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

### 基本信息 分层清晰，从基础概念到综合应用再到拓展探究，构建“物理观念-科学思维-科学态度与责任”递进路径，适配新授课知识巩固需求。 ### 分层设计 |层次|知识覆盖|设计特色| |----|----------|----------| |A层|可再生能源、碳中和、能量转化等基础概念|基础选择（如可再生能源判断）+简答（化石能源危害），夯实物理观念| |B层|能源转化效率、风能/太阳能综合计算|综合计算（如太阳能电池效率、风流动能），培养科学推理能力| |C层|高空风能实际应用分析|复杂情境题（高空风能转化效率、减排计算），渗透科学态度与社会责任|

12.4 能源与可持续发展 分层作业 学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________ A层 1．下列能源中，属于可再生能源的是（　　） A．煤炭 B．天然气 C．太阳能 D．核能 2．我国计划在2060年达到“碳中和”目标，到时生产、生活排放的碳总量与植被吸收的碳总量将达到平衡，为了实现这一目标。未来几十年我国应减少使用的能源是（　　） A．煤炭 B．氢能 C．生物能 D．地热能 3．（多选）下列做法不能改善空气质量的是（　　） A．以煤等燃料作为主要生活燃料 B．利用太阳能、风能和氢能等能源替代化石能源 C．鼓励私人购买和使用汽车代替公交车 D．限制使用电动车 4．（多选）下列关于能量的转化和守恒的说法中正确的是（　　） A．高山上滚下的石块越来越快，说明重力势能转化为动能 B．酒精燃烧时，将化学能转化为内能 C．发电机发电时，将机械能转化为电能 D．人们对太阳能的开发和利用，说明能量可以凭空产生 5．阅读课本相关内容，回答下列问题。 （1）化石能源的大量消耗会带来很多环境问题，如温室效应、酸雨、光化学烟雾等，请谈谈它们的危害。 （2）查阅相关资料，谈谈新能源开发的意义。 6．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，车上太阳能电池接收太阳能的面板的有效面积为，太阳光照射到电池板每平方米面积上的辐射功率为。在晴朗天气，电池对着太阳时产生的电压为，并对车上的电动机提供10A的电流。求： (1)该太阳能电池将太阳能转化为电能的效率是多少？ (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80%，则汽车在水平路面上以6m/s的速度匀速行驶时，电动机提供的牵引力是多大？ B层 7．风力发电机是将风能转化为电能的装置。风能就是气流的动能，风轮机叶片旋转所扫过的面积为风力发电机可接受风能的面积。若空气密度为ρ，气流速度为v，风轮机叶片长度为r，则时间t内流向风轮机的最大风能为（　　） A． B． C． D． 8．（多选）如图所示为超大容量海上风力发电机组。每台风力发电机叶片转动时可形成面积约为的圆面，当地风向可视为与叶片转动的圆面垂直，发电机能将此圆内20%的空气动能转化为电能，空气密度为。当海上风速为时，下列正确的是（　　） A．单位时间内冲击风力发电机叶片圆面的气流体积约为 B．单位时间内冲击风力发电机叶片圆面的气流动能约为 C．每台风力发电机的发电功率约为 D．在该风速下持续工作4小时，每台风力发电机发电量约为 9．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。该太阳能电池将太阳能转化为电能的效率。电池产生的电压恒为，当车正常行驶时，对电动机提供的电流。汽车在只有电池板供电的情况下行驶，求： (1)在晴朗天气，为保证汽车能正常行驶，则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，在水平路面上正常行驶的速度为，此时汽车受到的阻力多大？ (3)设汽车在水平路面上行驶时的阻力，其中，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？ C层 10．高空风能具有储量丰富、风速高、风向稳定等优势，所蕴含的风能远远超过目前人类社会能源总需求。高空风力发电系统由空中组件、牵引缆绳和地面组件三部分构成，利用风力牵引地面发电系统做功发电。如图所示，伞体在2000m高空展开形成近5000m2的迎风面，垂直迎风面的风速为20m/s，伞体以一定的速度匀速上升，牵引地面发电系统产生的电功率为2.2×103kW。已知1kg标准煤完全燃烧可发电2.8度，排放二氧化碳2.6kg，空气密度为1.0kg/m3。下列说法正确的是（　　） A．高空风能属于不可再生能源 B．伞体在匀速上升过程中机械能守恒 C．发电系统将风能转化为电能的效率约为28% D．若发电系统每天工作10h，可减少二氧化碳排放量约2.0×104kg 《 12.4》参考答案 题号 1 2 3 4 7 8 10 答案 C A ACD ABC B AC D 1．C 【详解】AB．煤炭、天然气属化石能源，不能短期内从自然界得到补充的，是不可再生能源，故AB不符合题意； C．太阳能可以从自然界源源不断的得到，是可再生能源，故C符合题意； D．核能来自核燃料，核燃料在地球上的储量是有限的，不能短期内从自然界得到补充的，是不可再生能源，故D不符合题意。 故选C。 2．A 【详解】氢能、生物能和地热能是可再生能源，是清洁能源，煤炭是不可再生能源，在燃烧时会排出大量的二氧化碳、二氧化硫，会对环境造成很大的影响，因此未来四十年我国应减少使用的能源是煤炭。 故选A。 3．ACD 【详解】利用太阳能、风能和氢能等能源替代化石能源，可以改善空气质量；以煤等燃料作为主要生活燃料时会产生大量空气污染物；鼓励私人购买和使用汽车代替公交车会使汽油消耗量增加，带来的空气污染物增多；限制使用电动车对改善空气质量无影响。 故选ACD。 4．ABC 【详解】A．高山上滚下的石块，其重力势能越来越小，而动能增大，故说明重力势能转化为动能，故A正确； B．酒精燃烧时，释放热量，故将化学能转化为内能，故B正确； C．发电机发电时，通过外力做功将机械能转化为电能，故C正确； D．人们对太阳能的开发和利用，说明太阳能也可以转化为其它形式的能，故能量不可以凭空产生，故D错误。 故选ABC。 5．（1）见解析；（2）见解析 【详解】（1）温室效应使两极的冰雪融化，海平面上升，淹没沿海城市，使海水倒流入河流，从而使耕地盐碱化。酸雨对人类是有害的，首先危害人体健康，由于酸雨可溶解空气及土壤中的重金属粒子，使其变成对人体有害的物质，人饮用了这种水就会诱发各种疾病；其次使土壤酸度增加从而危害植物的正常生长，使土壤酸化；河流湖泊酸化后就影响水生物及鱼类的生长等，严重破坏生态环境；再者酸雨是强腐蚀剂，能腐蚀建筑材料。光化学烟雾有毒，能引起人的多种疾病。 （2）随着社会的进步和生产力的飞速发展，能量的消耗也急剧增加，常规能源中的煤、石油、天然气储量有限，风能、水能等的利用受到很多自然条件的限制，也不可能满足人类社会对能源的需求，所以能源的开发和利用成为当务之急。 6．(1)15% (2)160N 【详解】（1）对于太阳能电池，有 故转化效率 （2）对于电动机有 7．B 【详解】时间t内流向风轮机的最大风能， 联立得 故选B。 【点睛】 8．AC 【详解】A.单位时间内气流运动10m，可视为通过气流的高为 则体积为 故A正确； B.通过气流的质量 气流动能为 故B错误； C.发电功率为 故C正确； D.发电量为 故D错误。 故选AC。 【点睛】 9．(1) (2)75N (3) 【详解】（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应为S，则有 代入数值解得 （2）辆汽车的电动机将电能最终转化为机械能的效率为，则汽车的机械功率为 当汽车匀速行驶时 则有 （3）由小问2知，当时，代入车在水平路面上行驶时的阻力公式解得 当太阳光减弱，照射到电池板的辐射功率变为原来的40%时，则汽车太阳能电池板接受到太阳辐射功率为 则太阳能转化为电能的功率为 汽车的机械功率为 根据公式则有 代入数值解得 10．D 【详解】A．高空风能属于风能，风能可以从自然界源源不断获得，所以高空风能是可再生能源，故A错误； B．伞体匀速上升时，质量不变、速度不变，动能不变；但高度升高，重力势能增大，故机械能增大，所以机械能不守恒，故B错误； C．设时间内风吹来的空气质量为，则 质量为的空气具有的动能为 已知发电系统产生的电功率为 则内产生的电能为 发电系统将风能转化为电能的效率为 代入数据联立解得，故C错误； D．发电系统每天工作10h的发电量为 需要标准煤的质量为 则减少的二氧化碳排放量为，故D正确。 故选D。 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 $