第6章能源可持续发展 课后练习-2021-2022学年高二上学期物理沪教版（2019）必修第三册（word含答案）

第6章能源可持续发展
一、选择题（共15题）
1．下列供热方式最有利于环境保护的是（ ）
A．用煤做燃料供热 B．用石油做燃料供热
C．用天然气或煤气做燃料供热 D．用太阳能灶供热
2．下列关于能量转化的现象的说法中，正确的是（　　）
A．用太阳灶烧水是太阳能转化为电能
B．电灯发光是电能转化为光能
C．核电站发电是电能转化为内能
D．生石灰放入盛有凉水的烧杯里，水温升高是动能转化为内能
3．直接用作燃料的煤和天然气属于（　　）
A．可再生能源 B．二次能源 C．新能源 D．常规能源
4．能源问题是人类对能源需求的增长和现有能源资源日趋减少的矛盾。人类的生存与发展都和能源有密切关系，人类的一切经济活动和生存都依赖于能源的供给，而开采其他资源和利用其他资源也都要依赖能源。下列有关能量与能源的说法，正确的是（　　）
A．因为自然界的能量守恒，所以不需要节约能源
B．人类在不断开发新能源，由此可知能量可以不断被创造
C．能量可以在不同的物体之间转移，不能在不同形式之间转化
D．能量可以从一种形式转化为另一种形式
5．如图所示为一种测定运动员体能的装置，运动员的质量为m1，绳的一端拴在腰间并沿水平方向跨过滑轮（不计滑轮质量及摩擦），绳的下端悬挂一个质量为m2的重物，人用力蹬传送带而人的重心不动，使传送带以速率v匀速向右运动，下面说法中正确的是（　　）
A．绳子拉力对人做正功
B．人对传送带做负功
C．运动时间t后，运动员的体能消耗约为m2gvt
D．运动时间t后，运动员的体能消耗约为（m1+m2）gvt
6．某中学“STS”小组对开发和利用水资源进行研究，同学们认为在放自来水时，水的机械能没有得到利用而白白浪费。于是他们在老师的指导下经过研制，在水龙头处安装了一只小型水轮发电机，当放水时水的机械能转化为电能。设小型水轮发电机的效率为40%，水塔内的水面高于水龙头10m，且保持不变，当水龙头放出一吨水时，小型水轮发电机所产生的电能为（取g＝9.8m/s2）（　　）
A．4000J B．98000J C．588000J D．39200J
7．如图所示，一辆汽车从凸桥上的A点匀速率运动到等高的B点，以下说法中正确的是（ ）
A．汽车所受的合外力做功不为零
B．汽车在运动过程中所受合外力为零
C．牵引力对汽车做的功等于汽车克服阻力做的功
D．由于车速不变，所以汽车从A到B过程中机械能不变
8．大约在东汉时期，我国就发明了用来灌溉农田的水车，它体现了中华民族辉煌的创造力。如图，水车外形酷似古式车轮，轮幅直径大的20m左右，小的也在10m左右，周边装有盛水的容器（一般用竹简做成），在流水的冲力作用下，水车匀速转动将装满水的竹筒送到最高处，并将水全部倒入水槽中。现有一架水车，周边装有60个均匀分布的竹筒，每个竹筒能装m=1kg水，河水的流速为v=0.5m/s，假设水车能获得60%的流水速度匀速转动，则可知水车的功率约为（　　）
A．10W B．30W C．60W D．100W
9．如图所示，在光滑水平面上A点处有一物块受水平恒力F的作用由静止开始运动，在其正前方固定一个足够长的轻质弹簧，在物块与弹簧接触后的过程中（弹簧始终在弹性限度范围内）（ ）
A．物块接触弹簧后即做减速运动
B．当弹簧压缩量达到最大后，物块将保持静止不动
C．AO距离越大，物体速度最大处距O越近
D．AO距离越大，物体速度为零处距O越近
10．某抽水蓄能电站（图甲）分为上水库和下水库。上水库蓄水之后，湖面面积2.8×103m2，下水库湖面面积2.55×107m2，上、下水库湖面落差590m，两水库之间用倾斜输水管道及水平支管相连（图乙）。某次上水库放水发电，上水库湖面下降10m。若水电站发电效率为65%，假定湖面面积没变化，则该次电站的发电量大约为（　　）
A．1×102kW·h B．2×104kW·h
C．3×106kW·h D．3×108kW·h
11．某台风力发电机，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6m/s，风向恰好跟叶片转动的圆面垂直，已知空气的密度为1.23，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．3kW B．16kW C．30kW D．160kW
12．一半径为r、质量为m、电阻为R的金属圆环用一根长为L的绝缘轻细杆悬挂于O1点，杆所在直线过圆环圆心，在O1点的正下方有一半径为L＋2r的圆形匀强磁场区域，其圆心O2与O1点在同一竖直线上，O1点在圆形磁场区域边界上，如图所示。现使绝缘轻细杆从水平位置由静止释放，下摆过程中金属圆环所在平面始终与磁场垂直，已知重力加速度为g，不计空气阻力及其他摩擦阻力，则下列说法正确的是（　　 ）
A．金属圆环最终会静止在O1点的正下方
B．金属圆环最终会在磁场区域内做往复运动
C．金属圆环在整个过程中产生的焦耳热为mgL
D．金属圆环在整个过程中产生的焦耳热为
13．下列说法中正确的是（　　）
A．能量只以势能和动能两种形式存在
B．能量只存在于具有高度或处于运动状态的物体中
C．任何物体都具有能量
D．能量的存在形式多种多样，且不同形式的能量之间可以相互转化，并且在转化过程中，总能量是守恒的
14．某汽车研发机构在汽车的车轮上安装了小型发电机，将减速时的部分动能转化并储存在蓄电池中，以达到节能的目的。某次测试中，汽车以额定功率行驶一段距离后关闭发动机，测出了汽车动能Ek与位移x的关系图像如图所示，其中①是关闭储能装置时的关系图线，②是开启储能装置时的关系图线。已知汽车的质量为1000 kg，设汽车运动过程中所受地面阻力恒定，空气阻力不计。根据图像所给的信息可求出（　　）
A．汽车行驶过程中所受地面的阻力为1000N
B．汽车的额定功率为80kW
C．汽车加速运动的时间为22.5s
D．汽车开启储能装置后向蓄电池提供的电能为5×105J
15．如图所示，水平桌面上的轻质弹簧左端固定，弹簧处于自然长度时，右端刚好与位于点的物块接触（但不连接）。现用水平向左的力将物块从O点推至A点，撤去推力后物块由静止向右运动，经O点到达B点时速度为零。物块的质量为m，，，物块与桌面间的动摩擦因数为，重力加速度为g。则上述过程中（　　）
A．推力对物块做的功为
B．物块向右运动经过O点时速度最大
C．物块向右运动经过O点时速度大小为
D．物块在A点时弹簧的弹性势能为
二、填空题
16．除了应合理开发和节约使用______等常规能源外，还要大力开发新能源，主要新能源有______。
17．能源是有限的
（1）能源：具有_______的容易利用的储能物质。
（2）能量耗散：使用的能源转化成内能分散在环境中不能_______起来驱动机器做功，这样的转化过程叫作“能量耗散”。
（3）能源的使用过程中虽然能的总量保持不变，但能量的品质下降了，_______减少了。
18．在20世纪中，人类使用的能源主要有_______三种。
19．能源的开发与环境的关系∶
（1）人类的生存与发展需要____，能源的开发与使用又会对环境造成_____。
（2）一方面要大力提倡____，另一方面要发展_______能源以及天然气、清洁煤和核能等在生产及消费过程中对生态环境的污染程度低的____能源。
三、综合题
20．向气象部门了解本地区气候变化的有关情况及其原因。
21．我们经常说“节约能量”，如关掉不使用的灯，空调温度不要设定得太低或太高等。这些说法与本节所讲的“能量守恒”似乎有些不协调。请你就此谈谈自己的看法。
22．滑板运动是一项惊险刺激的运动，深受青少年的喜爱。如图是滑板运动的轨道，AB和CD是一段圆弧形轨道，BC是一段长7m的水平轨道。一运动员从AB轨道上P点以6m/s的速度下滑，经BC轨道后冲上CD轨道，到Q点时速度减为零。已知运动员的质量50kg。h=1.4m，H=1.8m，不计圆弧轨道上的摩擦。（g=10m/s2）求：
(1)运动员第一次经过B点、C点时的速度各是多少？
(2)运动员与BC轨道的动摩擦因数；
(3)运动员最后停在BC轨道上距B为多少米处？
23．如图所示，竖直平面内放一直角杆AOB，杆的水平部分粗糙，动摩擦因数μ=0．2，杆的竖直部分光滑．两部分各有质量均为1kg的小球A和B，A．B间用细绳相连，此时A．B处于静止状态，OA=3m，OB=4m．若用水平拉力F向右缓缓地拉A使之移动1m，则（重力加速度g=10m/s2）．
（1）该过程中A受到的摩擦力多大？拉力F做功多少？
（2）若用20N的恒力拉A球也移动1m，此时A的速度达到2m/s，则此过程中产生的内能为多少？
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．D
【详解】
常见的有利于环境保护的能源包括风能，水能，太阳能，潮汐等．供热过程释放出各种碳氧化物，硫化物的都不利于保护环境．
A.煤做燃料供热会释放二氧化碳，提高温室效应，不利于环境保护；
B.石油作燃料释放碳氧化物和硫化物，可形成酸雨，不利于环境保护；
C.天然气或煤气燃烧都会释放碳氧化物，不利于环境保护；
D.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；
故选：D。
2．B
【详解】
A．用太阳灶烧水是光能转化为内能，故A错误；
B．电灯发光是电能转化为光能，故B正确；
C．核电站发电是核能转化为电能，故C错误；
D．生石灰放入盛有凉水的烧杯里，水温升高是化学能转化为内能，故D错误；
故选B。
3．D
【详解】
直接用作燃料的煤和天然气属于常规能源。
故选D。
4．D
【详解】
A．虽然自然界的能量守恒，但是可利用的能源越来越少，则仍然需要节约能源，选项A错误；
B．人类在不断开发新能源，但是能量不可以不断被创造，只能相互转化，选项B错误；
C．能量可以在不同的物体之间转移，也能在不同形式之间转化，选项C错误；
D．能量可以从一种形式转化为另一种形式，选项D正确。
故选D。
5．C
【详解】
A．人的重心不动知人处于平衡状态，人没有位移，所以绳子拉力对人不做功，故A错误；
B．人对传送带的作用力向右，传送带对地的位移也向右，则人对传送带做正功，故B错误；
CD．人的重心不动，绳对人的拉力和人与传送带间的摩擦力平衡，而拉力又等于m2g，人对传送带做功的功率为m2gv，运动时间t后，运动员的体能消耗约为m2gvt，故C正确，D错误。
故选C。
6．D
【详解】
一吨水从高为10m的水塔内落下，将40%的重力势能转化为电能，则有
E＝ηmgh＝40%×1000×9.8×10J＝3.92×104J
故选D。
7．C
【详解】
A．根据动能定理得：汽车由A匀速率运动到B的过程中动能变化为0，所以合外力对汽车不做功，A错误；
B．汽车在运动过程中做圆周运动，有向心加速度，合外力不为零，B错误；
C．由于AB等高，重力做功为零，牵引力对汽车做的功等于汽车克服阻力做的功，故C 正确；
D．由于车速不变，所以汽车从A到B过程中机械能先增加后减小，AB两点的机械能相同，D错误；
故选C。
8．C
【详解】
水车能获得60%的流水速度匀速转动，即水车转动的线速度为
设轮幅半径为R，水车转动一圈对水做功增加水的重力势能，有
转一圈的时间为
则水车的功率约为
故选C。
9．D
【详解】
A．物体与弹簧接触前做匀加速直线运动；物体与弹簧接触后，弹簧弹力不断增大，开始阶段弹簧弹力小于推力F，合力向右，加速度向右，物体做加速度不断减小的加速运动；当加速度减小为零时，速度达到最大；接下来物体由于惯性继续向右运动，弹力进一步变大，且大于推力，合力向左，加速度向左，物体做加速度不断变大的减速运动，当速度减为零时，弹簧压缩量最大，物块加速度最大，故A错误；
B．当弹簧压缩量达到最大后，物体的速度减为零，此时的加速度向左，物块将重新向左做加速运动，故B错误；
C．当物体速度最大处时，满足加速度为零，有
可知物体速度最大处与AO的距离无关，而由推力F和劲度系数决定，故C错误；
D．当物体速度为零时，由能量守恒定律可知推力F做的功转化为弹簧的弹性势能，则AO距离越大，能储存的弹性势能越大，弹簧的压缩量越大，即物体速度为零处距O越近，故D正确；
故选D。
10．C
【详解】
从上水库流到下水库的水的质量
由能量守恒定律得
代入数据解得
故选C。
11．B
【详解】
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。
12．B
【详解】
AB.圆环最终要在如图中A、C位置间摆动，因为此时圆环中的磁通量不再发生改变，圆环中不再有感应电流产生，线圈的机械能不再减小，故A错误，B正确；
CD．由几何关系可知，圆环在A、C位置时，其圆心与O1、O2的距离均为，则圆环在A、C位置时，圆环圆心到O1的高度为。由能量守恒可得金属圆环在整个过程中产生的焦耳热为mg(L＋2r)，故CD错误。
故选B。
13．CD
【详解】
能量的存在形式不单一，如动能、势能、电磁能、光能、化学能、核能等多种形式，且各种形式的能量在一定条件下可以相互转化，转化过程中，总能量是守恒的。任何一个物体都具有能量，不具有能量的物体是不存在的。不同的物体，能量的存在形式和能量的总量是不同的，故AB错误，CD正确。
故选CD。
14．BD
【详解】
A．由题意知，关闭储能装置后汽车在地面阻力作用下做匀减速直线运动，对于图线①，根据动能定理得
得到
故A错误；
B．设汽车匀速运动的速度为v，则有
得
汽车的额定功率为
故B正确；
C．汽车保持额定功率不变做加速运动过程中，根据动能定理得
代入数据解得
故C错误；
D．根据功能关系得到：汽车开启储能装置后向蓄电池提供的电能为
故D正确。
故选BD。
15．CD
【详解】
AD．物体从O到A点的过程中，设推力做功为W，在A点时弹簧具有的弹性势能为E，由功能关系有
从A点到B点的过程，由功能关系有
联立解得
故A错误，D正确；
B．物体向右运动过程中，当合外力为零时，速度最大，合外力为零的位置在O点的左侧，故物体在O点时的速度不是最大，故B错误；
C．从O点到b点的过程，由动能定理有
解得
故C正确。
故选CD。
16． 煤炭、石油、天然气 太阳能、风能、地热能、海洋能、核能、氢能
【详解】
常规能源有煤炭、石油、天然气等。
新能源有太阳能、风能、地热能、海洋能、核能、氢能等。
17． 高品质 自动聚集 能源
18．石油、天然气和煤炭
【详解】
在20世纪中，人类使用的能源主要有石油、天然气和煤炭三种。
19． 能源 影响 节能 可再生 清洁
【详解】
（1）人类的生存与发展需要能源，能源的开发与使用又会对环境造成影响。
（2）一方面要大力提倡节能，另一方面要发展可再生能源以及天然气、清洁煤和核能等在生产及消费过程中对生态环境的污染程度低的清洁能源。
20．气温逐年有波动，但总体呈上升趋势，导致后期的冷年相对于之前的暖期，平均气温也有提升，总体降雨量呈现上升的趋势。
原因主要是人类活动的影响，各种温室气体的含量从工业革命以来大量增加则是这一现象背后极为影响深远的一个因素。
21．灯、空调将电能转化为光能和热能，光能和热能散耗到空气中后无法重新再次利用，但在灯和空调工作过程中总能量是守恒的，因此与“能量守恒”是不矛盾的。
22．(1)8m/s，6m/s；(2)0.2；(3)2m
【详解】
(1)以水平轨道为零势能面，运动员从A到B的过程，根据机械能守恒定律，有
mvP2+mgh=mvB2
代入数据解得
vB=8m/s
从C到Q的过程中，有
mvC2=mgH
代入数据解得
vC=6m/s
(2)在B至C过程中，由动能定理有
－μmgs=mvC2－mvB2
代入数据解得
μ=0.2
(3)设运动员在BC滑行的总路程为s总，对整个过程，由能量守恒知，机械能的减少量等于因滑动摩擦而产生的内能，则有
μmgs总=mvP2+mgh
代入数据解得
s总=16m
则
故运动员最后停在距B点2m的地方。
23．（1）4N；14J （2）4.4J
【详解】
（1）对AB整体受力分析，受拉力F．重力G．支持力N．向左的摩擦力f和向右的弹力N1，如图
根据共点力平衡条件，有
竖直方向
N=G1+G2
水平方向
F=f+N1
其中
f=μN
解得
N=（m1+m2）g=20N
f=μN=0.2×20N=4N
对整体在整个运动过程中运用动能定理列式，得到
WF﹣fs﹣m2g h=0
根据几何关系，可知求B上升距离h=1m，故
WF=fs+m2g h=4×1+1×10×1=14J
（2）根据功能关系知
FS=mvA2+mvB2+E内+mgh，
根据速度的分解与合成知B的速度为m/s
解得
E内=20×1﹣0.5×1×4﹣0.5×1×﹣1×10×1=4.4J