12.4 能源與可持續(xù)發(fā)展 【練習】2024-2025學年高二物理 同步練（ 人教版2019必修第三冊）（原卷版）

12.4能源與可持續(xù)發(fā)展學習目標學習目標課程標準物理素養(yǎng)3.4.1了解利用水能、風能、太陽能和核能的方式。初步了解核裂變和核聚變。3.4.2知道不同形式的能量可互相轉化，在轉化過程中能量總量保持不變，能量轉化是有方向性的。3.4.3了解可再生能源和不可再生能源的分類，認識能源的過度開發(fā)和利用對環(huán)境的影響。3.4.4認識環(huán)境污染的危害，了解科學、技術、社會、環(huán)境協(xié)調發(fā)展的重要性，具有環(huán)境保護的意識和行為。物理觀念：列舉各種實例，說明能量是如何轉化的，解釋能量守恒定律的含義?？茖W思維：通過實例分析知道能量耗散，認識自然界中能量轉化的方向性?？茖W探究：收集資料，討論能源的開發(fā)與利用所帶來的環(huán)境污染問題，認識環(huán)境污染的危害，思考科學、技術、社會、環(huán)境協(xié)調發(fā)展的關系，具有環(huán)境保護的意識和行動。科學態(tài)度與責任：了解太陽能、水能、核能和風能等能源的開發(fā)利用，知道利用能量是人類生存和社會發(fā)展的必要條件之一。知道人類利用的能量來自可再生能源和不可再生能源，認識合理使用能源的重要性，具有可持續(xù)發(fā)展觀念，養(yǎng)成節(jié)能的習慣。002思維導圖能量轉化與守恒能量轉移或轉化的方向性能源的分類與應用能源與社會發(fā)展汽車與能源003知識梳理課前研讀課本，梳理基礎知識：一、能量轉化與守恒1.能量2.能量守恒定律能量既不會憑空產生，也不會憑空消失，它只能從一種形式為其他形式，或者從一個物體轉移到別的物體，在或的過程中，能量的總量保持.二、能量轉移或轉化的方向性1.一切與熱現(xiàn)象有關的宏觀自然過程都是的．2.能量耗散：在能量轉化過程中流散到周圍環(huán)境中的內能很難再起來重新利用的現(xiàn)象．3.節(jié)約能源的根本原因：在能源的利用過程中，能量在數(shù)量上雖未減少，但在可利用的品質上了，即從便于利用的能源變?yōu)椴槐阌诶玫哪茉矗?.自然界中的宏觀過程具有性．特別提醒：能量轉移或轉化具有方向性．三、能源的分類與應用1.能源的分類(1)不可再生能源：像煤炭、和天然氣這類無法在短時間內再生的能源，也叫能源．(2)可再生能源：像水能、風能、潮汐能這類在自然界可以的能源．2.我國可再生能源的開發(fā)(1)太陽能發(fā)電．(2)水力發(fā)電．(3)風能發(fā)電．(4)發(fā)電．四、能源與社會發(fā)展1.人類利用能源的三個時期：柴薪時期、煤炭時期、石油時期．2.利用不可再生能源帶來的危害(1)改變的成分，加劇氣候的變化，如溫室效應．(2)形成“”，腐蝕建筑物，酸化土壤．(3)產生光化學煙霧，產生浮塵．3．能源與社會發(fā)展要實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展就要樹立新的能源安全觀，并轉變能源的供需模式．一方面大力提倡能源，另一方面要發(fā)展能源以及天然氣、清潔煤和核能等能源，推動人類與自然的和諧發(fā)展．五、汽車與能源004題型精講【題型一】能源分類及使用【典型例題1】（多選）PM2.5主要來自化石燃料、生物質、垃圾的焚燒,為了控制污染,我們要節(jié)約及高效利用能源。下列說法中正確的是()。A.我們應立即停止使用化石能源,控制污染B.人類應多開發(fā)與利用地熱能、風能等新能源C.應發(fā)展新的發(fā)電技術,提高能源利用效率D.對垃圾進行分類處理,變廢為寶【典型例題2】如圖是水電站的發(fā)電原理圖,由圖可知下列說法錯誤的是()A.水力發(fā)電不會造成污染B.該裝置將機械能轉化為電能C.要加大發(fā)電的功率,可采用僅“增大水落差”的方法D.該裝置可以將水庫中儲存的水的機械能全部轉化為電能【對點訓練1】2023年6月4日，神舟十五號載人飛船返回艙在東風著陸場成功著陸，航天員全部安全順利出艙，神舟十五號載人飛行任務取得圓滿成功，如圖飛船飛向天空，太陽能電池板展開，飛船兩翼的太陽電池板是太陽能電池在太空領域的應用、關于電源、電流與電路，以下說法正確的是（）A．太陽能安全、清潔，是可供人類利用的一種新能源，但只能在太空中使用B．電源的作用是在電源內部把電子由負極搬運到正極，保持兩極之間有電壓C．電源是將化學能轉化為電能的裝置，電路兩端有電壓，電路中就有電流D．某電池板不接負載時的電壓是，短路電流是，則內阻為【對點訓練2】目前,共享單車作為綠色出行的交通工具,成為時尚。甲、乙兩種共享單車都采用了電子鎖,車鎖內集成了GPS模塊與聯(lián)網模塊等,這些模塊工作時需要電能。這兩種共享單車采用了不同的方式獲取電能:甲車靠小型發(fā)電機——踩動單車時,線圈在磁場中轉動,產生電能,如圖1所示;乙車靠車筐底部的太陽能電池板——有光照時,產生電能,如圖2所示。這兩種共享單車獲取電能時,都是把其他形式的能轉化為電能。關于它們的能量轉化,下列說法中正確的是()A.都是把機械能轉化為電能B.都是把光能轉化為電能C.甲車把機械能轉化為電能,乙車把光能轉化為電能D.甲車把光能轉化為電能,乙車把機械能轉化為電能【題型二】能量守恒定律【典型例題3】如圖所示為風力發(fā)電機，風力帶動葉片轉動，葉片再帶動轉子(磁極)轉動，使定子(線圈，不計電阻)中產生電流，實現(xiàn)風能向電能的轉化。若葉片長為l，設定的額定風速為v，空氣的密度為ρ，額定風速下發(fā)電機的輸出功率為P，則風能轉化為電能的效率為()A.eq\f(2P,πρl2v3) B.eq\f(6P,πρl2v3)C.eq\f(4P,πρl2v3) D.eq\f(8P,πρl2v3)【典型例題4】(多選)內徑面積為S的U形圓筒豎直放在水平面上，筒內裝水，底部閥門K關閉時兩側水面高度分別為h1和h2，如圖所示。已知水的密度為ρ，不計水與筒壁的摩擦阻力?，F(xiàn)把連接兩筒的閥門K打開，當兩筒水面高度相等時，則該過程中()A．水柱的重力做正功B．大氣壓力對水柱做負功C．水柱的機械能守恒D．當兩筒水面高度相等時，水柱的動能是eq\f(1,4)ρgS(h1－h(huán)2)2【對點訓練3】彈跳桿運動是一項廣受青少年歡迎的運動，彈跳桿的結構如圖甲所示，一根彈簧的下端固定在跳桿的底部，上端固定在一個套在跳桿上的腳踏板底部，質量為5m的小明站在腳踏板上，當他和跳桿處于豎直靜止狀態(tài)時，彈簧的壓縮量為x0，小明先保持穩(wěn)定姿態(tài)豎直彈跳。某次彈跳中，從彈簧處于最大壓縮量為5x0開始計時，如圖乙(a)所示；上升到彈簧恢復原長時，小明抓住跳桿，使得他和彈跳桿瞬間達到共同速度，如圖乙(b)所示；緊接著他保持穩(wěn)定姿態(tài)豎直上升到最大高度，如圖乙(c)所示。已知全程彈簧始終處于彈性限度內彈簧彈性勢能滿足Ep＝eq\f(1,2)kx2，k為彈簧勁度系數(shù)，x為彈簧形變量，跳桿的質量為m，重力加速度為g，空氣阻力、彈簧和腳踏板的質量以及彈簧和腳踏板與跳桿間的摩擦均可忽略不計。求：(1)彈跳桿中彈簧的勁度系數(shù)k；(2)從開始計時至豎直上升到最大高度過程中小明的最大速度vm。【對點訓練4】2021年7月30日，東京奧運會蹦床女子決賽中，中國包攬女子蹦床金、銀牌，朱雪瑩奪金，劉靈玲獲蹦床銀牌。在運動員蹦床訓練中，從運動員下落到離地面高h1處開始計時，其動能Ek與離地高度h的關系如圖所示。在h1～h2階段圖像為直線，其余部分為曲線，h3對應圖像的最高點，運動員的質量為m，重力加速度為g，不計空氣阻力和一切摩擦。下列有關說法正確的是()A．整個過程中運動員的機械能守恒B．從運動員的腳接觸蹦床直至蹦床被壓縮至最低點的過程中，其加速度先增大后減小C．運動員從h1降到h5過程中，蹦床的最大彈性勢能為Epm＝mgh1D．運動員處于h＝h4高度時，蹦床的彈性勢能為Ep＝mg(h2－h(huán)4)【題型三】能量耗散及摩擦生熱 【典型例題5】“和平號”空間站于2001年3月23日成功地墜落在南太平洋海域,墜落過程可簡化為從一個近圓軌道(可近似看作圓軌道)開始,經過與大氣摩擦,空間站的大部分經過升溫、熔化、最后汽化而銷毀,剩下的殘片墜入大海。此過程中,空間站原來的機械能中除一部分用于銷毀和一部分被殘片帶走外,還有一部分能量E'通過其他方式散失(不考慮墜落過程中化學反應的能量)。(1)試導出下列各物理量的符號表示散失能量E'的公式。(2)算出E'的數(shù)值(結果保留2位有效數(shù)字)。已知:墜落開始時空間站的質量M=1.57×105kg;軌道離地面的高度h=146km;地球半徑R=6.4×106m;墜落空間范圍內重力加速度可看作g=10m/s2;入海殘片的質量m=1.2×104kg;入海殘片的溫度升高ΔT=3000K;入海殘片的入海速度為聲速v=340m/s;空間站材料每1kg升溫1K平均所需能量c=1.0×103J;每銷毀1kg材料平均所需能量μ=1.0×107J?！镜湫屠}6】(多選)如圖所示，水平傳送帶兩端A、B間的距離為L，傳送帶以速度v沿順時針方向轉動，一個質量為m的小物塊以一定的初速度從A端滑上傳送帶，運動到B端，此過程中物塊先做勻加速直線運動后做勻速直線運動，物塊做勻加速直線運動的時間與做勻速直線運動的時間相等，兩過程中物塊運動的位移之比為2∶3，重力加速度為g，傳送帶速度大小不變。下列說法正確的是()A．物塊的初速度大小為eq\f(v,2)B．物塊做勻加速直線運動的時間為eq\f(3L,5v)C．物塊與傳送帶間的動摩擦因數(shù)為eq\f(10v2,9gL)D．整個過程中物塊與傳送帶因摩擦產生的熱量為eq\f(mv2,9)【對點訓練5】某市有20萬臺空調機,每臺空調機在夏季平均使用60天,每天耗電8kW·h。為了節(jié)約能源,該市政府建議大家都把室內設定溫度提高1℃,這樣每臺空調機每天可節(jié)省6%的電能。那么這樣做能使該市節(jié)省多少電能?已知標準煤的熱值是2.92×107J/kg。發(fā)電廠的發(fā)電效率是30%。請計算一下,這項節(jié)能建議的實現(xiàn)能為我們后輩留下多少噸標準煤?【對點訓練6】(多選)如圖所示，長木板A放在光滑的水平地面上，物體B以水平速度沖上A后，由于摩擦力作用，最后停止在木板A上，則從B沖到木板A上到相對木板A靜止的過程中，下述說法中正確的是()A．物體B動能的減少量等于系統(tǒng)損失的機械能B．物體B克服摩擦力做的功等于系統(tǒng)內能的增加量C．物體B損失的機械能等于木板A獲得的動能與系統(tǒng)損失的機械能之和D．摩擦力對物體B做的功和對木板A做的功的總和的絕對值等于系統(tǒng)內能的增加量00501強化訓練【基礎強化】1．關于能源和能量,下列說法正確的是()。A.自然界中的石油、煤炭、天然氣等能源儲存著的是低品質的能量B.自然界中的石油、煤炭、天然氣等能源儲存著的是高品質的能量C.能量被使用后就消滅了,所以要節(jié)約能源D.能量是守恒的,所以不需要節(jié)約能源2.（多選）關于能量的品質,下列說法正確的是()。A.能量的品質,是指能源的清潔度B.能量的品質,是指能源的利用效率C.能量的品質,是指能量可被利用的價值D.能量耗散會導致能量品質降低3.下列哪組物質屬于不可再生能源?()A、風能、核能、太陽能B、煤、沼氣、石油C、石油、天然氣、煤D、太陽能、地熱、能核能4.（多選）為了減緩大氣中CO2濃度的增加,可以采取的措施有()A.禁止使用煤、石油和天然氣B.開發(fā)使用核能、太陽能C.將汽車燃料由汽油改為液化石油氣D.植樹造林5.（多選）關于“溫室效應”,下列說法正確的是()A.太陽能源源不斷地輻射到地球上,由此產生了“溫室效應”B.石油和煤炭的燃燒增加了大氣中二氧化碳的含量,加劇了“溫室效應”C.“溫室效應”使得地面氣溫上升、兩極冰雪融化D.“溫室效應”使得土壤酸化6.一半徑為R的圓柱體水平固定，橫截面如圖所示。長度為πR、不可伸長的輕細繩，一端固定在圓柱體最高點P處，另一端系一個小球。小球位于P點右側同一水平高度的Q點時，繩剛好拉直。將小球從Q點由靜止釋放，當與圓柱體未接觸部分的細繩豎直時，小球的速度大小為(重力加速度為g，不計空氣阻力)()A．eq\r(2＋πgR) B．eq\r(2πgR)C．eq\r(21＋πgR) D．2eq\r(gR)【素養(yǎng)提升】7.(多選)某汽車研發(fā)機構在汽車的車輪上安裝了小型發(fā)電機，將減速時的部分動能轉化并儲存在蓄電池中，以達到節(jié)能的目的。某次測試中，汽車以額定功率行駛一段距離后關閉發(fā)動機，測出了汽車動能Ek與位移x的關系圖像如圖所示，其中①是關閉儲能裝置時的關系圖線，②是開啟儲能裝置時的關系圖線。已知汽車的質量為1000kg，設汽車運動過程中所受地面阻力恒定，空氣阻力不計。根據(jù)圖像所給的信息可求出()A．汽車行駛過程中所受地面的阻力為1000NB．汽車的額定功率為80kWC．汽車加速運動的時間為22.5sD．汽車開啟儲能裝置后向蓄電池提供的電能為5×105J8．(多選)如圖所示，AB為固定水平長木板，長為L，C為長木板的中點，AC段光滑，CB段粗糙，一原長為eq\f(L,4)的輕彈簧一端連在長木板左端的擋板上，另一端連一物塊，開始時將物塊拉至長木板的右端B點，由靜止釋放物塊，物塊在彈簧彈力的作用下向左滑動，已知物塊與長木板CB段間的動摩擦因數(shù)為μ，物塊的質量為m，彈簧的勁度系數(shù)為k，且k＞eq\f(4μmg,L)，物塊第一次到達C點時，物塊的速度大小為v0，這時彈簧的彈性勢能為E0，不計物塊的大小，則下列說法正確的是()A．物塊可能會停在CB面上某處B．物塊最終會做往復運動C．彈簧開始具有的最大彈性勢能為eq\f(1,2)mv02＋E0D．物塊克服摩擦做的功最大為eq\f(1,2)mv02＋eq\f(1,2)μmgL9.某市有20萬臺空調機,每臺空調機在夏季平均使用60天,每天耗電8kW·h。為了節(jié)約能源,該市政府建議大家都把室內設定溫度提高1℃,這樣每臺空調機每天可節(jié)省6%的電能。那么這樣做能使該市節(jié)省多少電能?已知標準煤的熱值是2.92×107J/kg。發(fā)電廠的發(fā)電效率是30%。請計算一下,這項節(jié)能建議的實現(xiàn)能為我們后輩留下多少噸標準煤?10．如圖所示，繃緊的傳送帶與水平面的夾角θ＝30°，傳送帶在電動機的帶動下，始終保持v0＝2m/s的速率運行，現(xiàn)把一質量為m＝10kg的工件(可視為質點)輕輕放在傳送帶的底端，經過時間t＝1.9s，工件被傳送到h＝1.5m的高處，g取10m/s2，求：(1)工件與傳送帶間的動摩擦因數(shù)；(2)電動機由于傳送工件多消耗的電能。11．如圖所示是一豎直固定在水平地面上的可伸縮細管，上端平滑連接四分之一細圓弧彎管，管內均光滑，右管口切線水平。豎直細管底部有一彈射裝置(高度忽略不計)，可以讓靜止在細管底部的小球(可視為質點)瞬間獲得足夠大的速度v0，通過調節(jié)豎直細管的長度h，可以改變上端管口到地面的高度，從而改變小球平拋的水平距離，重力加速度為g，則小球平拋的水平距離的最大值是()A.eq\f(v02,g)B.eq\f(v02,2g)C.eq\f(v02,3g)D.eq\f(v02,4g)12.如圖所示，電源電動勢E＝10V，內阻r＝1Ω，閉合開關S后，標有“8V,12W”的燈泡恰能正常發(fā)光，電動機M繞組的電阻R0＝4Ω，求：(1)電源的輸出功率P出；(2)10s內電動機產生的熱量Q；(3)電動機的機械功率。13.如圖所示，電解槽A和電爐B并聯(lián)后接到電源上，電源內阻r＝1Ω，電爐電阻R＝19Ω，電解槽電阻r′＝0.5Ω，當S1閉合、S2斷開時，電爐消耗功率為684W，S1、S2都閉合時，電爐消耗功率為475W(電爐電阻可看作不變)，試求：(1)電源的電動勢；(2)S1、S2閉合時，流過電解槽的電流大小；(3)S1、S2閉合時，電解槽中電能轉化成化學能的功率。14.[多選]如圖所示，一臺電動機提著質量為m的物體，以速度v勻速上升，已知電動機線圈的電阻為R，電源電動勢為E，通過電源的電流為I，當?shù)刂亓铀俣葹間，忽略一切阻力及導線電阻，則()A．電源內阻r＝eq\f(E,I)－RB．電源內阻r＝eq\f(E,I)－eq\f(mgv,I2)－RC．如果電動機轉軸被卡住而停止轉動，較短時間內電源消耗的功率將變大D．如果電動機轉軸被卡住而停止轉動，較短時間內電源消耗的功率將變小【能力培優(yōu)】15.如圖所示，水平傳送帶足夠長，向右前進的速度v＝4m/s，與傾角為37°的斜面的底端P平滑連接，將一質量m＝2kg的小物塊從A點靜止釋放。已知A、P的距離L＝8m，物塊與斜面、傳送帶間的動摩擦因數(shù)分別為μ1＝0.25、μ2＝0.20，取重力加速度g＝10m/s2，sin37°＝0.6，cos37°＝0.8。求物塊(1)第1次滑過P點時的速度大小v1；(2)第1次在傳送帶