阶段检测练(6) 能源与可持续发展（Word练习）-【优化指导】2024-2025学年高中物理必修第三册（鲁科版2019）

阶段检测练(六)　能源与可持续发展 [对应学生用书P218] 一、选择题(本题共12小题，在每小题给出的四个选项中，1～8题只有一项符合题目要求，9～12题有多项符合题目要求) 1．以下属于一次能源的是(　　) A．太阳能 B．电能 C．煤气 D．焦炭 A　解析：直接从自然界取得的能源称为一次能源，故太阳能是一次能源，电能、煤气、焦炭都是二次能源，故选A。 2．(2022·广西南宁高一期末)关于能量转化与守恒的理解，下列说法中正确的是(　　) A．能量是守恒的，不可能消失，所以不会发生能源危机 B．能量既会凭空产生，也会凭空消失 C．能量可以从一种形式转化为另一种形式 D．能量在转化的过程中，能量在数量上会减少 C　解析：能量是守恒的，不可能消失，但是能量的品质会降低，可以利用的能源会减小，所以会发生能源危机，A错误；能量守恒定律表述为，能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只会从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到其他物体，而能量的总量保持不变，B、D错误，C正确。 3．(2021·云南景东第一中学高一月考)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．重力势能减小，动能不变，机械能减小，总能量减小 B．重力势能减小，动能增加，机械能减小，总能量不变 C．重力势能减小，动能增加，机械能增加，总能量增加 D．重力势能减小，动能增加，机械能守恒，总能量不变 B　解析：由能量转化和守恒定律可知，小孩在下滑过程中总能量守恒，故A、C错误；由于摩擦力要做负功，机械能不守恒，故D错；下滑过程中重力势能向动能和内能转化，故B正确。 4．(2022·陕西西安高二期末)下列有关电能开发与利用的说法正确的是(　　) A．我国以火力发电为主，是因为火力发电无污染 B．利用太阳能发电可以做到干净、不产生公害 C．电能的转换效率明显低于其他能源 D．核能发电的优点是低成本、零污染 B　解析：火力发电会产生较为严重的大气污染，而且会产生很多废弃物，我国正逐渐取消这种发电方式，故A错误；利用太阳能发电可以做到干净、不产生公害，故B正确；目前人类主要利用电能就是因为电能的转换效率高于其他能源，故C错误；核能发电会产生放射性核废料，若处理不当，会造成重大的核污染事故，显然，其优点并不是零污染，故D错误。 5．(2022·江苏沭阳潼阳中学高二期中)关于能量耗散，下列说法中正确的是(　　) A．能量耗散是指在一定条件下，能量在转化过程中总量减少了 B．能量耗散表明能量守恒定律具有一定的局限性 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，因此，可利用的品质并未降低 D．能量耗散从能量转化的角度反映出自然界中宏观过程的方向性 D　解析：根据能量守恒定律，能量的总量是保持不变的，故A错误；能量守恒定律是普遍适用的定律，不存在局限性，故B错误；能量耗散的本质是可利用的能量在数量上减少了，故C错误；能量耗散说明能量的转化具有方向性，从能量转化的角度反映出自然界中宏观过程的方向性，故D正确。 6．(2022·广西南宁高一期中)关于能源的开发和利用，下列说法错误的是(　　) A．能源是有限的，无节制地利用常规能源，是一种盲目的短期行为 B．根据能量守恒，能源应该是取之不尽，用之不竭的，所以不需要节约能源 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 B　解析：能源是有限的，不能无节制地利用常规能源，因为常规能源都是短期内不可再生的，故肆意开采是一种盲目的短期行为，故A正确，不符合题意，B错误，符合题意；能源的开发和利用，必须同时考虑其对生态环境的影响，不计后果的开发能源是不可取的，故C正确，不符合题意；新能源是缓解能源危机的趋势，应用清洁能源的代表，能源的开发和利用，必须同时考虑其对生态环境的影响，故D正确，不符合题意。 7．下列哪些物理过程是可逆的(　　) A．在一绝热容器内盛有液体，通过不停地搅动使液体的温度升高 B．在一个传热的容器内盛有液体，容器放在一恒温的大水池内，不停地搅动液体，但液体的温度不变 C．用一根不可伸长的细轻绳悬挂一个小球，上端固定，把小球拉离平衡位置由静止释放(不计阻力)，小球会摆动 D．在一绝热容器内，不同温度的气体进行混合 C　解析：在A、B、D所述的三个过程中，都涉及了热现象，即A中是通过做功使机械能转化为内能，B中是通过做功使机械能转化为内能及“热传导”，D中是“热传导”，所有过程都不可逆，对于C中的过程，只涉及动能与势能的转化，不涉及热现象，此过程是可逆的，C正确。 8．(2022·浙江绍兴高三月考)如图所示是某城市广场水柱喷泉的夜景。从远处眺望，根据周围建筑估计水柱约有40层楼高；在近处观察，喷泉管口的直径约为10 cm。请估算连接喷泉电动机的输出功率约为(　　) A．5×103 W B．5×105 W C．5×107 W D．5×109 W B　解析：取一层楼高3 m，水从喷口喷出的速度由自由落体可得v2＝2gh，又m＝ρSvt，则输出功率为P＝＝ρSv·v2＝×103××≈5×105 W，故选B。 9．(2021·安徽太和中学高一月考)关于能量守恒定律与能源，下面说法正确的是(　　) A．人骑自行车是将生物质能转化为机械能 B．电动自行车和燃油汽车将汽油的化学能转化为机械能 C．只要有能量转移和转化，就一定遵从能量守恒定律 D．生物质能属于可再生能源，风能属于不可再生能源 AC　解析：人骑自行车是将生物质能转化为机械能，故A正确；电动自行车是将蓄电池中储存的电能转化为机械能，燃油汽车是将汽油的化学能转化为机械能，故B错误；能量守恒定律是自然界中普遍存在的规律，只要有能量转移和转化，就一定遵从能量守恒定律，故C正确；生物质能和风能都属于可再生能源，故D错误。 10．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 BD　解析：能源与环境是相互制约的，在目前能源比较短缺的情况下还不能禁止使用常规能源，A、C错误，B正确；通过植树造林，可以把太阳辐射到地球的能量转化为生物的能量储存起来，又能吸收大气中的CO2，释放出O2，D正确。 11．下列关于熵的说法中正确的是(　　) A．熵值越大，意味着系统越“混乱”和“分散”，无序程度越高 B．熵值越小，意味着系统越“混乱”和“分散”，无序程度越高 C．熵值越大，意味着系统越“整齐”和“集中”，也就是越有序 D．熵值越小，意味着系统越“整齐”和“集中”，也就是越有序 AD　解析：根据熵的意义可知，熵值越大，意味着系统越“混乱”和“分散”，无序程度越高，熵值越小，意味着系统越“整齐”和“集中”，也就是越有序，A、D正确。 12．(2022·福建福州高三三模)泉州小岞风电场利用风能发电，既保护环境，又可创造很高的经济价值。如图所示，风力发电机的叶片半径为R。某段时间内该区域的风速大小为v，风恰好与叶片转动的圆面垂直，已知空气的密度为ρ，风力发电机的发电效率为η，下列说法正确的是(　　) A．单位时间内通过叶片转动圆面的空气质量为ρvπR2 B．此风力发电机发电的功率为ρπR2v2 C．若仅风速减小为原来的，发电的功率将减小为原来的 D．若仅风速增大为原来的2倍，发电的功率将增大为原来的4倍 AC　解析：由于风速v可以理解为单位时间内通过叶片转动圆面的空气柱长度，所以单位时间内通过叶片转动圆面的空气质量为m＝ρV＝ρvπR2，故A正确；根据能量的转化与守恒可知，风的一部分动能转化为发电机发出的电能，而发电功率为单位时间内参与能量转化的那一部分动能，所以发电机发电功率为P＝mv2η＝ρπR2v3η，故B错误；根据P的表达式可知，若仅风速减小为原来的，发电的功率将减小为原来的，若仅风速增大为原来的2倍，发电的功率将增大为原来的8倍，故C正确，D错误。 二、非选择题 13．如图所示，质量、温度相同的水，分别处于固态、液态和气态三种状态下，它们的熵的大小有什么关系？为什么？ 答案：气态熵最大，液态次之，固态熵最小，原因见解析 解析：由大量分子组成的系统自发变化时，总是向着无序程度增大的方向发展，至少无序程度不会减少。这也就是说，任何一个系统自发变化时，系统的熵要么增加，要么不变，但不会减少。质量相同、温度相同的水，可以由固态自发地向液态、气态转化，所以气态时的熵最大，其次是液态，固态时的熵最小。 14．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2位有效数字) 答案：2.1×1013 J　2.4×103 t 解析：设可节省的电能为E，则 E＝8×6%×60×20×104 kW·h＝5.76×106 kW·h≈2.1×1013 J， 设1年内节约的标准煤的质量为m，则由能量守恒定律有 2．92×107 J/kg×m×30%＝E， 解得m≈2.4×106 kg＝2.4×103 t。 15．某海湾面积为1.0×107 m2，涨潮时水深20 m，退潮时水深降至18 m。现利用此海湾筑水坝建潮汐水力发电站，利用涨潮(如图所示)和落潮过程中进出海湾的潮水推动水轮发电机组发电。若重力势能转化为电能的效率是10%，每天有两次涨潮，取海水密度ρ＝1.0×103 kg/m3，重力加速度取g＝10 m/s2，该发电站一天能发出多少电能？ 答案：8×1010 J 解析：一次发电的水的质量为 M＝ρV＝ρSΔh＝1.0×103×1.0×107×(20－18)＝2×1010 kg， 水的重力势能的减小量为 ΔEp＝Mg＝2.0×1010×10×＝2×1011 J， 一天发电产生的电能为 E＝4ΔEp×10%＝4×2×1011×10% J＝8×1010 J。 16．三峡水力发电站是我国最大的水力发电站。三峡水库蓄水后，平均水位落差约为100 m，水的流量约为1.35×104 m3/s。船只通航需要约3 500 m3/s的流量，其余流量可全部用来发电。水流冲击水轮机发电时，水流减少的机械能有20%转化为电能。重力加速度取g＝9.8 m/s2。 (1)按照以上数据估算，三峡发电站的发电功率最大是多少？ (2)根据你对家庭生活用电的调查来估算，如果三峡电站全部用于城市生活用电，它可以满足多少个百万人口城市的生活用电？ 答案：(1)1.96×109W　(2)21个 解析：(1)单位时间内用来发电的水的质量是 m＝ρV＝(13 500－3 500)×103 kg＝107 kg， 则单位时间内转化成的电能，即发电功率为 P＝ηE＝ηmgh＝0.2×107×9.8×100 W＝1.96×109 W。 (2)三口之家一月大约用电200度，所以一个百万人口的城市一个月用电大约E0＝×200×103×3 600 J＝2.4×1014J， 一个月三峡发电站发出的总电能为E＝Pt＝1.96×109×30×24×3 600 J＝5.08×1015J， 可以满足城市数目为n＝＝≈21个。 17．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。 (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＝9 m/s时能够输出电功率P1＝540 kW。我国某地区风速不低于v2＝6 m/s的时间每年约为5 000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：(1)πρr2v3　(2)8×105 kW·h 解析：(1)风垂直流向风轮机时，提供的风能功率最大，单位时间内垂直流向叶片旋转面积的气体质量为ρvS，S＝πr2， 风能的最大功率可表示为 Pm＝(ρvS)v2＝ρvπr2v2＝πρr2v3。 (2)按题意，风力发电机的输出功率为 P2＝()3·P1＝()3×540 kW＝160 kW， 最小年发电量约为 W＝P2t＝160×5000 kW·h＝8×105 kW·h。 18．(2021·广东佛山罗定邦中学高一期中)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 m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 m2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700 kg，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30 kW，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，试估算50 kg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(sin θ＝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1 m/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＝4×1026 W，太阳到地球的距离r＝1.5×1011 m，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30 kW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) 答案：(1)50 m/s　(2)20 s　(3)见解析 解析：(1)当汽车达到最大速度时，牵引力F＝kmg， 根据P＝Fvm，可得最大速度vm＝， 代入数据得vm＝ m/s＝50 m/s。 (2)在斜面上匀加速的过程中，有 F－mg sin θ－kmg＝ma，P＝Fv，v＝at， 联立解得t＝20 s。 (3)在车顶集成的6平分米面积太阳能芯片接收到太阳能转化为电能的功率 P＝＝ W＝1 707 W， 即车顶太阳能芯片接收到太阳能从而转化为电能的功率远小于30 kW，可见这种汽车采用纯太阳能驱动保持输出功率30 kW是不可行的。 学科网（北京）股份有限公司 $$