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第二节　能源的利用方式
课时作业
(分值:70分)
(选择题每题6分)
考点1　能量、能源利用的理解
1.(多选)关于能源的利用,下列说法正确的是(　　)
[A] 由于我国煤和石油的储量十分丰富,所以太阳能和核能的开发并不十分重要
[B] 能源的利用过程,实质上是能的转化和转移过程
[C] 现在人类社会使用的能源主要是煤、石油和天然气
[D] 煤、石油、天然气的化学能归根到底来自太阳能
2.能将机械能转化为电能的装置是(　　)
[A] 干电池 [B] 风力发电机
[C] 电动机 [D] 太阳能电池
3.(多选)如图所示,有关核电站发电过程中的能量转化情况,下列说法正确的是(　　)
[A] 发电机是将电能转化为机械能
[B] 汽轮机是将内能转化为机械能
[C] 核电站是利用核裂变释放的核能
[D] 核电站是利用化学反应释放的核能
4.三峡水力发电站是我国最大的水力发电站.三峡水库蓄水后,平均水位落差约为100 m,用于发电的水流量约为1.0×104 m3/s.如果通过水轮机以后水的动能忽略不计,水流减少的机械能有90%转化为电能,按照以上数据估算,三峡发电站的发电功率最大数量级最接近(　　)
[A] 1010 W [B] 108 W [C] 107 W [D] 105 W
0.9×1010 W,即三峡发电站的发电功率最大数量级最接近1010 W,选项A正确.
5.目前,共享单车成为绿色出行的交通工具.甲、乙两种共享单车都采用了电子锁,车锁内集成了联网模块等,这些模块工作时需要电能.这两种共享单车采用了不同的方式获取电能:甲车靠小型发电机——踩动单车时,线圈在磁场中转动产生电能,如图a所示;乙车靠车筐底部的太阳能电池板——有光照时产生电能,如图b所示.这两种共享单车获取电能时,都是把其他形式的能转化为电能.关于它们的能量转化,下列说法正确的是(　　)
[A] 都是把机械能转化为电能
[B] 都是把光能转化为电能
[C] 甲车把机械能转化为电能,乙车把光能转化为电能
[D] 甲车把光能转化为电能,乙车把机械能转化为电能
6.如图所示是架在屋顶的太阳能热水器.已知单位时间内太阳垂直射到地面附近单位面积的能量E0为7×103 J/(m2·s).一台热水器的聚热面积为 2 m2,若每天相当于太阳直射热水器4 h,太阳能的20%可转化为水的内能,那么这个热水器一天内最多能利用的太阳能为(　　)
[A] 4×108 J [B] 4×107 J
[C] 2×108 J [D] 2×107 J
7.(多选)风能是可再生能源中发展最快的清洁能源,我国目前正逐步采用变桨距控制风力发电机替代定桨距控制风力发电机,来提高风力发电的效率.具体风速对应的功率如图所示,设风力发电机每片叶片长度为30 m,所处地域全天风速平均为7.5 m/s,空气的密度为1.29 kg/m3,圆周率π取3.14,下列说法正确的是(　　)
[A] 变桨距控制风力发电机将风能转化成电能的效率为52%
[B] 用变桨距控制风力发电机替代定桨距控制发电机后,每台风力发电机每天能多发电
7 200 kW·h
[C] 无论采用变桨距控制风力发电机还是定桨距控制风力发电机,每台发电机每秒钟转化的空气动能均为7.69×105 J
[D] 若煤的热值为3.2×107 J/kg,那么一台变桨距控制风力发电机每小时获得的风能与完全燃烧45 kg煤所产生的内能相当
8.图示中的路灯为太阳能路灯,每只路灯的光伏电池板有效采光面积约0.3 m2.晴天时电池板上每平方米每小时接收到的太阳辐射能约为3×106 J.如果每天等效日照时间约为6 h,光电池一天产生的电能可供30 W的路灯工作8 h.光电池的光电转换效率约为(　　)
[A] 4.8% [B] 9.6%
[C] 16% [D] 44%
9.如图所示,某地有一风力发电机,其叶片转动时可形成半径为20 m的圆面.某时间内该地的风速为6 m/s,风向恰好跟叶片转动的圆面垂直,该风力发电机可将经过此圆面内空气动能的10% 转化为电能,发电的功率约为16 kW,则下列说法正确的是(　　)
[A] 若风速变大,则发电的功率变大
[B] 每秒流经此圆面空气的动能约为1.6 kJ
[C] 每秒流经此圆面空气的动能约为16 kJ
[D] 经过此圆面空气动能的90%转化为内能
10.(10分)如图甲所示为太阳能路灯的外形图,图乙所示是该路灯系统的简化电路原理图,光控开关S白天与触点a接触,太阳能电池板为蓄电池充电,晚上与触点b接触,蓄电池给路灯供电.太阳能电池板在晴天时每天可接收太阳能6 kW·h,能使“24 V　15 W”的路灯正常工作6天(路灯平均每天工作 8 h).则:
(1)该路灯正常工作时的电流是多少
(2)该路灯正常工作一天消耗的电能是多少 (用千瓦时表示)
(3)太阳能电池板把光能转化为电能的转化效率是多少 第二节　能源的利用方式
课时作业
(分值:70分)
(选择题每题6分)
考点1　能量、能源利用的理解
1.(多选)关于能源的利用,下列说法正确的是(　　)
[A] 由于我国煤和石油的储量十分丰富,所以太阳能和核能的开发并不十分重要
[B] 能源的利用过程,实质上是能的转化和转移过程
[C] 现在人类社会使用的能源主要是煤、石油和天然气
[D] 煤、石油、天然气的化学能归根到底来自太阳能
【答案】 BCD
【解析】 煤、石油和天然气是古代植物和动物的遗体在地层中经过一系列生物化学变化而生成的.动物食用植物,而植物是靠吸收太阳的能量成长的,可以说煤、石油、天然气的化学能来自太阳能.目前人类使用的能源主要是煤、石油和天然气.例如使用化石能源时,将化学能转化为内能,内能又可转化为机械能和电能,人类在生产和生活中需要各种形式的能,我们可以根据需要把能源的能量转化成多种形式的能量,以供利用,所以能源的利用过程,实质上是能的转化和转移过程,我们的煤和石油尽管储量丰富,但终究有限,且利用后短期内不能再生,所以开发和利用新能源(特别是核能和太阳能)是解决能源问题的出路,故B、C、D正确.
2.能将机械能转化为电能的装置是(　　)
[A] 干电池 [B] 风力发电机
[C] 电动机 [D] 太阳能电池
【答案】 B
【解析】 干电池将化学能转化为电能;风力发电机将机械能转化为电能;电动机将电能转化为机械能;太阳能电池将太阳能转化为电能,故选B.
考点2　能源的几种利用方式
3.(多选)如图所示,有关核电站发电过程中的能量转化情况,下列说法正确的是(　　)
[A] 发电机是将电能转化为机械能
[B] 汽轮机是将内能转化为机械能
[C] 核电站是利用核裂变释放的核能
[D] 核电站是利用化学反应释放的核能
【答案】 BC
【解析】 发电机将机械能转化为电能,故A错误;汽轮机将内能转化为机械能,故B正确;核电站利用的是核裂变释放的能量,故C正确,D错误.
4.三峡水力发电站是我国最大的水力发电站.三峡水库蓄水后,平均水位落差约为100 m,用于发电的水流量约为1.0×104 m3/s.如果通过水轮机以后水的动能忽略不计,水流减少的机械能有90%转化为电能,按照以上数据估算,三峡发电站的发电功率最大数量级最接近(　　)
[A] 1010 W [B] 108 W [C] 107 W [D] 105 W
【答案】 A
【解析】 每秒钟通过水轮机的水流质量m=ρQ,这些水流的势能Ep=mgh,则每秒钟产生的电能E=90%Ep,所以三峡发电站的发电功率P=0.9ρQgh=0.9×1.0×103×1.0×104×10×100 W=
0.9×1010 W,即三峡发电站的发电功率最大数量级最接近1010 W,选项A正确.
5.目前,共享单车成为绿色出行的交通工具.甲、乙两种共享单车都采用了电子锁,车锁内集成了联网模块等,这些模块工作时需要电能.这两种共享单车采用了不同的方式获取电能:甲车靠小型发电机——踩动单车时,线圈在磁场中转动产生电能,如图a所示;乙车靠车筐底部的太阳能电池板——有光照时产生电能,如图b所示.这两种共享单车获取电能时,都是把其他形式的能转化为电能.关于它们的能量转化,下列说法正确的是(　　)
[A] 都是把机械能转化为电能
[B] 都是把光能转化为电能
[C] 甲车把机械能转化为电能,乙车把光能转化为电能
[D] 甲车把光能转化为电能,乙车把机械能转化为电能
【答案】 C
【解析】 甲车靠小型发电机——踩动单车时,线圈在磁场中转动产生电能,是将机械能转化为电能;乙车靠车筐底部的太阳能电池板——有光照时产生电能,是光能转化为电能,故C正确.
6.如图所示是架在屋顶的太阳能热水器.已知单位时间内太阳垂直射到地面附近单位面积的能量E0为7×103 J/(m2·s).一台热水器的聚热面积为 2 m2,若每天相当于太阳直射热水器4 h,太阳能的20%可转化为水的内能,那么这个热水器一天内最多能利用的太阳能为(　　)
[A] 4×108 J [B] 4×107 J
[C] 2×108 J [D] 2×107 J
【答案】 B
【解析】 这个热水器一天内最多能利用的太阳能为 E=E0St×20%=7×103×2×4×3 600×
20% J≈4×107 J,故B正确.
7.(多选)风能是可再生能源中发展最快的清洁能源,我国目前正逐步采用变桨距控制风力发电机替代定桨距控制风力发电机,来提高风力发电的效率.具体风速对应的功率如图所示,设风力发电机每片叶片长度为30 m,所处地域全天风速平均为7.5 m/s,空气的密度为1.29 kg/m3,圆周率π取3.14,下列说法正确的是(　　)
[A] 变桨距控制风力发电机将风能转化成电能的效率为52%
[B] 用变桨距控制风力发电机替代定桨距控制发电机后,每台风力发电机每天能多发电
7 200 kW·h
[C] 无论采用变桨距控制风力发电机还是定桨距控制风力发电机,每台发电机每秒钟转化的空气动能均为7.69×105 J
[D] 若煤的热值为3.2×107 J/kg,那么一台变桨距控制风力发电机每小时获得的风能与完全燃烧45 kg煤所产生的内能相当
【答案】 ABC
【解析】 设在时间t内发电机获得的风能为Ek,则Ek=mv2,由于m=ρV=ρπr2vt,所以Ek=
mv2=ρπr2v3t=×1.29×3.14×302×7.53×t J≈7.69×105t J,故变桨距控制风力发电机将风能转化成电能的效率η==×100%≈52%,故A正确;由题图可知,当风速为7.5 m/s时,变桨距控制风力发电机的功率为400 kW,定桨距控制风力发电机的功率为100 kW,所以每台风力发电机每天能多发电E=(P1-P2)t=(400-100)×24 kW·h=7 200 kW·h,故B正确;由A选项知,空气的动能为Ek=7.69×105t J,所以每台发电机每秒钟转化的空气动能均为Ek1=7.69×
105 J,故C正确;完全燃烧45 kg煤所产生的内能E=mq=45×3.2×107 J=1.44×109 J,一台变桨距控制风力发电机每小时获得的风能为E′=7.69×105×3 600 J≈2.8×109 J,故D错误.
(选择题每题9分)
8.图示中的路灯为太阳能路灯,每只路灯的光伏电池板有效采光面积约0.3 m2.晴天时电池板上每平方米每小时接收到的太阳辐射能约为3×106 J.如果每天等效日照时间约为6 h,光电池一天产生的电能可供30 W的路灯工作8 h.光电池的光电转换效率约为(　　)
[A] 4.8% [B] 9.6%
[C] 16% [D] 44%
【答案】 C
【解析】 每天(6 h)太阳能电池板吸收的太阳能W总=0.3×3×106×6 J=5.4×106 J,路灯正常工作,P=P额=30 W,正常工作8 h消耗的电能W=Pt=30×8×3 600 J=8.64×105 J,利用太阳能的效率η=×100%=16%.故C正确.
9.如图所示,某地有一风力发电机,其叶片转动时可形成半径为20 m的圆面.某时间内该地的风速为6 m/s,风向恰好跟叶片转动的圆面垂直,该风力发电机可将经过此圆面内空气动能的10% 转化为电能,发电的功率约为16 kW,则下列说法正确的是(　　)
[A] 若风速变大,则发电的功率变大
[B] 每秒流经此圆面空气的动能约为1.6 kJ
[C] 每秒流经此圆面空气的动能约为16 kJ
[D] 经过此圆面空气动能的90%转化为内能
【答案】 A
【解析】 时间Δt内穿过圆面空气的质量为Δm=ρπr2vΔt,则发电功率为P=,解得P=,可知,若风速变大,则发电的功率变大,故A正确;P=16 kW,且P=,解得Δmv2=160 kJ,故B、C错误;该风力发电机可将经过此圆面内空气动能的10%转化为电能,空气还存在一定的动能,则经过此圆面转化为内能的值小于空气动能的90%,故D错误.
10.(10分)如图甲所示为太阳能路灯的外形图,图乙所示是该路灯系统的简化电路原理图,光控开关S白天与触点a接触,太阳能电池板为蓄电池充电,晚上与触点b接触,蓄电池给路灯供电.太阳能电池板在晴天时每天可接收太阳能6 kW·h,能使“24 V　15 W”的路灯正常工作6天(路灯平均每天工作 8 h).则:
(1)该路灯正常工作时的电流是多少
(2)该路灯正常工作一天消耗的电能是多少 (用千瓦时表示)
(3)太阳能电池板把光能转化为电能的转化效率是多少
【答案】 (1)0.625 A　(2)0.12 kW·h　(3)12%
【解析】 (1)由P=UI可得,路灯正常工作时的电流
I== A=0.625 A.
(2)路灯正常工作时的功率
P=15 W=0.015 kW,
该路灯正常工作一天消耗的电能
E=Pt=0.015×8 kW·h=0.12 kW·h.
(3)路灯正常工作6天消耗的电能是
E电=nE=6×0.12 kW·h=0.72 kW·h,
太阳能电池板把光能转化为电能的转化效率
η=×100%=×100%=12%.

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