第四章 能源与可持续发展 模拟测试卷-2025-2026学年高二上学期物理教科版必修第三册

第四章　能源与可持续发展 (时间:75分钟　满分:100分) 一、单项选择题(本题共7小题,每小题4分,共28分。在每小题给出的四个选项中,只有一个选项符合题目要求) 1.下列关于能量和能源说法正确的是(　　) A.能量在转化和转移过程中,其总量有可能增加 B.能量在转化和转移过程中,其总量会不断减少 C.能量在转化和转移过程中,其总量保持不变,故节约能源没有必要 D.能量的转化和转移具有方向性,且现有可利用的能源有限,故必须节约能源 2.下列选项对能量守恒定律的认识正确的是(　　) A.黄河之水天上来,说明水是取之不尽、用之不竭的 B.化石能源是凭空产生的,也会凭空消失 C.在自然界中,能量的总量保持不变 D.一块石头从山上滚下后静止,说明能量会凭空消失 3.如图是某些地方使用的“风光互补”景观照明灯,它“头顶”小风扇,“肩扛”光电池板,“腰挎”照明灯,“脚踩”蓄电池。下列解释合理的是(　　) A.光电池板是将电能转化为光能 B.照明灯是将内能转化为电能 C.小风扇利用风力发电,将机械能转化为电能 D.蓄电池夜晚放电时,将电能转化为化学能 4.“绿色、环保、低碳”是当今世界的关键词,“低碳”要求我们节约及高效利用能源。关于能源与能量,下列说法正确的是(　　) A.因为能量守恒,所以不要节约能源 B.自然界中石油、煤炭等能源可供人类长久使用 C.人类应多开发与利用风能、太阳能等新型能源 D.人类不断地开发和利用新的能源,所以能量可以被创造 5.在阳光的照射下,悬挂在墙上的太阳能小风扇快速转动,这说明(　　) A.动能可以凭空产生 B.不同形式的能可以相互转化 C.可以制造出不需要消耗能量的“永动机” D.太阳可以提供无穷无尽的能量,不需要节约能源 6.如图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,下列说法正确的是(　　) A.太阳垂直射到地面附近的热辐射功率为7×103 W B.这台热水器单位时间聚集的太阳能最多为7×103 J C.这台热水器一天内最多能利用的太阳能为5.6×104 J D.这台热水器全年内最多转化的水的内能约为1.4×1010 J 7.(2022浙江卷)风力发电已成为我国实现“双碳”目标的重要途径之一。如图所示,风力发电机是一种将风能转化为电能的装置。某风力发电机在风速为9 m/s时,输出电功率为405 kW,风速在5~10 m/s范围内,转化效率可视为不变。该风机叶片旋转一周扫过的面积为A,空气密度为ρ,风场风速为v,并保持风正面吹向叶片。下列说法正确的是(　　) A.该风力发电机的输出电功率与风速成正比 B.单位时间流过面积A的流动空气动能为ρAv2 C.若每天平均有1.0×108 kW的风能资源,则每天发电量为2.4×109 kW·h D.若风场每年有5 000 h风速在6~10 m/s范围内,则该发电机年发电量至少为6.0×105 kW·h 二、多项选择题(本题共3小题,每小题6分,共18分。在每小题给出的四个选项中,有多个选项符合题目要求,全部选对的得6分,选对但不全的得3分,有选错的得0分) 8.下列对能量耗散理解正确的是(　　) A.能量耗散从能量角度反映出自然界的宏观过程具有方向性 B.能量耗散遵守能量守恒定律 C.能量耗散说明能量可以凭空消失 D.能量耗散说明能量在不断减少 9.下列关于“温室效应”说法正确的是(　　) A.太阳能源源不断地辐射到地球上,由此产生了“温室效应” B.石油和煤炭燃烧时产生的二氧化碳增加了大气中二氧化碳的含量,由此产生了“温室效应” C.“温室效应”使得地面气温上升、两极冰雪融化 D.“温室效应”使得土壤酸化 10.如图是流星在夜空中发出明亮的光焰。此时会有人在内心里许下一个美好的愿望。有些流星是外太空物体被地球强大引力吸引坠落到地面的过程中同空气发生剧烈摩擦造成的。下列相关说法正确的是(　　) A.流星同空气摩擦时部分机械能转化为内能 B.引力对流星做正功则其动能增加,机械能守恒 C.当流星的速度方向与空气阻力和重力的合力不在同一直线上时,流星做曲线运动 D.流星进入大气层后做斜抛运动 三、非选择题(本题共5小题,共54分) 11.(4分)某地强风的风速约为v=20 m/s,空气密度ρ=1.3 kg/m3。如果风力发电机把通过横截面积为S=20 m2的风的动能的30%转化为电能,则单位时间内吹过风力发电机的空气质量为　　　　 kg,发电机的发电功率等于　　　　 W。  12.(8分)如图是一种太阳能草坪节能灯,太阳能电池板供一只“10 V　9 W”的电子节能灯工作。若太阳能电池板接收太阳能的有效面积为0.3 m2,平均1小时得到的太阳能为4×105 J,太阳光按平均一天照8小时计算,恰好可以供电子节能灯工作10小时。 (1)简述太阳能节能灯的能量转化情况。 (2)太阳能电池板单位面积上接收太阳能的功率为多少? (3)太阳能节能灯利用太阳能的效率大约是多少? 13.(12分)某海湾共占面积1.0×107 m2,涨潮时水深20 m,此时关上水坝闸门,可使水位保持20 m不变,退潮时,坝外水位降至18 m,假如利用此水坝建水力发电站,且重力势能转化为电能的效率为10%,每天有两次涨潮,问该发电站一天能发出多少电能?(重力加速度g取10 m/s2) 14.(14分)三峡水力发电站是我国最大的水力发电站,平均水位落差约100 m,水的流量约1.35×104 m3/s。船只通航需要约3 500 m3/s的流量,其余流量全部用来发电。水流冲击水轮机发电时,水流减少的机械能有20%转化为电能。(g取10 m/s2) (1)按照以上数据估算,三峡发电站的发电功率最大是多少? (2)根据对家庭生活用电量的调查,三口之家平均每户同时用电的功率为0.5 kW,如果三峡电站产生的电能全部用于城市生活用电,它可以满足多少个百万人口城市的生活用电? 15.(16分)某辆以蓄电池为驱动能源的环保汽车,总质量m=2×103 kg,驱动电机输入的最大电流I=400 A,电压U=300 V。在此行驶状态下,g取10 m/s2。 (1)若该汽车所受阻力与车重的最大比值为0.15,驱动电机能够将输入功率的90%转化为用于牵引汽车前进的机械功率为P机,求该汽车可以达到的最大速度。 (2)设想改用纯太阳能电池给该车供电,其他条件不变,求所需太阳能电池板的最小面积。(已知太阳辐射的总功率P0=4×1026 W,太阳到地球的距离r=1.5×1011 m,太阳光传播到达地面的过程中大约有30%的能量损耗,该车所用太阳能电池的能量转化效率约为15%,球体的表面积公式S=4πR2) (3)太阳能是清洁能源,为什么在马路上很少看到纯太阳能汽车?我们可以从哪些方面对纯太阳能汽车进行改进,达到既充分利用太阳能又切实可行的目标? 参考答案 1.D　根据能量守恒定律可知能量在转化和转移过程中总量既不会增加,也不会减少,A、B错误;能量在转化和转移过程中,其总量保持不变,但品质越来越差,即可利用率越来越低,故必须节约能源,C错误;能量的转化和转移具有方向性即朝可利用率低的方向转化,且现有可利用的能源有限,故必须节约能源,D正确。 2.C　由能量守恒定律可知,能量不会凭空消失也不会凭空产生,能量只会从一个物体转移到另一个物体,整个自然界中的能量的总量保持不变,水资源也不是取之不尽、用之不竭的,故选C。 3.C　光电池板能把太阳能转化为电能,选项A错误;照明灯消耗电能而发光,是将电能转化为光能,选项B错误;小风扇利用风力发电,将机械能转化为电能,选项C正确;蓄电池夜晚放电时,将化学能转化为电能,选项D错误。 4.C　能量是守恒的,但在利用能量的过程中有能量耗散,耗散的能量不可再利用,自然界中的宏观过程具有方向性,是不可逆的,应节约能源,A错误;自然界中的石油、煤炭等能源是不可再生能源,不能供人们长久使用,而是越用越少,B错误;为使能源可持续利用,解决能源危机,人类应多开发和利用风能、太阳能、核能等新能源,C正确;能量既不会凭空消灭,也不会凭空创生,D错误。 5.B　根据能量守恒定律可以知道,能量是不能凭空产生的,只能从一种形式转化为另一种形式,也可以从一个物体转移到另一个物体上,在转移或转化过程中,能的总量是保持不变的,永动机因为违反了能量守恒定律,所以不可能制造出来,A、C错误,B正确;在能量的转化过程中能量的总量虽然保持不变,但能量可利用的品质在不断降低,可以利用的越来越少,所以还需要节约能源,且太阳能不可能满足一切生产和生活的需要,D错误。 6.A　由功率的公式可知,P= W=7×103 W,A正确;由题意可知,这台热水器单位时间内聚集的太阳能最多为E=E0St=7×103×2×1 J=1.4×104 J,B错误;根据题意,这台热水器一天内最多能利用的太阳能为E1=E0St=7×103×4×3 600×2 J=2.016×108 J,C错误;根据题意,这台热水器全年内最多转化的水的内能为E2=E1×365×20%=2.016×108×365×20% J=1.47×1010 J,D错误。 7.D　单位时间流过面积A的流动空气体积为V0=Av,其质量为m0=ρV0=ρAv,动能Ek=m0v2=ρAv3;风速在5~10 m/s范围内,转化效率η可视为不变,则该风力发电机的输出电功率P0=ρAv3η与风速的三次方成正比,A、B项错误;由于风力发电存在转化效率,若每天平均有1.0×108 kW的风能资源,则每天发电量E<1.0×108×24 kW·h=2.4×109 kW·h,C项错误;若风场每年有5 000 h风速在6~10 m/s的风能资源,当风速取最小值6 m/s时,该发电机年发电量具有最小值,根据题意,风速为9 m/s时,输出电功率为405 kW,风速在5~10 m/s范围内,转化效率可视为不变,可知风速为6 m/s时,输出电功率为P=63× kW=120 kW,则该发电机年发电量至少为E=Pt=120×5 000 kW·h=6.0×105 kW·h,D项正确。 8.AB　能量耗散遵守能量守恒定律,能量既不能凭空消失,也不能减少,而是以不同形式存在,能量耗散是指在能量转化的过程中,其他形式的能最终转化为热能,流散到周围环境中,无法利用,使能量的可利用率越来越低,反映了能量流动的方向性,故选A、B。 9.BC　“温室效应”的产生是由于石油和煤炭燃烧时产生的二氧化碳增加了大气中二氧化碳的含量,它的危害是使地面气温上升、两极冰雪融化、海平面上升、淹没沿海城市、海水向河流倒灌、耕地盐碱化等,B、C正确。 10.AC　流星同空气摩擦时部分机械能转化为内能,A正确;引力对流星做正功,除了重力之外还有其他力做功,机械能不守恒,B错误;当流星的速度方向与空气阻力和重力的合力不在同一直线上时,流星做曲线运动,C正确;斜抛运动的物体只受重力作用,而流星除受重力作用外,还要受到空气阻力,D错误。 11.答案 520　31 200 解析 建立柱体模型,柱体的横截面积为S,长为vt,则柱体的体积V=Svt, 该柱体里的空气质量为M=Vρ, 单位时间内吹过风力发电机的空气质量m==Svρ=20×20×1.3 kg=520 kg; 单位时间内吹过风力发电机的空气的动能Ek=mv2, 则发电机的发电功率P=mv2×30%=×520×400×30% W=31 200 W。 12.答案 (1)见解析　(2)370.4 W　(3)10% 解析 (1)能量转化:太阳能→电能→光能(热能)。 (2)太阳能电池板单位面积上接收太阳能的功率 P= W≈370.4 W。 (3)太阳能节能灯利用太阳能的效率 η=×100%≈10%。 13.答案 4×1010 J 解析 设Δh为退潮时水减少的深度,S为海湾的面积。 利用潮汐发电,就是水的重力势能转化为电能,重力势能转化为电能的效率是10%,一次涨潮、退潮后水坝内水的势能增加: W水=G·Δh=mgΔh=ρ水VgΔh=ρ水SΔhgΔh=ρ水SgΔh2 则水的势能可转变为电能W电=ηW水 每天2次涨潮,则该电站一天能发电W=2W电=2ηW水=2×ηρ水SgΔh2=10%×1.0×103×1.0×107×10×22=4×1010 J。 14.答案 (1)2×109 W　(2)12个 解析 (1)用于发电的水流量为 Q=1.35×104 m3/s-3.5×103 m3/s=1.0×104 m3/s 发电功率为P=×20% 水的质量为m=ρV t时间内流水的体积为V=Qt P=0.2ρQgh 代入数据得P=2×109 W。 (2)可供给用户数为 n=个=4×106个 人口数为N=3n=12×106人 可满足12个百万人口城市的生活用电。 15.答案 (1)36 m/s　(2)807.4 m2　(3)见解析 解析 (1)汽车机械功率为P机=90%UI=90%×300×400 W=108 000 W 当汽车的牵引力大小等于阻力时,有最大速度。 F牵=f=0.15G车=3×103 N P机=F牵·v 代入数据解得v=36 m/s。 (2)当太阳光垂直电池板入射时,所需电池板的面积最小,设为S,由题意得 ·S·15%=P电=IU 代入数据解得S=807.4 m2。 (3)由上问可知所需太阳能电池板的最小面积为807.4 m2,因为面积太大了,所以不能够在马路上自由行驶,所以很少看到。我们可以通过提高太阳能电池的转化率和电机的驱动转化率对纯太阳能汽车进行改进。 学科网（北京）股份有限公司 $