高中人教版 (2019)4 能源与可持续发展导学案及答案

第十二章　电能　能量守恒定律

4　能源与可持续发展

基础过关练

题组一　能量守恒与能量耗散

1.(2023浙江嘉兴月考)下列关于能量守恒定律的认识不正确的是 (　　)

A.某种形式的能减少,一定存在其他形式的能增加

B.某个物体的能减少,必然有其他物体的能增加

C.不需要任何外界的动力而持续对外做功的机器——永动机,不可能制成

D.石子从空中落下,最后停止在地面上,说明能量消失了

2.(2023江苏扬州中学期中)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.能量耗散从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程具有方向性

题组二　能源的分类与应用

3.凡是能够提供某种形式的能量的物质,统称为能源。“能源分类相关图”如图所示,四组能源选项中,全部符合图中阴影部分的能源是　              (　　)

A.煤炭、石油、沼气

B.水能、生物能、天然气

C.太阳能、风能、海水温差能

D.地热能、海洋能、核能

题组三　能源与社会发展

4.关于能源、能量,下列说法正确的是 (　　)

A.可再生能源是未来理想能源的一个重要发展方向

B.核能的利用会造成放射性污染,所以应该关闭核电站

C.能量是守恒的,不会发生能源危机

D.化石能源、水能、核能不能在短期内从自然界得到补充,这类能源称为不可再生能源

5.风能将成为21世纪大规模开发的一种可再生清洁能源。风力发电机是将风能(气流的动能)转化为电能的装置,其主要部件包括风轮机、齿轮箱、发电机等,如图所示。

(1)风轮机叶片旋转所扫过的面积为风力发电机可接受风能的面积。设空气密度为ρ,气流速度为v,风轮机叶片长度为r,求单位时间内流向风轮机的最大风能Pm。

(2)已知风力发电机的输出电功率P与Pm成正比。某风力发电机在风速v1=9 m/s时能够输出电功率P1=540 kW。我国某地区风速不低于v2=6 m/s的时间每年约为5 000小时。试估算这台风力发电机在该地区的最小年发电量是多少千瓦时。

风力发电机示意图

答案与分层梯度式解析

第十二章　电能　能量守恒定律

4　能源与可持续发展

基础过关练

1.D　根据能量守恒定律可知,某种形式的能减少,其他形式的能一定增加;某个物体的能量减少,必然有其他物体的能量增加,A、B正确;不需要任何外界的动力而持续对外做功的机器——永动机,违反了能量守恒定律,不可能制成,C正确;石子在碰撞中机械能转化为了内能,能量并没有消失,D错误。

2.D　耗散的能量变成了无法收集利用的能量,能量并没有减少,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,B错误;能量既不会凭空产生,也不会凭空消失,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,D正确。

3.C　煤炭、石油是不可再生能源,选项A错误;天然气不是可再生能源,也不是新能源,选项B错误;太阳能、风能、海水温差能符合图中阴影部分,选项C正确;核能不是来源于太阳的能源,选项D错误。

4.A　可再生能源足够清洁、无污染,可以保证不会严重影响环境,是未来理想能源的一个重要发展方向,选项A正确;核电站的建设与运行若有疏漏会造成环境污染,同时核废料具有放射性,因此科学家制定了严格的安全标准和安全措施,可以安全、合理地利用核能,选项B错误;由于能量的转化具有方向性,所以无节制地消耗能源会造成能源危机,选项C错误;化石能源、核能不能在短期内从自然界得到补充,所以它们属于不可再生能源,而水能可以从自然界不断地得到,属于可再生能源,选项D错误。

5.答案　(1)πρr2v3　

(2)8×105 kW·h

解析　(1)风垂直流向风轮机时,提供的风能功率最大。

单位时间内垂直流向叶片旋转面积的气体质量

m=ρvS,S=πr2

单位时间内流向风轮机的最大风能Pm=(ρvS)v2=πρr2v3。

(2)设发电机的输出功率和风能的功率之间的比例系数为k,则风力发电机在风速为v1时能够输出功率为P1=kPm=

风力发电机在风速为v2时能够输出功率为

P2=

所以P1∶P2=

所以P2=×540 kW=160 kW

W=P2t=160 kW×5 000 h=8×105 kW·h