12.4 能源与可持续发展—【新教材】人教版（2019）高中物理必修第三册（含答案）

第十二章
电能
能量守恒定律
第4节
能源与可持续发展
一、单项选择题
1．关于能量和能源，下列说法中正确的是（
）
A．化石能源是清洁能源；水能是可再生能源
B．人类在不断地开发和利用新能源，所以能量可以被创造
C．在能源的利用过程中，由于能量在数量上并未减少，所以不需要节约能源
D．能量耗散现象说明：在能量转化的过程中，虽然能的总量并不减小，但能量品质降低了
2．关于能量转化有下列说法
①太阳能热水器把太阳能转化为水的内能
②电热水器把电能转化为水的内能
③燃气热水器把电能转化为水的内能
④空调把空气的内能转化为电能
其中正确的是（
）
A．①②
B．①③
C．②③
D．①④
3．PM2.5主要来自化石燃料、生活物质、垃圾的焚烧，为了控制污染，要求我们节约及高效利用资源。关于能源和能量，下列说法正确的是（
）
A．自然界的石油、煤炭等资源可供人类永久使用
B．能量被使用后就消灭了，所以要节约资源
C．人类应多开发与利用太阳能、风能等新资源
D．能量耗散说明自然界的能量正在不断减少
4．全球受“新冠”疫情的影响，能源市场需求减少，国际原油价格一路走低。下列关于能量和能源说法正确的是
（　　）
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
5．浙江最大抽水蓄能电站2016年在缙云开建，抽水蓄能电站结构如图所示。抽水蓄能电站有两种工作模式，一种为抽水蓄能模式：居民用电低谷时（如深夜），电站利用居民电网多余电能把水从下水库抽到上水库；另一种为放水发电模式：居民用电高峰时，再将上水库中的水放到下水库进行发电，将产生的电能输送到居民电网供居民使用。一抽一放起到了均衡电网负荷的作用。关于抽水蓄能电站下列说法正确的是（　　）
A．抽水蓄能的过程中，能量守恒
B．放水发电的过程中，机械能守恒
C．抽水蓄能电站建成之后，可以使能量增多
D．抽水蓄能电站建成之后，就不会再有能源危机问题了
6．如图所示为一种环保灯——重力灯，重力灯是利用重力做功发电的装置。重物下落时拉动灯中心的绳子，从而带动发电机供电。让质量为10kg的物体缓慢下落2m，则灯亮度相当于12W日光灯的亮度。若每过40min重置一次重物，就能持续发光。重力加速度g取，则以下说法正确的是（　　）
A．重力灯实际功率可能为0.068W
B．每个40min内产生的电能为28800J
C．每次下落过程中发电机输出电能200J
D．无需消耗其他能量就能获得源源不断的电能
7．某手机电池的容量为，充电完毕后其储存的电能约为．这个能量相当于将一定质量的物体举高的过程中重力势能的变化量，取重力加速度，这个物体的质量约为（
）
A．
B．
C．
D．
8．在日常生活中，人们习惯于用几何相似性放大（或缩小）的倍数去得出推论，例如一个人身高了50％，做衣服用的布料也要多50％，但实际上这种计算方法是错误的，若物体的几何线度长为L，当L改变时，其他因素按怎样的规律变化？这类规律可称之为标度律，它们是由纲量关系决定的．在上例中，物体的表面积S=kL2，所以身高变为1.5倍，所用的布料变为1.52=2.25倍．以跳蚤为例：如果一只跳蚤的身长为2mm，质量为0.2g，往上跳的高度可达0.3m．可假设其体内能用来跳高的能量E∝L3（L为几何线度），在其平均密度不变的情况下，身长变为2m，则这只跳蚤往上跳的最大高度最接近（
）
A．0.3m
B．3m
C．30m
D．300m
9．某水力发电站的水位平均落差为50m，每秒约有6×106kg的水用来发电，水的重力势能有10%转化为电能，则下列说法正确的是（
）
A．每秒水减少的重力势能约为3×108J
B．发电的平均功率约为6×108W
C．每天的发电量约为7.2×106kW·h
D．若将这些电能以0.5元/度的价格卖出，则一年可收入约3600万元
10．风力发电是一种环保的电能获取方式。某风力发电机的叶片转动形成的圆面积为S，某时间风的速度大小为v，风向恰好跟此圆面垂直；此时空气的密度为ρ，该风力发电机将空气动能转化为电能的效率为η，则风力发电机发电的功率为（　　）
A．ηρSv2
B．ηρSv2
C．ηρSv3
D．ηρSv3
二、多选题
11．关于能量和能量耗散，下列说法中正确的是（　　）
A．能量耗散从能量转化的角度反映出自然界中客观过程的方向性
B．能量耗散表明能源的利用是有条件的，也是有代价的
C．能量守恒，不可消失，所以没有必要节约能源
D．能量之间可以相互转化，故能源可以很方便的循环利用
12．下列说法中正确的是（　　）
A．某种形式的能减少，一定存在其他形式的能增加
B．因为能量守恒，所以“能源危机”是不可能的
C．能量耗散表明，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．能源的利用受能量耗散的制约，所以能源的利用是有条件的，也是有代价的
13．2017年5月，我国首次海域“可燃冰”试采成功.
可燃冰是一种藏在深海海底的新型能源，1m3可燃冰可转化为164m3的天然气和0.8m3的水，下列关于可燃冰说法正确的是（　
）
A．“可燃冰”是不可再生能源
B．“可燃冰”属于可再生能源
C．1m3可燃冰比0.8m3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
14．据报道：“新冠”疫情期间，湖南一民警自费买药，利用无人机空投药品，将药品送到了隔离人员手中。假设无人机在离地面高度为12米处悬停后将药品自由释放，药品匀加速竖直下落了后落地，若药品质量为，重力加速度，则药品从释放到刚接触地面的过程中（　　）
A．机械能守恒
B．机械能减少了
C．动能增加了
D．所受的合力做了的功
15．沙河抽水蓄能电站自2003年投入运行以来，在缓解用电高峰电力紧张方面，取得了良好的社会效益和经济效益．抽水蓄能电站的工作原理是，在用电低谷时(如深夜)，电站利用电网多余电能把水抽到高处蓄水池中，到用电高峰时，再利用蓄水池中的水发电．如图所示，蓄水池(上游水库)可视为长方体，有效总库容量(可用于发电)为V，蓄水后水位高出下游水面H，发电过程中上游水库水位最大落差为d.统计资料表明，该电站年抽水用电为2.4×108
kW·h，年发电量为1.8×108
kW·h.则下列计算结果正确的是(水的密度为ρ，重力加速度为g，涉及重力势能的计算均以下游水面为零势能面)
（
）
A．能用于发电的水的最大重力势能Ep＝ρVgH
B．能用于发电的水的最大重力势能Ep＝ρVg(H－)
C．电站的总效率达75%
D．该电站平均每天所发电能可供给一个大城市居民用电(电功率以105
kW计)约10
h
三、填空题
16．在下列能量转化的过程中，属于机械能向内能转化的是______；属于光能向内能转化的是______；属于内能通过热传递转换为另一个物体的内能的是______.
（1）木工锯木头，锯条温度升高
（2）水在阳光照射下，可以加速蒸发
（3）煤燃烧时，使炉体温度升高
（4）将冰放在温水中，熔化加快
17．有一种手电筒，当其电池的电能耗尽时，摇晃它，即可为电池充电，在这个摇晃过程中_____能转化为电能；如果将这种手电筒摇晃一次，相当于将200g的重物举高20cm，每秒摇两次，则摇晃手电筒的平均功率为________W，g=10m/s2。
18．某海湾共占面积，涨潮时水深20m，此时关上水坝闸门，可使水位保持20m不变.退潮时，坝外水位降至18m.假如利用此水坝建水力发电站，重力势能转变为电能的效率是10%，每天有两次涨潮，则该电站一天能发电________J.
四、解答题
19．某地平均风速为5m/s，已知空气密度是1.2kg/m3，有一风车，它的车叶转动时可形成半径为12m的圆面．如果这个风车能将圆面内10％的气流动能转变为电能，则该风车带动的发电机功率是多大?
20．瀑布从20m高处以Q=103m3/s的流量竖直落下，流进底部的水轮机后再以2m/s的速度流出，水轮机再带动发电机发电。如果水的机械能转化为电能的效率是80%，那么发电机发电的电功率有多大？（水在山顶的速度可忽略不计，取g=10m/s2，结果保留三位有效数字）
21．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，风力发电是将风的动能转化为电能。设空气的密度为，水平风速为，风力发电机每个叶片的长度为，风力发电机将风能转化为电能的效率为。
(1)求该风力发电机的发电功率的表达式；
(2)若某地平均水平风速为，空气密度，所用风力发电机的叶片长度，效率，平均每天发电，则平均每天能获得多少电能？（结果保留3位有效数字）
参考答案
一、单项选择题
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
D
A
C
B
A
A
D
A
C
D
二、多项选择题
11
12
13
14
15
AB
ACD
AD
BC
BC
三、填空题
16．（1）
（2）
（4）
17．机械（或动能）
0.8
18．
四、解答题
19．【答案】3.4kW
【解析】
首先可以求出在时间t内作用于风车的气流质量为
这些气流的动能为；转变的电能为
故风车带动电动机功率为
代入数据以后得P=3.4kW
20．【答案】
【解析】
每秒钟流过发电机的水的质量为
每秒钟水流机械能损失为
每秒钟发电机的电能
发电机发电的电功率
21．【答案】(1)；(2)
【解析】
（1）叶片旋转所形成的圆面积为
时间内流过该圆面积的空气柱体积为
空气柱的质量为
空气柱的动能为
转化成的电能为
发电功率
（2）将已知数据代入可求得平均每天获得的电能为