4.能源与可持续发展-【金版教程】2025-2026学年高中物理必修第三册作业与测评全书Word（人教版2019）

物理　必修·第三册[人教版]作业与测评 　4.能源与可持续发展 典型考点一　能量耗散 1．下列过程中，可能实现的是(　　) A．电热器发出的热自动回到电热器变成电流 B．夏天房间的温度自动降低 C．在粗糙水平面上运动的物体，它的动能转化为内能，使物体温度升高 D．静止在光滑水平面上的物体，温度降低时释放的内能可以自动转化为物体的动能，使物体运动起来 答案　C 解析　根据能量转化和转移的方向性可知，A、B、D不可能实现，C可能实现。 2．(多选)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的宏观过程具有方向性 答案　BD 解析　能量转化过程中总能量守恒，但散失在空气中的内能很难收集起来用来做功。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。能量耗散并不违背能量守恒定律，自然界的能量既没有减少，也没有消失，它只是从能量转化的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。 典型考点二　能源的分类及环境问题 3．2021年6月11日，我国成功将北京三号卫星送入预定轨道，如图所示，卫星两翼的太阳能电池板把太阳能转化为电能供卫星使用。关于太阳能等能源与可持续发展，以下说法正确的是(　　) A．利用太阳能、风能和氢能等能源替代化石能源可以改善空气质量 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．水电站里的发电机装置可以将水库中储存的水的机械能全部转化为电能 D．核能对环境的污染比常规能源对环境的污染大 答案　A 解析　要想改善空气质量，就应该从根本上减少碳排放量，用新能源替代传统的化石能源，可以节能减排，A正确；能量是守恒的，既不会凭空产生，也不会凭空消失，但能量品质会下降，故要节约能源，B错误；由于水下落过程以及发电机装置运行时都会产生摩擦，故水电站里的发电机装置不可能将水库中储存的水的机械能全部转化为电能，C错误；核能属于新能源，是一种清洁能源，D错误。 4．(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 答案　BC 解析　“温室效应”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而产生的，它的危害是使地面气温上升、两极冰雪融化、海平面上升等，故B、C正确。 典型考点三　能源的开发利用 5．构建和谐型、节约型社会深得民心，遍布于生活的方方面面，自动充电式电动车就是很好的一例。电动车的前轮装有发电机，发电机与蓄电池连接。当骑车者用力蹬车或电动自行车自动滑行时，自行车就可以通过发电机向蓄电池充电，将其他形式的能转化成电能储存起来。某人骑车以500 J的初动能在粗糙的水平路面上滑行，第一次关闭自动充电装置，让车自由滑行，其动能随位移变化的关系如图中图线①所示；第二次启动充电装置，其动能随位移变化的关系如图中图线②所示，则第二次向蓄电池所充的电能是(　　) A．200 J B．250 J C．300 J D．500 J 答案　A 解析　由图线①结合动能定理可知，电动自行车在运动过程中受到的阻力大小不变，从题图看出，第二次的位移是第一次的，克服阻力做功Wf＝fx，则第二次克服阻力所做的功(等于 损耗的动能)是第一次的，即Ek0，由能量守恒定律得所充的电能为Ek0＝×500 J＝200 J，A正确。 6．某地强风的风速约为v＝20 m/s，设空气密度为ρ＝1.3 kg/m3，如果能利用该强风进行发电，并将其动能的20%转化为电能，现考虑横截面积S＝20 m2的风车(风车车叶转动形成圆面面积为S)。求： (1)利用上述已知量计算发电功率的表达式； (2)发电功率大小约为多少？(取一位有效数字) 答案　(1)P＝ρSv3　(2)2×104 W 解析　(1)研究时间t内吹到风车上的空气，则该部分空气质量m＝ρSvt，这部分空气的动能Ek＝mv2＝ρStv3 产生的电能E＝20%Ek＝ρStv3 所以该风车的发电功率P＝＝ρSv3。 (2)代入数据得P＝×1.3×20×203 W＝2×104 W。 1．(多选)对于能量和能源，下列表述正确的是(　　) A．因为自然界中的能量是守恒的，所以我们在使用能源时没必要节约自然界中的能源 B．人类在利用能源的过程中，能量在数量上没有减少，但能量品质降低了 C．自然界中的能量转移和转化是有方向性的 D．现在人类在不断地开发和利用一些新能源，由此可见能量是可以被创造的 答案　BC 解析　人类在能源利用过程中，由于能量转化、转移是有方向性的，由此导致能量品质降低，所以能量不会减少，但能源越来越少，故要节约能源，A错误，B、C正确；根据能量守恒定律可知能量是不可能被创造的，故D错误。 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 答案　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，A错误；太阳能、风能、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，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，C、D错误。 3．近年来，在公交车和出租车中推行使用天然气代替汽油作为燃料的改革，取得了显著的进展，走在街头你会发现不少公交车和出租车上印有“CNG”的标志，代表它们是以压缩天然气为燃料的汽车，则推广这一改革的主要目的是(　　) A．延长发动机的寿命 B．促进地方经济的发展 C．减少大气污染 D．节约能源 答案　C 解析　常用燃料(柴油、汽油)的使用会对环境造成很大影响，特别是对大气的污染，使用天然气代替汽油作为燃料，可减少对大气的污染，故C正确。 4．能源危机是人类社会面临的重大问题，开发“绿色能源”是解决“能源危机”的重要途径。某科技小组设计了一款“太阳能”电动小车，该小车太阳能电池板面积为100 cm2，当太阳光垂直照射电池板时，有20%的光能转化为电能，已知太阳光垂直到达地面每平方米的辐射功率约为P0＝800 W；车上安装有一电动机，其额定电压为5 V，额定电流为0.2 A，机械效率为80%，太阳能电池板对电动机供电。某次小车以额定功率启动，运动的过程中最大速度为0.2 m/s，所受阻力大小恒定不变，以下说法正确的是(　　) A．小车克服阻力做功的功率为1 W B．小车以额定功率匀速运动时其牵引力大小为5 N C．若太阳光垂直照射电池板，该太阳能电池板一天的发电量约为0.04 kW·h D．若太阳光垂直照射电池板2 h，该太阳能电池板为该小车供电最多可正常工作的时间约为3 h 答案　D 解析　小车牵引力的额定功率为P机＝UI×80%＝0.8 W，当小车以最大速度运动时，牵引力功率等于其克服阻力做功的功率，则Pf＝0.8 W，故A错误；由P机＝Fvm知，小车以额定功率匀速运动时其牵引力大小为F＝4 N，故B错误；若太阳光垂直照射电池板，则该太阳能电池板一天的发电量约为E＝P0St×20%＝0.8×0.01×12×20% kW·h＝0.0192 kW·h，故C错误；太阳光垂直照射电池板2 h，获得电能为E′＝P0St′×20%＝0.0032 kW·h，由E′＝UIt″，得该太阳能电池板为该小车供电最多可正常工作的时间为t″＝3.2 h≈3 h，故D正确。 5．现代典型的燃煤蒸汽发电厂总效率一般为40%。有一座大型燃煤发电厂，如果其发出1.0×109 J的电力，就可供一个大城市使用。如图表示这座发电厂的能量流向。请回答： (1)燃煤提供的能量应等于哪几项能量之和？ (2)图中烟囱废气所带走的能量没有标出，请你算出来。 (3)算出这座发电厂的总效率。 (4)根据如图所示的电厂能量流向，你认为在哪些地方作些改进，可以提高发电厂的总效率？ 答案　(1)见解析 (2)3×108 J　(3)40% (4)应在降低涡轮机的损耗上作些改进，也要尽可能降低通过烟囱废气带走的能量 解析　(1)燃煤提供的能量等于进入涡轮机的能量和通过烟囱排出的能量。 (2)根据(1)中的分析可得出，通过烟囱废气所带走的能量为E＝2.5×109 J－2.2×109 J＝3×108 J。 (3)由能量流向图可知发电厂发出的电能为1.0×109 J，消耗的总能量为2.5×109 J，所以这座发电厂的总效率为η＝×100%＝40%。 (4)从能量流向图中可以看出，该发电厂的损耗达到了1.5×109 J，即达到了60%，最主要的损耗是涡轮机的损耗，由冷凝器排出，所以这个地方应作为改进的重点，降低通过冷凝器能量的消耗，以此提高涡轮机的效率，进而提高整个发电厂的效率，另外，也要尽可能降低通过烟囱废气带走的能量。 6 学科网（北京）股份有限公司 $$