第4节
能源与可持续发展
A组·基础达标
1．(多选)以下说法正确的是( )
A．煤、石油、天然气等燃料的最初来源可追溯到太阳能
B．汽油是一种清洁能源
C．水能是可再生能源
D．煤、石油等常规能源是取之不尽，用之不竭的
2．(多选)下列关于能量耗散的说法，正确的是( )
A．能量耗散使能的总量减少，违背了能量守恒定律
B．能量耗散是指耗散在环境中的内能再也不能被人类利用
C．各种形式的能量向内能的转化，是能够自动全额发生的
D．能量耗散导致能量品质的降低
3．自行车、电动自行车、普通汽车消耗的能量的分类是( )
①生物能 ②核能 ③电能 ④太阳能 ⑤化学能
A．①④⑤
B．①③⑤
C．①②③
D．①③④⑤
4．以下对能量转化的说法中不正确的是( )
A．电风扇把电能转化为机械能
B．电热水壶烧水使电能转化为内能
C．燃气热水器把电能转化为水的内能
D．举重运动员把重物举起来，体内的一部分化学能转化为重力势能
5．关于能量和能源，下列说法正确的是( )
A．在利用能源的过程中，能量在数量上并未减少
B．由于自然界的能量守恒，所以不需要节约能源
C．能量耗散说明能量在转化过程中没有方向性
D．人类在不断开发和利用新能源，所以能量可以被创造
6．动车组列车进站前的减速过程分为两个阶段进行：第一阶段来用“再生刹车”技术，速度从250
km/h减至90
km/h，这期间停止动力供给，列车依靠惯性继续前行，并带动发电机发电；第二阶段采用机械刹车，速度从90
km/h开始不断减小直至停止．假设轨道平面水平，则对刹车过程的第一阶段，下列说法中正确的是( )
A．减小的动能全部转化为电能，即增加的电能等于减小的动能
B．减小的动能全部转化为电能，并且增加的电能小于减小的功能
C．减小的动能有一部分转化为电能，即增加的电能小于减小的动能
D．该过程动车组列损失的机械能等于增加的电能
7．下列说法正确的是( )
A．随着科技的发展，永动机是可以制成的
B．太阳照射到地球上的光能转化成其他能量，但照射到宇宙空间的能量都消失了
C．“既要马儿跑，又让马儿不吃草”违背了能量转化和守恒定律，因而是不可能的
D．有种“全自动”手表，不用上发条，也不用任何形式的电源，却能一直走动，说明能量可以凭空产生
8．某地的平均风速为5
m/s，已知空气密度是1.2
kg/m3，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大？
9．据《中国环境报》报道：从一份科技攻关课题研究结果显示，我国酸雨区已占国土面积的40%以上，研究结果还表明，我国农业每年因遭受酸雨而造成的经济损失高达15亿元．为了有效控制酸雨，目前国务院已批准《酸雨控制区和二氧化硫污染控制区划分方案》等法规．
(1)在英国进行的一项研究结果表明：高烟囱可有效地降低地面SO2浓度，在20世纪60～70年代的10年间，由发电厂排放的SO2增加了35%，但由于建造高烟囱的结果，地面浓度降低了30%之多，请你从全球环境保护的角度，分析这种做法是否可取？说明理由．
(2)用传统的煤、石油作燃料，其主要缺点是什么？与传统的煤、石油作燃料相比，哪种物质可以作为新能源？主要优点是什么，缺点又是什么？
B组·能力提升
10．抽水蓄能电站的工作原理是：在用电低谷时，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，浙江天荒坪抽水蓄能电站是亚洲第一大高山蓄能水电站，堪称世纪之作．山顶水库面积达2.8×105
m2(水库近似为长方体)．已知上、下水库落差H＝600
m，如图所示．蓄水后一个昼夜连续发电，山顶水库水位降低30
m，若水的重力势能80%转化为电能，水的密度为1.0×103
kg/m3．则一个昼夜连续发电所产生的电能约为(g取10
m/s2)( )
A．4×1010
J
B．4×1011
J
C．4×1012
J
D．
4×1013
J
11．设计在风力资源丰富的甘肃河西走廊西端的玉门建一个大型风力发电场，其单机的额定功率为600
kW．通过实验测得风力发电机的功率与风速的关系曲线如图所示．从图示资料可知：当平均风速大于______m/s时就可以发电，当平均风速达到______m/s时达到额定功率．气象资料显示：河西走廊常年平均风速为v＝12
m/s，则一台风力发电机的年发电量约为______
kW·h．
12．能源问题是当前热门话题，传统的能源——煤和石油，由于储量有限，有朝一日要被开采完，同时在使用过程中也会带来污染，寻找新的、无污染的能源是人们努力的方向，利用潮汐发电即为一例．
如图所示的是利用潮汐发电，左方为陆地和海湾，中间为大坝；其下有通道，水经通道可带动发电机．涨潮时，水进入海湾，待内外水面高度相同时，堵住通道，如图甲．潮落至最低点时放水发电，如图乙．待内外水面高度相同时，再堵住通道，直到下次涨潮至最高点，又进水发电，如图丙．设海湾面积为5.0×107
m2，高潮与低潮间高度差为3.0
m，海水每天涨潮2次，则一天内海水的平均功率为________MW．
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能源与可持续发展
A组·基础达标
1．(多选)以下说法正确的是( )
A．煤、石油、天然气等燃料的最初来源可追溯到太阳能
B．汽油是一种清洁能源
C．水能是可再生能源
D．煤、石油等常规能源是取之不尽，用之不竭的
【答案】AC
【解析】煤、石油、天然气等是动植物转化成的，其来源可追溯到太阳能，A正确；汽油燃烧会引起一些化合物的产生，导致有毒气体的生成，B错误；水能是可再生能源，C正确；煤、石油、天然气等存量是有限的，是不可再生能源，D错误．
2．(多选)下列关于能量耗散的说法，正确的是( )
A．能量耗散使能的总量减少，违背了能量守恒定律
B．能量耗散是指耗散在环境中的内能再也不能被人类利用
C．各种形式的能量向内能的转化，是能够自动全额发生的
D．能量耗散导致能量品质的降低
【答案】BCD
【解析】能量耗散是能量在转化的过程中有一部分以内能的形式被周围环境吸收，遵守能量守恒定律，但使得能量品质降低，故A错误，D正确；耗散的内能无法再被利用，B正确；其他形式的能可以自发全部转化为内能，C正确．
3．自行车、电动自行车、普通汽车消耗的能量的分类是( )
①生物能 ②核能 ③电能 ④太阳能 ⑤化学能
A．①④⑤
B．①③⑤
C．①②③
D．①③④⑤
【答案】B
【解析】自行车需要人力，故需要消耗体内的生物能；电动车要充电，消耗电能；汽车要燃烧汽油，消耗化学能．故B正确，A、C、D错误．
4．以下对能量转化的说法中不正确的是( )
A．电风扇把电能转化为机械能
B．电热水壶烧水使电能转化为内能
C．燃气热水器把电能转化为水的内能
D．举重运动员把重物举起来，体内的一部分化学能转化为重力势能
【答案】C
【解析】电风扇消耗电能使电风扇转动，则这个过程中是电能转化为机械能，故A正确；电热水壶烧水消耗电能转化为水的内能，是电能转化为内能的过程，故B正确；燃气热水器是消耗天然气的化学能转化为水的热能，是把化学能转化为水的内能，故C错误；举重运动员把重物举起来，体内的一部分化学能转化为杠铃的重力势能，D正确．本题选择错误的，故选C．
5．关于能量和能源，下列说法正确的是( )
A．在利用能源的过程中，能量在数量上并未减少
B．由于自然界的能量守恒，所以不需要节约能源
C．能量耗散说明能量在转化过程中没有方向性
D．人类在不断开发和利用新能源，所以能量可以被创造
【答案】A
【解析】自然界的能量守恒，但能源需要节约，能量在数量上并未减少，因为能量的转换有方向性，故A正确，B错误；能量耗散说明能量在转化过程中具有方向性，比如一杯热水过段时间，热量跑走啦，水冷了，所以转化具有方向性，故C错误；人类在不断地开发和利用新能源，但能量不能被创造，也不会消失，故D错误．
6．动车组列车进站前的减速过程分为两个阶段进行：第一阶段来用“再生刹车”技术，速度从250
km/h减至90
km/h，这期间停止动力供给，列车依靠惯性继续前行，并带动发电机发电；第二阶段采用机械刹车，速度从90
km/h开始不断减小直至停止．假设轨道平面水平，则对刹车过程的第一阶段，下列说法中正确的是( )
A．减小的动能全部转化为电能，即增加的电能等于减小的动能
B．减小的动能全部转化为电能，并且增加的电能小于减小的功能
C．减小的动能有一部分转化为电能，即增加的电能小于减小的动能
D．该过程动车组列损失的机械能等于增加的电能
【答案】C
【解析】第一阶段减速过程中，由于速度变小，所以动能变小，由于继续驶并带动发电机发电，故将一部分动能转化为电能．减小的动能有一部分转化为电能，另一部分转化为阻力做功，即电能小于减小的动能，故C正确，A、B、D错误．
7．下列说法正确的是( )
A．随着科技的发展，永动机是可以制成的
B．太阳照射到地球上的光能转化成其他能量，但照射到宇宙空间的能量都消失了
C．“既要马儿跑，又让马儿不吃草”违背了能量转化和守恒定律，因而是不可能的
D．有种“全自动”手表，不用上发条，也不用任何形式的电源，却能一直走动，说明能量可以凭空产生
【答案】C
【解析】永动机是不消耗或少消耗能量，可以大量对外做功的装置，违背能量守恒定律，A错误．能量不可能凭空消失，B错误．能量也不可能凭空产生，C正确，D错误．
8．某地的平均风速为5
m/s，已知空气密度是1.2
kg/m3，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大？
【答案】3.4
kW
【解析】首先可以求出在时间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
故风车带动发电机发电的功率为
P＝＝πr2ρv3×10%
代入数据以后得P＝3.4
kW．
9．据《中国环境报》报道：从一份科技攻关课题研究结果显示，我国酸雨区已占国土面积的40%以上，研究结果还表明，我国农业每年因遭受酸雨而造成的经济损失高达15亿元．为了有效控制酸雨，目前国务院已批准《酸雨控制区和二氧化硫污染控制区划分方案》等法规．
(1)在英国进行的一项研究结果表明：高烟囱可有效地降低地面SO2浓度，在20世纪60～70年代的10年间，由发电厂排放的SO2增加了35%，但由于建造高烟囱的结果，地面浓度降低了30%之多，请你从全球环境保护的角度，分析这种做法是否可取？说明理由．
(2)用传统的煤、石油作燃料，其主要缺点是什么？与传统的煤、石油作燃料相比，哪种物质可以作为新能源？主要优点是什么，缺点又是什么？
【答案】(1)不可取，因为SO2的排放总量并没有减少，进一步形成的酸雨仍会对全球造成危害． (2)见解析
【解析】(1)减少酸雨的产生是要杜绝污染源，而不是建造高烟囱转移污染，而杜绝酸雨的污染途径一般有三个：一是对煤、石油等传统能源进行处理，使其在燃烧过程中不产生SO2；二是对污染物SO2进行回收利用；三是开发新能源．
(2)传统燃料的主要缺点是：①煤、石油是不易再生的化工燃料，其资源是有限的；②燃烧后产生的SO2、NO2等严重污染大气，进而形成酸雨；③燃烧后产生的CO2又会造成温室效应．
与传统的燃料相比，氢可以作为目前最理想的燃料，优点：①H2可以用水作为原料来制取，取之不尽，用之不竭；②H2燃烧时放热多，放出的热量约为同质量汽油的3倍；③氢燃料的最大优点是燃烧产物为水，不易污染环境，还可循环使用．
缺点：氢能源的提取、开发和利用的技术发明成为当务之急．
B组·能力提升
10．抽水蓄能电站的工作原理是：在用电低谷时，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，浙江天荒坪抽水蓄能电站是亚洲第一大高山蓄能水电站，堪称世纪之作．山顶水库面积达2.8×105
m2(水库近似为长方体)．已知上、下水库落差H＝600
m，如图所示．蓄水后一个昼夜连续发电，山顶水库水位降低30
m，若水的重力势能80%转化为电能，水的密度为1.0×103
kg/m3．则一个昼夜连续发电所产生的电能约为(g取10
m/s2)( )
A．4×1010
J
B．4×1011
J
C．4×1012
J
D．
4×1013
J
【答案】D
【解析】一个昼夜能用于发电的水的体积V＝Sh＝2.8×105
m2×30
m＝8.4×106
m3，水的总质量m＝ρV，水的重力势能Ep＝mgh′＝ρVg，一个昼夜连续发电所产生的电能约为E＝Ep×80%，代入数据得E≈4×1013
J，故D正确，A、B、C错误．
11．设计在风力资源丰富的甘肃河西走廊西端的玉门建一个大型风力发电场，其单机的额定功率为600
kW．通过实验测得风力发电机的功率与风速的关系曲线如图所示．从图示资料可知：当平均风速大于______m/s时就可以发电，当平均风速达到______m/s时达到额定功率．气象资料显示：河西走廊常年平均风速为v＝12
m/s，则一台风力发电机的年发电量约为______
kW·h．
【答案】2 14 4.64×106
【解析】由题图可知，横坐标为风速、纵坐标为功率，起点处纵坐标为零，横坐标在2～3之间，所以当平均风速大于2
m/s时，就有电功率输出，就能发电．再由图线可知，在风速达到14
m/s时，电功率稳定，所以此时达到额定功率．风速v＝12
m/s时，对应电功率为530
kW，应用W＝Pt公式，将数据代入求解整理可得W＝4.64×106
kW·h．
12．能源问题是当前热门话题，传统的能源——煤和石油，由于储量有限，有朝一日要被开采完，同时在使用过程中也会带来污染，寻找新的、无污染的能源是人们努力的方向，利用潮汐发电即为一例．
如图所示的是利用潮汐发电，左方为陆地和海湾，中间为大坝；其下有通道，水经通道可带动发电机．涨潮时，水进入海湾，待内外水面高度相同时，堵住通道，如图甲．潮落至最低点时放水发电，如图乙．待内外水面高度相同时，再堵住通道，直到下次涨潮至最高点，又进水发电，如图丙．设海湾面积为5.0×107
m2，高潮与低潮间高度差为3.0
m，海水每天涨潮2次，则一天内海水的平均功率为________MW．
【答案】100
【解析】潮汐发电其实质就是将海水的重力势能转化为电能．每次涨潮时流进海湾(落潮时流出海湾)的海水的重力为mg＝ρShg＝1.0×103×5.0×107×3×10
N＝1.5×1012
N，其重心高度变化为h′＝1.5
m．
一天内海水两进两出，故水流功率为
P＝＝
W＝1.0×108
W＝100
MW．
PAGE
