12.4能源与可持续发展基础巩固（word版含答案）

12.4能源与可持续发展基础巩固2021—2022学年高中物理人教版（2019）必修第三册
一、选择题（共15题）
1．你看见过杂技里的蹦床表演吗？演员从高处跳下落在蹦床上又被弹起，在这个过程中，发生的能量转化顺序是（ ）
A．重力势能——动能——弹性势能——动能——重力势能
B．动能——弹性势能——重力势能
C．势能——动能——势能——动能
D．动能——弹性势能——动能——重力势能
2．最有利于环境保护的供热方式是（　　）
A．用煤做燃料供热 B．用太阳能供热
C．用石油做燃料供热 D．用天然气和煤气做燃料供热
3．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
4．下列家用电器中把电能主要转化为内能的是
A． B．
C． D．
5．下列能源中属于常规能源的是
A．太阳能 B．地热能 C．核能 D．天然气
6．下列关于能的转化和守恒定律的认识不正确的是( )
A．某种形式的能减少，一定存在其他形式的增加
B．某个物体的能减少，必然有其他物体的能增加
C．不需要任何外界的动力而持续对外做功的机器——永动机不可能制成
D．石子从空中落下，最后停止在地面上，说明机械能消失了
7．2019年春晚在舞《春海》中拉开帷幕．如图，五名领舞者在钢丝绳的拉动下以相同速度缓缓升起，下列说法中正确的是（ ）
A．观众欣赏表演时可把领舞者看作质点
B．2号和4号领舞者的重力势能一定相等
C．3号领舞者的重力势能可能为负值
D．她们在上升过程中机械能守恒
8．在物理学发展中，许多物理学家做出了卓越贡献．以下关于物理学家所作科学贡献的叙述中，或物理现象及规律的描述正确的是（　　）
A．牛顿发现了万有引力定律并测量了万有引力常量
B．开普勒发现了行星运动三大定律
C．随着科学技术的发展，“永动机”是可能实现的
D．经典力学适用于高速接近光速的物体，也适用于微观的物体
9．关于能量，下列说法正确的是 （ ）
A．内能不能转化为动能
B．根据能量守恒定律，能量是取之不尽、用之不竭的
C．在热传递中，热量不可能自发地从低温物体传递给高温物体
D．能量不能创造，但可以再生
10．2021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学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
11．“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．自然界中石油、煤炭等能源可供人类长久使用
C．人类应多开发与利用风能、太阳能等新型能源
D．人类不断地开发和利用新的能源，所以能量可以被创造
12．如图所示，水平桌面上的轻弹簧一端固定，另一端与小物块相连；弹簧处于自然长度时物块位于O点（图中未画出）；物块的质量为m，AB=a，物块与桌面间的动摩擦因数为μ．现用水平向右的力将物块从O点拉至A点，拉力做的功为W．撤去拉力后物块由静止开始向左运动，经O点到达B点时速度为零．重力加速度为g．则上述过程中（　　）
A．物块在A点时，弹簧的弹性势能等于W-μmga
B．物块在B点时，弹簧的弹性势能小于W-μmga
C．经O点时，物块的动能等于W-μmga
D．物块动能最大时弹簧的弹性势能小于物块在B点时弹簧的弹性势能
13．自由摆动的秋千摆动幅度越来越小，下列说法正确的是（ ）
A．机械能守恒
B．能量正在消失
C．只有动能和重力势能的相互转化
D．减少的机械能转化为内能，但总能量守恒
14．风力发电是一种环保的电能获取方式。某风力发电机的叶片转动形成的圆面积为S，某时间风的速度大小为v，风向恰好跟此圆面垂直；此时空气的密度为ρ，该风力发电机将空气动能转化为电能的效率为η，则风力发电机发电的功率为（　　）
A．ηρSv2 B．ηρSv2 C．ηρSv3 D．ηρSv3
15．如图所示，木块质量为M，放在光滑水平面上，一颗质量为m的子弹以初速度水平射入木块中，射入深度为d，平均阻力为。设木块离原点s时开始匀速前进，最终速度为ν，则下列判断正确的是（ ）
A．
B．
C．
D．上面公式均不正确
二、填空题（共4题）
16．提高火车运行速度是人们孜孜以求的.1966年，有人提议利用列车上的强磁体和安装在铁轨上的超导线圈中的感应电流之间的磁力把列车悬浮起来运行.设想列车在抽成真空的地下隧道中行驶，由于阻力极小，车速可高达1000m/s.列车只需在加速过程中做功，而减速过程中可以利用特定装置回收列车释放的动能，用于产生真空、实现磁悬浮.设列车的质量为5t，则列车每次运行可回收的最大能量为_______J.
17．随着人口迅速增长、经济快速发展以及工业化程度的提高，______短缺和过度使用______带来的环境恶化已经成为关系到人类社会能否持续发展的大问题．
18．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
19．用DIS做摩擦做功使温度升高的实验装置如图a所示，某次实验得到的温度随时间变化关系图线如图b所示。
（1）实验中，棉绳与黄铜管摩擦时，克服摩擦力做功将_____能转化为_____能，使管内气体温度升高。
（2）对于图b图线，下列解释中正确的有（__________）
A．ab段与bc段相比，bc段对应棉绳与铜管摩擦较快
B．fg段温度基本没变，所对应棉绳与铜管一定没有摩擦
C．gh段温度逐渐下降，所对应棉绳与铜管一定没有摩擦
D．hi段虽然温度逐渐下降，但对应棉绳与铜管可能还有摩擦
三、综合题（共4题）
20．有一种全自动手表，既不需要上发条，也不用任何电池，却能不停地走下去，这是不是一种永动机？如果不是，你知道维持指针走动的能量是从哪里来的吗？你能设法验证吗？
21．如图所示，水平传送带与固定斜面平滑连接，质量为m＝1kg的小物体放在斜面上，斜面与水平方向的夹角为θ＝37°，若小物体受到一大小为F＝20N的沿斜面向上的拉力作用，可以使小物体从斜面底端A由静止向上加速滑动。当小物体到达斜面顶端B时，撤去拉力F且水平传送带立即从静止开始以加速度a0＝1m/s2沿逆时针方向做匀加速运动，当小物体的速度减为零时刚好滑到水平传送带的右端C处。小物体与斜面及水平传送带间的动摩擦因数均为 ＝0.5，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，AB间距离L＝5m，导槽D可使小物体速度转为水平且无能量损失，g＝10m/s2。已知sin37°＝0.6，cos37°＝0.8，求：
(1)小物体运动到B点的速度
(2)小物体从A点运动到C点的时间
(3)小物体从B点运动到C点的过程中，小物体与传送带间由于摩擦而产生的热量Q
22．如图所示,倾角θ=37°的足够长光滑斜面上有一质量M=4kg的木板A,在A的上端有一质量m=2kg的物块B(可视作质点),物块B与木板A间的动摩擦因数μ=0.5,斜面底端有一挡板P,木板或者物块与挡板P碰撞后都会等速率反弹。现将木板与物块同时由静止释放,释放时木板前端与挡板相距，取重力加速度g=10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8。求:
(1)木板A第1次碰挡板P时的速度多大
(2)木板碰挡板后多长时间速度减为零 此过程中,物块B与木板A间因摩擦产生的热量是多少 (设物块B未滑离木板)
(3)若将木板换成质量不计、长L=2m的轻质板,其他条件不变,则碰挡板后物块B返回到达的最大高度
23．喇叭发出的声波是空气振动形成的，它具有能量.追根溯源，声波的能量是从哪里来的？又到哪里去了？
参考答案
1．A
【分析】
分析能量转化转化情况，可以从分析在每个过程中能量的增加或减少情况入手。
【详解】
演员在高处具有重力势能，从高初跳落下时重力势能减少，动能增加，到蹦床上后，动能减少，蹦床的弹性势能增加，又被弹起时，弹簧的弹性势能减少，演员的动能增加，离开蹦床后再往上的过程是演员的动能减少，重力势能增加。因此演员从高处跳下落在蹦床上又被弹起，在这个过程中，发生的能量转化顺序为重力势能——动能——弹性势能——动能——重力势能，选项A正确，BCD错误。
故选A。
2．B
【详解】
A．煤做燃料供热会释放二氧化碳，产生温室效应，且会产生二氧化硫，不利于环境保护，选项A错误；
B．太阳能是利用光能转化为电能供热，是清洁能源，有利于环境保护，选项B正确；
C．石油做燃料释放氮氧化物和二氧化硫，可形成酸雨，不利于环境保护，选项C错误；
D．天然气或煤气燃烧都会释放碳氧化物，不利于环境保护，选项D错误。
故选B。
3．B
【详解】
AB．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；
C．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；
D．新能源是缓解能源危机的趋势，应是清洁能源的代表。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。
故选B。
4．B
【详解】
电风扇、洗衣机、吸尘器都是将电能转化为机械能，电饭锅是将电能转化为内能，故B正确，ACD错误；
故选B。
5．D
【详解】
常规能源是已能大规模生产和广泛利用的一次能源，故天然气是常规能源；太阳能和地热能还有核能还没有大规模使用，是新能源；故选D．
6．D
【详解】
A、根据能量守恒定律得知，某种形式的能减少，其它形式的能一定增大；故A正确；
B、某个物体的总能量减少，根据能量守恒定律得知，必然有其它物体的能量增加；故B正确；
C、不需要任何外界的动力而持续对外做功的机器--永动机，违反了能量的转化和守恒定律，不可能制成的；故C正确；
D、石子在运动和碰撞中机械能转化为了物体及周围物体的内能，能量并没有消失；故D错误．
本题选不正确的，故选D
7．C
【详解】
A.观众欣赏表演时不可把领舞者看作质点，因为如果看领舞者看作质点，则没法欣赏，故A错误；
B. 2号和4号领舞者的重力势能不一定相等，因为两者的质量可能不一样，尽管高度相同，故B错误；
C.如果把3号领舞者的上方规定为参考平面，则3号领舞者的重力势能可能为负值，故C正确；
D.因为缓缓升起过程，钢丝线对她们做了功，所以她们在上升过程中机械能不守恒，故D错误．
8．B
【详解】
A．牛顿发现了万有引力定律，卡文迪许测量了万有引力常量，选项A错误；
B．开普勒发现了行星运动三大定律，选项B正确；
C． “永动机”违背能量守恒定律，即使随着科学技术的发展，“永动机”也是不可能实现的，选项C错误；
D．经典力学适用于宏观低速物体，不适用高速接近光速的物体，也不适用于微观的物体，选项D错误；
故选B。
9．C
【详解】
内能也能转化为动能，例如内燃机，选项A错误；根据能量守恒定律，能量是取之不尽、用之不竭的，但是可用的能源越来越少，能量虽然守恒，但是有些能量耗散了不能再利用，所以要节约资源，故B错误．在热传递中，热量不可能自发地从低温物体传递给高温物体，C正确；能量不能创造，也不可以再生，选项D错误.
10．A
【详解】
A．改善空气质量，就应该从根本上减少碳排放量，用新能源代替传统的化石能源，节能减排，A正确；
B．能量是守恒的，既不能创造也不可能消失，但能量品质会下降，故要节约能源，B错误；
C．由于水下落过程以及发电机装置都有摩擦，故该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；
D．核能属于新能源，是一种清洁能源，D错误。
故选A。
11．C
【详解】
A．能量守恒告诉我们，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．自然界中石油、煤炭等能源是有限的，故会不断减少，故B错误；
C．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C正确；
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，故D错误。
故选C。
12．B
【详解】
据题意分析：物块到达B点时速度为0，但加速度不一定是零，即不一定合力为0，这是此题的不确定处．弹簧作阻尼振动，如果接触面摩擦系数μ很小，则动能为最大时时弹簧伸长量小（此时弹力等于摩擦力μmg），而弹簧振幅变化将很小，B点弹簧伸长大于动能最大点；如果较大，则动能最大时，弹簧伸长量较大，（因弹力等于摩擦力，较大，摩擦力也较大，同一个弹簧，则需要较大伸长量，弹力才可能与摩擦力平衡），而此时振幅变化很大，即振幅将变小，则物块将可能在离O点很近处，就处于静止（速度为0，加速度也为0），此时B点伸长量可能小于动能最大时伸长量，B点势能可能小于动能最大处势能．至于物块在A点或B点时弹簧的弹性势能，由功能关系和动能定理分析讨论即可．
如果没有摩擦力，则O点应该在AB的中点，由于有摩擦力，物体从A到B过程中有机械能损失，故无法到达没有摩擦力情况下的B点，也即O点靠近B点．故．设物块在A点时弹簧的弹性势能为，物块从A点运动到O点的过程，由能量守恒定律得，则得，即物块在A点时，弹簧的弹性势能小于，故A错误；由A分析得物块从开始运动到最终停在B点，路程大于，故整个过程物体克服阻力做功大于，故物块在B点时，弹簧的弹性势能小于，故B正确；从O点开始到再次到达O点，物体路程大于a，故由动能定理得，物块的动能小于，故C正确；物块动能最大时，弹力等于摩擦力，而在B点弹力与摩擦力的大小关系未知，故物块动能最大时弹簧伸长量与物块在B点时弹簧伸长量大小未知，故此两位置弹性势能大小关系不好判断，故D错误．
13．D
【详解】
秋千摆动，秋千克服摩擦做功，将它的机械能转化为内能散失，使秋千停下来，所以使秋千停下来的原因是受到空气的阻力，根据能量守恒，自然界的能量只是由一种形式向另一种形式转化，总和是不变的。
故选D。
14．D
【详解】
时间t内，撞击到风力发电机上的空气的动能为
故风力发电机的功率为
故D正确；
故选D。
15．D
【详解】
A.表示系统产生的热量，根据能量守恒有
故A错误；
B.表示作用力对木块做的功，根据动能定理有
故B错误；
C.表示子弹克服阻力做的功，则有
故C错误；
D.由以上可知，故D正确。
故选D。
16．
【详解】
[1] 列车每次运行可回收的最大能量
17．能源 化石能源
【详解】
略
18．钱塘江 B
【详解】
(1)[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)[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。
19．机械能 内能 AD
【详解】
（1）[1][2]通过做功把机械能转化为内能；
（2）[3]A．棉绳与黄铜管摩擦过程中，摩擦力做功产生内能，同时铜管也放热，段与段相比，段温度变化明显，故对应棉绳与铜管摩擦做功快，A正确；
B．段温度基本没变，但铜管放热，棉线与铜管一定有摩擦做功，B错误；
C．段温度逐渐下降，可能是摩擦做的功小于铜管放的热，故温度降低，C错误；
D．段虽然温度逐渐下降，可能是摩擦做的功小于铜放的热，故对应棉绳与铜管可能还有摩擦，D正确。
故选AD。
20．不是，见解析，见解析
【详解】
所谓“全自动”手表内部还是有能量转换装置的，一般是一个摆锤，当人戴着手表活动时，摆锤不停地摆动，给游丝弹簧补充能量，才会维持手表的走动。
21．(1)；(2)3s；(3)
【详解】
(1)小物体受到沿斜面向上的拉力作用时，对其进行受力分析，由牛顿第二定律可得
解得
从到过程中由运动学公式可得
解得
(2)从到过程中由运动学公式可得
小物体在段，由牛顿第二定律可得
由运动学公式可得
小物体从到过程中的时间
总
联立解得
总
(3)小物体在段，小物体向右运动，传送带逆时针运动，对小物块
对传送带
小物体相对于传送带的位移
小物体与传送带间由于摩擦而产生的热量
解得
22．(1)2m/s（2）0.25s,6.5J(3)0.6m
【详解】
(1)分析可知，释放后A、B一起加速下滑　
，
，
设木板碰挡板时速度为v,则
，
带入数据解得：
；
(2)碰后木板A减速上滑,设其加速度大小为aA,有:
，
，
故所求时间
，
　木板A上滑距离
，
此过程中,物块B加速下滑,设其加速度大小为aB,有:
，
，
物块B下滑距离
故摩擦生热
；
(3)分析可知,此情形下轻质板碰挡板时A、B的速度仍为v=2m/s。由于A板质量不计,故A碰挡板后速度可认为始终保持为0,一直到物块B碰挡板后为止。对轻木板碰挡板后物块下滑过程,有:
解得:
，
物块B碰挡板后,带着轻木板B减速沿光滑斜面上滑,有:
，
解得:
；
23．肌肉做的功，见解析
【详解】
声波的能量来源于乐师胸部肌肉做的功，这个功又来源于他吃的食物，食物的能量来源于光合作用时吸收的太阳能，太阳能来源于太阳上的核反应.声波传播时引起了空气振动，声波能量转化为空气内能