高中物理第十二章 电能 能量守恒定律4 能源与可持续发展精品同步达标检测题

人教版必修第三册 12.4 能源与可持续发展

一、单选题

1．下列过程中属于内能转化为机械能的是（   ）

A．爆竹燃放后腾空飞起 B．人们在阳光下取暖

C．用酒精灯给水加热 D．反复弯折一根铁丝

2．在无风的环境，某人在高处释放静止的篮球，篮球竖直下落；如果先让篮球以一定的角速度绕过球心的水平轴转动（如图）再释放，则篮球在向下掉落的过程中偏离竖直方向做曲线运动。其原因是，转动的篮球在运动过程中除受重力外，还受到空气施加的阻力和偏转力。这两个力与篮球速度的关系大致为：，方向与篮球运动方向相反；，方向与篮球运动方向垂直。下列说法正确的是（　　）

A．、是与篮球转动角速度无关的常量

B．篮球可回到原高度且角速度与释放时的角速度相同

C．人站得足够高，落地前篮球有可能向上运动

D．释放条件合适，篮球有可能在空中持续一段水平直线运动

3．一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．子弹减少的动能等于木块增加的动能和子弹增加的内能

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和木块增加的内能之和

4．伽利略的斜面实验反映了一个重要的事实：如果空气阻力和摩擦力小到可以忽略，小球必将准确地到达同它出发时相同高度的点，绝不会更高一点，也不会更低一点。这说明，小球在运动过程中有一个“东西”是不变的，这个“东西”应是（　　）

A．弹力 B．势能 C．能量 D．动能

5．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其他能量，但照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

6．下面所列电池或电站，能把光能转换成电能的是（　　）

A．干电池 B．太阳能电池 C．核电站 D．水电站

7．某地强风的风速约为，空气的密度为，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． B． C． D．

8．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空气动能的10%转化为电能，若该风力发电机的发电功率约为1.63×104W，则该地区的风速约为（　　）

A．10m/s B．8m/s C．6m/s D．4m/s

9．下雨时，雨滴在空中先加速下降，后匀速下降；流星在空中坠落并发出明亮的光；双手搓动时手发烫。对这三个过程的描述，下列说法正确的是（　　）

A．都存在物体克服阻力做功 B．都是重力势能转化为内能

C．都是动能转化为其他形式的能 D．都是其他形式的能转化为机械能

10．我国计划在2060年达到“碳中和”目标，到时生产、生活排放的碳总量与植被吸收的碳总量将达到平衡，为了实现这一目标。未来四十年我国应减少使用的能源是（　　）

A．水能 B．石油能源 C．太阳能 D．风能

11．“绿色、环保、低碳”是当今世界的关键词，“低碳”要求我们节约及高效利用能源。关于能源与能量，下列说法正确的是（　　）

A．因为能量守恒，所以不要节约能源

B．自然界中石油、煤炭等能源可供人类长久使用

C．人类应多开发与利用风能、太阳能等新型能源

D．人类不断地开发和利用新的能源，所以能量可以被创造

12．随着能源危机的不断加剧，我们不但要合理节约常规能源，还要大力开发新能源，下列能源中属于新能源的是（　　）

A．石油 B．天然气 C．太阳能 D．煤炭

13．某地区的风速为14m/s，空气的密度为1.3kg/m3。若通过截面积为400m2的风能全部用于使风力发电机转动，且风能的20%转化为电能，则发电功率约为（　　）

A．97kW B．143kW C．210kW D．269kW

14．关于能源、能量，下列说法正确的是（　　）

A．可再生能源是未来理想能源的一个重要发展方向

B．核能的利用会造成放射性污染，所以应该关闭核电站

C．能量是守恒的，不会发生能源危机

D．化石能源、水能、核能，不能在短期内从自然界得到补充，这类能源称为不可再生能源

15．如图所示是我国某风能发电基地，全球可利用的风能为2×107 MW（1 MW＝106 W），比地球上可开发利用的水能总量还要大10倍，我国风能资源总储量约1.6×105 MW 。2012年7月4日装机容量达到2 240万千瓦的三峡水电站，已成为全世界最大的水力发电站和清洁能源生产基地。下列说法正确的是（　　）

A．风力发电是把风的内能转化为电能

B．我国风能资源总储量约为7个三峡水电站的装机容量

C．风力发电过程违反能量守恒定律

D．水能和风能都是清洁能源且都是不可再生能源

二、填空题

16．太阳能的主要利用方式是太阳电池进行______。

17．运动员将质量为的杠铃举高2m，他做了________J的功，由________能转化为________．（g取）

18．能源是指______的物质。

三、解答题

19．如图所示，倾角θ=37°的粗糙斜轨道AB与光滑的水平轨道BC连接，处于原长的轻弹簧左端固定于竖直墙面上，右端恰好在B点。质量m=1kg的物块由A点静止释放，第一次运动到B点时速度v=2m/s，经过足够长时间物块静止。物块可视为质点，经过B点时动能不损失，与弹簧碰撞没有能量损失，已知物块与斜轨道AB的动摩擦因数μ=0.5，重力加速度g=10m/s2，sin 37°=0.6，cos 37°=0.8。求：

(1)物块从A点第一次运动到B点的时间t；

(2)弹簧弹性势能的最大值Ep；

(3)物块在粗糙斜轨道AB上运动的总路程S。

20．如图甲所示，光滑水平面OB与倾角为的粗糙斜面BC平滑交于B点，轻弹簧左端固定于竖直墙面，质量m=2kg的滑块将弹簧压缩至D点，由静止释放，滑块脱离弹簧后的速率时间图象如图乙所示。重力加速度g取10m/s2，sin=0.6，cos=0.8.求：

(1)释放滑块前弹簧的弹性势能Ep；

(2)滑块与斜面之间的动摩擦因数μ；

(3)滑块到斜面底端时重力的瞬时功率P。

21．如图，在竖直平面内，半径R=0.5m的光滑圆弧轨道ABC与粗糙的足够长斜面CD相切于C点，CD与水平面的夹角θ=37°，B是轨道最低点，其最大承受力Fm=21N，过A点的切线沿竖直方向。现有一质量m=0.1kg的小物块，从A点正上方的P点由静止落下。已知物块与斜面之间的动摩擦因数μ=0.5.取sin37°=0.6.co37°=0.8，g=10m/s2，不计空气阻力。

(1)为保证轨道不会被破坏，求P、A间的最大高度差H及物块能沿斜面上滑的最大距离L；

(2)若P、A间的高度差h=3.6m，求系统最终因摩擦所产生的总热量Q。

22．如图是一个现代的燃煤蒸汽发电厂的运行流程图，请从能量的角度分析   各生产部门（燃烧室、锅炉、涡轮机、发电机、冷凝器）之间能量转化或转移的情况。

参考答案：

1．A

【解析】

【详解】

A．燃放爆竹时，将内能转化为爆竹的机械能，选项A正确；

B．在阳光下取暖，将太阳的内能转移给了人体，选项B错误；

C．用酒锖灯给水加热，将酒精的化学能转化为水的内能，选项C错误；

D．反复弯折铁丝，人对铁丝做功，将机械能转化为内能，铁丝变热，选项D错误。

故选A。

2．C

【解析】

【详解】

A．篮球未转动时，篮球竖直下落，没有受到偏转力的作用，而篮球转动时，将受到偏转力的作用，所以偏转力中的与篮球转动角速度有关，故A错误；

B．空气阻力一直对篮球做负功，篮球的机械能将减小，篮球的角速度也将减小，所以篮球没有足够的能量回到原高度，故B错误；

C．篮球下落过程中，其受力情况如下图所示

篮球下落过程中，由受力分析可知，随着速度不断增大，篮球受到和的合力沿竖直方向的分力可能比重力大，可使篮球竖直方向的分速度减小为零或变成竖直向上，所以篮球可能向上运动，故C正确；

D．如果篮球的速度变成水平方向，则空气阻力的作用会使篮球速度减小，则篮球受到的偏转力将变小，不能保持与重力持续等大反向，所以不可能在空中持续一段水平直线运动，故D错误。

故选C。

3．D

【解析】

【详解】

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，同时产生内能，且系统产生的内能在数值上等于系统机械能的损失。

AC．子弹减少的机械能等于木块增加的机械能与系统产生的内能之和，故A错误，C错误；

BD．整个过程中子弹和木块重力势能不变，故子弹减少的动能等于木块增加的动能与子弹和木块增加的内能之和，故B错误，D正确。

故选D。

4．C

【解析】

【详解】

A．因为在物体运动的过程中，改变斜面的倾角不同，物体受到的支持力不同，但物体仍能达到相同的高度，故力不是守恒量，故A错误；

BCD．伽利略理想斜面实验中，如果空气阻力和摩擦力小到可以忽略，则在物体运动的过程只有重力做功，则物体的机械能守恒。故这个不变量应该是能量，也就是动能和势能的总和，故BD错误，C正确。

故选C。

5．C

【解析】

【分析】

【详解】

A．第一类永动机违背能量守恒定律，第二类永动机违背热力学第二定律，均无法制成，A错误；

B．任何能量转移或转化的过程均满足能量守恒，不会凭空消失，B错误；

C．“既要马儿跑，又让马儿不吃草”违背了能量守恒定律，因而是不可能的，C正确；

D．“全自动”手表，靠手部的抖动上发条，机械能转化为电能，D错误。

故选C。

6．B

【解析】

【详解】

A．干电池将化学能转化为电能，故A错误；

B．太阳能电池可以直接将光能转化为电能，故B正确；

C．核电站将核能转化为电能，故C错误；

D．水电站将水的机械能转化为电能，故D错误。

故选B。

7．C

【解析】

【详解】

ABCD．风能转变为电能，由能量守恒定律得

其中

联立解得

ABD错误C正确。

故选C。

8．C

【解析】

【详解】

设风速为v，则在时间t内吹到叶片上的空气的质量

m=vtSρ=vtπr2ρ

则

解得

带入数据解得

v≈6m/s

故选C。

9．A

【解析】

【详解】

三个过程都克服阻力做功；下雨时，雨滴在空中先加速下降，机械能转化为内能；流星在空中坠落并发出明亮的光是机械能转化为内能和光能；双手搓动时手发烫是机械能转化为内能，所以都是机械能转化为其他形式的能。

故选A。

10．B

【解析】

【详解】

水能、风能、太阳能属于可再生能源，使用过程污染少，环保；而石油能源属于不可再生能源，使用过程中向空气中排碳，污染严重，所以我国应减少使用石油能源，ACD错误，B正确。

故选B。

11．C

【解析】

【详解】

A．能量守恒告诉我们，能量是不会减少的，煤炭、石油、天然气等化石能源使用后，化学能转化为内能耗散了。虽然总能量没有减小，但是可以利用的品质降低了，故依然要节约能源，故A错误；

B．自然界中石油、煤炭等能源是有限的，故会不断减少，故B错误；

C．新能源是可以循环利用的，故人类应多开发与利用风能、太阳能等新型能源，故C正确；

D．人类不断地开发和利用新的能源，如风能、太阳能，本质上都来源于太阳，符合能量守恒定律，故D错误。

故选C。

12．C

【解析】

【详解】

常规能源是指传统的能源，包括植物秸秆和化石燃料，而石油，天然气和煤都是化石燃料，故都是常规能源故只有太阳能是新能源，故C正确。

故选C。

13．B

【解析】

【分析】

【详解】

在t时间内，风的质量为

风能为

则发电功率为

代入数据得

故B正确，ACD错误。

故选B。

14．A

【解析】

【分析】

【详解】

A．可再生能源足够清洁、无污染，可以保证不会严重影响环境，是未来理想能源的一个重要发展方向，A正确；

B．核电站的建设与运行若有疏漏会造成环境污染，同时核废料具有放射性，但不应该关闭核电站，应该合理地利用，B错误；

C．由于能量的转化具有方向性，所以无节制地消耗能源会造成能源危机，C错误；

D．化石能源、核能不可能在短期内从自然界得到补充，所以它们属于不可再生能源；而水能可以从自然界不断地得到，属于可再生能源，D错误；

故选A。

15．B

【解析】

【分析】

【详解】

A．风力发电是把风的机械转化为电能，A错误；

B．我国风能资源总储量约，三峡水电站的装机容量为2240万千瓦合，因此我国风能资源总储量约为7个三峡水电站的装机容量，B正确；

C．风力发电是把风的机械转化为电能，不违反能量守恒定律，C错误；

D．水能和风能都是清洁能源且都是可再生能源，D错误；

故选B。

16．光伏发电

【解析】

【分析】

【详解】

[1]太阳能的主要利用方式是太阳电池进行光伏发电。

17．     3000     化学能     机械能

【解析】

【详解】

[1]运动员举高杠铃的过程中克服重力做功为：

W=mgh=150×10×2J=3000J

[2]这些功全部由其化学能转化而来。

[3]这些化学能转化为杠铃的机械能。

18．能够提供可利用能量

【解析】

【分析】

【详解】

能源是指能够提供可利用能量的物质。

19．(1)1s；(2)2J；(3)1.5m

【解析】

【详解】

物块斜轨道AB上的加速度

代入数据得

所以物块从A点第一次运动到B点的时间

(2)设弹簧弹性势能的最大值Ep，物块由B压缩弹簧至最短的过程中，根据能量守恒有

(3)物块从A点运动到B点的位移

A点运动到B点的高度为

设物块在粗糙斜轨道AB上运动的总路程S，物块与弹簧碰撞没有能量损失，根据能量守恒有

则物块在粗糙斜轨道AB上运动的总路程

20．(1)64J；(2)0.25； (3)

【解析】

【详解】

(1)由能量守恒得

代入数据得

(2)1s－2s内有

由牛顿第二定律

解得

(3)滑块下滑

发生的位移为

到底端过程中有

此时功率为

联立解得

21．(1) 4.5m，4.9m；(2) 4J

【解析】

【详解】

(1)设物块在B点的最大速度为vB，由牛顿第二定律得：

从P到Ｂ，由动能定理得

解得

H=4.5m

物块从B点运动到斜面最高处的过程中，根据动能定理得：

-mg[R（1-cos37°）+Lsin37°]-μmgcos37°•L=

解得

L=4.9m

(3)物块在斜面上，由于mgsin37°＞μmgcos37°，物块不会停在斜面上，物块最后以B点为中心，C点为最高点沿圆弧轨道做往复运动，由功能关系得系统最终因摩擦所产生的总热量

Q=mg（h+Rcos37°）

解得

Q=4J

22．见解析

【解析】

【分析】

【详解】

解：燃烧室将燃料的化学能转化为锅炉内水的内能，再转化为涡轮机的机械能，经发电机再将机械能转化成电能，为用户供电，经涡轮机的水蒸气再经冷凝器转移为用户供热系统水的内能，冬天为用户供暖。