12.4 能源与可持续发展 同步练习-2026-2027学年高二上学期物理人教版必修第三册

**基本信息** 高中物理新授课同步练，聚焦“能源与可持续发展”，通过基础概念、应用理解、综合计算三层设计，覆盖能量观念与科学思维，梯度衔接紧密，适配课时目标。 **分层设计** |层次|知识覆盖|设计特色| |----|----------|----------| |基础概念|能量守恒与耗散|以概念辨析题为主，如能源分类（第1题）、能量转化判断（第2题），巩固能量观念| |应用理解|能源应用与环境|结合生活情境，如PM2.5与新能源（第7题）、风力发电（第10题），体现科学态度与责任| |综合计算|能量转化效率|多公式综合题，如太阳能汽车功率计算（第12题），培养科学推理与模型建构能力|

第4节 能源与可持续发展 同步练习 一、选择题: 题组一　能量守恒与能量耗散 1.下列关于能源的说法中正确的是(　　) A.水能是不可再生能源 B.由于能量不会凭空消失,也不会凭空产生,总是守恒的,所以节约能源意义不大 C.节约能源只需提高节能意识,与科技进步无关 D.煤、石油、天然气等燃料的最初来源可追溯到太阳能 2.市面上出售一种装有太阳能电扇的帽子(如图所示)。在阳光的照射下，小电扇快速转动，能给炎热的夏季带来一丝凉爽。该装置的能量转化情况是(　　) A.太阳能→电能→机械能 B.太阳能→机械能→电能 C.电能→太阳能→机械能 D.机械能→太阳能→电能 3.某地强风的风速约为v，空气的密度为ρ，如果把通过横截面积S的风的动能完全转化为电能，则用上述已知量计算电功率的公式为(　　) A.P＝ρSv B.P＝ρSv2 C.P＝ρSv3 D.P＝ρSv4 4.(多选)电冰箱能够不断地把热量从温度较低的冰箱内部传给温度较高的外界空气，这说明了(　　) A.热量能自发地从低温物体传到高温物体 B.在一定条件下，热量可以从低温物体传到高温物体 C.热量的传递过程不具有方向性 D.在自发的条件下热量的传递过程具有方向性 5.(多选)下列关于能量的耗散的说法正确的是(　　) A.能量的耗散使能量的总量减少，违背了能量守恒定律 B.能量的耗散是指耗散在环境中的内能很难被人类利用 C.各种形式的能量向内能的转化，是能够自动全额发生的 D.能量的耗散导致能量品质的降低 6.(多选)(2026山东济宁一中期中)2024年10月30日,搭载神舟十九号载人飞船的长征二号F遥十九运载火箭在酒泉卫星发射中心点火发射,飞船飞向太空,太阳能电池板展开。飞船两翼的太阳能电池板是太阳能电池在太空领域的应用。以下说法正确的是(　　) A.太阳能安全、清洁,是可供人类利用的一种新能源,是不可再生能源 B.太阳能电池的光电转化率不到100%,说明能量不守恒 C.某电池板不接负载时的电压是1.0 V,短路电流是0.05 A,则内阻为20 Ω D.太阳能电池通过非静电力做功把太阳能转化为电能 题组二　能源的应用 7. PM2.5主要来自化石燃料、生活物质、垃圾的焚烧，为了控制污染，要求我们节约及高效利用能源。关于能源和能量，下列说法正确的是(　　) A.自然界的石油、煤炭等资源可供人类永久使用 B.能量被使用后就消灭了，所以要节约能源 C.人类应多开发与利用太阳能、风能等新能源 D.能量的耗散说明自然界的能量正在不断减少 8.针对图中工厂烟囱向空中排放大量废气的现象，下列说法错误的是(　　) A.排放废气不仅浪费能源，而且严重违反能量守恒定律 B.排放废气引起能量的耗散，但并没有违反能量守恒定律 C.当前存在着环境恶化和能源短缺问题，所以必须加强废气排放等污染治理 D.能量守恒定律揭示出了各种自然现象之间的相互联系与转化 9.关于能量和能源，下列说法中正确的是(　　) A.化石能源是清洁能源，水能是可再生能源 B.人类在不断地开发和利用新能源，所以能量可以被创造 C.在能源的利用过程中，由于能量在数量上并未减少，所以不需要节约能源 D.能量的耗散现象说明：在能量转化的过程中，虽然能的总量并不减小，但能量品质降低了 10.(2026湖北宜昌一中期中)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44 m,九宫山最高峰海拔1 656.7 m。若已知扇叶转动的圆面半径约为3 m,年平均风速约为6 m/s,空气密度为1.2 kg/m3,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(　　) A.100 W　　　B.1 000 W C.10 kW　　　D.100 kW 二、计算题: 11.某省“十四五”水利发展规划指出，若按现有供水能力测算，省内供水缺口极大，蓄引提水是目前解决供水问题的重要手段之一。某地要把河水抽高20 m进入蓄水池，用一台电动机通过传动效率为80%的皮带，带动效率为60%的离心水泵工作。工作电压为380 V，此时输入电动机的电功率为19 kW，电动机的内阻为0.4 Ω。已知水的密度为1×103 kg/m3，重力加速度取10 m/s2，求： (1)电动机内阻消耗的热功率； (2)将蓄水池蓄入864 m3的水需要的时间(不计进、出水口的水流速度)。 12.(2026浙江杭州二中期中)太阳能是21世纪重点发展的能源之一。太阳能汽车利用太阳能电池将接收到的太阳能转化为电能,再利用电动机来驱动汽车。如图是一辆太阳能实验车,在晴朗天气,太阳光照射到电池板每平方米面积上的辐射功率为P0=1 kW。该车上太阳能电池将太阳能转化为电能的效率η1=15%,电池产生的电压恒为U=120 V,当车正常行驶时,对电动机提供I0=10 A的电流。若汽车在只有电池板供电的情况下行驶,问: (1)在晴朗天气,为保证汽车能正常行驶,车上太阳能电池接收太阳能的面板的有效面积应为多大? (2)如果这辆汽车的电动机将电能最终转化为机械能的效率为η2=75%,在水平路面上正常匀速行驶的速度为v0=12 m/s,此时汽车受到的阻力f1多大? (3)设汽车在水平路面上行驶时所受的阻力f=f0+kv,其中f0=45 N,若电能转化效率同(2)问,当太阳光减弱,照射到电池板的辐射功率变为原来的40%时,汽车匀速行驶的速度变为多大? 参考答案： 1答案　D解析　水能可以重复利用,是可再生能源,A错误;在能源的利用过程中,虽然能量在数量上未减少,但在可利用的品质上降低了,由便于利用的能源变成不便于利用的,所以需要节约能源,B错误;科技进步能提高能源的利用率,更充分地利用有限的能源,C错误;煤、石油、天然气等属于化石燃料,最初来源可追溯到太阳能,故D正确。 2.答案　A解析　帽子上的太阳能电池板将太阳能转化为电能，供小电扇工作，小电扇工作时消耗电能，将电能转化为扇叶的机械能，故选A。 3.答案　C解析　风能转化为电能，由能量守恒定律得mv2＝Pt，其中m＝ρV＝ρvtS，联立解得P＝＝ρSv3，A、B、D错误，C正确。 4.答案　BD解析　一切与热现象有关的自发过程都有方向性，如热传导，热量总是由高温物体自发地传向低温物体；在一定条件下，热量可以从低温物体传向高温物体，电冰箱就是借助外界做功把热量从低温物体传向高温物体。故本题答案为B、D。 5.答案　BCD解析　能量的耗散是能量在转化的过程中有一部分以内能的形式被周围环境吸收，遵守能量守恒定律，但使得能量品质降低，选项A错误，D正确；耗散的内能很难再被利用，选项B正确；其他形式的能在一定的条件下可以全部转化为内能，但相反过程却不能够全额进行，选项C正确。 6.答案　CD解析　太阳能是可再生能源,A错误;转化率不到100%是因能量散失(如内能),总能量是守恒的,B错误;某电池板不接负载时的电压是1.0 V,短路电流是0.05 A,则内阻为r==20 Ω,C正确;电源是将其他形式的能量转化为电能的装置,太阳能电池通过非静电力做功把太阳能转化为电能,D正确。 7.答案　C解析　煤、石油虽然是当今人类利用的主要能源，但不能短期内从自然界得到补充，是不可再生能源，故A错误；能量被使用后转化为其他形式的能，能量并没有消失，故B错误；太阳能和风能，包括水能等都是可再生能源且为清洁能源，应该尽量开发，故C正确；能量虽然守恒，但有些能量使用以后不可能再被利用，所以要节约能源，但能量是不会减少，也不会被消灭掉的，只是形式发生转变，故D错误。 8.答案　A解析　排放废气浪费能源，引起能量的耗散，但不违反能量守恒定律，故A错误，符合题意，B正确，不符合题意；当前存在着环境恶化和能源短缺问题，所以必须加强废气排放等污染治理，故C正确，不符合题意；能量守恒定律揭示出了各种自然现象之间的相互联系与转化，故D正确，不符合题意。 9.答案　D解析　化石能源不是清洁能源，水能是可再生能源，选项A错误；人类在不断地开发和利用新能源，但是能量是不可以被创造的，选项B错误；在能源的利用过程中，虽然能量在数量上并未减少，但是能量的品质降低，所以还需要节约能源，选项C错误。 10.答案　B解析　设Δt时间内,通过扇叶转动的圆面的空气质量为m,则m=ρ·πr2·vΔt,这部分空气的动能为Ek=mv2,根据能量守恒,得一台风力发电机平均发电功率P==πηρr2v3≈1 098.7 W,最接近1 000 W,选B。 11.答案　(1)1 kW　(2)2×104 s 解析　(1)设电动机的电功率为P，由P＝UI得 I＝＝＝50 A 设电动机内阻r上消耗的热功率为Pr，则 Pr＝I2r＝502×0.4 W＝1×103 W＝1 kW。 (2)设蓄水总质量为M，所用蓄水时间为t。 已知抽水高度为h＝20 m，容积为V＝864 m3，水的密度为ρ＝1×103 kg/m3，则M＝ρV＝1×103×864 kg＝8.64×105 kg 设质量为M的河水增加的重力势能为ΔEp，则 ΔEp＝Mgh＝1.728×108 J 设电动机的输出功率为P0，则P0＝P－Pr 根据能量守恒定律得P0t×60%×80%＝ΔEp 代入数据解得将蓄水池蓄入864 m3的水需要的时间t＝2×104 s。 12.答案　(1)8 m2　(2)75 N　(3)6 m/s 解析　(1)设在晴朗天气,为保证汽车能正常行驶,车上太阳能电池接收太阳能的面板的有效面积为S,则有SP0η1=UI0 解得S== m2=8 m2 (2) 由于汽车的电动机将电能最终转化为机械能的效率为η2=75%, 则汽车的机械功率为P机=P电η2=UI0η2=120×10×75% W=900 W 当汽车匀速行驶时,汽车的功率P机=F牵v0 则有f1=F牵== N=75 N (3) 由(2)问知,当v0=12 m/s时f1=75 N, 代入汽车在水平路面上行驶时的阻力公式f=f0+kv, 解得k=2.5 kg/s 当太阳光减弱,照射到电池板的辐射功率变为原来的40%时, 电池板接收到太阳辐射功率为P阳=SP0η3=8×1 000×40% W=3 200 W 则太阳能转化为电能的功率为P电'=P阳η1=3 200×15% W=480 W 汽车的机械功率为P机'=P电'η2=480×75% W=360 W 有P机'=F牵'v=(f0+kv)v 解得v=6 m/s 学科网（北京）股份有限公司 $