高中物新教材人教版必修三第十二章 第4节 能源与可持续发展 课时检测 （含解析）

第十二章 能量守恒定律
4. 能源与可持续发展
【基础过关】
考点一 能源的分类与转化
1．（多选）（2022·全国·高二课时练习）下列关于能量转化或转移过程的说法中不正确的是（　　）
A．所有能量守恒的过程都能自发地发生
B．摩擦生热的过程是不可逆过程
C．人们对太阳能的开发和利用，说明能量可以凭空产生
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
【答案】ACD
【详解】A．并非所有能量守恒的过程都能自发地进行，如在没有引起其他变化的情况下，热量不能自发地从低温向高温传递，A错误，符合题意；
B．根据热力学第二定律，机械能向内能转化具有方向性可知，摩擦生热的过程是不可逆过程，B正确，不符合题意；
C．能量是不能凭空产生的，此说法违背了能量守恒定律，C错误，符合题意；
D．能的转化过程虽然符合能量守恒定律，但是在转化过程中存在着“能量耗散”和“品质降低”，能量向品质低的大气内能转化，不能再重复利用，因此会发生能源危机，D错误，符合题意。
故选ACD。
2. （2022·全国·高二单元测试）光伏发电是利用太阳能的技术之一，它利用太阳能电池板，将照射在其上的太阳能转化为电能。农村居民院落或屋顶的光伏发电装置除满足居民家庭用电，还可向电网供电获得收益。太阳光垂直照射地面，在每平方米的面积上，平均每分钟能得到8.4×104J的太阳能量，如果我们能利用太阳能的10%，那么在面积为50 m2的屋顶上可以利用的太阳能的功率最大为（　　）
A．7 kW B．8.4 kW C．70 kW D．420 kW
【答案】A
【详解】令历时为t，能够利用的太阳能
根据功率的表达式有
解得
BCD错误，A正确。
故选A。
3.（多选）（2022·全国·高二课时练习）二氧化碳对长波辐射有强烈的吸收作用，地球表面发出的长波辐射到大气层以后被二氧化碳截获，最后使大气升温。大气中的二氧化碳像温室的玻璃一样，只准太阳的热辐射进来，不让室内的长波辐射出去，大气中的二氧化碳的这种效应叫温室效应。这是目前科学界对地球气候变暖进行分析的一种观点，根据这种观点，以下说法能成立的是（　　）
A．在地球形成的早期，火山活动频繁，排出大量二氧化碳，当时地球的温度很高
B．经过漫长的时间，地壳的岩石和二氧化碳发生了化学反应，导致二氧化碳减少，地球上出现了生命
C．由于工业的发展和人类的活动，导致二氧化碳在空气中的含量增大，地球上的气温正在升高
D．现在地球正在变暖的原因是工业用电和生活用电的急剧增加，使电能和其他形式的能转化为内能
【答案】ABC
【详解】A．地球形成的早期，地壳不如现在牢固，地球不如现在稳定，火山活动频繁，符合地质的发展规律。由于火山的喷发，排出大量的二氧化碳，进而导致当时的地球气温升高，A正确；
B．由于多种原因，其中包括岩石中的矿物成分与水、氧气、二氧化碳发生化学反应，使地球上的岩石进一步分化，最后形成土壤，二氧化碳减少，形成了适合生命生存的条件，B正确；
C．由于工业的发展和人类的活动，大量地使用常规能源，导致二氧化碳在空气中的含量增大，地球上的气温正在升高，C正确；
D．生活用电和工业用电是电能向其他形式的能的转化，会产生热，但不是温室效应的主要原因，D错误。
故选ABC。
考点二 能源的分类、利用和能量耗散
4. （2022·全国·高二课时练习）下列关于能源的说法正确的是（　　）
A．能源是取之不尽，用之不竭的
B．能源是有限的，特别是常规能源，如煤、石油、天然气等
C．大量消耗常规能源会使环境恶化，故提倡开发利用新能源
D．核能的利用对环境的影响比燃烧石油、煤炭大
【答案】BC
【详解】AB．尽管能量守恒，但耗散的能量无法重新收集利用，所以能源是有限的，特别是常规能源，故A错误，B正确；
CD．常规能源的利用比新能源核能的利用对环境影响大，故C正确，D错误。
故选BC。
5.（2022·全国·高二课时练习）下列有关风能的说法正确的是（　　）
①风能其实是太阳能的一种转换形式
②风能和水能、太阳能等都是清洁能源
③风力发电由风能转换为机械能，再转化为电能
④推广可利用太阳能、风能的城市照明系统，发展低碳经济和循环经济，有利于改善环境质量
A．①②③④ B．②③④ C．①②③ D．①②④
【答案】A
【详解】地球表面大量空气流动所产生的动能叫风能，而空气流动主要是由两地受阳光照射的强度不同而导致的温度差异引起的，故风能是太阳能的一种转换形式，故①正确；风能和水能、太阳能等是可再生的绿色能源，故②正确；风力发电的原理是：风力带动风车叶片旋转，发电机在风车叶片转轴的带动下发电，实现能量从风能转换为机械能，再转化为电能，故③正确；发展低碳经济和循环经济，推广利用太阳能、风能的城市照明系统，降低发电用的能耗，符合低碳环保理念，故④正确，综上所述。
故选A。
6．（2022·浙江·舟山教育学院高二期末）文艺复兴时期，意大利的达·芬奇曾设计过一种转轮，利用隔板的特殊形状，使一边重球滚到另一边距离轮心远些的地方，并认为这样可以使轮子不停地转动，如图所示。下列说法正确的是（　　）
A．该设计可以使转轮在无外力作用下顺时针转动变快
B．该设计可以使转轮在无外力作用下逆时针转动变快
C．该设计可以在不消耗能源的情况下不断地对外做功
D．该设计使转轮永远转动的设想是不可能实现的
【答案】D
【详解】AB．由杠杆平衡原理可知，重球滚到另一边距离轮心远些的地方，左边每个重物施加于轮子的旋转作用虽然较大，但是重物的个数却较少。精确的计算可以证明，总会有一个适当的位置，使左右两侧重物施加于轮子的相反方向的旋转作用(力矩) 恰好相等，互相抵消，使轮子达到平衡而静止下来。不管转轮是顺时针转动还是逆时针转动，在无外力作用下，只能是转动变慢，最终停下来。AB错误；
CD．由AB中分析结合能量守恒定律可知，该设计在不消耗能源的情况下不断地对外做功是不可能的，这种设想不可能实现，C错误，D正确。
故选D。
【能力提升】
7．（2022·全国·高二课时练习）三峡水利工程的坝高h0＝185 m，正常水位为h＝175 m，水库容积V＝3.93×1010 m3，装机容量（发电机的总功率）P＝1.768×107 kW，假设发电机效率为η＝80%，试根据这些数据计算出三峡水利枢纽的流量Q，并写出每个物理量应选用的单位．（不进行具体计算，用字母表示）
【答案】Q＝ ,其中Q的单位为m3/s，P的单位为W，ρ的单位为kg/m3，g的单位为m/s2，h的单位为m.
【详解】设在时间Δt内，有ΔV的水通过三峡水利枢纽，则
Q＝
ΔV＝QΔt
减少的势能
ΔEp＝mgh＝ΔV·ρgh＝QΔtρgh
发电机的功率
P＝＝＝Qρghη
流量为
Q＝
其中Q的单位为m3/s，P的单位为W，ρ的单位为kg/m3，g的单位为m/s2，h的单位为m。
8．（2022·全国·高二课时练习）四川省“十二五”水利发展规划指出，若按现有供水能力测算，我省供水缺口极大，蓄引提水是目前解决供水问题的重要手段之一。某地要把河水抽高20m，进入蓄水池，用一台电动机通过传动效率为80%的皮带，带动效率为60%的离心水泵工作。工作电压为380V，此时输入电动机的电功率为19kW，电动机的内阻为0.4。已知水的密度为1×103kg/m3，重力加速度取10m/s2。求：
（1）电动机内阻消耗的热功率；
（2）将蓄水池蓄入864m3的水需要的时间（不计进、出水口的水流速度）。
【答案】（1）1×103W ；（2）2×104s
【详解】(1) 设电动机的电流为I，则
设电动机内阻上消耗的热功率为，则
(2) 设蓄水总质量为，所用抽水时间为，已知抽水高度为，容积为，水的密度为，则
设质量为的河水增加的重力势能为，则
设电动机的输出功率为，则
根据能量守恒定律得
代入数据解得
9．（2022·全国·高二课时练习）风能是一种很好的再生能源，而且对环境的污染较小，近年来我国在西北地区，建立了许多风力发电厂．如图所示为风力发电的情景，通过风轮机一个叶片旋转一周扫过面积的最大风能为可利用风能．已知：空气的密度为ρ，风轮机叶片的长度为r，若风速为v0，每台风力发电机输出电功率为P，求此过程中：
(1)单位时间内每台风力发电机获得的风能表示式；
(2)风力发电机利用风能的效率表示式．
【答案】（1）（2）
【详解】(1)由能量转化和守恒定律可知
＝P总t，
在时间t内流向叶面的空气质量
m＝πr2v0tρ
联立解得P总
(2) 由效率公式得：．