《学霸笔记 同步精讲》第12章 电能 能量守恒定律 4.能源与可持续发展 练习（教师版）物理人教版必修3

4.能源与可持续发展
课后训练巩固提升
基础巩固
1.利用能源的过程实质上是(　　)
A.能量的消失过程
B.能量的创造过程
C.能量不守恒的过程
D.能量转化或转移并且耗散的过程
答案:D
解析:利用能源的过程实质上是能量转化或转移的过程,在能源的利用过程中能量是耗散的,A、B、C错误,D正确。
2.关于能量和能源,下列说法正确的是(　　)
A.由于自然界的能量守恒,所以不需要节约能源
B.在利用能源的过程中,能量在数量上并未减少
C.能量耗散说明能量在转化过程中没有方向性
D.人类在不断地开发和利用新能源,所以能量可以被创造
答案:B
解析:自然界的总能量是守恒的,能量只能从一种形式转化为其他形式或从一个物体转移到另一个物体,能量不可能被创造;在利用能源的过程中,能量在数量上并未减少,能量转化具有方向性。
3.市面上出售一种装有太阳能电扇的帽子(如图所示)。在阳光的照射下,小电扇快速转动,能给炎热的夏季带来一丝凉爽。该装置的能量转化情况是(　　)
A.太阳能→电能→机械能
B.太阳能→机械能→电能
C.电能→太阳能→机械能
D.机械能→太阳能→电能
答案:A
解析:太阳能电池板中太阳能转化为电能,小电动机中电能转化为机械能。
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,石油储量将在百年内用尽,煤炭资源也不可能永续,这叫能源短缺　③煤炭和石油具有很大的气味,在开采、存放和使用过程中这些气味会聚集在空气中污染空气,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,改变了大气成分,使环境恶化
A.①③ B.①④
C.②③ D.②④
答案:D
解析:本题考查社会与环境协调发展的关系,培养环境保护的意识和行动。煤炭和石油都是由几亿年以前的生物遗体形成的,这些能源不能短期内再次生成,也不可重复使用,它们的储量是有限的,并不是取之不尽、用之不竭的,这是所讲的能源短缺,②正确;能源在使用时会排出有害气体污染空气,这是所讲的环境恶化,④正确。故D正确。
5.某地的平均风速为5 m/s,已知该地的空气密度是1.2 kg/m3,该地有一风车,它的车叶转动时可形成半径为12 m的圆面,如果这个风车能将此圆内10%的气流的动能转变为电能,则该风车带动的发电机功率是多少 结果保留两位有效数字。
答案:3.4 kW
解析:在时间t内作用于风车的气流质量为m=πr2vtρ
这些气流的动能为Ek=mv2
转变的电能为E=mv2×10%
故风车带动的发电机功率为
P=πr2ρv3×10%
代入数据得P=3.4 kW。
能力提升
1.足够长的传送带以速度v匀速传动,一质量为m的小物体A由静止轻放于传送带上,若小物体与传送带之间的动摩擦因数为μ,如图所示,当物体与传送带相对静止时,转化为内能的能量为(　　)
A.mv2 B.2mv2
C.mv2 D.mv2
答案:D
解析:物体A被放于传送带上即做匀加速直线运动,加速度a==μg,匀加速过程前进的距离x1=。该时间内传送带前进的距离x2=vt=v·,所以物体相对传送带滑动的距离Δx=x2-x1=,故产生的内能Q=μmg·Δx=μmg·mv2,D正确。
2.自动充电式电动车的前轮装有发电机,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,自行车就可以通过发电机向蓄电池充电,将其他形式的能转化为电能储存起来。现有某人骑车以500 J的初动能在粗糙的水平路面上滑行,第一次关闭自充电装置,让车自由滑行,其动能随位移变化关系如图中线①所示;第二次启动自充电装置,其动能随位移变化关系如图中线②所示,则第二次向蓄电池所充的电能是(　　)
A.200 J B.250 J
C.300 J D.500 J
答案:A
解析:电动车在运动过程中的摩擦力大小不变,从题图看出,第二次的位移是第一次的,故用于充电的能量为初动能的,由能量守恒定律得所充的电能为Ek0=200 J,A正确。
3.风能是一种环保型能源,目前我国风力发电总装机容量已达2 640兆瓦。风力发电是将风的动能转化为电能。某地平均水平风速v=10 m/s,空气密度ρ=1.3 kg/m3,所用风力发电机的叶片长度l=4 m,发电效率η=25%,则该风力发电机的发电功率大约是(　　)
A.0.8 kW B.2 kW
C.8 kW D.33 kW
答案:C
解析:叶片旋转所形成的圆面积S=πl2
时间t内流过该圆面积的空气柱体积V=Svt=πl2vt
空气柱的质量m=ρV=πρl2vt
空气柱的动能Ek=mv2=πρl2v3t
转化成的电能E=ηEk=πηρl2v3t
则风力发电机的发电功率P=πηρl2v3=π×25%×1.3×42×103 W=8×103 W
选项C正确,A、B、D错误。
4.某辆以蓄电池为驱动能源的环保汽车,总质量m=3×103 kg。当它在水平路面上以v=36 km/h的速度匀速行驶时,驱动电机的输入电流I=50 A,电压U=300 V。
(1)求驱动电机的输入功率P电。
(2)若驱动电机能够将输入功率的90%转化为用于牵引汽车前进的机械功率P机,求汽车所受阻力与车重的比值(g取10 m/s2)。
(3)设想改用太阳能电池给该车供电,其他条件不变,求所需的太阳能电池板的最小面积。已知太阳辐射的总功率P0=4×1026 W,太阳到地球的距离r=1.5×1011 m,太阳光传播到达地面的过程中大约有30%的能量被损耗,该车所用太阳能电池的能量转化效率约为15%。
答案:(1)1.5×104 W　(2)0.045　(3)101 m2
解析:(1)驱动电机的输入功率P电=IU=1.5×104 W。
(2)车在匀速行驶时P机=0.9P电=F牵v=Ffv,Ff=,汽车所受阻力与车重的比值为=0.045。
(3)当太阳光垂直于电池板入射时,所需板面积最小,设其为S,距太阳中心为r的球面面积S0=4πr2。若没有能量的损耗,太阳能电池板接收到的太阳能功率为P',则,设太阳能电池板实际接收到的太阳能功率为P,P=(1-30%)P'。由以上两式得。由于P电=15%P,所以电池板的最小面积S==101 m2。
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