第6章 能源与可持续发展（Word版含答案）

第6章能源与可持续发展
一、选择题（共15题）
1．2021年8月23日至8月29日是全国节能宣传周，今年的主题是“节能降碳，绿色发展”，下面的发电方式不符合这一主题的是（　　）
A．火力发电 B．风能发电 C．水能发电 D．太阳能发电
2．质量相同的物体A、B静止在光滑的水平面上,用质量和水平速度相同的子弹a、b分别射击A、B,最终a子弹留在A物体内,b子弹穿过B,A、B速度大小分别为vA和vB,则
A．vA＞vB B．vA＜vB
C．vA=vB D．条件不足,无法判定
3．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
4．能源短缺和环境恶化指的是( )
①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度的，这叫能源短缺
②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
③煤炭和石油具有大量的气味，在开采、存放和使用过程中这些气味会聚存在空气中污染空气，使环境恶化
④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，改变了成分使环境恶化
A．①③ B．①④ C．②③ D．②④
5．电动机通电后电动机带动其他机器运转，一段时间后，电动机的外壳就会变得烫手，则下列关于能的转化和守恒的说法中正确的是（　　）
A．电能全部转化为机械能，总的能量守恒
B．电能一部分转化为机械能，另一部分转化为内能，总的能量守恒
C．电能全部转化为内能，内能守恒
D．电能转化为机械能和内能，机械能守恒
6．据外媒报道，瑞士的一家采石场正在运营着--辆自重45吨的自卸式电动卡车，令人惊讶的是，该卡车从来不需要充电。关于此报道，下列说法正确的是（　　）
A．这辆卡车的工作应该是满载下山，卸货后空载上山
B．这辆卡车的工作应该是空载下山，装货后满载上山
C．这违反了能量守恒定律，一定是假新闻
D．这辆卡车一定有燃油发动机提供额外动力
7．关于能量转化的说法中错误的是（　　）
A．举重运动员把重物举起来，体内的一部分化学能转化为重力势能
B．核电站是把内能转化成了电能
C．内燃机做功的过程是内能转化为机械能的过程
D．做功的过程是能量转化的过程，做了10J功，就有10J能量发生转化
8．如图为某节能运输系统的简化示意图。其工作原理为：货箱在轨道顶端A 时，自动将货物装入货箱，然后货箱载着货物沿粗糙轨道无初速度下滑，接着压缩轻质弹簧，当弹簧被压缩至最短时，立即锁定并自动将货物卸下，卸完货物后随即解锁，货箱恰好被弹回到顶端A，此后重复上述过程。若弹簧为自由长度时上端对应的斜面位置是B，货箱可看作质点，则下列说法正确的是（　　）
A．货箱每次运载货物的质量不一定相等
B．货箱由A 到B 和由B 到A 的过程中克服轨道摩擦力做的功相等
C．货箱由A 到B 过程中增加的动能小于货箱由B 到A 的过程中减小的动能
D．货箱与货物从顶端滑到最低点的过程中，减少的重力势能全部转化为弹簧的弹性势能
9．下列说法正确是（　　）
A．在能源的利用过程中，能量是不守恒的
B．经典力学只适用于宏观世界的低速运动
C．实现静电屏蔽一定要用密封的金属容器
D．库仑提出了电场的概念并假想出电场线
10．平板式集热器的箱面是玻璃，内表面涂黑，这是因为（　　）
A．黑色物体容易反射太阳光的能量 B．黑色物体容易吸收太阳光的能量
C．黑色物体的比热容大 D．黑色物体的密度大
11．北京时间2020年12月17日凌晨2点左右，嫦娥五号返回器在内蒙古四子王旗预定区域成功着陆，标志着我国首次地外天体采样返回任务圆满完成。嫦娥五号返回器在距地面高度约120公里处的A点，以接近第二宇宙速度进入地球大气层，由于速度太大，返回舱不能直接返回地面，因为返回舱与大气层超高速摩擦带来的高温会让返回舱烧毁，所以要通过所谓的“太空打水漂”的方式返回。如图所示是返回舱“太空打水漂”的示意图，返回舱从图中C点再次进入大气层的速度约为7km/s。下列说法正确的是（　　）
A．返回舱再次进入大气层后，若调整速度方向，返回舱可环绕地球运动
B．返回舱运动到图中B点时受到大气的作用力大于重力
C．返回舱“打水漂”的过程机械能守恒
D．返回舱“打水漂”的主要目的是为了改变返回舱进入大气层的角度
12．如图甲所示，长为L的长木板水平放置，可绕左端的转轴O转动，左端固定一原长为的弹簧，一质量为m的小滑块压缩弹簧到图甲中的a点（物体与弹簧不连接），Oa间距离为。将小滑块由静止释放后，木板不动，小滑块恰能到达木板最右端。将木板绕O点逆时针转动37°后固定，如图乙所示，仍将物体由a点静止释放，物体最多运动到离O点3L/4的b点。已知弹簧的弹性势能，其中k为弹性系数，Δx为弹簧的形变量。取sin37°=0.6，cos37°=0.8.下列说法正确的是（　 　）
A．物体与木板间的动摩擦因数为
B．物体在a点时，弹簧的弹性势能为
C．长木板水平放置时，物体运动过程中的最大动能为
D．长木板水平放置时，物体运动过程中的最大动能为
13．构建和谐、节约型社会深得民心，这体现于生活的方方面面，自动充电式电动车就是很好的一例．在电动车的前轮处装有发电机，发电机与蓄电池连接．当骑车者用力蹬车或电动自行车自动滑行时，自行车就可以连通发电机对蓄电池充电，将其它形式的能转化成电能储存起来．某人骑车以500 J的初动能在粗糙的水平面上滑行，第一次关闭自动充电装置让车自由滑行，其动能随位移变化的关系如图线①所示；第二次启动自动充电装置，其动能随位移变化的关系如图线②所示．设两种情况下自行车受到的阻力（包括空气阻力和摩擦阻力等）恒定不变，则下列说法中正确的是（ ）
A．自行车受到的阻力为50N
B．自行车受到的阻力约为83N
C．第二次向蓄电池所充的电能是200J
D．第二次向蓄电池所充的电能是250J
14．如图甲所示,一轻弹簧下端固定在倾角为θ的粗糙斜面的D处,上端连接一质量为2 kg的滑块(可视为质点),斜面固定在水平面上,弹簧与斜面平行且原长为AD．现将滑块从A处由静止释放,滑块第一次返回并到达最高点的过程中,其加速度a随弹簧被压缩的长度x的变化规律如图乙所示．取g=10 m/s2,sinθ=0.6,cosθ=0.8,则下列说法正确的是（ ）
A．滑块与斜面间的动摩擦因数为0.2
B．弹簧的劲度系数为100 N/m
C．滑块第一次运动到最低点时弹簧的弹性势能为12 J
D．滑块释放后第一次返回并运动到最高点的过程中因摩擦产生的热量为0.64 J
15．质量为M的木块放在光滑的水平面上，质量为m的子弹以速度v0沿水平方向射中木块并最终留在木块中与木块一起以速度v运动。当子弹进入木块的深度为d时相对木块静止，这时木块前进的距离为s。若木块对子弹的阻力大小F视为恒定，下列关系正确的是（　　）
A．Fs= B．Fd=
C．Fd=﹣（m+M） D．F（s+d）=﹣
二、填空题
16．常规能源不仅现在是______，而且其利用时也带来了______；所以使得开发新能源成为急需，如开发______、______、______、______等。
17．试说明下列能源利用的方式中能量转化过程：
（1）水力发电______。
（2）柴油机车牵引列车前进______。
（3）电动水泵抽水______。
（4）核电站发电机发电______。
（5）风力发电机发电______。
（6）火箭发射人造卫星______。
18．太阳的辐射功率及太阳能传递到地球后各种形式能之间的转化过程，根据书中提供的信息和已学的知识，完成下列问题：
（1）太阳能把地面和空气晒热，太阳能转化为______能，晒热后的空气因密度变小上升、流动而形成风，这样又转化为______能。
（2）太阳能把水面和地面晒热，并使一部分水蒸发升到空中形成云，然后又以雨、雪的形式下落到地面，大部分又变成水流汇入江河，太阳能转化为______。
（3）太阳能被绿色植物吸收，通过光合作用把太阳能转化为植物的______能；部分植物成为动物的食物，这样又转化为动物的______能；古代的植物在地质变迁中变成煤、石油、天然气，又转化为__能。
（4）地球表面每年接受的太阳辐射能约为______kJ。
19．煤炭和石油的燃烧对环境的危害∶
（1）燃烧时增加了大气中________的含量，加剧了温室效应。
（2）因为煤炭和石油中含有硫，燃烧时形成二氧化硫等物质使雨水的酸度升高，形成“_____”。
（3）内燃机工作时的高温使空气和燃料中的多种物质发生化学反应，产生氮的氧化物和碳氢化合物。这些化合物在大气中受到紫外线的照射，产生二次污染物质——________。
三、综合题
20．某种弹射装置如图所示，光滑的水平导轨AB右端B处与倾斜传送带平滑连接，传送带长度L=8.0m，皮带以恒定速率v=5.0m/s顺时针转动。质量m=1.0kg（可视为质点）的滑块置于弹射装置的右端并锁定（弹簧处于压缩状态），且弹簧具有弹性势能Ep=4.5J。某时刻解除锁定，滑块从静止开始运动并脱离弹簧后滑上倾角θ=30°的传送带，并从顶端沿传送带方向滑出斜抛落至地面上。已知滑块与传送带之间的动摩擦因数，重力加速度g=10m/s2，求：
（1）滑块刚冲上传送带底端的速度v1；
（2）滑块在传送带上因摩擦产生的热量Q；
（3）若每次实验开始时弹射装置具有的弹性势能不同，要使滑块滑离传送带后总能落至地面上的同一位置，则Ep的取值范围为多少
21．节水喷灌系统主要应用在农场、体育场、大型公园等需要大范围喷洒的场所．节水喷灌系统的应用，有效地提高了水资源的利用率，达到了节水的效果．如图所示为某农庄灌溉工程的示意图，地面与水面的距离为H=17.2m．用水泵从水池抽水（抽水过程中H保持不变），水从管口以不变的速度源源不断地沿水平方向喷出，水落地的位置到管口的水平距离为x=4.8m．设管口横截面上各处水的速度都相同．龙头离地面高h=1.8 m，水管横截面积为S=4cm2，水的密度为ρ=1.0×103 kg/m3，重力加速度为g =10m/s2，不计空气阻力．求：
（1）水从管口射出时的速度大小
（2）水落地时的速度大小和方向
（3）不计额外功的损失，水泵输出的功率P
22．太阳能是用之不竭的清洁能源，试举出两个关于开发和利用太阳能的实例
23．微机农田自动灌溉的喷射装置（如甲图），其截面图如乙图所示，它主要由水泵、竖直的细输水管道和喷头组成，喷头的喷嘴（长度可忽略不计）离地面的高度为h．水泵启动后，水从水池通过输水管道压到喷嘴并沿水平方向喷出，在地面上的落点与输水管道中心的水平距离为R，此时喷嘴每分钟喷出水的质量为m0 ,整个供水系统的效率恒为η．忽略水池中水泵与地面的高度差，不计水进入水泵时的速度以及空气阻力，重力加速度为g
（1）求水从喷嘴喷出时的速度v
（2）求水泵的功率P
（3）若要浇灌离输水管道中心R1处的蔬菜，求此时喷嘴每分钟喷出水的质量m1和水泵的功率P1
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．A
【详解】
A．火力发电属于燃烧发电，不符合节能降碳，绿色发展的主题，故A正确；
BCD．风能发电、水能发电和太阳能发电都不属于燃烧发电，符合节能降碳，绿色发展的主题，故BCD错误。
故选A。
2．A
【详解】
子弹留在木块中，即共速，此种情况是子弹损失动能最多的情况，即对木块做功最多，获得的动能最大，可判断vA＞vB，
故选A
3．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。
4．D
【详解】
能源短缺简单地说就是能源储备量不能满足人类的需求．它可以分为相对性短缺（技术性短缺）和绝对性短缺（资源性短缺）．相对性短缺是指由于人的使用方式不恰当，使用效率不高造成的短缺；绝对性短缺是由于存储总量有限造成的．环境恶化是指资源破坏、生态破坏、土地沙化、物种减少、人类环境恶化、沙尘暴、水土流失等等．
故选D．
5．B
【详解】
A．因为电动机的外壳就会变得烫手，说明有少量一部分电能转化成了内能，故A错误；
B．电能一部分转化为机械能，另一部分转化为内能，总的能量守恒，故B正确；
C．在转化中是电能转化为机械能及小部分的内能，故内能不守恒，故C错误；
D．因为电能转化为机械能和内能，机械能增加了，但是，能的总量守恒，故D错误。
故选B。
6．A
【详解】
这辆卡车的工作应该是满载下山，减少的重力势能一部分转化为电能，用于空载上山；空载上山重力势能的增加量远小于满载下上时重力势能的减小量，所以不需要燃油发动机提供额外动力，也不违反能量守恒定律。故A正确。
故选A。
7．B
【详解】
A．举重运动员把重物举起来，运动员要对重物做功，消耗体内的化学能，使得体内的一部分化学能转化为杠铃的重力势能 故A正确；
B．核电站是把核能转化成了电能，故B错误；
C．内燃机做功的过程是内能转化为机械能的过程，故C正确；
D．做功过程是能量转化过程，功是能量转化的量度，某过程做了10J的功，一定有10J能量发生了转化，故D正确。
本题选错误的，故选B。
8．C
【详解】
A．根据动能定理，从A到弹簧被压缩至最短时
从解锁瞬间到A
联立解得货物质量
其中M为货箱质量，故货箱每次运载货物的质量一定相等，故A错误；
B．货箱上滑与下滑过程中，位移相同，但摩擦力大小不同，故摩擦力做的功不相等，故货箱克服摩擦力做的功不相等，故B错误。
C．货箱由A 到B 过程中增加的动能
货箱由B 到A 的过程中减小的动能
故C正确；
D．根据能量守恒可知，货箱与货物从顶端滑到最低点的过程中，减少的重力势能全部转化为弹簧的弹性势能和克服摩擦力做功产的热，故D错误。
故选C。
9．B
【详解】
A．在能源的利用过程中，能量仍是守恒的，A错误；
B．经典力学只适用于宏观世界的低速运动，不适用于微观世界的高速运动，B正确；
C．实现静电屏蔽不一定要用密封的金属容器，金属网也能实现静电屏蔽，C错误；
D．法拉第最早引出电场概念，并提出用电场线的方法来表示电场，D错误。
故选B。
10．B
【详解】
AB．黑色物体容易吸收太阳的热，所以玻璃内表面涂成黑色，A选项错误，B选项正确；
CD．物质的比热和密度都跟物质的颜色没有关系，CD选项都错误；
故选B。
11．B
【详解】
A．返回舱再次进入大气的速度约为7km/s，小于第一宇宙速度，返回舱不可能环绕地球运动，A错误；
B．在B点时，合力指向轨迹凹的一侧，所以返回舱受到大气的作用力大于重力，B正确；
C．返回舱“打水漂”的过程中，受到大气的作用力对返回舱做功，机械能不守恒，C错误；
D．返回舱“打水漂”的主要目的是防止高速摩擦带来的高温会让返回舱烧毁，D错误；
故选B。
12．A
【详解】
A．由能量守恒定律
解得 ，A正确；
B．物体在a点时，弹簧的弹性势能为
B错误；
CD．弹力等于摩擦力时动能最大
解得
由能量守恒定律
解得 ，CD错误。
故选A。
13．AC
【详解】
当关闭充电装置，让车自由滑行时，自行车的动能全部用来克服摩擦力做功，转化为内能，有Ek＝fs1，解得f＝50 N；当启动充电装置滑行时，自行车的动能一部分克服摩擦力做功，另一部分转化为蓄电池的电能，根据能量守恒有Ek＝fs2＋E电，故E电＝Ek－fs2＝200 J．
14．BD
【详解】
A．刚释放时
带数据算得
故A错误；
B．当时
代入数据得
故B正确；
C．滑块第一次到最低点后，摩擦力变成沿斜面向下，此时加速度为，
解得
根据能量守恒
故C错误；
D．当时，滑块第一次返回到最高点，有
得
产热
故D正确。
故选BD。
15．ACD
【详解】
A．对木块运用动能定理得
故A正确；
BCD．根据能量守恒得，摩擦力与相对位移的乘积等于系统能量的损失，有
则
故B错误，CD正确。
故选ACD。
16． 有限的 对环境的污染 太阳能 风能 地热能 潮汐能
【详解】
常规能源不仅现在是有限的，而且其利用时也带来了对环境的污染；所以使得开发新能源成为急需，如开发太阳能、风能、地热能、潮汐能等。
17． 机械能转化为电能 化学能转化为机械能 电能转化为机械能 核能转化为电能 风能转化为电能 化学能转化为机械能
【详解】
(1)机械能转化为电能
(2)化学能转化为机械能
(3)电能转化为机械能
(4)核能转化为电能
(5)风能转化为电能
(6)化学能转化为机械能
18． 内 风 水的能量 化学 化学 化学
【详解】
(1)[太阳能把地面和空气晒热，太阳能转化为内能。
空气流动形成风能。
(2)太阳能把水面和地面晒热，并使一部分水蒸发升到空中形成云，然后又以雨、雪的形式下落到地面，大部分又变成水流汇入江河，太阳能转化为水的能量。
(3)太阳能被绿色植物吸收，通过光合作用把太阳能转化为植物的化学能。
部分植物成为动物的食物，这样又转化为动物的化学能。
古代的植物在地质变迁中变成煤、石油、天然气，又转化为化学能。
(4)查阅有关资料可知，地球表面每年接受的太阳辐射能约为kJ。
19． 二氧化碳 酸雨 光化学烟雾
【详解】
（1）燃烧时增加了大气中二氧化碳的含量，加剧了温室效应。
（2）因为煤炭和石油中含有硫，燃烧时形成二氧化硫等物质使雨水的酸度升高，形成“酸雨”。
（3）内燃机工作时的高温使空气和燃料中的多种物质发生化学反应，产生氮的氧化物和碳氢化合物。这些化合物在大气中受到紫外线的照射，产生二次污染物质——光化学烟雾。
20．(1)3m/s；(2)6J；(3)见解析
【详解】
(1) 弹簧具有弹性势能Ep=4.5J。某时刻解除锁定，滑块从静止开始运动，根据能量守恒，滑块刚冲上传送带底端的速度
解得：
(2)因为 ，故物块在传送带上向上加速，后匀速，加速度
解得：
加速到与传送带共速时间
可判断，位移小于传送带长，物块与传送带间相对位移
在传送带上因摩擦产生的热量
(3)根据以上分析可知，物块滑出传送带与传送带共速，物块刚好加速到与传送带共速，弹性势能最小
，
最小弹性势能
当物块减速到传送带顶端与传送带共速
，
解得：
最大弹性势能
故弹性势能 。
21．（1）v0=8m/s（2）水落地时的速度大小为10m/s，方向与水平方向成37 角斜向下．
（3）P=710.4W
【详解】
（1）水射出后，做平抛运动，故在竖直方向
水平方向：
解得：
（2）竖直方向：，水平方向：
水落地时：，tanθ=
解得：，
水落地时的速度大小为10m/s，方向与水平方向成37 角斜向下．
（3）设t时间内从管口喷出的水体积为V，的质量为m，则有：，
设t时间内水泵对水做的功为W，则有：
水泵输出的功率：
解得：
22．一：光伏发电，将太阳能转化为电能
二：太阳能热水器，将太阳能转化为内能
23．（1）；（2）；（3）；
【详解】
（1）根据题意，水从喷嘴出来的运动可视为平抛运动，则有
则水的平抛运动为
（2）每分钟水增加的重力势能
每分钟水增加的动能
因此，每分钟水增加的机械能为
又由于水泵的转化率为η，那么
（3）设水的密度为ρ，喷嘴的横截面积为S，那么
单位时间内喷出的水的质量为
所以
每分钟水增加的重力势能
每分钟水增加的动能
因此，每分钟水增加的机械能为
又由于水泵的转化率为η，那么
答案第1页，共2页