12.4 能源与可持续发展（含解析) 人教版（2019） 必修 第三册

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12.4 能源与可持续发展
一、单选题
1.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
2.关于能量的转化，下列说法中不正确的是(　　)
A. 水力发电机把机械能转化为电能 B. 燃气热水器把化学能转化为水的内能
C. 洗衣机把电能转化为机械能 D. 太阳能电池把太阳能转化为内能
3.下列关于能量的耗散的说法中正确的是(　　)
A. 能量的耗散是指在一定条件下，能量在转化过程中总量减少了
B. 能量的耗散表明，能量守恒定律具有一定的局限性
C. 能量的耗散表明，在能源的利用过程中，能量在数量上并未减少，但在可利用的品质上降低了
D. 能量不可能耗散，能量守恒定律反映了自然界中能量转化的宏观过程可以有任意的方向性
4.在能源消耗的过程中，我们无法把一些能源消耗产生的内能收集起来重新利用，这种现象叫作能量的耗散。对于能量耗散理解正确的是(　　)
A. 能量耗散说明能量在不断地减少
B. 能量耗散不遵循能量守恒定律
C. 能量耗散说明能量不能凭空产生，但能量却可以凭空消失
D. 能量耗散从能量的角度反映出自然界中的宏观过程具有方向性
5.有关能量守恒定律，下列说法正确的是(　　)
A. 从广州开往深圳的动车停了下来，说明能量会凭空消失
B. 按照能量守恒定律，能量总和不会增减
C. 一块石头从罗浮山上滚下，其机械能没有变化
D. 珠江的水能是用之不竭的
6.为了节能减排，我国大力发展新能源汽车。如图所示电源正在给电动汽车中的锂电池充电，下列说法正确的是(　　)
A. 充电时电能全部转化为汽车的机械能
B. 充电时电能全部转化为锂电池的化学能
C. 汽车加速运动时锂电池减少的化学能部分转化为汽车动能
D. 汽车匀速运动时锂电池减少的化学能全部转化为汽车动能
7.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。如图是某类潮汐发电示意图。涨潮时开闸门，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。落潮时开闸门放水发电。设海湾水库的面积为5.0×108 m2，平均潮差为3.0 m，一天涨、落潮两次，发电的平均能量转化率为10%，水的密度为1.0×103 kg/m3，g取10 m/s2，则一天内发电的平均功率约为(　　)
A. 2.6×104 kW B. 5.2×104 kW C. 2.6×105 kW D. 5.2×105 kW
8.我国用长征三号乙型运载火箭成功将天链二号03星发射升空，卫星顺利进入预定轨道，发射任务取得圆满成功。如图所示，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。关于电源、能源与可持续发展，下列说法正确的是(　　)
A. 干电池、蓄电池对外供电时，电能转化为化学能
B. 在能的转化和转移的过程中，能量的总量减少
C. 能量的转移或转化过程中，是具有方向性的
D. 修建水电站利用水能发电更清洁、安全，有百利而无一害
9.风能是一种潜力很大的新能源，国内外都很重视利用风力来发电。地球上可开发的风能大约是可开发水能的10倍，风能与水能、生物能一样，实际上都是间接来自太阳能。已知太阳照射到地球上的能量大约有1%转化为风能，而地球上可开发利用的风能只占全部风能的1%左右，已知太阳每秒释放出的能量约为2.86×1026 J，这些能量中，约有二十二亿分之一到达地球，则每年地球上拥有可开发利用的风能约为(　　)
A. 1.3×1013 J B. 1.1×1018 J C. 4.1×1020 J D. 2.1×1020 J
10.如图是城市照明中常使用的“风光互补”景观照明灯。它“头顶”小风扇，“肩扛”光电池板，“腰挎”照明灯，“脚踩”蓄电池。下列解释合理的是(　　)
A. 光电池板是将电能转化为光能
B. 照明灯是将内能转化为电能
C. 小风扇利用风力发电，将机械能转化为电能
D. 蓄电池夜晚放电，将电能转化为化学能
11.低碳生活是一种绿色又环保的新型生活方式，日常生活中注意节电、节油、节气、节水，从点滴做起，保护环境，保护地球。下列关于能源与能量的理解正确的是(　　)
A. 能量是守恒的，没有必要提倡节约能源
B. 能量的耗散表明自然界的能量在利用过程中正在不断地消失
C. 自然界中石油、煤炭等能源取之不尽，用之不竭，只需不断开发
D. 人类应积极开发与利用风能、太阳能、潮汐能等可再生的新能源
12.如图所示是装在农家屋顶上的12块多晶硅太阳能电池板，每块尺寸：长1 634 mm、宽990 mm。晴天时，电池板每平方米每分钟接收到的太阳辐射能约6×104 J，电池板的光电转化效率约15%，平均每天等效日照时间4 h，则1年可发电约(　　)
A. 1.4×108 J B. 1.7×109 J C. 1.5×1010 J D. 1.0×1011 J
二、多选题
13.下列说法正确的是(　　)
A. 能量只是以势能和动能两种形式存在
B. 能量只是存在于具有一定高度或运动状态的物体中
C. 任何物质均具有能量
D. 能量存在形式多种多样，且不同形式之间可以相互转化，并且转化过程中总能量是守恒的
14.为了减缓大气中CO2浓度的增加，可以采取的措施有(　　)
A. 禁止使用煤、石油和天然气 B. 开发使用核能、太阳能
C. 将汽车燃料由汽油改为液化石油气 D. 植树造林
15.关于能源的利用，下列说法中正确的是(　　)
A. 由于我国煤和石油的储量十分丰富，所以太阳能和核能的开发并不十分重要
B. 能源的利用过程，实质上是能的转化和转移过程
C. 现在人类社会使用的能源主要是煤、石油和天然气
D. 煤、石油、天然气的化学能归根结底来自太阳能
16. “可燃冰”是一种藏在深海海底的新型能源，1 m3“可燃冰”可转化为164 m3的天然气和0.8 m3的水，下列关于“可燃冰”的说法正确的是(　　)
A. “可燃冰”是不可再生能源
B. “可燃冰”属于可再生能源
C. 1 m3“可燃冰”比0.8 m3的水质量小
D. 相同体积的“可燃冰”和天然气完全燃烧后，“可燃冰”释放的热量多
17.下列关于能量转化的说法中，正确的是(　　)
A. 能量在转化过程中，有一部分能量转化为周围环境中的内能，我们无法把这些内能收集起来重新利用
B. 各种形式的能量在转化时，总能量是不变的
C. 在能源的利用过程中，能量的总量并未减少，但在可利用的品质上降低了，从便于利用的变成了不便于利用的
D. 各种能量在不转化时是守恒的，但在转化时是不守恒的
18.下列过程中，可能实现的是(　　)
A. 水的温度自动下降时释放的内能全部转化为机械能
B. 利用不同深度的海水温度不同来制造一种机器，把海水的内能转化为机械能
C. 在粗糙水平面上运动的物体，它的动能转化为内能，使物体温度升高
D. 静止在光滑水平面上的物体，温度降低时释放的内能可以转化为物体的动能，使物体运动起来
19.煤炭是重要的能源和化工原料，直接燃烧既浪费资源又污染环境．某企业利用“煤粉加压气化制备合成气新技术”，让煤变成合成气(一氧化碳及氢气总含量≥90%)，把煤“吃干榨尽”．下列有关说法正确的是(　　)
A. 煤粉加压气化制备合成气过程涉及化学变化和物理变化
B. 煤粉加压气化制备合成气过程涉及化学变化但没有物理变化
C. 该技术实现了煤的清洁利用
D. 该技术实现了煤的高效利用
三、计算题
20.太阳能及风能是清洁能源，我国已经建成众多的太阳能及风力发电场。风力发电是利用风的动能推动风力发电机的叶片转动而产生电能的。如图所示，某风力发电场安装有2台超大型风力发电机，每片扇叶长达80 m，该地区常年的平均风速v＝5.0 m/s，风向跟叶片转动的圆面垂直，空气的密度ρ＝1.25 kg/m3，风力发电机的叶片转动时可形成半径r＝80 m的圆面。已知风力发电机能将通过圆面的空气的动能的10%转化为电能。
(1)求每台风力发电机的发电功率P；
(2)已知标准煤的热值q＝3.0×107 J/kg，则该风力发电场年发电量相当于完全燃烧多少标准煤产生的热量？(结果保留三位有效数字)
21.如图1所示是一种太阳能草坪节能灯，太阳能电池板供一只“10 V　9 W”的电子节能灯工作．若太阳能电池板接收太阳能的有效面积为0.3 m2，平均1小时得到的太阳能为4×105 J，太阳光按平均一天照8小时计算，恰好可以供电子节能灯工作10小时．问：
图1
(1)太阳能节能灯的能量转化情况；
(2)太阳能电池板单位面积上接收太阳能的功率为多少？
(3)太阳能节能灯利用太阳能的效率大约是多少？
22.四川省“十二五”水利发展规划指出，若按现有供水能力测算，四川省供水缺口极大，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20 m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380 V，此时输入电动机的电功率为19 kW，电动机的内阻为0.4 Ω.已知水的密度为1×103 kg/m3，重力加速度取10 m/s2，求：
(1)电动机内阻消耗的热功率；
(2)将蓄水池蓄入864 m3的水需要的时间(不计进、出水口的水流速度)．
12.4 能源与可持续发展 答案与解析
一、单选题
1.【答案】A
【解析】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成机械能，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。
2.【答案】D
【解析】水力发电机把机械能转化为电能，选项A正确，不符合题意；燃气热水器把化学能转化为水的内能，选项B正确，不符合题意；洗衣机把电能转化为机械能，选项C正确，不符合题意；太阳能电池把太阳能转化为电能，选项D错误，符合题意。
3.【答案】C
【解析】能量的耗散过程中，能量向品质低的大气内能转变，但是总的能量是守恒的，能量不能凭空产生，也不能凭空消失，但有方向性，故A、B错误，C正确；能量的耗散是从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程具有的方向性，机械能可以自发地转化为内能，但内能不可能全部转化为机械能而不引起其他变化，故D错误。
4.【答案】D
【解析】能量耗散是能量变成了无法收集利用的内能，能量不会减少，故A错误；能量守恒定律适用于整个自然界，物质能量变化遵循能量守恒定律，故能量耗散遵循能量守恒定律，故B错误；能量既不能凭空产生，也不能凭空消失，故C错误；能量耗散是一个宏观过程，代表着能量向不可收集利用的方向转化，反映出自然界中的宏观过程具有方向性，故D正确。
5.【答案】B
【解析】从广州开往深圳的动车停了下来，只是能量从一种形式的能转化为另一种形式的能，并不是能量会凭空消失，故A错误；按照能量守恒定律，能量总和不会增减，故B正确；一块石头从罗浮山上滚下，由于受到各种阻力的影响，其机械能会减小，故C错误；受各种自然和社会因素的影响，水能并不是用之不竭的，故D错误。
6.【答案】C
【解析】充电时电能部分转化为锂电池的化学能，不是全部，选项A、B错误；汽车加速运动时锂电池减少的化学能部分转化为汽车动能，部分转化为其他形式的能，选项C正确；汽车匀速运动时动能不变，锂电池减少的化学能全部转化为其他形式的能，选项D错误。
7.【答案】B
【解析】发电时水减少的重力势能ΔEp＝mg＝ρShg，一天发电两次，转化成的电能E＝2ΔEp×10%，所以P＝＝5.2×104 kW，故B正确，A、C、D错误。
8.【答案】C
【解析】干电池、蓄电池对外供电时，电池内部发生化学变化，化学能转化为电能，故A错误；在能的转化和转移的过程中，能量的总量保持不变，这就是能量守恒定律，故B错误；能量的转移或转化过程中，总量是不变的，但是具有方向性，故C正确；修筑拦河坝建造水电站也会对沿河的水域环境造成影响，给河流通航造成影响等，因此不利影响也是存在的，故D错误。
9.【答案】C
【解析】太阳每秒释放出的能量约为2.86×1026 J，则太阳每年释放的太阳能约为2.86×1026×365×24×3 600 J≈9.0×1033 J；这些能量中，约有二十二亿分之一到达地球，则每年到达地球的太阳能约为9.0×1033×J≈4.1×1024 J；太阳照射到地球上的能量，大约有1%转化为风能，而地球上可开发利用的风能只占全部风能的1%左右，则每年地球上拥有可开发利用的风能约为4.1×1024××J＝4.1×1020 J，故选C。
10.【答案】C
【解析】这种新能源的路灯，“肩扛”太阳能电池板可以把太阳能转化为电能，选项A错误；照明灯消耗电能而发光，是将电能转化为光能，选项B错误；“头顶”的小风扇可以把风能转化为电能，选项C正确；蓄电池在夜晚放电时，将化学能转化为电能，选项D错误。
11.【答案】D
【解析】在能源的利用过程中，虽然能量在数量上并未减少，但可利用的品质越来越差，故仍需节约能源，故A错误；能量的耗散表明自然界的能量在转化的过程中可利用的品质越来越差，但总量不会减小，故B错误；自然界中石油、煤炭指的是亿万年前的大量生物的遗体在地层中经过一系列生物化学变化而生成的，在短时间内不能再生，是不可再生能源，故C错误；风能、太阳能、潮汐能是可再生能源，人类应多开发与利用，故D正确。
12.【答案】C
【解析】1年内太阳能电池板吸收的太阳能转化为电能的大小为W总＝SW0t总η＝1.634×0.990×12×6×104×4×60×365×15% J≈1.5×1010 J，故C正确。
二、多选题
13.【答案】CD
【解析】能量存在形式多种多样，且不同形式之间可以相互转化，并且转化过程中总能量是守恒的。
14.【答案】BD
【解析】能源利用与环境保护是相互制约的，要尽量节约常规能源的使用，大力开发新能源，植树造林．
15.【答案】BCD
【解析】煤、石油和天然气是由千百万年前的动植物在长期的地质变迁中形成的。千百万年前的动物食用植物，而植物是靠吸收太阳的能量成长的，可以说煤、石油、天然气的化学能来自太阳能。目前人类使用的能源主要是煤、石油和天然气。能源燃烧时，将化学能转化为内能，内能又可转化为机械能和电能，人类在生产和生活中需要各种形式的能，我们可以根据需要把能源的能量转化成多种形式的能量，以供利用，所以能源的利用过程，实质上是能的转化和转移过程，我们的煤和石油尽管储量丰富，但终究有限，且利用后不能再生，所以开发和利用新能源，特别是核能和太阳能是解决能源问题的出路，故B、C、D正确。
16.【答案】AD
【解析】“可燃冰”可转化为天然气和水，属于不可再生能源，故A正确，B错误；由1 m3“可燃冰”能转化为0.8 m3的水和164 m3的天然气可知，1 m3“可燃冰”比0.8 m3的水质量大，故C错误；由题意可知，“可燃冰”热值大于天然气热值，相同体积的条件下，完全燃烧时“可燃冰”比天然气放出的热量多，故D正确。
17.【答案】ABC
【解析】根据能量守恒定律可知，无论在能量的转化还是在能量的转移过程中，能量的总量都是不变的。由能量的耗散知，在能量转化的过程中，有一部分能量转化为周围环境中的内能，而我们无法把这些内能收集起来重新利用，这表明，在能源的利用过程中，能量的总量并未减少，但是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，而自然界的总能量仍是守恒的，故选项A、B、C正确，D错误。
18.【答案】BC
【解析】根据能量转化和转移的方向性可知，物体温度下降释放的内能不可能在不引起其他变化的情况下完全转化为机械能，因此选项A、D是错误的，而选项B、C都是可能实现的过程。
19.【答案】ACD
【解析】煤粉加压气化制备合成气过程中既有物理变化，又有化学变化，A正确，B错误；该技术使煤得以良好利用又环保，C、D正确.
三、计算题
20.【答案】(1)1.57×105 W　(2)3.30×105 kg
【解析】(1)设单位时间内通过每台风力发电机叶片转动形成圆面的空气的体积为V、动能为Ek，则有V＝πr2vt0，Ek＝ρVv2，Pt0＝10%Ek
解得P＝1.57×105 W。
(2)2台风力发电机发电的功率为2P，年发电时间t＝365×24×3 600 s，设年发电量为E
则有E＝2Pt，E＝qm
解得m≈3.30×105 kg。
21.【答案】(1)见解析　(2)370.4 W　(3)10%
【解析】(1)能量转化：太阳能→电能→光能(热能)
(2)太阳能电池板单位面积上接收太阳能的功率：
P＝ W≈370.4 W.
(3)太阳能节能灯利用太阳能的效率：
η＝×100%≈10%.
22.【答案】(1)1 kW　(2)2×104 s
【解析】(1)设电动机的电功率为P，由P＝UI得
I＝＝＝50 A
设电动机内阻r上消耗的热功率为Pr，则
Pr＝I2r＝502×0.4 W＝1×103 W＝1 kW.
(2)设蓄水总质量为M，所用蓄水时间为t.已知抽水高度为h＝20 m，容积为V＝864 m3，水的密度为ρ＝1×103 kg/m3，则M＝ρV＝1×103×864 kg＝8.64×105 kg
设质量为M的河水增加的重力势能为ΔEp，则ΔEp＝Mgh＝1.728×108 J
设电动机的输出功率为P0，则P0＝P－Pr
根据能量守恒定律得P0t×60%×80%＝ΔEp
代入数据解得将蓄水池蓄入864 m3的水需要的时间t＝2×104 s.
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