4.4高二【物理（人教版）】能源与可持续发展-练习题（有答案）

第四节能源与可持续发展
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1.有人说：“既然能量不会凭空产生，也不会凭空消灭，能量在转化和转移的过程中，其总量是保持不变的，那么，我们为什么还要节约能源？”请你用能量转化和转移的方向性来论述节约能源的必要性。 2.如图是某工程师的轻轨车站设计方案，与站台前后连接的轨道都有一个小坡度，列车进站时要上坡，出站时要下坡。假设站台高度比途中轨道高出2 m，列车在途中轨道进站前的速度为29.2 km/h。 （1）此时切断电源，不考虑阻力，列车能否“冲”上站台？ 如果能，到达站台上的速度是多大？ g取10 m/s2。 （2）你认为工程师这样设计的意图是什么？ 3.某地区的风速为14 m/s，空气的密度为1.3 kg/m3。若使风力发电机转动的风通过的截面积为400 m2 ，且风能的20%可转化为电能，则发电功率是多少？ 【2023】如图所示，我国东海大桥两侧将建成海上风力发电场。每台风力发电机的叶片转动时可形成半径为r的圆面，当地风向可视为与叶片转动的圆面垂直，发电机将此圆面内气流动能转化为输出电能的效率为。风速在范围内，可视为不变。已知风速时每台发电机输出电功率为，空气的密度为，则（ ） A．单位时间内经过每台发电机叶片圆面的气流动能为 B．当风速为时每台发电机的输出电功率约为 C．每台发电机叶片转动时形成的圆面半径r约为 D．若每年有风速在，则每台发电机年发电量至少为 5.如图是架在屋顶的太阳能热水器。已知单位时间内太阳垂直射到地面附近单位面积的能量E0为7×103 J/( m2·s)。一台热水器的聚热面积为2 m2，若每天相当于太阳直射热水器4 h，太阳能的20%可转化为水的内能，那么这个热水器一天内最多能利用的太阳能为多少？ 6. 【2022】如图所示，我国生产的XCA1600起重机正在吊装大型风力发电机，已知大型风力发电机的质量约为，吊起的高度为90m，所用时间约为30min，则（ ） A. 发电机的重力做功约为 B. 起重机对发电机做功约为 C. 起重机对发电机做功的平均功率约为50kW D. 起重机对发电机做功的平均功率约为3000kW 第四节能源与可持续发展 课后练习解析和答案 1.【答案】虽然从理论上讲宇宙间能量的总和是保持不变的，但是大自然中能量的转化和转移却是有方向性的。这意味着对于人类而言，以目前的技术条件来看，可利用的能量总数量是有限的，而不是无限的。能源种类中有可再生的能源，而绝大多数种类都是不可再生能源。这意味着人类活动、生活、生产所消耗掉的能量，有很大一部分是不可回收并且不可持续反复使用的。能量耗散表明，在能源的利用过程中，能源在数量上虽并未减少，但在可利用的品质上降低了，从便于利用的变成不便于利用的了。这是能源危机的深层次的含义，也是“自然界的能量虽然守恒，但还是要节约能源”的根本原因。因此，我们需要节约能源，同时也为保护环境，促进人类的科学发展、和平发展与可持续发展贡献出我们自己的一份力量。 2.【答案】（1）能，5.1 m/s （2）工程师这样设计，在保证车辆和乘客安全的前提下，尽可能科学地利用能量转化，让车辆的一部分动能转化为车辆的重力势能，使得车辆行驶速度降到一个安全合理的范围，减少因为刹车造成的能量浪费，从而达到科学合理利用能量、节约能源的目的。 【解析】设车辆（含乘客）总质量为m，刚要上车时，初动能可以记为 。站台高度h=2 m，那么车辆冲上站台时重力势能的增加量 。 ，所以车辆依靠惯性即可“冲”到站台上。 根据机械能守恒定律， ，代入数据，解得 。 3.【答案】142.7 kW 【解析】建立一个关于风力发电机的物理模型，则通过风力发电机的风的发电功率为。 4.B 5.【答案】 【解析】根据题意可知，这个热水器一天最多能利用的太阳能为 。 6.【答案】C【解析】【详解】A．发电机的重力做负功，故A错误； B．起重机对发电机做正功，大小约为B错误； CD．起重机对发电机做功的平均功率约为C正确，D错误。故选C。