2.4能源与可持续发展同步练习题（Word版含答案）

2.4能源与可持续发展同步练习题2021-2022学年鲁科版必修2高中物理
一、单选题
关于能量和能源，下列说法中正确的是
A. 能量在转化和转移过程中，其总量有可能增加
B. 能量在转化和转移过程中，其总量会不断减少
C. 能量在转化和转移过程中，其总量保持不变，故节约能源没有必要
D. 能量在转化和转移过程中具有方向性，且现有可利用的能源有限，故必须节约能源
下列对物理事实或现象的描述正确的是
A. 自然界中的能量是守恒的，但由于能量耗散现象的存在，能源危机不可避免
B. 闭合回路中某两点电势差不为零，则电路中一定有电流
C. 电场中某点电势越高，点电荷在该点的电势能一定越大
D. 奥斯特发现了电磁感应现象，而电磁感应现象的应用又使人类生活跨入到电气化时代
关于能源和能量，下列说法中正确的是
A. 自然界的石油、煤炭等资源可供人类永久使用
B. 能量被使用后就消灭了，所以要节约资源
C. 人类应多开发与利用太阳能、风能等新资源
D. 能量耗散说明自然界的能量正在不断减少
下列家用电器中把电能主要转化为内能的是
A. 电风扇 B. 电熨斗 C. 洗衣机 D. 电动玩具车
下列说法正确的是
A. 所有的能量守恒过程都能自发地发生
B. 热传递、摩擦生热和气体自由膨胀都是可逆过程
C. 世界上有多种形式的能量如煤、石油、生物质能等都来自太阳辐射的能量
D. 能的转化过程符合能量守恒定律，因此不会发生能源危机
“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. 人类应多开发与利用风能、太阳能等新型能源
C. 自然界中石油、煤炭等能源可供人类长久使用
D. 人类不断地开发和利用新的能源，所以能量可以被创造
“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. 人类应多开发与利用风能、太阳能等新型能源
C. 自然界中石油、煤炭等能源可供人类长久使用
D. 人类不断地开发和利用新的能源，所以能量可以被创造
下列说法正确的是
A. 所有的能量守恒过程都能自发地发生
B. 热传递、摩擦生热和气体自由膨胀都是可逆过程
C. 世界上有多种形式的能量如煤、石油、生物质能等都来自太阳辐射的能量
D. 能的转化过程符合能量守恒定律，因此不会发生能源危机
下列说法正确的是
A. 能量的耗散反映出自然界的宏观过程是没有方向性的
B. 能量守恒表明，节约能源是无意义的
C. 随着科技的发展，永动机是可以制成的
D. 能量守恒定律是自然界遵循的普遍规律
高铁是我国高新技术产业中的一张靓丽名片，截止年末，全国高速铁路营业里程万公里．根据高速铁路设计规范，时速公里及其以上标准的新线或既有线铁路定义为中国高铁．假设中国某型号高铁列车平均功率为，平均时速为公里，若此列车行驶完万公里整个中国高铁线路总里程，下面表述正确的是
A. 需要总用时约小时 B. 计算总用时，列车不可视为质点
C. 消耗总电能约度 D. 消耗总电能主要转化为列车动能
二、填空题
利用能源的过程就是能量的转化过程。例如，让煤燃烧使水汽化，化学能转化为内能然后蒸汽推动汽轮机转动，部分内能转化为机械能汽轮机带动发电机发电，机械能又转化为电能电能进一步使各种用电器工作，等等。在整个过程中，由于热量的散失和摩擦不可避免，煤的化学能的一部分最后都转化为 能，散失到环境中，散失了的 不会再自动聚集起来供人类重新利用，这就是能量的耗散。
近年来我国建立了许多风力发电厂．某台风力发电机的输出功率为，输出电压为，则输电线上的电流为______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．某台风力发电机风轮机叶片的长度为，设空气的密度为，气流速度为，则在时间内风轮机可以接受到的最大风能为______．
三、计算题
为了测量太阳的辐射功率，某人采取如下简单实验。取一个横截面积是的不高的圆筒，筒内装水，用来测量射到地面的太阳能，某一天中午在太阳光直射后，水的温度升高了。已知水的比热容，日地间距离为，求：
在阳光直射下，地球表面每平方厘米每分钟获得的能量；
假设射到大气顶层的太阳能只有到达地面，另外被大气吸收和反射而未到达地面。你能由此估算出太阳辐射的功率吗？
如图所示，为一种研究核反应的设备示意图。容器中为钚的放射性同位素，可衰变为并放出能量为的光子衰变前可视为静止，衰变放出的光子动量可忽略，衰变后速度大的粒子沿直线向探测屏运动。为简化模型，设衰变生成的的质量为、速度均为，生成的另一种粒子每秒到达探测屏个，打到点后穿透探测屏，被探测屏吸收，且粒子穿透时能量损失，则
试写出衰变方程；
求打到点前该粒子的速度大小；
求一个核衰变过程的质量亏损；
求探测屏受到的撞击力。
在光滑的水平面上，一质量为的小球，以的初速度向右运动，与质量为的静止小球发生正碰。碰后小球滑向与水平面相切，半径为的竖直放置的光滑半圆形轨道，且恰好能通过最高点后水平抛出。。求：
碰撞后小球的速度大小；
小球从轨道最低点运动到最高点的过程中所受合外力的冲量；
碰撞过程中系统的机械能损失。
答案和解析
1.【答案】
【解析】
【分析】
根据能量守恒定律，能量在转化和转移过程中，其总量不变；能量在转化和转移过程中具有方向性，且现有可利用的能源有限，故必须节约能源。
本题考查了热力学第二定律、能源的利用与环境保护等知识点。这种题型知识点广，多以基础为主，只要平时多加积累，难度不大。
【解答】
根据能量守恒定律，能量在转化和转移过程中，其总量不变，故AB错误。
各种形式的能量向内能的转化，是微观领域内无序程度较小向无序程度较大的转化，是能够自动、全额发生的。而内能向机械能的转化过程，是不能全额转化的。因此，从可被利用的价值来看，内能与机械能、电能等相比，是一种低品质的能量。能量虽然不会减少但能源会越来越少，所以要节约能源。故C错误，D正确。
故选D。
2.【答案】
【解析】分析：
本题考查知识面较广，需要知道能量守恒、电势能的定义、电磁感应现象的发现等，基础题。
解答：
A、自然界中的能量是守恒的，但由于能量耗散现象的存在，能源危机不可避免，故A正确；
B、当线框在磁场中朝某一垂直于磁场方向运动时，线框某两个边切割磁感线，此时线框某一切割磁感线的边的两端有电势差，但回路中电流为零，故B错误；
C、根据电势能的公式可知：电场中电势越高的地方，正电荷在该点具有的电势能越大，负电荷在该点具有的电势能越小，故C错误；
D、法拉第发现了电磁感应现象，故D错误。
3.【答案】
【解析】
【分析】
可以从自然界源源不断得到补充的能源叫可再生能源，如：风能、水能、生物质能、太阳能；短期内不能从自然界得到补充的能源叫不可再生能源，如：煤、石油、天然气；据此分析判断；能量是守恒的，会发生转变，但不会减少，也不会被消灭。
本题考查了可再生能源和不可再生能源的特点，是一道基础题，能源问题是当今社会的热点，需要引起注意，教育意义比知识意义大。
【解答】
A.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，故A错误；
能量虽然守恒，但有些能量使用以后不可能再被利用，所以要节约资源，但能量是不会减少，也不会被消灭掉的，只是形式发生转变，故 BD错误；
C.太阳能和风能，包括水能等都是可再生资源且为清洁能源，应该尽量开发，故C正确。
4.【答案】
【解析】
【分析】
做功总是伴随着能量的转化，电功也不例外．用电器消耗了电能，获得了其它形式的能量，就是一个电流做功的过程，分析每个用电器的能量转化得出答案。
本题主要考查电功的实质、能量的转化。
【解答】
电流做功的过程，实际上就是能量转化的过程，消耗电能转化成其它形式的能。在常见的家用电器中，洗衣机、电风扇和电动玩具车主要是把电能转化为机械能；电熨斗主要是把电能转化为内能，故B正确，ACD错误。
故选B。
5.【答案】
【解析】
【分析】
涉及热现象的宏观过程都具有方向性，只有既遵守能量守恒，又遵守热力学第二定律的过程才能自发地发生。能的转化过程符合能量守恒定律，但是在转化过程中存在着“能量耗散”和“品质降低”，会发生能源危机。
本题考查了对能量转化或转移的理解，大都属于理解记忆知识，对于这类问题要平时加强记忆和强化练习，可通过实例来分析抽象的问题。
【解答】
A.并非所有能量守恒的过程都能自发的进行，如没有在引起其它变化的情况下，热量不能自发地从低温向高温传递，故A错误；
B.热的传导具有方向性，摩擦生热和气体自由膨胀都是不可逆过程，故B错误；
C.世界上有多种形式的能量如煤、石油、生物能等都来自太阳辐射的能量，故C正确；
D.虽然总能量是守恒的，但对能源的过度消耗将使自然界的能量的品质不断降低，形成“能源危机”，故D错误。
故选C。
6.【答案】
【解析】
【分析】
能源就是向自然界提供能量转化的物质矿物质能源，核物理能源，大气环流能源，地理性能源新能源又称非常规能源；是指传统能源之外的各种能源形式；指刚开始开发利用或正在积极研究、有待推广的能源，如太阳能、地热能、风能、海洋能、生物质能和核聚变能等。
本题关键区分能量和能源的概念，知道新能源的特点，充分体现了物理来源于生活、服务于生活的特点。
【解答】
A.能量守恒定律告诉我们，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.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B正确。
C.自然界中石油、煤炭等能源是有限的，故会不断减少，故C错误；
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，能量不可以被创造，故D错误；
故选B。

7.【答案】
【解析】
【分析】
能源就是向自然界提供能量转化的物质矿物质能源，核物理能源，大气环流能源，地理性能源新能源又称非常规能源；是指传统能源之外的各种能源形式；指刚开始开发利用或正在积极研究、有待推广的能源，如太阳能、地热能、风能、海洋能、生物质能和核聚变能等。
本题关键区分能量和能源的概念，知道新能源的特点，充分体现了物理来源于生活、服务于生活的特点。
【解答】
A.能量守恒定律告诉我们，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.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B正确。
C.自然界中石油、煤炭等能源是有限的，故会不断减少，故C错误；
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，能量不可以被创造，故D错误；
故选B。

8.【答案】
【解析】
【分析】
涉及热现象的宏观过程都具有方向性，只有既遵守能量守恒，又遵守热力学第二定律的过程才能自发地发生。能的转化过程符合能量守恒定律，但是在转化过程中存在着“能量耗散”和“品质降低”，会发生能源危机。
本题考查了对能量转化或转移的理解，大都属于理解记忆知识，对于这类问题要平时加强记忆和强化练习，可通过实例来分析抽象的问题。
【解答】
A.并非所有能量守恒的过程都能自发的进行，如没有在引起其它变化的情况下，热量不能自发地从低温向高温传递，故A错误；
B.热的传导具有方向性，摩擦生热和气体自由膨胀都是不可逆过程，故B错误；
C.世界上有多种形式的能量如煤、石油、生物能等都来自太阳辐射的能量，故C正确；
D.虽然总能量是守恒的，但对能源的过度消耗将使自然界的能量的品质不断降低，形成“能源危机”，故D错误。
故选C。
9.【答案】
【解析】
【分析】
本题考查了热力学第一定律和热力学第二定律，基础题。
热力学第一定律：。热力学第二定律：不可能把热从低温物体传到高温物体而不产生其他影响；不可能从单一热源取热使之完全转换为有用的功而不产生其他影响。
【解答】
A、能量耗散是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错误；
B、热力学第二定律表面，能量虽然守恒，但可利用的品质降低了，故B错误；
C、永动机违背了热力学定律，故是无法制造成功的，故C错误；
D、能量守恒定律是世纪自然科学的三大发现之一，也是自然界最普遍、最重要的基本规律之一，小到原子世界，大到宇宙天体，只要有能的变化，无论是什么变化，都遵循它，故D正确。
故选D。

10.【答案】
【解析】
【分析】
根据速度时间关系求出运动时间，消耗的电能用来克服阻力做功，主要耗散于环境中。
【解答】
A.需要总用时，所以A错误
B.列车总长度比总里程小很多，计算总用时列车可视为质点，所以B错误
C.消耗电能，故C正确
D.消耗的总电能主要耗散于环境中，即轨道、空气等摩擦生热，所以D错误．
故选C．
11.【答案】内；内能。
【解析】略
12.【答案】
【解析】解：某台风力发电机的输出功率为，输出电压为，则输电线上的电流为：；
在时间内通过风轮机的最大空气质量为．
时间内风轮机可以接受到的最大风能为；
故答案为：，．
时间内，在长度为、垂直流向叶片旋转面积截面积为的范围内的空气都能通过风轮机，由求出空气质量，根据能量守恒定律求最大风能．
本题考查能量守恒定律的应用能力，关键要建立模型，理清思路，比较简单．
13.【答案】解：水吸热，
地面每平方厘米每分钟获得的能量；
每平方厘米每分钟，在大气顶层得到的太阳能为
太阳辐射功率。
答：在阳光直射下，地球表面每平方米每秒钟获得的能量是；
估算出太阳辐射的功率为。
【解析】本题要搞清功率的意义，建立模型，同时要有耐心，考查学生对热量公式的掌握和运用、能量利用效率的计算、功率的计算，涉及到的物理量多、公式多，属于难题．计算要细心。
先根据求出水所吸收的热量，这是横截面积是的圆筒在内获得的太阳能，再求出在阳光直射下，地球表面每平方厘米每分钟获得的能量；
根据上题结果，求出每平方厘米每分钟射到大气顶层的太阳能总量，再乘以，即求得太阳辐射的功率。
14.【答案】解：
设生成的另一个粒子质量为，速度为，则：
由动量守恒可知 ，得到：，即打到点前该粒子的速度大小为；

设穿透的粒子速度变为，则：
解得：
吸收的粒子速度变为，则粒子与探测屏的相互作用：

探测屏受到的撞击力为：
【解析】本题考查了写核反应方程式、求速度、求质量亏损、求撞击力，知道核反应过程质量数与核电荷数守恒、应用动量守恒定律、质能方程和动量定理即可解题。
核反应方程满足质量数守恒和核电荷数守恒；
衰变过程满足动量守恒，列式求打到点前该粒子的速度大小；
衰变过程能量守恒，产生的能量全部以动能的形式释放，可求释放的总能量，结合爱因斯坦质能方程，求出质量亏损；
由能量关系求出穿透的粒子速度，由动量定理求出探测屏受到的撞击力。
15.【答案】解：小球恰好能通过圆形轨道最高点，有
解得 方向向左
小球从轨道最低点运动到最高点的过程中机械能守恒
有
联立解得
设向右为正方向，合外力对小球的冲量为
方向向左
碰撞过程中动量守恒，有
水平面光滑所以式中
解得
碰撞过程中损失的机械能为
【解析】小球恰好能通过最高点，说明小球到达最高点时小球的重力提供向心力，由牛顿第二定律求出小球到达点的速度，由动能定理可以求出碰撞后小球的速度；
由动量定理可以求出合外力的冲量；
由能量守恒定律可以求出碰撞过程中机械能的损失。
本题是力学问题的综合题目，难道不大，但考查的比较全面，涉及的竖直平面内的圆周运动，动量守恒定律，冲量，能量的转化与守恒。
第2页，共2页
第1页，共1页