12.4 能源与可持续发展(练习题)(解析版)

第十二章电能能量守恒定律
12.4 能源与可持续发展
一、单选题：
1.下列供热方式最有利于环境保护的是 ( )
A．用煤做燃料供热
B．用石油做燃料供热
C．用天然气或煤气做燃料供热
D．用太阳能灶供热
答案：D
解析：煤、石油、天然气等燃料的利用，使人类获得大量的内能，但由于这些燃料中含有杂质以及燃烧得不充分，使得废气中含有的粉尘、一氧化碳、二氧化硫等物质污染了大气。

而太阳能是一种无污染的能源，应大力推广，故答案应选D。

2.关于能量和能源，下列说法正确的是 ( )
A．化石能源是清洁能源，水能是可再生能源
B．人类在不断地开发和利用新能源，所以能量可以被创造
C．在能源的利用过程中，由于能量在数量上并未减少，所以不需要节约能源
D．能量耗散现象说明：在能量转化的过程中，虽然能的总量并不减少，但能量品质降低了
答案：D
解析：化石能源燃烧时放出SO
2、CO
2
等气体，形成酸雨和温室效应，破坏生态环境，不
是清洁能源，A项错误；能量是守恒的，既不能被创造也不可能消失，但能量品质会下降，故要节约能源，B、C均错误，D项正确。

3.一个盛水袋，某人从侧面缓慢推装液体的袋壁使它变形至如图所示位置，则此过
程中袋和液体的重心将( )
A．逐渐升高
B．逐渐降低
C．先降低再升高
D．始终不变
答案：A
解析：人对液体做正功，液体的机械能增加，液体缓慢移动可以认为动能不变，重力势能增加，重心升高，A正确．
4.能源短缺和环境恶化指的是( )
①煤炭和石油的开采与技术有关，在当前技术条件下，煤炭和石油的开采是有限的，这叫能源短缺．
②煤炭和石油资源是有限的，以今天的开采和消耗速度，石油储藏将在百年内用尽，煤炭资源也不可能永续，这叫能源短缺．
③煤炭和石油具有很大的气味，在开采、存放和使用过程中这些气味会聚集在空气中污染空气，使环境恶化．
④大量煤炭和石油产品在燃烧时排出的有害气体污染了空气，改变了大气成分，使环境恶化．
A．①③B．①④
C．②③D．②④
答案：D
解析：煤炭和石油都是由几亿年以前的生物遗体形成的，这些能源不能再次生成，也不可重复使用，它们的储量是有限的，并不是取之不尽、用之不竭的，这是所讲的能源短缺，②正确；能源在使用时会排出有害气体污染空气，这是所讲的环境恶化，④正确．故D正确．
5.市面上出售一种装有太阳能电扇的帽子(如图所示)．在阳光的照射下，小电扇快速转动，能给炎热的夏季带来一丝凉爽．该装置的能量转化情况是( )
A．太阳能→电能→机械能
B．太阳能→机械能→电能
C．电能→太阳能→机械能
D．机械能→太阳能→电能
答案：A
解析：电池板中太阳能转化为电能，小电动机中电能转化为机械能．]
6.如图所示，一个粗细均匀的U形管内装有同种液体，液体质量为m。

在管口右端用盖板A密闭，两边液面高度差为h，U形管内液体的总长度为4h，先拿去盖板，液体开始运动。

由于管壁的阻力作用，最终管内液体停止运动，则该过程中产生的内能为( )
A．
1
16
mgh B．
1
8
mgh
C．1
4
mgh D．
1
2
mgh
答案：A
解析：去掉右侧盖板之后，液体向左侧流动，最终两侧液面相平，液体的重力势能
减少，减少的重力势能转化为内能。

如图所示，最终状态可等效为右侧1
2
h的液柱移到左
侧管中，即增加的内能等于该液柱减少的重力势能，则Q＝1
8
mg·
1
2
h＝
1
16
mgh，故A正确。

7.水平地面上平放着一根长为L、质量为M的匀质棒，把它的一端匀速抬高H(H≪L)，假设用手直接作用于棒端抬高时手做功W1，用一根弹簧钩住棒端抬至同样高度时手做功W
2
，则 ( )
A．W1＝W2
B．W1＞W2
C．W1＜W2
D．不确定W1与W2之间的关系
答案：C
解析：手直接作用于棒的一端时手做功W1＝ΔE p G，用弹簧钩住升高相同高度时手做功W2＝ΔE p G＋ΔE p弹，显然W1＜W2，C正确。

二、多选题
8.行驶中的汽车制动后滑行一段距离，最后停下；流星在夜空中坠落并发出明亮的火焰；降落伞在空中匀速下降；条形磁铁在下落过程中穿过闭合线圈，线圈中产生电流。

上述不同现象中所包含的相同的物理过程是( )
A．物体克服阻力做功
B．物体的动能转化为其他形式的能量
C．物体的势能转化为其他形式的能量
D．物体的机械能转化为其他形式的能量
答案：AD
解析：这四个现象中物体运动过程中都受到阻力作用，汽车主要受摩擦阻力，流星、降落伞受空气阻力，条形磁铁下落受磁场阻力，因而物体都克服阻力做功，A正确。

四个物体的运动过程中，汽车是动能转化成了内能，流星、降落伞、条形磁铁是重力势能转化成其他形式的能，总之机械能转化成了其他形式的能，D正确。

9.下列关于能量耗散的说法正确的是( )
A．能量耗散使能的总量减少，违背了能量守恒定律
B．能量耗散是指耗散在环境中的内能再也不能被人类利用
C．各种形式的能量向内能的转化，是能够自动全额发生的
D．能量耗散导致能量品质的降低
答案：BCD
解析：能量耗散是能量在转化的过程中有一部分以内能的形式被周围环境吸收，遵守能量守恒定律，但使得能量品质降低，故选项A错误，选项D正确；耗散的内能无法再被利用，选项B正确；其他形式的能在一定的条件下可以全部转化为内能，但相反过程却不能够全额进行，选项C正确。

故选B、C、D。

]
10、下列关于能源的说法正确的是( )
A．能源是取之不尽，用之不竭的
B．能源是有限的，特别是常规能源，如煤、石油、天然气等
C．大量消耗常规能源会使环境恶化，故提倡开发利用新能源
D．核能的利用对环境的影响比燃烧石油、煤炭大
答案：BC
解析：尽管能量守恒，但耗散的能量无法重新收集利用，所以能源是有限的，特别是常规能源，A错，B对；常规能源的利用比新能源核能的利用对环境影响大，C对，D 错。

]
三、非选择题
11.某地的平均风速为5 m/s，已知空气密度是1.2 kg/m3，有一风车，它的车叶转动时可形成半径为12 m的圆面，如果这个风车能将此圆内10%的气流的动能转变为电能，则该风车带动的发电机功率是多大？
[解析] 首先可以求出在时间t内作用于风车的气流质量为m＝πr2vtρ，这些气
流的动能为E k＝1
2 mv2
故风车带动发电机发电的功率为
P＝10%E k
t
＝
1
2
πr2ρv3×10%
代入数据以后得P＝3.4 kW.
[答案] 3.4 kW
12.如图所示，电动机带动水平传送带以速度v匀速传动，一质量为m的小木块由静止轻放在传送带上．若小木块与传送带之间的动摩擦因数为μ，当小木块与传送带相对静止时，求：
(1)小木块的位移；
(2)传送带转过的路程；
(3)小木块获得的动能；
(4)摩擦过程产生的热量；
(5)电动机带动传送带匀速转动输出的总能量；
[解析] 小木块刚放上传送带时，速度为0，受到传送带的滑动摩擦力作用，做匀加速直线运动，达到与传送带相同的速度后不再受摩擦力．整个过程中小木块获得一定的动能，系统内因摩擦产生一定的热量．
(1)对小木块，相对滑动时，由μmg＝ma，得a＝μg，
由v＝at，得小木块由静止到与传送带相对静止时所用的时间t＝
v
μg
.
则小木块的位移l＝1
2
at2＝
v2
2μg
.
(2)传送带始终匀速运动，转过的路程s＝vt＝
v2
μg
.
(3)小木块获得的动能E k＝1
2
mv2.
(4)摩擦过程产生的热量Q＝μmg(s－l)＝1
2
mv2.
(5)由能的转化与守恒得，电动机输出的总能量转化为小木块的动能与摩擦产生的热量，所以E总＝E k＋Q＝mv2.
[答案] (1)
v2
2μg
(2)
v2
μg
(3)
1
2
mv2(4)
1
2
mv2(5)mv2
13.如图所示，在光滑的水平面上，有一质量为M的长木块以一定的初速度向右匀速运动，将质量为m的小铁块无初速度地轻放到长木块右端，小铁块与长木块间的动摩擦因数为μ，当小铁块在长木块上相对长木块滑动L时与长木块保持相对静止，此时长木块对地的位移为l，求这个过程中：
(1)小铁块增加的动能；
(2)长木块减少的动能；
(3)系统机械能的减少量；
(4)系统产生的热量．
[解析] 画出这一过程两物体位移示意图，如图所示．
(1)根据动能定理得μmg(l－L)＝ΔE k，即小铁块动能的增加量等于滑动摩擦力对小铁块做的功．
(2)摩擦力对长木块做负功，根据功能关系得ΔE k M＝－μmgl，即长木块减少的动能等于长木块克服摩擦力做的功μmgl.
(3)系统机械能的减少量等于系统克服摩擦力做的功ΔE＝μmgL.
(4)m、M间相对滑动的位移为L，根据能量守恒定律，有Q＝μmgL，即摩擦力对系统做的总功等于系统产生的热量，也等于系统减少的机械能．
[答案] (1)μmg(l－L) (2)μmgl(3)μmgL(4)μmgL。