高中物理--能源和可持续发展练习

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1 高中物理--能源和可持续发展练习 夯基达标 1.为了减缓大气中CO2浓度的增加,可以采取的措施有( ) 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 2

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 3

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MJkm13011,普通轿车的客运效率MJkm32010042,

二者效率之比为400320302124∶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SO2浓度.在20世纪约60—70年代的10年间,由发电厂排放的SO2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. 4

(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SO2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SO2、NOx等严重污染大气,进而形成酸雨,燃烧后产生的CO2又会造成温室效应.与传统的煤、石油做燃料相比,H2可以作为新能源.它的主要优点是:①H2可以用水作为原料来制取;②H2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 5

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=πR2的圆柱体,如图12所示,则这部分空气的质量m=ρπR2v,其动能为Ek=3222121vRmv,每

秒转化的电能即为发电机的功率232vRP,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(3433dNdNV•,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=4πR2.以太阳为球心,以日地距离为半径画一球面,其面积

为S′=4πr2,太阳辐射的能量全部通过该球面.由比例关系:SQSQ地太得

hkWSSQQ•26

21118

)104.6()105.1(410



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