12.4 能源与可持续发展 同步作业 -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“能源与可持续发展”同步练，以能量观念为核心，通过基础认知、定量运算、综合应用三层递进设计，实现从单一知识点辨析到实际问题解决的知识巩固路径。 **分层设计** |层次|知识覆盖|设计特色| |----|----------|----------| |基础认知|能量守恒定律、方向性等单一考点|选择题1-8（如太阳能转化辨析），强化物理观念| |定量运算|能量转化效率、功率计算|选择3-4、计算13（传送带能量分析），培养科学推理| |综合应用|能源分类与可持续发展|计算14（潮汐发电），结合实际情境，体现科学态度与责任|

第4节 能源与可持续发展 同步作业 一、选择题: 考点一 能量守恒定律 1.如图所示为一种装有太阳能电扇的帽子。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 2．下列说法正确的是( ) A．随着科技的发展，永动机是可以制成的 B．太阳照射到地球上的光能转化成了其他形式的能量，但照射到宇宙空间的能量都消失了 C．“既要马儿跑，又让马儿不吃草”违背了能量守恒定律，因而是不可能的 D．有种“全自动”手表，不用上发条，也不用任何形式的电源，却能一直走动，说明能量可以凭空产生 3．毕节是全国唯一一个以“开发扶贫、生态建设”为主题的试验区，是国家“西电东送”的主要能源基地。如图所示，赫章的韭菜坪建有风力发电机，风力带动叶片转动，叶片再带动转子(磁极)转动，使定子(线圈，不计电阻)中产生电流，实现风能向电能的转化。若叶片长为l，设额定风速为v，空气的密度为ρ，额定风速下发电机的输出功率为P，则风能转化为电能的效率为( ) A. B. C. D. 4．三峡水电站是我国最大的水力发电站，平均水位落差约为100 m，每秒约有1×104 m3的水用来发电，水的重力势能约有20%转化为电能，水的密度为1.0×103 kg/m3。火电厂每发一度电大约需要消耗标准煤0.3 kg，同时排放二氧化碳1 kg。关于三峡水电站，下列说法正确的是(g取10 m/s2)( ) A．发电平均功率约为2×1012 W B．每天的发电量约为4.8×107 kW·h C．相比于同功率的火电厂，每天约可减少煤炭消耗2×106 kg D．相比于同功率的火电厂，每天约可减少二氧化碳排放4.8×106 kg 考点二 能量转移或转化的方向性 5．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 6．下列哪些现象属于能量耗散( ) A．利用水流能发电获得电能 B．电能通过灯泡中的电阻丝转化为光能 C．电池的化学能转化为电能 D．火炉把房子烤暖 7．(多选)关于“能量耗散”的下列说法中，正确的是( ) A．能量在转化过程中，有一部分能量转化为内能，我们无法把这些内能收集起来重新利用，这种现象叫作能量耗散 B．能量在转化过程中变少的现象叫能量耗散 C．能量耗散表明，在能源的利用过程中，即在能量的转化过程中，能量的数量并未减少，但在可利用的品质上降低了，从便于利用的变成不便于利用的了，而自然界的能量是守恒的 D．能量耗散表明，各种能量在不转化时是守恒的，但在转化时是不守恒的 8．(多选)下列说法正确的是( ) A．一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的 B．能量的耗散会导致总能量的减少 C．能量的耗散会导致能量品质降低 D．根据能量守恒定律可知，节约能源是没有必要的 考点三 能源的分类及应用 9．“能源分类的相关图”如图所示，四组能源选项全部符合图中阴影部分能源的是( ) A．煤、石油、天然气 B．水能、生物质能、天然气 C．太阳能、风能、生物质能 D．地热能、海洋能、核能 10．煤、石油、天然气和水能作为能源的共同特点是( ) A．都为可再生能源，取之不尽，用之不竭 B．都为不可再生能源，用一点，少一点 C．都为来自太阳辐射的能量 D．都为污染环境的能源 11．(多选)能源短缺和环境恶化指的是( ) A．煤炭和石油的开采与技术有关，在当前技术条件下，煤炭和石油的开采是有限的，这叫能源短缺 B．煤炭和石油资源是有限的，以今天的开采和消耗速度，石油储藏将在百年内用尽，煤炭资源也不可能永续，这叫能源短缺 C．煤炭和石油具有很大的气味，在开采、存取和使用过程中这些气味会聚集在空气中污染空气，使环境恶化 D．大量煤炭和石油产品在燃烧时排出的有害气体污染了空气，改变了大气成分，使环境恶化 12．(多选)关于能源的利用，下列说法中正确的是( ) A．由于我国煤和石油的储量十分丰富，所以太阳能和核能的开发并不十分重要 B．能源的利用过程，实质上是能的转化和转移过程 C．现在人类社会使用的能源主要是煤、石油和天然气 D．煤、石油、天然气的化学能归根到底来自太阳能 二．计算题：(计算要有必要的文字说明和解题步骤，有数值的要注明单位) 13.电动机带动水平传送带以速度v匀速传动，一质量为m的小木块由静止轻放在传送带上，若小木块与传送带之间的动摩擦因数为μ，如图所示。传送带足够长，当小木块与传送带相对静止时。重力加速度为g。求： (1)小木块的位移； (2)传送带转过的路程； (3)小木块获得的动能； (4)摩擦过程中产生的内能； (5)因传送小木块电动机多消耗的电能。 14.我国自古有“昼涨称潮，夜涨称汐”的说法，潮汐主要是太阳和月球对海水的引力造成的，以月球对海水的引力为主。 (1)如图甲、乙所示是某类潮汐发电示意图，涨潮时开闸，水由通道进入海湾水库蓄水，待水面升至最高点时关闭闸门(见图甲)，当落潮时，开闸放水发电(见图乙)，设海湾水库底面积为5.0×108 m2，平均潮差为3.0 m，一天涨落潮两次，发电的平均能量转化率为10%，则一天内发电的平均功率约为　　。(海水密度ρ取1.0×103 kg/m3，g取10 m/s2) A．2.6×104 kW B．5.2×104 kW C．2.6×105 kW D．5.2×105 kW (2)如图为双水库潮汐电站原理示意图，两个水库之间始终保持着水位差，可以全天发电。涨潮时，闸门的开关情况是 ； 落潮时，闸门的开关情况是 。从能量的角度说，该电站是将海水的 转化为水轮机的动能，再推动发电机发电。 参考答案: 1.答案:A解析　电池板将太阳能转化为电能，小电动机将电能转化为机械能，故A项正确。 2.答案:C解析　永动机因违背了能量守恒定律，不可能制造成功，A项错误；太阳辐射大量的能量，地球只吸收了极小的一部分，就形成了风、云、雨、雪，使万物生长。但辐射到宇宙空间的能量并没有消失，而是转移到其他物体或是转化成了其他形式的能量，B项错误；马和其他动物，包括人，要运动，都必须消耗能量，动物的能量来源是食物中储存的生物质能，故“既要马儿跑，又要马儿不吃草”违背了能量守恒定律，C项正确；所谓“全自动”手表内部还是有能量转化装置的，一般是一个摆锤，当人戴着手表活动时，使摆锤不停摆动，给游丝弹簧补充能量，才会维持手表的走动，D项错误。 3.答案:A解析　建立一个“风柱”模型如图所示，风柱的横截面积为叶片旋转扫出的面积S＝πl2 ，经过t时间风柱的长度x＝vt，所形成的风柱体积V＝πl2vt，风柱的质量m＝ρV＝ρπl2vt，根据动能定理可知，风力在这一段位移做的功W＝Ek＝mv2＝·ρπl2vt·v2＝ρπl2v3t，风柱的功率P风＝＝ρπl2v3，风能转化为电能的效率η＝＝，故A正确，B、C、D错误。 4.答案:B解析　三峡水电站平均水位落差h＝100 m，每秒约有V＝1×104 m3的水用来发电，则每秒用来发电的水质量m＝ρV＝1×107 kg，则发电平均功率约为P＝mgh×20%＝2×109 W，故A错误；发电平均功率P＝2×109 W＝2×106 kW，则每天平均发电量约为W＝Pt＝2×106 kW×24 h＝4.8×107 kW·h，故B正确；火电厂每发一度电大约需要消耗标准煤0.3 kg，同时排放二氧化碳1 kg，则火电厂一天发电4.8×107 kW·h，需要消耗煤4.8×107×0.3 kg＝1.44×107 kg，排放二氧化碳4.8×107 kg，故C、D错误。 5.答案:B解析　一切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。在外界帮助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，但不能说明在自发的条件下热量的传递过程具有方向性。故选B。 6.答案:D解析　能量耗散是指其他形式能转化为内能，最终分散在周围环境中无法重新收集起来并加以利用的现象，若转化为能够重新收集并加以利用的能量不能称为能量耗散。能量在转化和转移过程中有方向性，并且能量品质不断降低，故D正确。 7.答案:AC解析　根据能量守恒定律可知，不论在能量的转化，还是能量的转移过程中，能量都是守恒的，它是自然界最普遍的规律之一。能量耗散是指在能量转化的过程中，有一部分能量转化为周围环境的内能，而我们无法把这些内能收集起来重新利用的现象，能量耗散表明，在能源的利用过程中，即在能量的转化过程中，能量的数量并未减少，但是在可利用的品质上降低了，从便于利用的变成不便于利用的了，而自然界的能量仍是守恒的，选项A、C正确。 8.答案:AC解析　一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的，A正确；能量是守恒的， B错误；在能源的利用过程中，存在着能量的耗散，能量在数量上虽未减少，但在可利用的品质上降低了，从便于利用的能源变成不便于利用的能源，C正确，D错误。 9.答案:C解析　地热能是来自地球内部的能量，D项错误；天然气、石油、煤属于不可再生能源，A、B两项错误，本题应选C。 10.答案:C解析　煤、石油、天然气是不可再生能源，对环境污染严重，水能是可再生能源，对环境无污染，但它们都来自太阳辐射，因此，选项C正确。 11.答案:BD解析　煤炭和石油都是由几亿年以前的生物遗体形成的，这些能源短期内不能再次生成，也不可重复使用，它们的储量是有限的，并不是取之不尽，用之不竭的，这是所讲的能源短缺，B正确；煤炭和石油产品在使用时会排出有害气体污染空气，这是所讲的环境恶化，D正确。 12.答案:BCD解析　煤、石油和天然气是由千百万年前的动植物在长期的地质变迁中形成的。千百万年前的动物食用植物，而植物是靠吸收太阳的能量成长的，可以说煤、石油、天然气的化学能归根到底来自太阳能。目前人类使用的能源主要是煤、石油和天然气。能源燃烧时，将化学能转化为内能，内能又可转化为机械能和电能，人类在生产和生活中需要各种形式的能，我们可以根据需要把能源的能量转化成多种形式的能量，以供利用，所以能源的利用过程，实质上是能的转化和转移过程。我国的煤和石油尽管储量丰富，但终究有限，且利用后不能再生，所以开发和利用新能源，特别是核能和太阳能是解决能源问题的出路，故B、C、D三项正确。 13.答案　(1)　(2)　(3)mv2　(4)mv2　(5)mv2 解析　(1)由牛顿第二定律得μmg＝ma，a＝μg，由公式v＝at得t＝，小木块的位移s1＝t＝。 (2)传送带始终匀速运动，路程s2＝vt＝。 (3)小木块获得的动能Ek＝mv2。 (4)小木块在和传送带达到共同速度的过程中，相对传送带移动的距离 s相对＝s2－s1＝，产生的内能Q＝μmg·s相对＝mv2。 (5)根据能量守恒定律，电动机多消耗电能ΔE＝Q＋Ek＝mv2。 14.答案:(1)B (2)A关B开 B关A开 重力势能 解析　(1)退潮时，水库内水位由h2降为h1， 水库内减少的水的质量m＝ρV＝ρSΔh。 这些水减少的重力势能Ep＝mg·＝。 该电站一天发出的电能E＝2ηEp＝ηρSgΔh2。 一天内发电的平均功率 P＝＝＝ W≈5.2×104 kW。 故B正确。 (2)涨潮时，高水位水库储存水，因此闸门的开关情况为A关B开；落潮时，低水位水库放水，所以闸门应B关A开。从能量转化的角度来说，该电站是将海水的重力势能转化为水轮机的动能，动能再转化为电能。 学科网（北京）股份有限公司 $