2021学年4 能源与可持续发展随堂练习题

12.4能源与可持续发展同步练习高中物理人教版（新课标）必修三

一、单选题（本大题共10小题，共40.0分）

1. “绿色、环保、低碳”是当今世界的关键词，“低碳”要求我们节约及高效利用能源。关于能源与能量，下列说法正确的是

A. 因为能量守恒，所以不要节约能源
B. 人类应多开发与利用风能、太阳能等新型能源
C. 自然界中石油、煤炭等能源可供人类长久使用
D. 人类不断地开发和利用新的能源，所以能量可以被创造

2. 能量守恒定律的建立是人类认识自然的一次重大飞跃，它是最普遍、最重要、最可靠的自然规律之一．下列说法中正确的是

A. 因为能量是守恒的，所以不需要节约能源
B. 不同形式的能量之间可以相互转化
C. 因为能量是守恒的，所以不可能发生能源危机
D. 能量可以被消灭，也可以被创生

3. 据报道，2011年5月13日，世界上最大的太阳能飞机首次实现跨国飞行，它长达的机翼上覆盖着太阳能电池板．下列说法正确的是

A. 太阳能可以转化为电能
B. 太阳能不可以转化为电能
C. 太阳能的利用，说明能量可以消灭
D. 太阳能的利用，说明能量可以创生

4. 关于能源的开发和利用，下列观点错误的是

A. 无节制地利用能源，是一种盲目的短期行为
B. 根据能量守恒定律，能源是取之不尽、用之不竭的
C. 能源的开发和利用，必须同时加强对环境的保护
D. 不断开发新能源，是缓解能源危机的主要途径

5. 自由摆动的秋千摆动幅度越来越小，下列说法正确的是

A. 机械能守恒
B. 能量正在消失
C. 只有动能和重力势能的相互转化
D. 减少的机械能转化为内能，但总能量守恒

6. 伽利略斜面理想实验使人们认识到引入能量概念的重要性。在此理想实验中，能说明能量在小球运动过程中不变的理由是

A. 小球滚下斜面时，高度降低，速度增大
B. 小球滚上斜面时，高度增加，速度减小
C. 小球总能准确地到达与起始点相同的高度
D. 小球能在两斜面之间永不停止地来回滚动

7. 如图所示，实线是电场线，虚线为等势面，已知相邻两等势面间的电势差相等，有一正电荷在等势面处的动能为20J，运动到处的动能为零，若取处为零势面，则当此电荷的电势能为6J时，它的动能不计重力及其他阻力是

A. 16J
B. 24J
C. 6J
D. 4J

8. 下列能源属于不可再生能源的是

A. 水能 B. 风能 C. 太阳能 D. 天然气

9. 电能是使用最方便的能源，以下几种发电方式中会对大气造成污染的是

A. 风力发电 B. 水力发电 C. 火力发电 D. 太阳能发电

10. 能源可划分为一级能源和二级能源。自然界以现成形式提供的能源称为一级能源；需要依靠其他能源的能量间接制取的能源称为二级能源。氢气是一种高效而没有污染的二级能源，它可以由自然界中大量存在的水来制取：下列叙述正确的是
    电能是二级能源水力是二级能源天然气是一级能源焦炉气是一级能源。

A.  B.  C.  D.

二、填空题（本大题共5小题，共20.0分）

11. 利用能源的过程就是能量的转化过程。例如，让煤燃烧使水汽化，化学能转化为内能然后蒸汽推动汽轮机转动，部分内能转化为机械能汽轮机带动发电机发电，机械能又转化为电能电能进一步使各种用电器工作，等等。在整个过程中，由于热量的散失和摩擦不可避免，煤的化学能的一部分最后都转化为          能，散失到环境中，散失了的          不会再自动聚集起来供人类重新利用，这就是能量的耗散。
12. 能量既不会消灭，也不会创生，它只会从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到另一个物体，而在转化和转移的过程中，能量的总量________．
13. 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，。
14. 判断对错。
    石子从空中落下，最后停止在地面上，说明机械能消失了．
    用太阳灶烧水是太阳能转化为内能．
15. 能够提供______的物质资源叫做能源。电能、煤炭、石油中，属于二次能源的是______。

三、计算题（本大题共3小题，共30.0分）

16. 如图所示，弹簧水平放置，一端固定在A点，另一端与质量为m的物块P接触但不连接．AB是光滑水平轨道，B端与半径R的光滑半圆轨道BCD相切，半圆的直径BD竖直，用外力推动物块P，将弹簧压缩，然后放开，P开始沿轨道运动，离开D点后做平抛运动，落地点到B点的距离为4R。重力加速度大小为g．
    

物块离开D点时的速度v

物块刚到达D点时，轨道对小球的的弹力N

弹簧被压缩后的弹性势能






 

17. 一台小型电动机在6V电压下正常工作，用此电动机提升重为的物体时，在10s内使该物体在竖直方向匀速上升了，上述过程中，通过电动机的电流为。不计除电动机线圈生热外的其他能量损失。求：
    电动机输出的机械功率；
    电动机线圈的电阻。
    
    
    
    
    
    
     
18. 如图所示，A、B两个物体粘在一起以的速度向右运动，物体中间有少量炸药，经过O点时炸药爆炸，假设所有的化学能全部转化为A、B两个物体的动能且两物体仍然在水平面上运动，爆炸后A物体的速度依然向右，大小变为，B物体继续向右运动进入光滑半圆轨道且恰好通过最高点D，已知两物体的质量，O点到半圆轨道最低点C的距离，物体与水平轨道间的动摩擦因数为，A、B两个物体均可视为质点，取，求：
    
    炸药的化学能E；
    半圆轨道的半径R。
    
    
    
    
    
    
     

四、综合题（本大题共1小题，共12.0分）

19. 下列说法正确的________。填正确答案标号

A.在车胎突然爆裂的瞬间，车胎内气体内能减少

B.凡是能量守恒的过程一定能够自发地发生的

C.能量转化过程中，其总能量越来越小，所以要大力提倡节约能源

D.两个温度不同的物体相互接触，这两个物体组成的系统处于非热力学平衡态

E.随着高度的增加，大气压和温度都在减小，一个正在上升的氢气球内的氢气内能减小

如图所示，粗细均匀的足够长玻璃管水平放置，管中一段水银柱封闭一段长为10cm的气柱；如果将玻璃管缓慢转动至管口向下竖直状态，这时气柱的长为12cm，大气压强为75cmHg，重力加速度，求：

水银柱的长度；

如果将玻璃管由水平缓慢转动至管口向上竖直状态，然后玻璃管以的加速腰向下做加速运动，玻璃管中气柱的长为多少结果保留三位有效数字？

答案和解析

1.【答案】B
 

【解析】

【分析】

能源就是向自然界提供能量转化的物质矿物质能源，核物理能源，大气环流能源，地理性能源新能源又称非常规能源；是指传统能源之外的各种能源形式；指刚开始开发利用或正在积极研究、有待推广的能源，如太阳能、地热能、风能、海洋能、生物质能和核聚变能等。

本题关键区分能量和能源的概念，知道新能源的特点，充分体现了物理来源于生活、服务于生活的特点。

【解答】

A.能量守恒定律告诉我们，能量是不会减少的，煤炭、石油、天然气等化石能源使用后，化学能转化为内能耗散了，虽然总能量没有减小，但是可以利用的品质降低了，故依然要节约能源，故A错误；
B.新能源是可以循环利用的，故人类应多开发与利用风能、太阳能等新型能源，故B正确。
C.自然界中石油、煤炭等能源是有限的，故会不断减少，故C错误；
D.人类不断地开发和利用新的能源，如风能、太阳能，本质上都来源于太阳，符合能量守恒定律，能量不可以被创造，故D错误； 
故选B。

2.【答案】B
 

【解析】解：ACD、自然界的总能量是守恒的，能量既不能被消灭，也不能被创生，但随着能量的耗散，能源可以利用的品质降低了，可利用的能源减少了，所以可发生能源危机，所以我们要节约能源。故ACD错误。
B、不同形式的能量之间可以相互转化，如动能与势能之间可以发生相互转化，故B正确。
故选：B。
能量是守恒的，但能源越用越少，可能发生能源危机．热力学第二定律反映了自然界的宏观过程具有方向性，虽然总能量守恒，但能源可以利用的品质降低了．
本题关键是根据热力学第二定律进行分析，即能量虽然守恒，但热过程具有方向性，故能量存在耗散，能量可以利用的品质会降低．要注意区别能量与能源的不同．
 

3.【答案】A
 

【解析】

【分析】
利用太阳能工作的设备，能量的转化都是先将太阳能转化为电能再加以利用的，能量可以转化或者转移，但总量不变．

太阳能飞机工作时，首先利用太阳能电池将太阳能转化为电能，然后再有电能转化为电动机的机械能．

但在能量的转移和转化过程中，能量是守恒的，满足能量守恒定律．

【解答】
太阳能电池工作时，将太阳能转化为电能，为电动机提供能量的，能量可以相互转化，但不能创生和消灭，故BCD错误，A正确。

故选A。

4.【答案】B
 

【解析】解：能源是有限的，比如常规能源，所以无节制地利用常规能源是一种盲目的短期行为，A正确．
B.能量都转化为不能利用或不易利用的能源，所以这样会减少可利用资源的数量，因此应该节约能源，所以B错误．
C.能源的开发和利用，必须同时考虑其对生态环境的影响，所以C正确的．
D.不断开发新能源是缓解能源危机加强环境保护的重要途径也是根本途径，所以D正确．
题目要求选错误的，故选B．
可再生能源是指风能、太阳能、水能、生物质能、地热能、海洋能等非化石能源．化石能源是指煤、石油、天然气等资源；同时我们要注意节约能源，充分利用可再生能源．
本题考查可再生能源和不可再生能源特点的了解，是考试的热点．
 

5.【答案】D
 

【解析】

【分析】

秋千由于受到空气阻力，故机械能会减小，转化为内能，由能量守恒定律可得出能量的转化方向。
在解决能量的题目时，要注意明确外力做功情况，从而去判断能量的转化情况。

【解答】

秋千在运动中由于受到空气阻力，故机械能将减小，转化为内能，由能量守恒可知，总能量是不变的，故ABC错误，D正确。 
故选D。

6.【答案】C
 

【解析】略
 

7.【答案】D
 

【解析】

【分析】
根据动能定理求出电荷从等势面处运动到处电场力所做的功，从而得出电势能的变化量，根据为零势面，得出处和处得电势能。在运动的过程中，电荷的电势能和动能之和保持不变，即可得出电荷的电势能为6J时它的动能。
解决本题的关键知道电场力做功和电势能的变化关系，以及知道电荷的电势能和动能之和保持不变。
【解答】
根据动能定理得，，知从等势面处运动到处电势能增加20J，取为零势面，则处电势能为10J，处电势能为，则处电势能和动能之和为10J，在运动的过程中，电荷的电势能和动能之和保持不变，所以电荷的电势能为6J时它的动能为4J，故D正确，ABC错误。
故选D。  

8.【答案】D
 

【解析】

【分析】
明确能源的分类，知道使用之后短时间内可以从自然界中再次产生的为再生能源。
本题考查对再生能源和不可再生能源的认识，要知道能源的分类，掌握能源的开发和利用的知识。

【解答】
A、水能在短时间内可以再次产生，是可再生能源，故A错误；
B、风能在短时间内可以再次产生，是可再生能源，故B错误；
C、太阳能在短时间内可以再次产生，是可再生能源，故C错误；
D、天然气短时间内不能再次产生的，是不可再生能源，故D正确。
故选：D。  

9.【答案】C
 

【解析】

【分析】
本题考查了能源的开发和利用。这种题型属于基础题，只要善于积累，难度不大。
利用化石燃料煤、石油、天然气进行发电会对大气造成污染，利用太阳能、海洋能、风能、水能发电对环境基本上没有污染。

【解答】
风力发电、水力发电、太阳能发电是清洁能源发电，火力发电是通过燃烧煤或者汽油等燃料来进行发电，会对大气造成污染。故ABD错误，C正确。
故选C。  

10.【答案】B
 

【解析】

【分析】
明确能源的分类，知道自然界以直接形式提供的能源为一级能源，需要依靠能源间的转化后才能应用的为二级能源。
本题考查对一级能源和二级能源的分类，要注意明确能源的不同分类方式，知道按不同分类方式，同一种能源可能有不同的名称。

【解答】
电能需要经过转换后才能生成，故属于二级能源；故正确；
水力是人类可以直接利用的能源，故为一级能源，故错误；
天然气可以直接从自然界中获得，故为一级能源，故正确；
焦炉气需要经过转化才能使用，故为二级能源，故错误。
故选：B。  

11.【答案】内；内能。
 

【解析】略
 

12.【答案】保持不变
 

【解析】

【分析】
能量守恒定律是指能量既不会凭空消失也不凭空产生，各种形式的能量可以相互转化，或同种形式能在不同物体间转移。
能量守恒定律的理解把握以下两点：总量守恒；能量可以转移或转化。
【解答】
能量既不会消灭，也不会创生，它只会从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到另一个物体，而在转化和转移的过程中，能量的总量保持不变。
故答案为：保持不变  

13.【答案】机械 
 

【解析】解：摇晃手机实际上就是人对手机做功，将机械能转化成手机的电能；
把手机摇晃一次做的功的大小为，所以摇晃两次对手机做的功的大小为，平均功率的大小为。
故答案为：机械；
摇晃手机实际上就是人对手机做功，将机械能转化成手机的电能；根据题意可以求得1s内摇晃两次时对手机做功的大小，进而可以根据功率的公式计算出平均功率的大小。
本题考查了功能转化及关于功、功率的计算，关键要记清相关的公式，在计算中注意要统一单位，难度不大。
 

14.【答案】；。
 

【解析】

【分析】
本题考查机械能的概念以及能源及其分类，基础较易。
【解答】
依据能量守恒定律，能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中，能量的总量保持不变，石子从空中落下，最后停止在地面上，不能说机械能消失了，错误；用太阳灶烧水是太阳能转化为内能，正确。
故答案为：；。  

15.【答案】能量  电能
 

【解析】解：能够提供能量的物质资源叫做能源；必须通过一次能源的消耗才可以得到的能源叫二次能源，四种能源中只有电能需要消耗其他形式的能才能转化为电能，故电能属于二次能源．
故答案为：能量，电能。
明确能源的定义，同时掌握能源的分类为：
一次能源：直接来自自然界而未经加工转换的能源，例如化石燃料、太阳能、水能、植物燃料；
二次能源：由一次性能源直接或间接转换而来的能源：煤气、氢能、电能、汽油、沼气。
本题主要考查学生对可再生能源和二次能源特点的理解和掌握，属于基础知识的考查。
 

16.【答案】解：
物块通过D点做平抛运动：
   

解得：   
在D点：
 
解得：
对物块P从B点运动到D点过程中，由能量守恒定律有：
 
解得：。
 

【解析】本题考查物体的平抛运动，圆周运动以及能量守恒，基础题。
物块通过D点做平抛运动，根据平抛运动的规律列式求解即可；
在D点利用圆周运动的向心力和牛顿第二定律列式，求解；
 对物块P从B点运动到D点过程中，由能量守恒定律有 可求解。
 

17.【答案】解：物体做匀速运动，拉力

速度

根据：

代入数据解得：

电动机的输入功率为：

线圈的热功率为：

由能量守恒定律有：

代入数据解得：

【解析】物体做匀速运动，拉力等于重力，由求出运动的速度，根据求得电动机输出的机械功率；

由求出电动机的输入功率； 电动机总功率等于热功率与输出功率之和，求出线圈的热功率； 由电功率公式的变形公式求出线圈电阻。
电动机是非纯电阻电路，计算不能应用欧姆定律，电动机总功率等于输出功率与热功率之和。

18.【答案】解：爆炸过程，A、B系统动量守恒，以向右为正方向，由动量守恒定律得：
，
由能量守恒定律可知，炸药释放飞化学能：
联立代入数据解得：；
恰好通过D点，在D点重力提供向心力，
由牛顿第二定律得：，
爆炸后从O点到D点过程，对B，由动能定理得：
，
代入数据解得：。
答：炸药的化学能E为2J；
半圆弧的轨道半径R为。
 

【解析】本题考查了求化学能、求轨道半径，考查了动量守恒定律的应用，分析清楚物体运动过程、知道B在D点做圆周运动的临界条件是解题的关键，应用动量守恒定律、能量守恒定、牛顿第二定律与动能定理可以解题。
爆炸过程系统动量守恒，由动量守恒定律求出爆炸后B的速度，然后由能量守恒定律求出炸药的化学能；
恰好通过D点，重力提供向心力，由牛顿第二定律可以求出B到达D点的速度，从爆炸到D点过程，应用动能定理可以求出半圆弧的轨道半径R。
 

19.【答案】
解：设管中水银柱的长为Lcm，当玻璃管开口向下时，
管中气体的压强为
气体发生等温变化，则有2
即
求得
即水银柱的长为
当管口向上向下加速运动时，
设管中气体的压强为由题意可知，
求得
又即
求得
 

【解析】

【分析】
车胎内气体温度升高，发生等容变化，由查理定律可知，压强增大，而容易爆炸。温度越高，气体分子运动越激烈。气体体积不变，不做功，温度升高，内能增大。在车胎爆炸过程中，气体对外做功，由根据热力学第一定律判断内能的变化情况。
热力学第二定律的理解和应用；
根据能量转化与守恒分析；
根据热平衡态分析；
温度是分子的平均动能的标志；
本题要抓住气体发生等容变化，温度与分子运动激烈程度的关系。要正确理解并掌握热力学第一定律。基本题，比较简单。
【解答】
A.车胎突然爆裂的瞬间气体对外界做功，来不及吸收热量，根据热力学第一定律，其内能应减少。故A正确；
B.根据热力学第二定律可知热量不可自发从低温传递到高温，因此能量守恒的过程不一定能够自发地发生。故B错误；
C.根据能量转化与守恒可知，在能量转化的过程中，其总能量保持不变。故C错误；
D.两个温度不同的物体相互接触这两个物体组成的系统处于非平衡态。故D正确；
E.温度是分子的平均动能的标志，随着高度的增加，温度减小，一个正在上升的氢气球内的氢气内能减小。故E正确。
故选：ADE。
根据等温变化的理想气体状态方程列式求解；
管口向上向下加速运动时，根据对水银列出牛顿第二定律方程，及理想气体状态方程的综合求解。
本题是理想气体状态方程分析水银柱的常规题目，不难。