟雾：内燃机工作时的高温使空气和燃料中的多种物质发生化学反应，产生氮的氧化物和碳氢化合物．这些化合物在大气中受到紫外线的照射，产生二次污染物质——光化学烟雾．这些物质有毒，会引起人的多种疾病．
另外，常规能源燃烧时产生的浮尘也是一种主要的污染物．
3．能源与社会发展
要实现可持续发展就要树立新的能源安全观，并转变能源的供需模式．一方面大力提倡节约能源，另一方面要发展可再生能源以及天然气、清洁煤和核能等清洁能源，推动人类与自然的和谐发展．
【典例3】(多选)关于能源的开发和利用，下列观点正确的是( )
A．能源是有限的，无节制地使用常规能源，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，必须同时考虑其对生态环境的影响
D．不断开发新能源，是缓解能源危机、加强环境保护的重要途径
分层提分
题组A 基础过关练
1. 低碳生活是一种绿色而又环保的新型生活方式，日常生活注意节电、节油、节气、节水，从点滴做起，保护环境，保护地球．下列关于能源与能量的理解正确的是( )
A．能量是守恒的，没有必要提倡节约能源
B．能量的耗散表明自然界的能量在利用过程中正在不断地消失
C．自然界中石油、煤炭等能源取之不尽，用之不竭，只需不断开发
D．人类应积极开发与利用风能、太阳能、潮汐能等可再生的新能源
2. (多选)下列说法中正确的是( )
A．某种形式的能减少，一定存在其他形式的能增加
B．因为能量守恒，所以“能源危机”是不可能的
C．能量耗散表明，在能源的利用过程中，能量在数量上并未减少，但在可利用的品质上降低了
D．能源的利用受能量耗散的制约，所以能源的利用是有条件的，也是有代价的
3. (多选)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周围环境中的内能，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
4. 节约能源的主要措施是( )
A．大力开发新能源
B．大量利用太阳能、地热能
C．大量利用风能、水能
D．采用新技术、新设备，更新改造落后的技术设备
5. 利用下列能源，可以减少污染环境的气体排放的是( )
A．太阳能 B．煤炭
C．石油 D．天然气
6. (多选)为了减缓大气中CO2浓度的增加，可以采取的措施有( )
A．禁止使用煤、石油和天然气
B．开发使用核能、太阳能
C．将汽车燃料由汽油改为液化石油气
D．植树造林
7. (多选)煤炭是重要的能源和化工原料，直接燃烧既浪费资源又污染环境．某企业利用“煤粉加压气化制备合成气新技术”，让煤变成合成气(一氧化碳及氢气总含量≥90%)，把煤“吃干榨尽”．下列有关说法正确的是( )
A．煤粉加压气化制备合成气过程涉及化学变化和物理变化
B．煤粉加压气化制备合成气过程涉及化学变化但没有物理变化
C．该技术实现了煤的清洁利用
D．该技术实现了煤的高效利用
8. 某市有20万台空调机，每台空调机在夏季平均使用60天，每天耗电8 kW·h.为了节约能源，该市政府建议大家都把室内设定温度提高1 ℃，这样每台空调机每天可节省6%的电能．那么这样做能使该市在夏季节省多少电能？已知标准煤的热值是2.92×107 J/kg.发电厂的发电效率是30%.请计算一下，这项节能建议的实现能在1年内节约多少吨标准煤？(结果均保留两位有效数字)
题组B 能力提升练
9. 研究影响风力发电机发电功率P的模型如图所示。风对叶片做功，将部分风能转化为电能。设叶片的旋转半径为r、风速恒为v、空气质量分布均匀且密度恒定，则（ ）
A．P ∝ rv 3B．P ∝ r2v 2C．P ∝ r2v 3D．P ∝ rv 4
10. 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．2.7kWB．16.3kWC．27kWD．163kW
11. 某偏远山区为了实现供电，自己修建了小型水利发电站。如图所示，若该发电站蓄水池平均每天蓄水的有效总库容量为，发电过程中上下水库平均水位差为。则下列说法正确的是（ ）
A．若每天发电，则能源利用效率约为35%
B．发电时下水库出水口的水流速度可达到
C．蓄水池中水的重力势能全部转化为电能，则每天能发电约
D．平均每天所发电能可供10户居民同时用电（每户电功率为）约
12. 如图所示是一种太阳能草坪节能灯，太阳能电池板供一只“10 V 9 W”的电子节能灯工作．若太阳能电池板接收太阳能的有效面积为0.3 m2，平均1小时得到的太阳能为4×105 J，太阳光按平均一天照8小时计算，恰好可以供电子节能灯工作10小时．问：
(1)太阳能节能灯的能量转化情况；
(2)太阳能电池板单位面积上接收太阳能的功率为多少？
(3)太阳能节能灯利用太阳能的效率大约是多少？
13. (多选)如图所示，一轻质弹簧一端固定在O点，另一端连接质量为m的小球。当小球静止在O点正下方时，球心到O点的距离为l。图中实线c是以O为圆心，l为半径的圆弧。现用水平力F拉球，使球缓慢运动的过程中( )
A．小球可能沿图中曲线a运动
B．小球可能沿图中曲线b运动
C．水平拉力做的功等于小球重力势能的增加量
D．水平拉力做的功一定大于小球重力势能的增加量
题组C 培优拔尖练
14. 四川省“十二五”水利发展规划指出，若按现有供水能力测算，四川省供水缺口极大，蓄引提水是目前解决供水问题的重要手段之一．某地要把河水抽高20 m进入蓄水池，用一台电动机通过传动效率为80%的皮带，带动效率为60%的离心水泵工作．工作电压为380 V，此时输入电动机的电功率为19 kW，电动机的内阻为0.4 Ω.已知水的密度为1×103 kg/m3，重力加速度取10 m/s2，求：
(1)电动机内阻消耗的热功率；
(2)将蓄水池蓄入864 m3的水需要的时间(不计进、出水口的水流速度)．
15. 新能源汽车的研发和使用是近几年的热门话题，下面是某品牌新能源汽车介绍中的一段文字：“将近6米的超长车身设计。使得整车车顶集成的太阳能芯片面积达到了6平方米左右，极富流线型的整车造型，使整车风阻大幅下降，全车采用铝合金框架并结合碳纤维车身，整车质量仅700kg，这一轻量化设计使整车能耗极低，汽车发动机最大输出功率达30kW，性能十足。”
（1）某次测试中，在水平地面上汽车所受摩擦力阻力约为车和驾驶员总重的0.08倍，试估算50kg的工程师驾驶这种汽车在实验路段上行驶的最高车速；
（2）为进一步测试这种汽车的性能，在厂区内坡度为θ（sinθ=0.02）的实验路段上沿坡道向上行驶，该工程师在上述实验路段上从静止开始以1m/s2的加速度沿坡道向上做匀加速直线运动，求此过程能维持的最长时间；
（3）已知太阳辐射的总功率P0=4×1026W，太阳到地球的距离r=1.5×1011m，太阳光传播到达地面的过程中大约有33%的能量损失。目前，制作太阳能电池的最好的材料为砷化镓，其将光能转化为电能的效率约为30%，试通过计算分析，这种汽车只采用纯太阳能驱动，且能保持最大输出功率30kW不变的可行性。（提示：太阳辐射的能量均匀分布在以太阳为球心的球面上，球的表面积公式为S=4πR2）课程标准
课标解读
1.掌握能量守恒定律。知道能量守恒定律是最基本、最普遍的自然规律之一。
2．了解能量转化和转移的方向性，认识到人类珍惜和保护能源和资源的必要性。
3．了解我国的能源状况，认识到能源与环境协调发展的必要性。
1．掌握能量守恒定律。知道能量守恒定律是最基本、最普遍的自然规律之一。
2．通过实例分析知道能量耗散，认识自然界中能量转化的方向性。
3．收集资料，讨论能源的开发与利用所带来的环境污染问题，认识环境污染的危害，思考科学·技术·社会·环境协调发展的关系，具有环境保护的意识和行动。
4．了解太阳能、水能、核能和风能等能源的开发利用，知道利用能量是人类生存和社会发展的必要条件之一。知道人类利用的能量来自可再生能源和不可再生能源，认识合理使用能源的重要性，具有可持续发展观念，养成节能的习惯。