12.4 能源與可持續(xù)發(fā)展 【練習(xí)】2024-2025學(xué)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(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)習(xí)目標(biāo)課程標(biāo)準(zhǔn)物理素養(yǎng)3.4.1了解利用水能、風(fēng)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(zhuǎn)化，在轉(zhuǎn)化過程中能量總量保持不變，能量轉(zhuǎn)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(rèn)識能源的過度開發(fā)和利用對環(huán)境的影響。3.4.4認(rèn)識環(huán)境污染的危害，了解科學(xué)、技術(shù)、社會、環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展的重要性，具有環(huán)境保護(hù)的意識和行為。物理觀念：列舉各種實(shí)例，說明能量是如何轉(zhuǎn)化的，解釋能量守恒定律的含義?？茖W(xué)思維：通過實(shí)例分析知道能量耗散，認(rèn)識自然界中能量轉(zhuǎn)化的方向性。科學(xué)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(rèn)識環(huán)境污染的危害，思考科學(xué)、技術(shù)、社會、環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展的關(guān)系，具有環(huán)境保護(hù)的意識和行動。科學(xué)態(tài)度與責(zé)任：了解太陽能、水能、核能和風(fēng)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(rèn)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(xí)慣。002思維導(dǎo)圖能量轉(zhuǎn)化與守恒能量轉(zhuǎn)移或轉(zhuǎn)化的方向性能源的分類與應(yīng)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(chǔ)知識：一、能量轉(zhuǎn)化與守恒1.能量2.能量守恒定律能量既不會憑空產(chǎn)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(zhuǎn)移到別的物體，在或的過程中，能量的總量保持.二、能量轉(zhuǎn)移或轉(zhuǎn)化的方向性1.一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀自然過程都是的．2.能量耗散：在能量轉(zhuǎn)化過程中流散到周圍環(huán)境中的內(nèi)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(zhì)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(zhuǎn)移或轉(zhuǎn)化具有方向性．三、能源的分類與應(yīng)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(nèi)再生的能源，也叫能源．(2)可再生能源：像水能、風(fēng)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(fēng)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(yīng)．(2)形成“”，腐蝕建筑物，酸化土壤．(3)產(chǎn)生光化學(xué)煙霧，產(chǎn)生浮塵．3．能源與社會發(fā)展要實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展就要樹立新的能源安全觀，并轉(zhuǎn)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(zhì)、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(yīng)立即停止使用化石能源,控制污染B.人類應(yīng)多開發(fā)與利用地?zé)崮?、風(fēng)能等新能源C.應(yīng)發(fā)展新的發(fā)電技術(shù),提高能源利用效率D.對垃圾進(jìn)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(jī)械能轉(zhuǎn)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(jī)械能全部轉(zhuǎn)化為電能【對點(diǎn)訓(xùn)練1】2023年6月4日，神舟十五號載人飛船返回艙在東風(fēng)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(wù)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(lǐng)域的應(yīng)用、關(guān)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(nèi)部把電子由負(fù)極搬運(yùn)到正極，保持兩極之間有電壓C．電源是將化學(xué)能轉(zhuǎn)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(fù)載時的電壓是，短路電流是，則內(nèi)阻為【對點(diǎn)訓(xùn)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(nèi)集成了GPS模塊與聯(lián)網(wǎng)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(jī)——踩動單車時,線圈在磁場中轉(zhuǎn)動,產(chǎn)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(chǎn)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(zhuǎn)化為電能。關(guān)于它們的能量轉(zhuǎn)化,下列說法中正確的是()A.都是把機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能B.都是把光能轉(zhuǎn)化為電能C.甲車把機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能,乙車把光能轉(zhuǎn)化為電能D.甲車把光能轉(zhuǎn)化為電能,乙車把機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能【題型二】能量守恒定律【典型例題3】如圖所示為風(fēng)力發(fā)電機(jī)，風(fēng)力帶動葉片轉(zhuǎn)動，葉片再帶動轉(zhuǎn)子(磁極)轉(zhuǎn)動，使定子(線圈，不計電阻)中產(chǎn)生電流，實(shí)現(xiàn)風(fēng)能向電能的轉(zhuǎn)化。若葉片長為l，設(shè)定的額定風(fēng)速為v，空氣的密度為ρ，額定風(fēng)速下發(fā)電機(jī)的輸出功率為P，則風(fēng)能轉(zhuǎn)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(nèi)徑面積為S的U形圓筒豎直放在水平面上，筒內(nèi)裝水，底部閥門K關(guān)閉時兩側(cè)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。現(xiàn)把連接兩筒的閥門K打開，當(dāng)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(fù)功C．水柱的機(jī)械能守恒D．當(dāng)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(diǎn)訓(xùn)練3】彈跳桿運(yùn)動是一項廣受青少年歡迎的運(yùn)動，彈跳桿的結(jié)構(gòu)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(zhì)量為5m的小明站在腳踏板上，當(dāng)他和跳桿處于豎直靜止?fàn)顟B(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(fù)原長時，小明抓住跳桿，使得他和彈跳桿瞬間達(dá)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(nèi)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(zhì)量為m，重力加速度為g，空氣阻力、彈簧和腳踏板的質(zhì)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(diǎn)訓(xùn)練4】2021年7月30日，東京奧運(yùn)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(yùn)動員蹦床訓(xùn)練中，從運(yùn)動員下落到離地面高h(yuǎn)1處開始計時，其動能Ek與離地高度h的關(guān)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(yīng)圖像的最高點(diǎn)，運(yùn)動員的質(zhì)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(guān)說法正確的是()A．整個過程中運(yùn)動員的機(jī)械能守恒B．從運(yùn)動員的腳接觸蹦床直至蹦床被壓縮至最低點(diǎn)的過程中，其加速度先增大后減小C．運(yùn)動員從h1降到h5過程中，蹦床的最大彈性勢能為Epm＝mgh1D．運(yùn)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(jīng)過與大氣摩擦,空間站的大部分經(jīng)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(jī)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(xué)反應(yīng)的能量)。(1)試導(dǎo)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(jié)果保留2位有效數(shù)字)。已知:墜落開始時空間站的質(zhì)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(nèi)重力加速度可看作g=10m/s2;入海殘片的質(zhì)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。【典型例題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(zhuǎn)動，一個質(zhì)量為m的小物塊以一定的初速度從A端滑上傳送帶，運(yùn)動到B端，此過程中物塊先做勻加速直線運(yùn)動后做勻速直線運(yùn)動，物塊做勻加速直線運(yùn)動的時間與做勻速直線運(yùn)動的時間相等，兩過程中物塊運(yùn)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(yùn)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(chǎn)生的熱量為eq\f(mv2,9)【對點(diǎn)訓(xùn)練5】某市有20萬臺空調(diào)機(jī),每臺空調(diào)機(jī)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(nèi)設(shè)定溫度提高1℃,這樣每臺空調(diào)機(jī)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(biāo)準(zhǔn)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(shí)現(xiàn)能為我們后輩留下多少噸標(biāo)準(zhǔn)煤?【對點(diǎn)訓(xùn)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(jī)械能B．物體B克服摩擦力做的功等于系統(tǒng)內(nèi)能的增加量C．物體B損失的機(jī)械能等于木板A獲得的動能與系統(tǒng)損失的機(jī)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(nèi)能的增加量00501強(qiáng)化訓(xùn)練【基礎(chǔ)強(qiáng)化】1．關(guān)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(zhì)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(zhì)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(guān)于能量的品質(zhì),下列說法正確的是()。A.能量的品質(zhì),是指能源的清潔度B.能量的品質(zhì),是指能源的利用效率C.能量的品質(zhì),是指能量可被利用的價值D.能量耗散會導(dǎo)致能量品質(zhì)降低3.下列哪組物質(zhì)屬于不可再生能源?()A、風(fēng)能、核能、太陽能B、煤、沼氣、石油C、石油、天然氣、煤D、太陽能、地?zé)?、能核?.（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(guān)于“溫室效應(yīng)”,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(chǎn)生了“溫室效應(yīng)”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(yīng)”C.“溫室效應(yīng)”使得地面氣溫上升、兩極冰雪融化D.“溫室效應(yīng)”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(xì)繩，一端固定在圓柱體最高點(diǎn)P處，另一端系一個小球。小球位于P點(diǎn)右側(cè)同一水平高度的Q點(diǎn)時，繩剛好拉直。將小球從Q點(diǎn)由靜止釋放，當(dāng)與圓柱體未接觸部分的細(xì)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＋πg(shù)R) B．eq\r(2πg(shù)R)C．eq\r(21＋πg(shù)R) D．2eq\r(gR)【素養(yǎng)提升】7.(多選)某汽車研發(fā)機(jī)構(gòu)在汽車的車輪上安裝了小型發(fā)電機(jī)，將減速時的部分動能轉(zhuǎn)化并儲存在蓄電池中，以達(dá)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(guān)閉發(fā)動機(jī)，測出了汽車動能Ek與位移x的關(guān)系圖像如圖所示，其中①是關(guān)閉儲能裝置時的關(guān)系圖線，②是開啟儲能裝置時的關(guān)系圖線。已知汽車的質(zhì)量為1000kg，設(shè)汽車運(yùn)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(yùn)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(diǎn)，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(diǎn)，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(zhì)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(dá)C點(diǎn)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(fù)運(yùn)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(diào)機(jī),每臺空調(diào)機(jī)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(nèi)設(shè)定溫度提高1℃,這樣每臺空調(diào)機(jī)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(biāo)準(zhǔn)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(shí)現(xiàn)能為我們后輩留下多少噸標(biāo)準(zhǔn)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(jī)的帶動下，始終保持v0＝2m/s的速率運(yùn)行，現(xiàn)把一質(zhì)量為m＝10kg的工件(可視為質(zhì)點(diǎn))輕輕放在傳送帶的底端，經(jīng)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(jī)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(xì)管，上端平滑連接四分之一細(xì)圓弧彎管，管內(nèi)均光滑，右管口切線水平。豎直細(xì)管底部有一彈射裝置(高度忽略不計)，可以讓靜止在細(xì)管底部的小球(可視為質(zhì)點(diǎn))瞬間獲得足夠大的速度v0，通過調(diào)節(jié)豎直細(xì)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(nèi)阻r＝1Ω，閉合開關(guān)S后，標(biāo)有“8V,12W”的燈泡恰能正常發(fā)光，電動機(jī)M繞組的電阻R0＝4Ω，求：(1)電源的輸出功率P出；(2)10s內(nèi)電動機(jī)產(chǎn)生的熱量Q；(3)電動機(jī)的機(jī)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(nèi)阻r＝1Ω，電爐電阻R＝19Ω，電解槽電阻r′＝0.5Ω，當(dāng)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??；(3)S1、S2閉合時，電解槽中電能轉(zhuǎn)化成化學(xué)能的功率。14.[多選]如圖所示，一臺電動機(jī)提著質(zhì)量為m的物體，以速度v勻速上升，已知電動機(jī)線圈的電阻為R，電源電動勢為E，通過電源的電流為I，當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間，忽略一切阻力及導(dǎo)線電阻，則()A．電源內(nèi)阻r＝eq\f(E,I)－RB．電源內(nèi)阻r＝eq\f(E,I)－eq\f(mgv,I2)－RC．如果電動機(jī)轉(zhuǎn)軸被卡住而停止轉(zhuǎn)動，較短時間內(nèi)電源消耗的功率將變大D．如果電動機(jī)轉(zhuǎn)軸被卡住而停止轉(zhuǎn)動，較短時間內(nèi)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(jìn)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(zhì)量m＝2kg的小物塊從A點(diǎn)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(diǎn)時的速度大小v1；(2)第1次在傳送帶