12.4 能源和可持续发展 分层作业 -2025-2026学年高二上学期物理人教版必修第三册

12.4 能源和可持续发展 分层作业 学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________ A层 1．关于能源，下列说法正确的是（　　） A．攀枝花煤炭资源是无限的 B．能量是守恒的 C．能源的利用是没有代价的 D．四川风能资源丰富，风能是不可再生能源 2.不需要消耗任何能源就能获得持续的动力的机器是不存在的，因为这种机器违反了（ ） A．质量守恒定律 B．电荷守恒定律 C．机械能守恒定律 D．能量守恒定律 3．（多选）2022年6月30日位于浙江安吉的长龙山抽水蓄能电站全部机组正式投产发电。电站在电网用电低谷时将水抽到高处，在电网用电高峰时再利用水能发电，平均用4度谷电能换3度峰电。电站每年可生产清洁电能。已知峰电0.50元/度，谷电0.30元/度。下列说法正确的是（　　） A．水能是可再生能源 B．电站实现电能转化为势能储存，需要时再转化为电能，说明能量的转移或转化没有方向性 C．电站实现电能转化为势能储存，需要时再转化为电能，说明能量不仅数量上守恒，在可利用的品质上也不变 D．电站每年发电直接产生的经济效益约为万元 4．（多选）关于能源与可持续发展，下列说法正确的是（　　） A．化石能源在短时间内不能再生，是不可再生能源，属于一次能源 B．修建水电站利用水能发电清洁、安全，有百利而无一害 C．不管是能量在转化还是转移的过程中，都遵守能量守恒定律 D．太阳能电池是将太阳能转化为电能的装置 5．根据图片，思考以下问题： （1）能源与能量的含义相同吗？ （2）你知道哪些能源为不可再生能源，哪些能源为可再生能源吗？ （3）你知道国家为何提倡节能减排吗？ 6． 人们常用“太阳常数”来描述地球大气层上方的太阳辐射强度，这是指在平均日地距离时地球大气层外界垂直于太阳辐射的、接收的太阳辐射能量值。近年来，通过各种手段测得太阳常数标准值为。地球半径约为。试根据上述数据估算太阳每秒辐射到地球的总能量。 B层 7．九宫山风电场是湖北省首个风电场，由16台风力发电机组组成。风力发电机塔高，九宫山最高峰海拔。若已知扇叶转动的圆面半径约为，年平均风速约为，空气密度，风能转化为电能的效率为30%。则一台风力发电机平均发电功率最接近的是（　　） A． B． C． D． 8．（多选）某地区常年有风，风速基本保持在4m/s，有一风力发电机，其叶片转动可形成半径为10m的圆面，若保持风垂直吹向叶片，空气密度为，风的动能转化为电能的效率为20%。为了合理利用能源，小刘同学设想建一抽水蓄能电站，抽水蓄能电站在用电低谷时利用风力发出的电将水抽到高处，在用电高峰时再利用水能发电，若平均用4度谷电能换3度峰电。（已知每天8：00--22：00为用电高峰，其余时间为用电低谷，峰电价格0.50元，谷电价格0.30元），下列说法正确的是（　　） A．抽水蓄能电站平均用4度谷电能换3度峰电，该过程能量是守恒的 B．风力发电机把风能转化为电能，能量在可利用的品质上发生了变化，而抽水蓄能电站实现电能转化为水的势能储存，需要时再转化为电能，能量在可利用的品质上是不变的。 C．若采用小刘同学的方案，一台风力发电机发出的电每年多产生的经济效益约为1700元 D．风力发电机的发电功率约为 9．地球大气上界垂直于太阳光线的单位面积在单位时间内所受到的太阳辐射的总能量，称为太阳常数。因观测方法和技术不同，得到的太阳常数值不同。世界气象组织（WMO）1981年公布的太阳常数值是。太阳辐射在穿过大气层的过程中，由于大气对太阳辐射的吸收、反射和散射等作用，到达地面时的辐射强度会大大降低。此外如果有云层，其阻碍作用会更加强烈，因此各地地面接收到的太阳辐射相差较大。如果某地某段时间内到达地面的太阳辐射只有太阳常数的40%，在该地面处垂直于太阳光线放置一块面积为的太阳能电池板，如果该电池板接收太阳辐射把光能转化为电能的效率为80%，请你计算一下，1小时内它能产生多少电能？ C层 10．如图所示，我国东海大桥两侧将建成海上风力发电场。每台风力发电机的叶片转动时可形成半径为的圆面，当地风向可视为与叶片转动的圆面垂直，发电机将此圆面内气流动能转化为输出电能的效率为。风速在范围内，可视为不变。已知风速时每台发电机输出电功率为，空气的密度为，则（　　） A．单位时间内经过每台发电机叶片圆面的气流动能为 B．当风速为时每台发电机的输出电功率约为 C．每台发电机叶片转动时形成的圆面半径约为 D．若每年有风速在，则每台发电机年发电量至少为 11．（多选）如图电路中，电源电动势为，内阻为，、、均为定值电阻，电表均为理想电表。闭合开关，当滑动变阻器的滑动触头向右滑动时，下列说法中正确的是（　　） A．电压表的示数变小 B．电流表的示数变小 C．流过电流的变化量的绝对值一定大于流过电流的变化量的绝对值 D．电压表示数的变化量的绝对值与电流表示数的变化量的绝对值之比一定小于电源的内阻 12．如图所示，在水平面上有一弹簧，其左端与墙壁相连，O点为弹簧原长位置，O点左侧水平面光滑，长，P点右侧有一与水平方向成角、足够长的传送带与水平面在P点平滑连接，传送带逆时针转动速率为3 m/s。一质量、可视为质点的物块A压缩弹簧（与弹簧不拴接），使弹簧获得弹性势能，物块与段间的动摩擦因数，物块与传送带间的动摩擦因数，重力加速度。现释放物块A，求： (1)物块A第一次经过O点时的速度大小。 (2)物块A沿传送带上滑的最大位移x。 (3)从A第一次沿传送带上滑到第一次离开传送带的过程中，物块A与传送带之间由于摩擦而产生的热量Q。 试卷第1页，共3页 试卷第1页，共3页 学科网（北京）股份有限公司 参考答案 题号 1 2 3 4 7 8 10 11 答案 B D AD ACD B AD C BD 1．B 【详解】A．煤炭资源是有限的，选项A错误； B．能量是守恒的，选项B正确； C．能源的利用是有代价的，选项C错误； D．风能是可再生能源，选项D错误。 故选B。 2．D 【详解】任何机器只能转换能量存在的形式，并不能制造能量，题目中的装置是一种永动机，它违背了能量守恒定律。 故选D。 3．AD 【详解】A．水能是可再生能源，故A正确； B．有些能量的转化、转移具有方向性，如机械能和内能的相互转化，故B错误； C．电站实现电能转化为势能储存，在转化的过程中，虽然能量是守恒的，但有一部分能量被耗散，不能实现百分之百的转化，而需要时再转化为电能的量减少了，利用的品质下降了，故C错误； D．电站每年可生产清洁电能为，则需要消耗的电能为 则电站每年发电直接产生的经济效益为 故D正确。 故选AD。 4．ACD 【详解】A．化石能源指的是亿万年前的大量生物经过地壳变化，被埋藏在地下，受地层压力和温度的影响，缓慢地形成的可以燃烧的矿物质，在短时间内不能再生，是不可再生能源，又因为它是直接取自自然界，所以属于一次能源，故A正确； B．修筑拦河坝建造水电站也会对沿河的水域环境造成影响，给河流通航造成影响等，因此不利影响也是存在的，故B错误； C．不管是能量在转化还是转移的过程中，都遵守能量守恒定律，故C正确； D．太阳能电池工作时，消耗太阳能，产生电能，是将太阳能转化为电能的装置，故D正确。 故选ACD。 5．（1）见解析；（2）见解析；（3）见解析 【详解】（1）不相同。能量是守恒的，既不会增加也不会减少；能源是可以提供可利用能量的物质；能量耗散，能量总量不变，但能量品质会下降，即能源减少，故我们要节约能源。 （2）不可再生能源：煤、石油、天然气；可再生能源：水能、风能、生物质能、地热能。 （3）大量能量的使用不会使能的总量减少，却会导致能量品质的降低，将能量从高度有用的形式降为不大可用的形式，所以要节约能源。 6．约为1.74×1017J 【详解】由题意可知，地球接收太阳能量的有效面积近似等于以地球半径为半径的圆面积，设太阳常数为k，则有太阳每秒辐射到地球的总能量为 E=kπR2t=1366×3.14×（6.371×106）2×1J≈1.74×1017J 7．B 【详解】设时间内，通过扇叶转动的圆面的空气质量 根据能量守恒规律 代入数据得，故最接近。 故选B。 8．AD 【详解】A．抽水蓄能电站平均用4度谷电能换3度峰电，在电能与机械能间的转化过程中会有一部分能量转化为内能，该过程能量是守恒的，故A正确； B．抽水蓄能电站实现电能转化为水的势能储存，需要时再转化为电能，能量在可利用的品质上是变化的，故B错误； D．每秒风的动能转化为的电能为 风力发电机的发电功率约为 故D正确； C．若采用小刘同学的方案，一台风力发电机发出的电每年多产生的经济效益约为 故C错误。 故选AD。 9． 【详解】该地区的太阳常数为 太阳能电池板1小时接受的光能为 太阳能板1小时转化出的电能为 10．C 【详解】A．单位时间内经过每台发电机叶片圆面的气流动能为 故A错误； B．根据 可知每台发电机的输出电功率与成正比，结合题意有 解得 故B错误； C．风速时每台发电机输出电功率为，则有 解得 故C正确； D．若每年有风速在，则每台发电机年发电量至少为 故D错误。 故选C。 11．BD 【详解】A．设流过、、、的电流分别为、、、，电压分别为、、、，干路电流为，路端电压为，电流表的示数为，当滑动变阻器的滑动触头向右滑动时，滑动变阻器接入电路的电阻变大，外电路总电阻变大，变小，根据闭合电路欧姆定律有 可知变大，即电压表的示数变大，故A错误； B．变大，由 可得变小，从而知变小，而 变大，则变大，变大，又 变小，可知变小，故B正确； C．由 变小，变大，则变小 ， 不能确定流过电流的变化量的绝对值与流过电流的变化量的绝对值的大小关系，故C错误； D．电源的内阻 ，变小，变小，变大，所以 可得 故D正确。 故选BD。 12．（1）；（2）；（3）12.25J 【分析】物块离开弹簧，弹簧的弹性势能转化为物块的动能，而后用动能定理解决动力学问题，摩擦力乘以相对位移算出摩擦生热 【详解】（1）由机械能守恒定律得 解得 （2）对于物块A由开始运动到P点的过程中，由动能定理可得 代入数据得 假设A沿传送带上滑的最大距离为，由动能定理可得 代入数据得 （3）物块A沿传送带上滑过程中，由牛顿第二定律，可得 代入数据得 上滑时间 传送带发生的位移 物块上滑过程中，物块与传送带发生的相对位移 物块下滑过程中，加速度仍为 物块与传送带速度相等时，因为 所以物块与传送带一起匀速下滑，经过的时间为 物块下滑过程中，物块与传送带发生的相对位移 全过程产生的热量 答案第1页，共2页 答案第1页，共2页 学科网（北京）股份有限公司 $