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12.4能源与可持续发展同步练，分层覆盖基础概念到综合应用，通过情境化题型构建能量观念与科学思维，适配新授课巩固需求。 **分层设计** |层次|知识覆盖|设计特色| |----|----------|----------| |基础|能量守恒定律、能源分类|选用合格性考试真题，如第1题考查永动机违背的定律，强化物理观念| |中档|能量转化辨析、实际应用|结合生活情境，如第8题节能路灯能量转化，培养科学推理能力| |提升|综合计算、效率分析|通过登山耗能（第11题）、潮汐发电（第12题）计算，提升模型建构与科学论证能力|

12.4能源与可持续发展 1 （2024扬州合格性考试模拟）不需要消耗任何能源就能获得源源不断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 2 （2024南通期末）能源是人类社会活动的基础，节约能源应成为公民的行为习惯．下列说法中正确的是(　　) A. 太阳能转化为电能过程中能量增加 B. 能量耗散过程中能量在不断减少 C. 能量耗散会降低能源的利用品质 D. 能量转化在宏观上没有方向性 3 （2025广东合格性考试）砷化镓薄膜电池可将太阳能转化为电能，其光电转化率高达30%.下列说法正确的是(　　) A. 电池可创造能量 B. 太阳能是不可再生能源 C. 此电池的光电转化率不到100%，说明能量不守恒 D. 此电池通过非静电力做功把太阳能转化为电能 4 （2025南通海门抽测）如图所示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为700 J/(m2·s).一台热水器的聚热面积为2 m2，太阳能的40%可转化为水的内能，估算一个晴天的日照（相当于太阳直射热水器4 h）使一台热水器中水的内能的增加量，下列结果最合理的是(　　) A. 5.0×107 J B. 8.1×106 J C. 22.5 kW·h D. 13.9 kW·h 5 热现象过程中不可避免地出现能量耗散的现象．所谓能量耗散是指在能量转化的过程中无法把耗散的能量重新收集、重新加以利用．下列关于能量耗散的说法中正确的是(　　) A. 能量耗散是指在一定条件下，能量在转化过程中总量减少了 B. 能量耗散表明，在能源的利用过程中，能量在数量上并未减少，但在可利用的品质上降低了 C. 能量耗散表明，能量守恒定律具有一定的局限性 D. 能量不可能耗散，能量守恒定律反映了自然界中能量转化的宏观过程可以有任意的方向性 6 能量守恒定律的建立是人类认识自然的一次重大飞跃，它是最普遍、最重要、最可靠的自然规律之一．下列说法正确的是(　　) A. 因为能量守恒，所以能量可以随意使用 B. 不同形式的能量之间可以相互转化 C. 因为能量不会消失，所以不可能有能源危机 D. 能量可以被消灭，也可以被创生 7 作为新型燃料，从环保的角度来看，氢气具有的突出特点是(　　) A. 氢气存在自然界里 B. 氢气轻且便于携带 C. 氢气燃烧污染较小 D. 氢气燃烧发热量高 8 （2024南通海门期末）一种新型节能路灯如图所示，它“头顶”小风扇，“肩扛”太阳能电池板．关于节能路灯的设计解释合理的是(　　) A. 小风扇是用来给太阳能电池板散热的 B. 小风扇是小型电动机，将电能转化为风能 C. 太阳能电池板将太阳能转化为电能 D. 蓄电池在夜晚放电时，将电能转化为化学能 9 研究影响风力发电机发电功率P的模型如图所示．风对叶片做功，将部分风能转化为电能．设叶片的旋转半径为r、风速恒为v、空气质量分布均匀且密度恒定，则(　　) A. P∝rv3　 B. P∝r2v2 C. P∝r2v3　 D. P∝rv4 10 （2024无锡期末）在2023杭州亚运会上，我国撑杆跳运动员李玲再次夺取金牌，如图所示为撑杆跳运动员在比赛 中的几个画面．下列说法中正确的是(　　) A. 运动员通过最高点时的速度为0 B. 撑杆恢复形变的过程中，弹性势能完全转化为动能 C. 运动员上升过程中，撑杆的弹性势能先增大后减小 D. 运动员要成功跃过横杆，其重心必须高于横杆 11 人的身体在最佳状态下，只能把人体化学能的25%转化为有用的机械能．假如一位质量为60 kg的登山运动员恰好具有这样的转化效率，若他平均每小时登高500 m，那么，他在5 h内共消耗的化学能为多少？（g取10 m/s2） 12 某海湾共占面积1.0×106 m2，海水密度约为1.0×103 kg/m3，涨潮时水深20 m，若利用这个海湾修建一座水坝，此时关上水坝的闸门时，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是10%，每天有两次涨潮，涨潮和退潮时水流都推动水轮机发电，试估算该电站一次退潮能发多少电能？（重力加速度取10 m/s2） 第4节　能源与可持续发展 1. D　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D正确． 2. C　太阳能转化为电能过程中能量总和不变，故A错误；能量耗散说明能量在转化的过程中能量的可利用率越来越小，但总量不会减少，故B错误；能量耗散说明能量在转化的过程中能量的可利用率越来越小，可利用的品质降低了，故C正确；能量耗散说明能量在转化过程中具有方向性，故D错误． 3. D　根据能量守恒定律，能量不能被创造，电池仅实现能量转化，A错误；太阳能源于太阳核聚变，可持续再生，B错误；此电池的光电转化率低是因能量散失(如热能)，总能量守恒未被破坏，C错误；非静电力(如半导体内部电场)驱动电荷分离，将太阳能转化为电能，D正确． 4. B　这个热水器一天内最多能利用的太阳能为E＝ηE0St＝40%×700×2×4×3 600 J≈8.1×106 J＝2.25 kW·h，故B正确，A、C、D错误． 5. B　能量虽然有耗散但总的能量是守恒的，在转化的过程中总量不会减少，A、C错误；能量耗散表明在能源的利用过程中，能量在数量上并未减少，但是在可利用的品质上降低了，B正确；自然界中能量转化的宏观过程有其方向性，能量耗散就是从能量转化的角度反映了这种方向性，D错误． 6. B　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，符合自然界中一切与热现象有关的宏观过程都有方向性，是不可逆的，应节约能源，A、C错误；自然界中的能量可以从一种形式转化为另一种形式，不同形式的能量间可以相互转化，B正确；能量不能被创生，也不能被消灭，D错误． 7. C　氢气燃烧生成物是水，所以对环境污染较小，A、B、D错误，C正确． 8. C　“头顶”的小风扇可以把风能转化为电能，这样只要有风，这种路灯就可以发电，填补了阴天和晚上不能发电的空白，可用于路灯晚上照明使用，故A、B错误；“肩扛”太阳能电池板可以把太阳能转化为电能，故C正确；蓄电池在夜晚放电时，将化学能转化为电能，故D错误． 9. C　设空气密度为ρ，风力发电机的效率为η，则时间t内，流过叶片转动范围内的空气具有的动能为E＝mv2＝ρ×(πr2)×vt×v2＝πρr2v3t，所以，风力发电机的发电功率为P＝＝πρηr2v3，即有P∝r2v3，故C正确． 10. C　运动员通过最高点时还具有水平分速度，速度不为零，如果速度为零，接下来将会做自由落体运动而碰到横杆，故A错误；运动员起跳过程中，撑杆先由直变弯，运动员的动能转化为撑杆的弹性势能和运动员的重力势能，然后撑杆再由弯变直，弹性势能又转化为机械能，所以在运动员上升过程中，撑杆的弹性势能先增大后减小，故B错误，C正确；从图中可看出，运动员越过横杆时身体向下弯曲，其重心可能在腰部下方，即重心可能在横杆的下方，故D错误． 11. 设运动员克服重力做功的功率为P1，则 P1＝(t1＝1 h)， 则人体消耗化学能的功率为 P2＝(η为转化效率)， 运动员在5 h内共消耗的化学能为 E＝P2t2＝t2＝×5 J＝6×106 J. 12. 一次涨潮水质量m＝SΔhρ， 一次涨潮水的重力势能变化ΔEp＝mg， 一次涨潮水的重力势能转化为电能 E电＝ΔEp×10%＝2.0×109 J， 故该电站一次退潮能发电能2.0×109 J. 学科网（北京）股份有限公司 $