初中物理能源与可持续发展优秀随堂练习题

能源与可持续发展

1.   了解什么是能源。列举常见的可再生能源和不可再生能源。
2.   知道通过核裂变可获得核能，知道核反应堆及核能发电概况。
3.   了解太阳能是巨大的天然能源，了解太阳能的优点。
4.   知道能量守恒定律，能量转移和转化具有一定的方向性。

知识点01  能源的分类

1.化石能源

动、植物经过漫长的地质年代形成的,如煤、石油、天然气等。

2.一次能源

可以从自然界直接获取。如风能、水能、地热能、核能、太阳能等。

3.二次能源

不可以从自然界直接获取。如电能等。

二、核能和太阳能

1.原子和原子核

(1)原子的组成:由带正电的原子核和带负电的电子组成。

(2)原子核的组成:由带正电的质子和不带电的中子组成。

2.核能

(1)概念:质量较大的原子核在发生分裂或者质量较小的原子核相互结合时释放出的巨大能量。

(2)获得途径:核裂变和核聚变。

(3)核电站:利用核能发电,核心设备是核反应堆。

3.太阳能

(1)本质:太阳内部氢原子核在超高温下发生聚变,释放出的巨大核能。

(2)利用:①用集热器把物质加热;②利用太阳能电池把太阳能转化为电能。

三、能源与可持续发展

1.能量转化和转移的方向性

能量的转化和转移过程是有方向性、不可逆的。

2.能源的可持续发展

(1)提高能源的利用率,减少能源使用对环境的破坏。

(2)发展新的理想能源。

3.不可再生能源

消耗后不能在短期内从自然界得到补充的能源。如化石能源、核能等。

4.可再生能源

可以从自然界源源不断地得到的能源。如水能、风能、太阳能等。

【即学即练1】

1.可以直接从自然界获得的能源叫一次能源,必须通过消耗一次能源才能获得的能源叫二次能源。下列能源属于二次能源的是(　　)

A.煤      B.石油          C.天然气    D.电能

答案:D

解析:像煤、石油、天然气、风能、地热能等能源,可以从自然界直接获取的统称为一次能源。电能是必须通过一次能源的消耗才能获得的,所以称为二次能源。故选D。

2.关于核电站、能量和能源,下列说法正确的是(　　)

A.目前人类已建成的核电站,都是利用核聚变发电的

B.核电站的核废料可以直接堆放在露天垃圾场

C.所有能量转化和转移过程,都遵循能量守恒定律

D.水能、风能和太阳能都属于不可再生能源

答案:C

解析:所有能量的转化和转移过程都遵循能量守恒定律,故C正确。

【典例1】

能源问题是现代社会发展的三大基本问题之一。能源家族中:①煤炭、②核能、③石油、④天然气、⑤水能、⑥风能、⑦地热能等,属于不可再生能源的是　　　　　;不是直接或间接来自太阳的是　　　　。(填序号) 

解析:煤、石油、天然气和核能属于不可再生能源,风能和地热能属于可再生能源;核能和地热能不是直接或间接来自太阳。

答案:①②③④　②⑦

【典例2】

下图是获取电能的几种途径,其中消耗不可再生能源又不会对大气造成污染的是(　　)

答案:D

解析:煤是不可再生能源,在燃烧过程中会对大气造成污染,所以A不符合要求;太阳能电池板将太阳能转化为电能,太阳能是可再生能源,所以B不符合要求;风力发电机将风能转化为电能,风能是可再生能源,所以C不符合要求;核能发电是通过核燃料发生核裂变的方式,将核能转化为电能,由于核燃料是有限的,所以核能属于不可再生能源,且核能发电不会对大气造成污染。故选D。

题组A  基础过关练

1.下列四种能源中属于二次能源的是(　　)　　　　　　　　　　　　　　　

A.电能 B.风能           C.水能 D.太阳能

答案:A

解析:电能是由一次能源经过加工而获得的能源,是二次能源,故A正确。

2.关于原子、原子核和核能,表述正确的是(　　)

A.原子由质子和电子组成                 B.原子核由质子和中子组成

C.核能清洁无污染,利用核能有利无害      D.核能是我国当前利用的最主要能源

答案:B

解析:原子由原子核和核外电子组成,原子核由质子和中子组成,A选项错误,B选项正确;核能的利用既有有利的一面,也有有害的一面,C选项错误;我国当前利用的最主要能源仍然是化石能源,D选项错误。

3.核电站发电流程如图所示。在核电站的发电过程中,下列所述能量转化顺序正确的是(　　)

A.核能→化学能→内能→电能         B.核能→化学能→机械能→电能

C.核能→内能→机械能→电能         D.核能→机械能→内能→电能

答案:C

解析:核反应将核能转化为水的内能,水汽化推动汽轮机转动,将内能转化为汽轮机的机械能,汽轮机带动发电机工作过程中将机械能转化为电能,答案为C。

4.核电站利用核能发电,它的核心设备是核反应堆。下列说法错误的是(　　)

A.目前核电站都是通过聚变反应来利用核能            B.核反应堆中发生的链式反应是可以控制的

C.重核分裂时释放出核能                            D.核能是一种不可再生的能源

答案:A

解析:核能是一种不可再生的能源,核能是通过原子核的聚变或裂变来释放核能的,但现在只能和平利用核裂变所释放的能量,是通过核电站中的核反应堆来控制核反应速度来释放核能,故B、C、D选项都正确,A选项错误。

5.天然气是一种清洁燃料,很多地方的出租车使用天然气代替柴油或汽油。天然气属于　　　　　　　(选填“可再生”或“不可再生”)能源,它燃烧时产生的　　　　能转化为车的机械能。 

答案:不可再生　内

解析:天然气随着使用会不断减少,短时间内从自然界得不到补充,因此属于不可再生能源;天然气在燃烧时,内部的化学能转化成内能,内能又转化成汽车的机械能。

6.众所周知,煤炭是不可再生能源,地球上储量有限,节约能源关系到子孙后代的生存,火力发电是利用煤炭燃烧来发电的,煤炭在燃烧时会释放大量二氧化碳、二氧化硫等有害气体,能形成酸雨和大气污染,会造成全球气候灾难性的变化。节约1 kW·h电约少消耗0.4 kg煤,约少排放0.5 m3二氧化碳和30 g二氧化硫,因此,节约用电具有重要的现实意义。

(1)现居住在苏州的人口大约有1 000万,约有350万个家庭,假设每个家庭原来用三盏60 W的普通灯泡照明,每天每盏灯正常工作4 h,现将60 W的普通灯泡都换成亮度相当的11 W节能灯。请你估算:苏州市每天能节约多少千瓦时电?这些电若由火力发电厂提供,则需消耗多少千克煤?产生多少千克二氧化碳?(二氧化碳的密度为1.98 kg/m3,估算时可取2 kg/m3)

(2)为增强节能环保意识,倡导低碳生活,请你从节约用电的角度提出一条合理化建议: 　。 

答案:(1)约2×106 kW·h　约8×105 kg　约2×106 kg

(2)夏天开空调时将温度提高1 ℃(只要建议合理均可)

解析:(1)节约的电能是W=Pt=(0.06 kW-0.011 kW)×3×4×3.5×106 h≈2×106 kW·h

按每节约1 kW·h电能少消耗0.4 kg煤计算,总共少消耗的煤为

m=2×106 kW·h×0.4 kg/(kW·h)=8×105 kg

产生的二氧化碳为

m=2×106 kW·h×0.5 m3/(kW·h)×2 kg/m3=2×106 kg。

(2)通过计算可看出,节约能源是多么重要,因此在日常生活中应该做到人走灯灭、尽量不使用电器处于待机状态、使用节能灯具、夏天将空调的温度适当调高等。

题组B  能力提升练

1.下图是某校学生使用的一款小夜灯,它的一侧是太阳能电池板,另一侧是高效节能的LED灯。关于小夜灯中所应用的物理知识,下列说法正确的是(　　)

A.太阳能电池板主要是靠白天接收阳光的照射而获得能量      B.太阳能电池板将电能转化为内能

C.LED灯的发光物体是由电阻很小的铜质材料制成的          D.LED灯不发光时也有电流通过

答案:A

解析:太阳能电池板是靠白天接收阳光的照射,把太阳能转化为电能,故A选项正确,B选项错误;LED灯的发光物体是由半导体材料制成的,C选项错误;LED灯不发光时没有电流通过,D选项错误。

2.人类对核能的开发和利用不断取得新的进展,根据目前的科研水平,你认为下列关于原子弹和核电站的说法正确的是(　　)

A.核电站能控制裂变的反应速度               B.原子弹对聚变的链式反应不加控制

C.原子弹利用核裂变,核电站利用核聚变         D.原子弹利用核聚变,核电站利用核裂变

答案:A

解析:核电站能够控制裂变的链式发应速度,故选项A正确;原子弹应用的是核裂变不是核聚变,故选项B错误;核电站也是利用的核裂变,故选项C错误;原子弹是利用的核裂变,在反应过程中不加控制让能量瞬间释放,故选项D错误。

3.我们在节约能源的同时,还应开发和利用新的能源。作为未来的理想能源应满足一定的条件。下列不符合理想能源必要条件的是(　　)

A.必须足够丰富,可以保证长期使用                  B.必须足够便宜,可以保证多数人用得起

C.必须足够安全、清洁,可以保证不会严重影响环境    D.必须足够昂贵,可以保证节约使用

答案:D

解析:未来的理想能源必须满足以下四个条件:第一,必须足够丰富,可以保证开发利用工作之便;第二,必须足够低廉,保证多数人用得起;第三,相关技术必须成熟,可以保证安全使用;第四,必须足够清洁、不污染环境,可以保证不会严重影响环境。故正确的选项是D。

4.

右图为一种新型薄膜太阳能电池,厚度只有几微米,可弯曲,1 g薄膜太阳能电池1 h可提供6×10-3 kW·h的电能,它可以贴在玻璃上,制成太阳能发电窗户。下列说法正确的是(　　)

A.太阳能不是清洁能源

B.太阳能从太阳传递到薄膜电池上没有能量损失

C.薄膜太阳能电池将电能直接转化为光能

D.1 g薄膜太阳能电池1 h可提供2.16×104 J的电能

答案:D

解析:太阳能清洁环保无污染,所以A错误;太阳能从太阳传递到薄膜电池上有一定的效率,所以有能量损耗,所以B错误;薄膜太阳能电池将光能直接转化为电能,所以C错误;可根据题目已知条件“1 g薄膜太阳能电池1 h可提供

6×10-3 kW·h的电能”进行单位换算得出以焦耳为单位的电能数值,6×10-3 kW·h=6×10-3×3.6×106 J=2.16×104 J,D正确。

5.目前核能已经被广泛和平利用。其中核电站是利用　　　　(选填“裂变”或“聚变”)时释放出大量的核能来发电的。核能属于　　　　(选填“一次”或“二次”)能源。 

答案:裂变　一次

解析:核电站是利用原子核发生裂变释放出的核能来发电的,可以从自然界直接获取的能源叫作一次能源,不能从自然界直接获取,必须通过一次能源的消耗才能得到的能源叫作二次能源。核能是从自然界直接获取的能源,属于一次能源。

6.“低碳环保”是当今世界的主题,太阳能已被人们广泛利用。太阳能来自于太阳内部的　　　　　　(选填“核裂变”或“核聚变”),太阳发出的光以 km/s的速度向周围空间传播(不计空气的影响)。 

答案:核聚变　3×105

解析:由较轻的原子核聚合成较重的原子核时,会释放出巨大的能量,这是太阳内部每时每刻进行的核聚变反应;光在真空中的传播速度为3×105 km/s。

7.天然气是　　　　(选填“可”或“不可”)再生能源。目前城市公共汽车用天然气取代汽油做燃料是因为使用天然气相对减少了二氧化硫气体的排放,可以有效减少　　　　危害。 

答案:不可　酸雨

解析:天然气不能从自然界源源不断得到,不能重复利用,因此是不可再生能源;使用天然气作燃料可以有效减少空气污染,提高空气质量,可以有效减少酸雨的危害。

8.下列能源属于可再生能源的是(　　)

A.风能    B.天然气     C.核能    D.石油

答案:A

解析:风能从自然界里源源不断地得到补充,属于可再生能源,故A符合题意。

题组C  培优拔尖练

1.利用太阳能电池在太阳光照射下发电叫光伏发电。某市启动了“光伏工程”示范项目,在某中学的教学楼顶安装了总功率为20 kW的光伏发电系统。

(1)光伏发电系统发电时,　　　　能转化为　　　　能。 

(2)一天的有效光照时间按8 h计算,该光伏发电系统一天共发电多少千瓦时?

(3)该光伏发电系统一天的发电量,如果由热电转换效率为30%的热电厂来完成,需要燃烧多少千克煤?(煤的热值q煤=3.0×107 J/kg)

(4)请写出一条光伏发电的优点。

答案:(1)太阳　电　(2)160 kW·h　(3)64 kg　(4)清洁无污染。(答案不唯一)

解析:(1)光伏发电系统发电时,太阳转化为电能。

(2)W=Pt=20 kW×8 h=160 kW·h。

(3)W=160 kW·h=160×3.6×106 J=5.76×108 J

Q= J=1.92×109 J

m==64 kg。

(4)清洁无污染;可再生;节约化石能源。

2.同学们学习了“能源与可持续发展”的内容后,知道火电站既能发电,又能供热,随着火电站技术不断更新,煤的燃烧程度比传统火电站更充分。为深入了解,他们对某火电站进行调查,获取信息如下:

(1)①4 000 t煤完全燃烧放出多少热量?

②20 h发电多少千瓦时?(q煤=3×107 J/kg)

(2)该火电站的能量利用率是多少?

(3)请你结合以上信息,写出提高火电站能量利用率的方法。

解析:(1)①4 000 t煤完全燃烧放出的热量Q放=mq煤=4 000×103×3×107 J=1.2×1014 J。

②20小时发电W电=Pt=5×105×20 kW·h=1×107 kW·h。

(3)①使燃料燃烧更充分(或“充分燃烧燃料”“充分燃烧煤”)。

②改进转化装置,提高发电效率。

③减少各环节热量散失,提高能量利用率。

答案:(1)①1.2×1014 J　②1×107 kW·h　(2)58.3%　(3)①使燃料燃烧更充分(或“充分燃烧燃料”“充分燃烧煤”)　②改进转化装置,提高发电效率　③减少各环节热量散失,提高能量利用率(以上任选两条即可)