4 能源与可持续发展练习2021-2022学年物理必修第三册人教版2019（word含解析）

4　能源与可持续发展
基础过关练
题组一　能量守恒定律
1.(多选)下列关于能量的说法中正确的是 (　　)　　　　　　 　　　　　　 　　　　　　
A.能量的概念是牛顿最早提出来的
B.能量有不同的表现形式,并可以相互转化,但总量不变
C.伽利略的斜面实验表明了小球在运动过程中某个量是守恒的
D.以上说法均不正确
2.(多选)在最近几年的空调市场上出现了一个新宠——变频空调,据专家介绍变频空调比定频空调要节能,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。定频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。变频空调启动时有一个由低到高的过程,而运行过程是通过自动变速来保持室内温度,从开机到关机中间不停机,所以比较省电。根据上述介绍,判断以下说法中合理的是 (　　)
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多的功时,消耗同样多的电能
题组二　能量转移或转化的方向性
3.(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中的宏观过程具有方向性
4.关于能量和能源,下列说法正确的是 (　　)
A.由于自然界的能量守恒,所以不需要节约能源
B.在利用能源的过程中,能量在数量上并未减少,但在可利用的品质上降低了
C.能量在转化过程中没有方向性
D.人类在不断地开发和利用新能源,所以能量可以被创造
题组三　能源的分类与应用
5.下列能源中,既属于新能源,又属于可再生能源的是 (　　)
A.煤　　　B.石油　　　C.天然气　　　D.沼气
6.(多选)以下说法正确的是 (　　)
A.煤、石油、天然气等燃料的最初来源可追溯到太阳能
B.汽油是一种清洁能源
C.水能是可再生能源
D.煤、石油等常规能源是取之不尽、用之不竭的
题组四　能源与社会发展
7.(多选)能源短缺和环境恶化指的是 (　　)
A.煤炭和石油的开采与技术有关,在当前技术条件下,煤炭和石油的开采是有限的,这叫能源短缺
B.煤炭和石油资源是有限的,以今天的开采和消耗速度,石油储藏将在百年内用尽,煤炭资源也不可能永续,这叫能源短缺
C.煤炭和石油具有很大的气味,在开采、存放和使用过程中这些气味会聚集在空气中污染空气,使环境恶化
D.大量煤炭和石油产品在燃烧时排出的有害气体污染了空气,改变了大气成分,使环境恶化
8.风能将成为21世纪大规模开发的一种可再生清洁能源。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。
风力发电机示意图
(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。
答案全解全析
4　能源与可持续发展
基础过关练
1.BC　能量的概念最早是焦耳提出的,选项A错误;根据能量守恒定律知选项B正确;伽利略的斜面实验表明了小球在运动过程中某个量是守恒的,选项C正确,D错误。
2.CD　自然界的一切过程都遵守能量守恒定律,A错误;功是能量转化的量度,做同样多的功,消耗同样多的电能,B错误、D正确;由变频空调的工作特点可知其省电的原理是效率高,C正确。
3.BD　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。能量耗散并不违反能量守恒定律,自然界中的能量既没有减少,也没有消失,它从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程具有方向性,故A、C错误,B、D正确。
4.B　自然界中能量守恒,但仍需节约能源。在利用能源的过程中,能量在数量上并没有减少,但在可利用的品质上降低了,这是能源危机更深层次的含义;能量转化具有方向性,能量不能被创造,也不会消失,因此B正确,A、C、D错误。
5.D　煤、石油、天然气是动植物的遗体经过漫长的地质年代形成的,不可再生,只有沼气既是可再生能源,又是新能源,故D选项正确。
6.AC　煤、石油、天然气等燃料是古代动植物的遗体经过一系列生物化学变化而生成的,而动植物体内的能量最初都可追溯到太阳能,选项A正确;汽油燃烧的产物会对大气造成污染,选项B错误;水能是可再生能源,选项C正确;煤、石油等储量是有限的,是不可再生能源,选项D错误。
7.BD　煤炭和石油都是由几亿年以前的生物遗体形成的,这些能源短时间内不能再次生成,它们的储量是有限的,并不是取之不尽、用之不竭的,这是能源短缺;大量化石能源在使用时会排出有害气体污染空气,这是环境恶化。故B、D正确,A、C错误。
8.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m=ρvS,S=πr2
单位时间内流向风轮机的最大风能Pm=mv2=(ρvS)v2=ρvπr2v2=πρr2v3。
(2)设风能的功率和发电机的输出功率之间的比例系数为k,则
风力发电机在风速为v1时能够输出功率为P1=kPm=kπρr2
风力发电机在风速为v2时能够输出功率为P2=kρπr2
所以P1∶P2=∶==
所以P2=P1=×540 kW=160 kW
W=P2t=160 kW×5 000 h=8×105 kW·h