高中物理--能源和可持续发展练习

夯基达标

浓度的增加，可以采取的措施有（）

1.为了减缓大气中CO

A.禁止使用煤、石油和天然气

B.开发使用核能、太阳能

C.将汽车燃料由汽油改为液化石油气

D.植树造林

解析：能源与环境保护是相互制约的，要尽量节约常规能源的使用，大力开发新能源.

答案:BD

2.产生酸雨的祸首是（）

A.二氧化碳

B.氟利昂

C.二氧化硫

D.一氧化碳

解析：酸雨的主要成份是亚硫酸，二氧化硫与空气中的水蒸气接触会生成亚硫酸，故选项C正确.

答案:C

3.下面关于能源的说法中正确的是（）

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

解析：尽管能量守恒，但耗散的内能无法重新收集利用，所以能源是有限的，特别是常规能源，选项A错，选项B对.常规能源的利用比核能利用对环境的影响大，选项C对，选项D错.

答案:BC

4.二氧化碳对长波辐射有强烈的吸收作用，行星表面发出的长波辐射到大气以后被二氧化碳截获，最后使大气升温，大气中的二氧化碳像暖房的玻璃一样，只准太阳的辐射热进来，却不让室内的长波热辐射出去，大气中的二氧化碳的这种效应叫温室效应.这是目前科学界对地球气候变暖进行分析的一种观点，根据这种观点，以下说法成立的是（）

A.在地球形成的早期，火山活动频繁，排出大量的二氧化碳，当时地球的气温很

高

B.经过漫长的年代，地壳的岩石和气体二氧化碳发生化学反应，导致二氧化碳减少，地球上出现了生命

C.由于工业的发展和人类的活动，导致二氧化碳在空气中的含量增大，地球上气温正在升高

D.现在地球正在变暖的主要原因是工业用电和生活用电的急剧增加，是电能和其他形式的能转化为内能

解析：本题的观点是二氧化碳的温室效应.

地球形成的早期，地壳不如现在牢固，地球不如现在稳定，火山活动频繁，符合地质的发展规律.由于火山的喷发，排出大量的二氧化碳`，这是必然的现象，进而导致当时地球的气温很高.地球上的岩石由于多种原因，其中包括岩石中的矿物成份与水、氧气、二氧化碳发生化学反应，使岩石进一步分化，最后形成土壤，二氧化碳减少，形成了适合生命生存的条件.由于工业的发展和人类的活动，大量地使用常规能源，导致二氧化碳在空气中的含量增大，地球上的气温正在升高.生活用电和工业用电是电能和其他形式的能的转变，会产生热.四个选项都很正确，但就温室效应这一观点而言，选项A、B、C是正确的.

答案:ABC

5.关于能源的开发和利用，你认为下列哪些观点是错误的（）

A.能源是有限的，无节制地利用常规能源，如石油之类，是一种盲目的短期行为

B.根据能量守恒定律，担心能源枯竭是一种杞人忧天的表现

C.能源的开发和利用，必须要同时考虑其对环境的影响

D.通过核聚变和平利用核能是目前开发新能源的一种新途径

解析：能量虽然守恒，但有的资源好利用，有的资源难以利用，资源短缺成为社会发展的阻碍，因而要合理开发利用，故选项B错.

答案:B

6.处理污水时要不要除去磷（化合态），有以下几种意见，你认为正确的是（）

A.磷是生物的营养元素，不必除去

B.含磷的污水是很好的肥料，不必处理

C.磷过量会引起磷中毒，因此污水中的磷必须除去

D.磷对人无毒，除去与否都无关紧要

解析：磷是动植物生命所需的微量元素，但磷过量会引起磷中毒，故应除去. 答案:C

7.在交通运输中，常用“客运效率”来反映交通工具的某项效能，“客运效率”表示消耗单位能量对应的载客数和运送路程的乘积，即客运效率=消耗能量路程人数?，一个人骑电动自行车，消耗1 MJ （106 J ）的能量可行驶30 km.一辆载有4人的普通轿车，消耗320 MJ 的能量可行驶100 km ，则电动自行车与这辆轿车的客运效率之比是（）

A.6∶1

B.12∶5

C.24∶1

D.48∶7 解析：电动自行车客运效率MJ km 13011?=

η,普通轿车的客运效率MJ km 32010042?=η,二者效率之比为

=?=400

3203021ηη24∶1. 答案:C

8.人类利用煤、石油、天然气、柴草，归根到底是间接利用了（）

A.海洋能

B.核能

C.太阳能

D.化学能

解析：煤、石油、天然气是由古生物经复杂的变化形成的，称为化石能源，这类能源最初的积累来源于太阳能.柴草由植物直接获取，而植物生长的能量也来源于太阳能，植物经光合作用将太阳能转化为化学能.化石能源、柴草的能量，最初都源于太阳能，植物是通过光合作用将太阳能转化为化学能的.

答案:C

9.据《中国环境报》报道：一份科技攻关课题研究结果显明，我国酸雨区已占国土面积的40%以上，研究结果还表明，我国农业每年因遭受酸雨造成的经济损失高达15亿多元.为了有效控制酸雨，目前国务院已批准《酸雨控制区和二氧化硫污染控制区划分方案》等法规.

（1）在英国进行的一项研究结果表明：高烟囱可有效地降低地面SO 2浓度.在20

世纪约60—70年代的10年间，由发电厂排放的SO 2增加了35%，但由于建造高

烟囱的结果，地面浓度降低了30%之多，请你从全球环境保护的角度，分析这种做法是否可取？说明其理由.

（2）用传统的煤、石油做燃料，其主要缺点是什么？与传统的煤、石油做燃烧相比，哪种物质可以作为新能源？主要优点是什么，缺点又是什么？

解析：（1）不可取，因为SO

的排放总量并没有减少，进一步形成的酸雨仍会造成对全球的危害.

（2）传统的煤、石油做燃料的缺点是：首先煤、石油是不可再生的化石燃料，

其资源是有限的.其次燃烧后生成的SO

2、NO

等严重污染大气，进而形成酸雨，

燃烧后产生的CO

2又会造成温室效应.与传统的煤、石油做燃料相比，H

可以作为

新能源.它的主要优点是：①H

2可以用水作为原料来制取；②H

燃烧时放热多，

放出的热量约为同质量汽油的3倍；③氢燃料的最大优点是燃烧产物为水，不会污染环境，还可循环使用.它的缺点是不易获得和携带.

10.有一座瀑布的高度是50 m，流量为12 m3/s,计划在瀑布底部利用水流能发电.设在瀑布顶处水流速度与从发电机处水轮机内流出速率相等，且水流能有65%被利用.求安装的发电机功率至少多大？

解析：单位时间内减少的重力势力E=ρQhg，被利用来发电的功率

P=ρQghη=103×12×9.8×50×0.65 W

=3.8×106 W.

答案:3.8×103 kW

图12

11.风能是“可再生资源”.我国风力资源丰富，利用风力发电是一种经济而又清洁的能源.我国甘肃省某地，四季的平均风速为10 m/s，已知空气的密度为1.3 kg/m3,该地新建的小型风力发电机的风车有三个长度均为12 m长的叶片，转动时可形成半径为12 m的一个圆面.

（1）若这个风车能将通过此圆面内的10%的气流的动能转化为电能，那么该风车带动发电机功率为多大？（保留两位有效数字）

（2）为了减少风车转动的磨损，根据最新设计，在转动轴与轴承的接触部分镀了一层纳米陶瓷，一般的陶瓷每立方厘米含有1010个晶粒，而这种纳米陶瓷每立方厘米含有1019个晶粒，若把每个晶粒看成球形，并假设这些晶粒是一个挨着一

个紧密排列的，那么每个晶粒的直径大约为多少纳米?

解析：(1)每秒通过圆面的气流构成一个长为v ，底面积为S=πR 2的圆柱体，如

图12所示，则这部分空气的质量m=ρπR 2v ，其动能为E k =3222

121v R mv ρπ=,每秒转化的电能即为发电机的功率23

2v R P ηρπ=,代入数据解得P=2.9×104 W.

（2）假设这种纳米陶瓷的每个晶粒的直径为d ，则6)2(343

3d N d N V ππ=?=,代入数据解得d=5×10-9 m=5 nm.

答案:（1）2.9×104 W (2)5 nm

12.太阳每年辐射到地球上的能量可达1018 kW·h.

（1）试估算太阳每年释放的热量；

（2）如果太阳辐射到地球上的能量全部用来推动热机发电，能否每年发1018度电？

解析：(1)地球到太阳的距离为r=1.5×1011 m,地球的半径为R=6.4×106 m,所以地球的接收面积为S=4πR 2.以太阳为球心，以日地距离为半径画一球面，其面积

为S′=4πr 2

,太阳辐射的能量全部通过该球面.由比例关系：S Q S Q 地太='得 h kW S S Q Q ????='=2

1118)104.6()105.1(410ππ地太 =2.2×1027 kW·h.

（2）由热力学第二定律知，热机的效率无法达到100%，因此每年发出的电能小于1018度.

答案:（1）2.2×1027 kW·h (2)1018度

13.（1）1791年，米被定义为：在经过巴黎的子午线上，取从赤道到北极长度的一千万分之一.请由此估算地球的半径R （保留两位有效数字）.

（2）太阳与地球的距离为1.5×1011 m ，太阳光以平行光束入射到地面，地球表面2/3的面积被水所覆盖，太阳在一年中辐射到地球表面水面部分的总能量W 约为1.87×1024 J.设水面对太阳辐射的平均反射率为7%，而且将吸收到的35%能量重新辐射出去，太阳辐射可将水面的水蒸发（设在常温、常压下蒸发 1 kg

水需要2.2×106 J 的能量)，而后凝结成雨滴降落到地面.

①估算整个地球表面的年平均降雨量（以毫米表示，球面积为4πR 2）；

②太阳辐射到地球的能量中只有约50%到达地面，W 只是其中的一部分.太阳辐射到地球的能量没能全部到达地面，这是为什么？请说明两个理由.

解析：（1）由题意可知地球周长的41等于 1 m 的一千万倍，则有2πR×4

1=1.00×107,所以R=6.4×106 m.（2）①设太阳一年中辐射到地球水面部分的总能量为W ，则W=1.87×1024 J.设凝结成雨滴一年降落到地面上水的总质量为m ，则由题意得

kg W m 6

102.2)35.01()07.01(?-?-?==5.14×1017 kg. 设地球表面覆盖一层水的厚度为h ，水的密度为ρ，则有m=ρ·4πR 2h ，则

m R m h 32617

210

00.1)1037.6(14.341014.54??????==ρπ=1.01 m=1.01×103 mm. 答案:(1)6.4×106 m (2)①1.01×103 mm ②太阳辐射到地球的能量没有全部到达地面的原因是由于大气层的吸收，大气层的散射或反射、云层遮挡等.

14.能源问题是当前热门话题，传统的能源——煤和石油，一方面储量有限，有朝一日将要被开采完毕；另一方面，使用过程中也带来污染.寻找新的、无污染的能源是人们努力的方向.利用潮汐发电即是一例.

关于潮汐，古人说：“潮者，据朝来也；汐者，言夕至也.”下图是利用潮汐发电的示意图.左方为陆地和海湾，中间为大坝；其下有通道，水经通道可带动发电机.涨潮时，水进入海湾，待内外水面高度相同，堵住通道［图10-6-1（甲）］，潮降至最低点时放水发电［图10-6-1（乙）］；待内外水面高度相同；再堵住通道，直到下次涨潮至最高点，又放水发电［图10-6-1（丙）］.设海湾面积为5.0×107 m 2

，高潮与低潮间高度差3.0 m ，则一天内水流的平均功率为 MW.

图10-6-1

（注：实际上由于各种损失，发电功率仅为水流的平均功率的10%—25%.例如法国兰斯河（the Rance River ）潮汐发电站水势能释放平均功率240 MW ，而发电功率仅为62 MW.）

解析：潮汐发电其实就是将海水的重力势能转化为电能.

每次涨潮时，流进海湾（落潮时流出海湾）的海水的重力为

Mg=ρVg=1.0×103×5.0×107×3×10 N=1.5×1012 N

其重心的高度变化为h=1.5 m

一天内海水两进两出，故水流功率为 W t mgh P 3600

245.1105.14412????==≈1.0×108 W 即P≈100 MW.

答案:100

走近高考

15.(2006广东高考，13（2）)风力发电是一种环保的电能获取方式.图10-6-2为某风力发电站外观图.设计每台风力发电机的功率为40 kW.实验测得风的动能转化为电能的效率约为20%，空气的密度是 1.29 kg/m 3,当地水平风速约为10 m/s ，问风力发电机的叶片长度约为多少才能满足设计要求？

图10-6-2

解

析：风的动能：221mv E k = ①

风在

t 时间内通过叶片为半径圆的质量：m=ρV=ρπl 2vt ②

==t E P k

ηρπl 2v 3η

③

由①②③得l≈10 m ④

答案:10 m

16.小明学习了热学的有关知识后，知道水的比热容是4.2×103J/(kg·℃),他想估算一下自己家每天烧水、做饭需要的热量.于是小明仔细记录了他家每天烧水、煮饭、炒菜需要的时间，并把它折算成烧水时间，相当于每天将30 kg 20 ℃的水烧开.求：（1）小明家每天烧水做饭需要多少热量？（2）如果家用煤的热值为3×107 J/kg,从理论上讲小时家每天烧水做饭需要多少千克煤？（3）小明家实际平均每天烧4块蜂窝煤，按每块蜂窝煤含煤0.5 kg算，他家每天实际用煤2 kg，由此，小明他计算出了他家煤炉的效率只有16.5%,你认为小明家煤炉效率低的原因是什么？（4）从大的方面讲，家用煤炉除了热效率低、浪费能源的缺点外，另一个主要缺点是什么？

解析：可根据热量的计算公式求出水吸收的热量，Q=c

水m

水

(t-t

)=4.2×103

J/(kg·℃)×30 kg×(100℃-20 ℃)=1.008×107 J.水吸收热量与煤放出热量

相同时，需要煤的质量为理论值m

煤=

008

==0.336 kg.影响炉子效率

低的主要因素是燃料利用率低和散热严重，煤燃烧后的废气和废渣都会造成对环境污染.分析时注意联系生活实际.

答案:（1）1.008×107 J. （2）0.336 kg. （3）煤不能完全燃烧，热量散失严重. （4）产生废气、废渣、污染环境.