高中物理 第10章 第6节 能源和可持续发展同步练习 新人教版选修33.docx

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高中物理第10章第6节能源和可持续发展同步练习新人教版选修33

2019-2020年高中物理第10章第6节能源和可持续发展同步练习新人教版选修3-3

一、选择题（1～3题为单选题，4题为多选题）

1．以下说法正确的是（　　）

A．煤、石油、天然气等燃烧时可放出氧气

B．汽油是一种清洁能源

C．水能是可再生能源

D．煤、石油等常规能源是取之不尽、用之不竭的

答案：

C

解析：

煤、石油、天然气等是动植物转化成的，燃烧时放出二氧化碳，A错；汽油燃烧会引起一些化合物的产生，导致有毒气体的生成，B错；水能是可再生能源，C对；煤、石油等存储量是有限的，是不可再生能源，D错。

2．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不充分，使得废气中所含粉尘、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，答案应选D。

3．人类只有一个地球，我们要保护赖以生存的环境。

试完成以下三个题目：

（1）下列哪一种不属于当今世界的三大环境问题（　　）

A．酸雨　　　B．臭氧层的破坏

C．人口的急剧增长D．温室效应

（2）酸雨的形成主要是由于（　　）

A．大气中CO2含量的增加

B．大气中SO2含量的增加

C．乱砍滥伐森林，破坏生态环境

D．大气中氟利昂含量增加

（3）大气臭氧层（　　）

A．能大量反射太阳辐射中的紫外线，所以那里的温度较低

B．能散射太阳光中的紫外线，使地面生物免受紫外线之害

C．是大气层中存在臭氧的唯一场所，我们应该加以保护

D．吸收大量的太阳紫外线，减少到达地面的紫外线辐射

答案：

（1）C　

（2）B　（3）D

4．下列叙述中正确的是（　　）

A．煤、石油、天然气等燃料的最初来源可追溯到太阳能

B．无氟冰箱的使用会使臭氧层受到不同程度的破坏

C．大气中CO2含量的增多是引起温室效应的主要原因

D．“白色污染”是当前环境保护亟待解决的问题之一

答案：

ACD

解析：

煤、石油、天然气等是动植物转化成的，其来源可追溯到太阳能，所以A正确；氟利昂会使臭氧层遭到破坏，但无氟冰箱不含氟利昂，所以B错误；引起温室效应的气体有很多，但在大气中CO2含量最大，所以CO2含量增多是引起温室效应的主要原因，C正确；“白色污染”物是一些不易分解的化工材料，所以亟待解决，如近几年国家发布“限塑令”就是为解决“白色污染”所采取的有效措施，故D正确。

二、非选择题

5．在上海市青少年校外活动营地“东方绿舟”内有一个绿色能源区，同学们可以在这里做太阳能和风能的研究性实验。

某同学为了测定夏季中午单位面积上、单位时间内获得的太阳能，制作了一个太阳能集热装置，实验器材有：

（a）内壁涂黑的泡沫塑料箱一个，底面积为1m2；（b）盛水塑料袋一个；（c）温度计一个；（d）玻璃板一块（约1m2）。

如图所示。

假设图为一斜坡草地，太阳光垂直照射到草地表面，请将上述实验器材按实验设计要求画在下图中。

如果已知水的比热容c，被水吸收的热量Q与水的质量m、水温升高量Δt间的关系是Q＝cmΔt，则为了测定中午单位面积上、单位时间内获得的太阳能，除了需要测量m、Δt外，还应测量的物理量是________________，本实验会有一定误差，试写出一条产生误差的主要原因：

______________________________________________________________。

答案：

实验图示如下：

还应测时间T（或t）

解析：

产生误差的主要原因：

太阳能没有全部被水吸收（或水吸收的太阳能还有一部分损失等）

6．某地的平均风速为5m/s，已知空气密度是1.2kg/m3，有一风车，它的车叶转动时可形成半径为12m的圆面，如果这个风车能将此圆面内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少？

答案：

3.4kW

解析：

首先可以求在时间t内作用于风车的气流质量为m＝πr2vtρ，这些气流的动能为

mv2，转变的电能为E＝

mv2×10%，故风车带动电动机功率为P＝

＝

πr2ρv3×10%

代入数据以后得P＝3.4kW

能力提升

一、选择题（单选题）

1．柴油机使柴油燃料在它的气缸中燃烧，产生高温高压的气体，燃料的化学能转化为气体的内能，高温高压的气体推动活塞做功，气体的内能又转化为柴油机的机械能。

燃烧相同的燃料，输出的机械能越多，表明柴油机越节能。

是否节能是衡量机器性能好坏的重要指标。

有经验的柴油机维修师傅，不用任何仪器，只要将手伸到柴油机排气管附近，去感觉一下尾气的温度，就能够判断出这台柴油机是否节能，真是“行家伸伸手，就知有没有”，关于尾气的温度跟柴油机是否节能之间的关系，你认为正确的是（　　）

A．尾气的温度越高，柴油机越节能

B．尾气的温度越低，柴油机越节能

C．尾气的温度高低与柴油机是否节能无关

D．以上说法均不正确

答案：

B

解析：

气体的内能不可能完全转化为柴油机的机械能，柴油机使柴油燃料在它的气缸中燃烧，产生高温高压的气体，是一个高温热源；而柴油机排气管排出的尾气是一个低温热源。

根据能量守恒，这两个热源之间的能量差就是转换的机械能，燃烧相同的燃料，要想输出的机械能越多，尾气的温度就要越低。

故B正确。

2.凡是能提供某种形式能量的物质，或是物质各种各样的运动，统称为能源，下面是一组关于能源的问题，请完成下列题目。

（1）“能源分类的相关图”如图所示，四组能源选项中全部符合图中阴影部分能源的是（　　）

A．煤炭、石油、天然气

B．水能、生物质能、天然气

C．太阳能、风能、生物质能

D．地热能、海洋能、核能

（2）煤、石油、天然气和生物质能作为能源的共同特点是（　　）

A．可再生能源，取之不尽，用之不竭

B．不可再生能源，用一点，少一点

C．来自太阳辐射的能源

D．污染环境的能源

（3）煤、石油、天然气和生物质能资源的能量形成和转换利用过程基本上是（　　）

A．太阳辐射能→化学能→热能

B．太阳辐射能→机械能→电能

C．生物质能→电能→化学能→热能

D．太阳辐射能→机械能→化学能

答案：

（1）C　

（2）C　（3）A

3．CO2气体有个“怪脾气”，它几乎不吸收太阳的短波辐射。

大气中CO2浓度的增加，能使地表温度因受太阳辐射而上升；另外，它还有强烈吸收地面红外热辐射的作用，阻碍了地球周围的热量向外层空间的排放，使整个地球就像一个大温室一样。

因此，大气中二氧化碳气体浓度的急剧增加已导致气温的逐步上升，使全球气候变暖。

（1）这种大气中以CO2为主的气体产生的效应称为（　　）

A．光热效应B．光电效应

C．光气效应D．温室效应

（2）导致大气中CO2浓度增加的主要原因是（　　）

A．大量植物和生物物种灭绝

B．大量燃料如石油、煤炭、天然气等的燃烧

C．人口剧增，呼出的二氧化碳增多

D．自然因素破坏了地球环境生态平衡

（3）为了减缓CO2浓度的增加，可以采取的措施有（　　）

A．禁止使用煤、石油和木柴

B．开发使用核能、太阳能和天然气

C．将汽车燃料由汽油改为液化石油气

D．植树造林

答案：

（1）D　

（2）B　（3）D

解析：

大气中CO2浓度的增加，导致了温室效应；为了缓解这种局面，一方面要尽量少使用煤、石油等常规能源，另一方面要开发利用新能源并植树造林改善环境。

二、非选择题

4．太阳能是人类最基本的能源，它无污染、无费用，这种能源的使用期和太阳本身寿命一样长，当太阳光照射地面时，1m2地面上在1s内平均得到的太阳辐射能约为1.0×103J。

太阳能热水器就是直接利用太阳能的装置，目前已经逐渐地出现在我们的生活中。

晓阳在网上下载了某型号太阳能热水器的宣传广告：

（1）晓阳家每天大约需要100kg热水，用这种热水器将这些水从25℃加热到45℃需要多长时间？

（2）与效率为80%的电热水器相比，晓阳家每天可节约多少电能？

答案：

（1）3.9h　

（2）2.9kW·h

解析：

（1）设T为光照时间，

k＝1.0×103J/（s·m2），

Q吸＝cm（t－t0）＝4.2×103×100×20J＝8.4×106J

太阳能热水器传给水的热量Q放＝kSTη

因为Q吸＝Q放，所以

T＝

＝

s＝1.4×104s≈3.9h

（2）由Q电＝Wη1得

W＝

＝

J＝1.05×107J≈2.9kW·h

2019-2020年高中物理第11章机械振动限时检测新人教版选修3-4

一、选择题（共10小题，每小题4分，共40分，在每小题给出的四个选项中，第1～6小题只有一个选项符合题目要求，第7～10小题有多个选项符合题目要求，全部选对的得4分，选不全的得2分，有选错或不答的得0分）

1．手机是常用的通信工具，当来电话时，它可以用振动来提示人们。

振动原理很简单：

是一个微型电动机带动转轴上的叶片转动。

当叶片转动后，电动机就跟着振动起来。

其中叶片的形状你认为是下图中的（　　）

答案：

A

解析：

B、C、D中图形均为中心对称图形，转动起来不会引起振动。

2．装有砂粒的试管竖直静浮于水面，如图所示。

将试管竖直提起少许，然后由静止释放并开始计时，在一定时间内试管在竖直方向近似做简谐运动。

若取竖直向上为正方向，则以下描述试管振动的图象中可能正确的是（　　）

答案：

D

解析：

试管在竖直方向上做简谐运动，平衡位置是在重力与浮力相等的位置，开始时，向上提起的距离就是其偏离平衡位置的位移，为正向最大位移，因此应选D。

3.如图所示，光滑轨道的半径为2m，C点为圆心正下方的点，A、B两点与C点相距分别为6cm与2cm，a、b两小球分别从A、B两点由静止同时释放，则两小球相碰的位置是（　　）

A．C点　　　　　　　　　B．C点右侧

C．C点左侧D．不能确定

答案：

A

解析：

由于半径远大于运动的弧长，小球都做简谐运动，类似于单摆。

因为在同一地点，周期只与半径有关，与运动的弧长无关，故两球同时到达C点，故选项A正确。

4．（青州市xx～xx学年高二下学期检测）如图甲所示，一弹簧振子在AB间做简谐运动，O为平衡位置，如图乙是振子做简谐运动时的位移—时间图象，则关于振子的加速度随时间的变化规律，下列四个图象中正确的是（　　）

答案：

C

解析：

加速度与位移关系a＝－

，而x＝Asin（ωt＋φ），所以a＝－

Asin（ωt＋φ），则可知加速度—时间图象为C项所示。

5．（银川一中xx～xx学年高二下学期期中）一质点做简谐运动的图象如图所示，下列说法正确的是（　　）

A．质点振动频率是4Hz

B．在10s内质点经过的路程是20cm

C．第4s末质点的速度是零

D．在t＝1s和t＝3s两时刻，质点位移大小相等，方向相同

答案：

B

解析：

由振动图象可知，质点振动的周期是4s，频率为0.25Hz，故选项A错误。

振幅为2cm，每周期质点经过的路程为4A,10s为2.5个周期，经过的路程为2.5×4A＝10A＝20cm，选项B是正确的，4s末质点在平衡位置速度最大，故选项C错误。

在第t＝1s和t＝3s两时刻，质点分别在正最大位移和负最大位移，大小相等、方向相反，故选项D错误。

6．（北京市房山区周口店中学xx～xx学年高二下学期期中）如图所示为一个竖直放置的弹簧振子物体沿竖直方向在A、B之间做简谐运动，O点为平衡位置，A点位置恰好为弹簧的原长。

物体由C点运动到D点（C、D两点未在图上标出）的过程中，弹簧的弹性势能增加了3.0J，重力势能减少了2.0J，对于这段过程有如下说法：

①物体的动能增加1.0J

②C点的位置可能在平衡位置以上

③D点的位置可能在平衡位置以上

④物体经过D点时的运动方向可能指向平衡位置

以上说法正确的是（　　）

A．②和④B．②和③

C．①和③D．只有④

答案：

A

解析：

由于系统机械能守恒，由弹簧的弹性势能增加了3.0J，重力势能减少了2.0J，则可知动能减少1.0J，故①错误；由于到D点的时候动能已经减少了，故D之前到达了平衡位置，C也在D之前，故C有可能在平衡位置以上，故②正确；③由②的分析知，D不可能在平衡位置以上，故③错误；④由于只知道D位置是在平衡位置以下，但是可能是速度减小到零，返回来又经过D位置，故物体经过D点时的运动方向可能指向平衡位置，故④正确。

7．铺设铁轨时，每两根钢轨接缝处都必须留有一定的间隙，匀速运行列车经过钢轨接缝处时，车轮就会受到一次冲击。

由于每一根钢轨长度相等，所以这个冲击力是周期性的，列车受到周期性的冲击做受迫振动。

普通钢轨长为12.6m，列车固有振动周期为0.315s。

下列说法正确的是（　　）

A．列车的危险速率为40m/s

B．列车过桥需要减速，是为了防止列车发生共振现象

C．列车运行的振动频率和列车的固有频率总是相等的

D．增加钢轨的长度有利于列车高速运行

答案：

ABD

解析：

对于受迫振动，当驱动力的频率与固有频率相等时将发生共振现象，所以列车的危险速率v＝

＝40m/s，A正确。

为了防止共振现象发生，过桥时需要减速，B正确。

由v＝

知L增大时，T不变，v变大，所以D正确。

8．如图所示，虚线和实线分别为甲、乙两个弹簧振子做简谐运动的图象，已知甲、乙两个振子质量相等，则（　　）

A．甲、乙两振子的振幅分别为2cm、1cm

B．甲、乙两个振子的相位差总为π

C．前2秒内甲乙两振子的加速度均为正值

D．第2秒末甲的速度最大，乙的加速度最大

答案：

AD

解析：

两振子的振幅A甲＝2cm，A乙＝1cm，A对；两振子的频率不相等，相位差为一变量，B错；前2秒内，甲的加速度为负值，乙的加速度为正值，C错；第2s末甲在平衡位置，速度最大，乙在最大位移处，加速度最大，D对。

9．如图所示是用频闪照相的方法拍摄到的一个弹簧振子的振动情况，图甲是振子静止在平衡位置时的照片，图乙是振子被拉到左侧距平衡位置20cm处放手后向右运动

周期内的频闪照片，已知频闪的频率为10Hz，则下列说法正确的是（　　）

A．该振子振动的周期为1.6s

B．该振子振动的周期为1.2s

C．振子在该

周期内做加速度逐渐减小的变加速运动

D．从图乙可以看出再经过0.2s振子将运动到平衡位置右侧10cm处

答案：

BC

解析：

相邻两次频闪的时间间隔Δt＝

＝

s＝0.1s，由题图乙可知3Δt＝

，则振子振动的周期为T＝1.2s，选项B对，A错；振子在该

周期内受到弹簧的弹力逐渐减小，加速度减小，选项C对；由振动方程x＝20sin

tcm，当t＝0.2s，x＝10

cm，选项D错。

10．（曲阜师大附中xx～xx学年高二下学期检测）如图所示为单摆在两次受迫振动中的共振曲线，下列说法正确的是（　　）

A．若两次受迫振动分别在月球上和地球上进行，且摆长相同，则图线Ⅰ表示月球上单摆的共振曲线

B．若两次受迫振动是在地球上同一地点进行，则两次摆长之比l1l2＝254

C．图线Ⅱ若是在地球上完成的，则该摆摆长约为1m

D．若摆长均为1m，则图线Ⅰ是在地球上完成的

答案：

ABC

解析：

图线中振幅最大处对应频率应与做受迫振动的单摆的固有频率相等，从图线上可以看出，两单摆的固有频率，f1＝0.2Hz，f2＝0.5Hz，根据周期公式可得f＝

＝

，当两单摆分别在月球上和地球上做受迫振动且摆长相等时，g越大，f越大，由于月球上的重力加速度比地球上的小，所以图线Ⅰ表示月球上单摆的共振曲线，选项A正确。

若两次受迫振动是在地球上同一地点进行，则g相同，两次摆长之比l1l2＝

＝254，所以选项B正确。

图线Ⅱ若是在地球上完成的，将g＝9.8m/s2和f2＝0.5Hz代入频率的计算公式可解得l2≈1m，所以选项C正确，D错误。

第Ⅱ卷（非选择题　共60分）

二、填空题（共3小题，共18分。

把答案直接填在横线上）

11．（5分）如图所示的三个图线分别是用不同的传感器测出的不同物体的振动图线。

从三个图线可知，这三个物体振动的共同特点是具有________，三个物体中，最简单的振动是________。

图中心脏跳动的图线是某人的心电图，方格纸每个小方格的宽度是0.5cm，心电图记录仪拖动方格纸的速度是1.8cm/s，则此人的心率是________次/分。

答案：

周期性　弹簧振子的振动　67.5

解析：

由图可看出，三个物体振动的共同特点是都具有周期性，弹簧振子的图线是简谐运动的图线，是最简单的振动；心脏跳动的频率为1.8×60/（0.5×3.2）次/分＝67.5次/分。

12．（6分）有两个同学利用假期分别去参观位于天津市的“南开大学”和上海市的“复旦大学”，他们各自在那里的物理实验室利用先进的DIS系统较准确的探究了单摆周期T和摆长L的关系。

然后他们通过互联网交流实验数据，并由计算机绘制了T2－L图象，如图甲所示，已知天津市比上海市的纬度高，则去“南开”的同学所测得的实验结果对应的图象是________（填“A”或“B”）。

另外，去“复旦”做研究的同学还利用计算机绘制了他实验用的a、b两个摆球的振动图象，如图乙所示，由图象可知两单摆摆长之比

＝________，在t＝2s时b球振动方向是：

________（填“＋y”或“y”）。

答案：

B；49；＋y

解析：

T2－L图线的斜率为

，南开大学所处纬度高，重力加速度大，对应斜率小，故B图线为去南开大学的同学所作。

由图乙可知

＝

，又T2∝L，则

＝

。

由图象可看出t＝2s时b的振动方向沿y轴正向。

13．（7分）（福建省四地六校xx～xx学年高二下学期联考）某同学在“利用单摆测重力加速度”的实验中，先测得摆线长为97.50cm，摆球直径为2.00cm，然后用秒表记录了单摆振动50次所用的时间，如图所示，则：

（1）该单摆摆长为______cm，秒表所示读数为______s。

（2）如果他测得的g值偏小，可能的原因是________。

A．测摆线长时摆线拉得过紧

B．摆线上端未牢固地系于悬点，振动中出现松动，使摆线长度增加了，使周期变大了

C．开始计时时，秒表过迟按下

D．实验中误将49次全振动次数记为50次

（3）为了提高实验精度，在实验中可改变几次摆长l并测出相应的周期T，从而得出几组对应的l与T的数据，然后建立以l为横坐标、以T2为纵坐标的直角坐标系，根据数据描点并连成直线，如图所示。

求得该直线的斜率为k，则重力加速度g＝________。

（用k表示）

答案：

（1）98.50　99.8　

（2）B　（3）

解析：

（1）摆长l＝l′＋

＝98.50cm，t＝99.8s。

（2）由单摆周期公式T＝2π

，得g＝

，所以l偏大，则g偏大；t偏大，则g偏小；t偏小，则g偏大；n偏大，则g偏大。

故选项B正确。

（3）由单摆周期公式可得T2＝

，那么图中直线斜率k＝

，所以g＝

。

三、论述·计算题（共4小题，共42分。

解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤，只写出最后答案不能得分，有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位）

14．（9分）正在修建的房顶上固定的一根不可伸长的细线垂到三楼窗沿下，某同学应用单摆原理测量窗的上沿到房顶的高度，先将线的下端系上一个小球，发现当小球静止时，细线恰好与窗子上沿接触且保持竖直，他打开窗子，让小球在垂直于墙的竖直平面内摆动，如图所示，从小球第1次通过图中的B点开始计时，第21次通过B点时用30s；球在最低点B时，球心到窗上沿的距离为1m，当地重力加速度g取π2（m/s2）；根据以上数据求房顶到窗上沿的高度。

答案：

3.0m

解析：

T＝

＝3.0s，T＝

＋

＝

（2π

＋2π

），解得h＝3.0m

15．（10分）如图所示为一弹簧振子的振动图象，试完成以下问题：

（1）写出该振子简谐运动的表达式。

（2）在第2s末到第3s末这段时间内，弹簧振子的加速度、速度、动能和弹性势能各是怎样变化的？

（3）该振子在前100s的总位移是多少？

路程是多少？

答案：

（1）x＝5sin

t（cm）　

（2）见解析　（3）0；5m

解析：

（1）由振动图象可得：

A＝5cm，T＝4s，φ＝0则ω＝

＝

rad/s，故该振子做简谐运动的表达式为：

x＝5sin

t（cm）

（2）由图可知，在t＝2s时振子恰好通过平衡位置，此时加速度为零，随着时间的延续，位移值不断加大，加速度的值也变大，速度值不断变小，动能不断减小，弹性势能逐渐增大。

当t＝3s时，加速度的值达到最大，速度等于零，动能等于零，弹性势能达到最大值。

（3）振子经过一个周期位移为零，路程为5×4cm＝20cm，前100s刚好经过了25个周期，所以前100s振子位移x＝0，振子路程s＝20×25cm＝500cm＝5m。

16．（11分）（海岳中学xx～xx学年高二下学期质检）如图所示，A、B叠放在光滑水平地面上，B与自由长度为L0的轻弹簧相连，当系统振动时，A、B始终无相对滑动，已知mA＝3m，mB＝m，当振子距平衡位置的位移x＝

时，系统的加速度为a，求A、B间摩擦力Ff与位移x的函数关系。

答案：

Ff＝－

x

解析：

设弹簧的劲度系数为k，以A、B整体为研究对象，系统在水平方向上做简谐运动，其中弹簧的弹力作为系统的回复力，所以对系统运动到距平衡位置

时，有

k

＝（mA＋mB）a①

由此可得k＝

当系统的位移为x时，A、B间的静摩擦力为Ff，此时A、B具有共同加速度a′，对系统有

－kx＝（mA＋mB）a′②

对A有Ff＝mAa′③

由①②③式得Ff＝－

x

17．（12分）将一测力传感器连接到计算机上就可以测量快速变化的力，图甲中O点为单摆的悬点，现将小球（可视为质点）拉到A点，此时细线处于张紧状态，释放摆球，则摆球在竖直平面内的ABC之间来回摆动，其中B点为运动中最低位置。

∠AOB＝∠COB＝α，α小于10°且是未知量，图乙表示由计算机得到细线对摆球的拉力大小F随时间变化的曲线，且图中t＝0时刻为摆球从A点开始运动的时刻，据力学规律和题中信息（g取10m/s2），求：

（1）单摆的周期和摆长；

（2）摆球质量及摆动过程中的最大速度。

答案：

（1）0.4πs　0.4m　

（2）0.05kg　0.283m/s

解析：

（1）由图乙可知：

单摆周期T＝0.4πs

由公式T＝2π

可求得摆长l＝0.4m。

（2）mgcosα＝Fmin＝0.495N

mg（l－lcosα）＝

mv

Fmax－mg＝m

解得m＝0.05kg，vm≈0.283m/s。