2021-2022学年高二上学期物理鲁科版（2019）必修第三册第六章 能源与可持续发展 单元综合检测卷（word版含答案）

第6章 能源与可持续发展 单元综合检测卷
一、单选题
1．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．2.7kW B．16.3kW C．27kW D．163kW
2．在日常生活中，人们习惯于用几何相似性放大（或缩小）的倍数去得出推论，例如一个人身高了50％，做衣服用的布料也要多50％，但实际上这种计算方法是错误的，若物体的几何线度长为L，当L改变时，其他因素按怎样的规律变化？这类规律可称之为标度律，它们是由纲量关系决定的．在上例中，物体的表面积S=kL2，所以身高变为1.5倍，所用的布料变为1.52=2.25倍．以跳蚤为例：如果一只跳蚤的身长为2mm，质量为0.2g，往上跳的高度可达0.3m．可假设其体内能用来跳高的能量E∝L3（L为几何线度），在其平均密度不变的情况下，身长变为2m，则这只跳蚤往上跳的最大高度最接近（ ）
A．0.3m B．3m C．30m D．300m
3．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
4．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
5．风力发电是一种环保的电能获取方式.图为某风力发电站外观图．假设当地水平风速约为10m/s，该风力发电站利用风的动能转化为电能的效率约为20％，风力发电机的叶片长度为10m，空气的密度是1.29kg/m ，某一工厂用电的功率为320kW，则大约需要多少台这样风力发电机同时为该工厂供电（ ）
A．6 B．8 C．10 D．12
6．如图所示是滑沙场地的一段可视为倾角为30°的斜面，设人和滑车总质量为m，人从距底端高为h处的顶端沿滑道由静止开始匀加速下滑，加速度为0.4g，人和滑车可视为质点，则从顶端向下滑到底端的过程中（　　）
A．人和滑车获得的动能为0.4mgh
B．人和滑车克服摩擦力做功为0.6mgh
C．人和滑车减少的重力势能全部转化为动能
D．人和滑车减少的机械能为0.2mgh
7．“嫦娥五号”作为我国登月计划中第三期工程的“主打星”，将于2017年左右在海南文昌卫星发射中心发射，登月后又从月球起飞，并以“跳跃式返回技术”成功返回地面，完成探月工程的重大跨越-带回月球样品，“跳跃式返回技术”是指航天器在关闭发电机后进入大气层，依靠大气升力再次冲出大气层，降低速度后再进入大气层．如图所示，虚线为大气层的边界．已知地球半径为R，d点距地心距离为r，地球表面重力加速度为g．则下列说法正确的是（　　）
A．“嫦娥五号”在b点处于完全失重状态
B．“嫦娥五号”在d点的加速度大小等于
C．“嫦娥五号”在a点和c点的速率相等
D．“嫦娥五号”在c点和e点的速率相等
8．浙江最大抽水蓄能电站 2016 年将在缙云开建，其工作原理是：在用电低谷时（如深夜），电站利用电网多余电能把水抽到高处蓄水池中，到用电高峰时，再利用蓄水池中的水发电．如图所示，若该电站蓄水池（上水库）有效总库容量（可用于发电）为 7．86×106m3 ， 发电过程中上下水库平均水位差 637m，年抽水用电为 2．4×108 kW·h，年发 电 量 为 1．8×108 kW·h （ 水 的 密 度 为 ρ=1．0×103kg/m3 ， 重力加速度为 g=10m/s2 ， 以下水库水面为零势能面）．则下列说法正确的是（）
A．抽水蓄能电站的总效率约为 65%
B．发电时流入下水库的水流速度可达到 112m/s
C．蓄水池中能用于发电的水的重力势能约为 Ep=5．0×1013 J
D．该电站平均每天所发电能可供给一个大城市居民用电（电功率以105 kW 计算）约10h
二、多选题
9．如图所示，光滑水平面与足够长粗糙斜面交于点。轻弹簧左端固定于竖直墙面，现将质量为的滑块压缩弹簧至点，然后由静止释放，滑块脱离弹簧后经点滑上斜面，上升到最大高度，并静止在斜面上，不计滑块在点的机械能损失。换用相同材料质为的滑块（）压缩弹簧至同一点后，重复上述过程，下列说法正确的是（　　）
A．两滑块到达点的速度相同
B．两滑块沿斜面上升的最大高度相同
C．两滑块上升到最高点过程克服重力做的功相同
D．两滑块上升到最高点过程机械能损失相同
10．空调市场上有很多变频空调，据专家介绍变频空调比定频的要节能，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。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，而变频空调启动时有一个由低到高的过程，运行过程是自动变速来保持室内温度，从开机到关机中间不停机，而是达到设定温度后就降到最小功率运行，所以比较省电。阅读上述介绍后，以下说法合理的是（　　）
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功时，消耗同样电能
11．如图所示，一根足够长的水平滑杆上套有一质量为的光滑金属圆环，在滑杆的正下方与其平行放置一足够长的光滑水平的绝缘轨道，穿过金属环的圆心．现使质量为的条形磁铁以水平速度沿绝缘轨道向右运动，则(　　)
A．磁铁穿过金属环后，两者将先后停下来
B．磁铁将不会穿越滑环运动
C．磁铁与圆环的最终速度为
D．整个过程最多能产生热量
12．光滑的水平面上，用弹簧相连的质量均为2kg的A、B两物块都以v0=6m/s的速度向右运动，弹簧处于原长，质量为4kg的物块C静止在前方，如图所示．B与C碰撞后二者粘在一起运动，在以后的运动中，当弹簧的弹性势能达到最大时（　　）
A．弹簧的弹性势能最大为EP=10J B．弹簧的弹性势能最大为EP=12 J
C．物块A的速度是3 m/s D．物块A的速度是6m/s
三、填空题
13．某热水器使用天然气作为燃料，天然气属于________（选填“可再生”或“不可再生”）能源。现将10kg的水从20℃加热到39℃，若天然气完全燃烧放出的热量全部被水吸收，则需要________m 的天然气。[，q天然气＝3.8×107J/m ]
14．我国自古有“昼涨称潮，夜涨称汐”的说法。潮汐主要是由太阳和月球对海水的引力造成的，以月球对海水的引力为主。
(1)世界两大观潮胜地，一处是亚马孙河北河口，另一处是我国的___________入海口。
(2)图中，a、b是某些潮汐发电示意图。涨潮时开闸门（图a），水由通道进入海湾水库蓄水，待水面升至最高点时关闭闸门，当落潮时，开闸放水发电（图b）。设海湾水库面积为5.0×108m2，平均潮差为3.0m，一天涨落潮两次，发电的平均能量转化率为10%，则一天内发电的平均功率约为（ρ水取1.0×103kg/m3，g取10m/s2）___________。
A．2.6×104kW B．5.2×104kW C．2.6×105kW D．5.2×105kW
四、解答题
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）
16．如图所示，光滑坡道顶端距水平面高度为h，质量为m的小物块A从坡道顶端由静止滑下，进入水平面上的滑道时无机械能损失，为使A制动，将轻弹簧的一端固定在水平滑道延长线M处的墙上，另一端恰位于坡道的底端O点。已知在OM段，物块A与水平面间的动摩擦因数为μ，其余各处的摩擦力不计，重力加速度为g，求：
(1)物块滑到O点时的速度大小；
(2)弹簧最大压缩量为d时的弹性势能（设弹簧处于原长时弹性势能为零）；
(3)在(2)问前提下，若物块A能够被弹回到坡道上，则它能够上升的最大高度是多少？
17．太阳能汽车是利用太阳能电池将所接收到的太阳光能转化为电能而提供电动机来驱动的.已知车上太阳能电池接收太阳能的面板的总面积，正对太阳时能产生的电压，并提供给车上电动机的工作电流为，电动机的直流电阻为，而太阳光照射到地面处时单位面积上的辐射功率为.求：
（1）太阳光照射到太阳能电池板上的功率是多少？
（2）太阳能汽车接收太阳能的总功率是多少？
（3）汽车的输出功率又是多少？
18．如图所示，一个可视为质点的质量为的小物块，从光滑平台上的点以的初速度水平抛出，到达点时，恰好沿点的切线方向进入固定在水平地面上的光滑圆弧轨道，最后小物块滑上紧靠轨道末端点的质量为的长木板。已知木板上表面与圆弧轨道末端切线相平，木板下表面与水平地面之间光滑，小物块与长木板间的动摩擦因数，圆弧轨道的半径为，点和圆弧的圆心连线与竖直方向的夹角，不计空气阻力，取。求：
（1）小物块刚要到达圆弧轨道末端点时对轨道的压力。
（2）要使小物块不滑出长木板，木板的长度至少多大？
参考答案
1．B
【解析】依题意，空气把动能转化为电能，根据能量守恒定律有
又因为
两式联立，代入题中相关数据求得此风力发电机发电的功率
故选B。
2．A
【解析】由题意知，依据能量的转换和守恒，跳蚤上升过程中：，
可得：，k是常数，由于不变，所以高度h不变，故A正确，BCD错误．
点睛：该题的关键依据题意分析出h的相关表达式，这是开放性的题目，应注重从题目中获取信息的能力．
3．C
【解析】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。
4．B
【解析】小孩加速滑下，高度不断减小，重力做正功，重力势能减小；速度增大，动能增加；小孩在下滑过程中与滑梯摩擦生热，一部分机械能转化成内能，导致机械能总量减小，而总能量不变，故B正确，ACD错误。
故选B。
5．B
【解析】叶片旋转所形成的圆面积为
t秒内流过该圆面积的风柱体积为
风柱体的质量为
风柱体的动能为
转化成的电能为
发出的电功率为
故需要
故选B。
6．D
【解析】设受到的摩擦力是f，加速度大小为0.4g，则沿斜面的方向：mgsin30°-f=ma，解得：f=0.1mg，人和滑车下滑的过程中重力和摩擦力做功，获得的动能为：，代入数据解得：，故A错误；整个下滑过程中人和滑车减少的机械能为△E=mgh-Ek=mgh-0.8mgh=0.2mgh，故D正确；整个下滑过程中人和滑车减少的机械能为0.2mgh，所以人和滑车克服摩擦力做功为0.2mgh，故B错误；由以上的分析可知，人下滑的过程中受到摩擦力的作用，人和滑车减少的重力势能转化为动能和内能，故C错误。所以D正确，ABC错误。
7．D
【解析】A．“嫦娥五号“沿abc轨迹做曲线运动，曲线运动的合力指向曲线弯曲的凹侧，即在b点合力向上，即加速度向上，因此“嫦娥五号“在b点处于超重状态，故A错误；
B．在d点，由万有引力提供向心力： ，“嫦娥五号”的加速度为：，根据万有引力等于重力：，联立可得：，故B错误；
C．嫦娥五号”从a点到c，万有引力不做功，由于阻力做功，则a点速率大于c点速率，故C错误；
D ．从c点到e点，没有空气阻力，机械能守恒，则c点速率和e点速率相等，故D正确。
故选D。
8．C
【解析】A．已知年抽水用电为，年发电量为，则抽水蓄能电站的总效率为
故A错误；
B．若没有任何阻力，由机械能守恒得
得
由题知，水流下的过程中受到阻力，所以发电时流入下水库的水流速度小于，故B错误；
C．蓄水池中能用于发电的水的重力势能为
故C正确；
D．该电站平均每天所发电量为
可供给一个大城市居民用电（电功率以计算）的时间为
故D错误．
9．CD
【解析】A．弹簧释放的过程，弹簧的弹性势能转化为滑块的动能，两次弹性势能相同，则两滑块到B点的动能相同，但质量不同，则速度不同，故A错误；
B．两滑块在斜面上上滑时加速度相同，由于初速度不同，故上升的最大高度不同，故B错误；
CD．两滑块上升到最高点过程克服重力做的功为mgh，由能量守恒定律得：弹簧的弹性势能
所以
故两滑块上升到最高点过程克服重力做的功相同。损失的机械能等于克服摩擦力做的功，即
mgh、θ相同，则机械能损失相同。故CD正确。
故选CD。
10．CD
【解析】A．自然界的一切过程都遵守能量守恒定律，A错；
BD．功是能量转化的量度，做同样的功，消耗同样电能，B错D正确；，
C．对由变频空调的工作特点可知省电的原因是效率高，C正确。
故选CD。
11．CD
【分析】
金属圆环光滑，一足够长的水平的绝缘轨道光滑，所以圆环与磁铁组成的系统水平方向受到的合力为0，满足动量守恒，根据动量守恒定律与能量的转化与守恒定律即可解答．
【解析】A．金属环是光滑的，足够长的水平的绝缘轨道是光滑的，在磁铁穿过金属环后，二者由于不受摩擦力的作用，两者将不会停下来，A错误；
B．磁铁在靠近金属环的过程中金属环的感应电流方向产生的磁场与原磁场的方向相反，所以磁铁受到阻力的作用，同理，在离开金属环的过程中金属环的感应电流方向产生的磁场与原磁场的方向相同，也是受到阻力的作用，但是由于不知道初速度以及环与磁铁的质量之间的关系，所以不能判断出磁铁是否能够会穿越滑环运动，B错误；
C．选取磁铁与圆环组成的系统为研究的系统，系统在水平方向受到的合力为0，满足动量守恒；选取磁铁M运动的方向为正方向，则最终可能到达共同速度时
得
C正确；
D．磁铁若能穿过金属环，运动的过程中系统的产生的热量等于系统损失的动能，二者的末速度相等时损失的动能最大，为
D正确．
【点睛】
本题为结合楞次定律考查动量守恒定律的应用，要注意选取的研究对象是磁铁与圆环组成的系统，可根据楞次定律的表现来判断物体运动状态的变化．
12．BC
【解析】当A、B、C三者的速度相等时弹簧的弹性势能最大由A、B、C三者组成的系统，取水平向右为正方向，由动量守恒定律得：，代入数据解得：物块A的速度；B、C碰撞时，B、C系统动量守恒，设碰后瞬间两者的速度为，则，解得，设弹簧的弹性势能最大为，对碰后过程，根据机械能守恒定律得：，代入解得为：，BC正确．
【点睛】本题是含有非弹性碰撞的过程，要分过程研究，不能全过程列出机械能守恒方程，这是学生经常犯的错误．
13．不可再生
【解析】天然气不能在短期内从自然界中得到补充，故为不可再生能源。
水吸收的热量为
若天然气完全燃烧放出的热量全部被水吸收，根据热值公式Q放=Vq天然气得
14．钱塘江 B
【解析】(1)钱塘江是世界著名的观潮胜地，有“八月十八潮，壮观天下无”的说法。
(2)发电时水减少的势能
ΔEp=mgΔh=ρ水ShgΔh
其中
Δh=
一天发电两次，转化成的电能
E=2ΔEp×10%，P=
代入数值得
P=5.2×104kW
故选B。
15．（1）；（2）；（3）见解析
【解析】（1）当达到最大速度时牵引力
根据
可得最大速度
代入数据得
（2）在斜面上匀加速过程
联立解得
（3）在车顶集成的6平分米面积太阳能芯片接受到太阳能转化为电能的功率
即车顶太阳能芯片接受到太阳能从而转化为电能的功率远小于30kW，可见这种汽车采用纯太阳能驱动保持输出功率30kW是不可行的。
16．(1)；(2)mgh－μmgd；(3)h－2μd
【解析】(1)从坡道顶端运动到O点，由机械能守恒定律得
mgh=mv2
解得
v=
(2)在水平滑道上物块A克服摩擦力所做的功为
W=μmgd
由能量守恒定律得
mv2=Ep＋μmgd
联立以上各式得
Ep=mgh－μmgd
(3)物块A被弹回的过程中，克服摩擦力所做的功仍为
W=μmgd
由能量守恒定律得
Ep=μmgd＋mgh′
所以物块A能够上升的最大高度为
h′=h－2μd
17．（1） （2）1200W （3）800W
【解析】(1) 太阳光照射到地面处时单位面积上的辐射功率为，太阳光照射到太阳能电池板上的功率
(2) 太阳能汽车接收太阳能的总功率
(3) 汽车的输出功率
18．（1），方向竖直向下 （2）
【解析】（1）小物块在C点时的速度大小
小物块由C到D的过程中，由机械能守恒定律得
代入数据解得
小物块在D点时由牛倾第二定律得
代入数据解得
由牛顿第三定律得
方向竖直向下。
（2）设小物块刚好滑到木板左端且达到共同速度的大小为，滑行过程中，小物块加速度大小为
长木板的加速度
小物块与长木板的速度分别为
，
对小物块和木板组成的系统，由能量守恒定律得：
解得
即木板的长度至少2.5m。