12.1 能源及其应用（分层作业）物理沪科版必修第三册

12.1 能源及其应用（解析版） 一、单选题 1．某市新开通的301路公交车，使用的燃料主要成分是甲烷，甲烷燃烧提供公交车所需的能量。关于上述能量转化，下列说法正确的是（     ） A．电能转化为机械能 B．风能转化为机械能 C．光能转化为机械能 D．化学能转化为机械能 【答案】D 【详解】甲烷本身储存有化学能，燃烧时化学能先转化为内能，再通过发动机做功将内能转化为公交车的机械能，核心能量转化过程为化学能转化为机械能。 故选D。 2．“绿色、环保、低碳”是当今世界的环保标语，“低碳”要求我们节约及高效利用能源。关于能源与能量，下列说法正确的是（　　） A．能量被使用后就消失了，所以要节约能源 B．自然界中石油、煤炭等能源可供人类永久使用 C．人类应多开发与利用风能、太阳能等新型能源 D．人类不断地开发和利用新的能源，所以能量可以被创造 【答案】C 【详解】A．根据能量守恒定律，能量不能被创造或消灭，只能转化形式；使用后可能散失而难以利用，但不会消失，故A错误； B．石油、煤炭属于不可再生能源，储量有限，无法永久使用，故B错误； C．风能、太阳能等新型能源可再生、无污染，符合“绿色、环保、低碳”理念，应多开发和利用，故C正确； D．能量守恒定律表明能量不能被创造，开发和利用新能源仅是转化或利用现有能量形式，故D错误。 故选C。 3．浙江省沿海地区有很多海湾，利用潮汐发电具有得天独厚的优势。某海湾修建水坝后水面面积为。一昼夜大潮、小潮各出现一次，涨潮、退潮均可发电，共发电四次。大潮时坝内、外水位皆可涨至15m，小潮时皆可涨至14m。退潮后，无论大潮还是小潮，坝外水位皆降至10m。发电过程中坝内水面面积视为不变，机械能转化成电能的平均效率为20%，则（　　） A．大潮时一次涨潮坝内可增加水的重力势能约 B．大潮时一次涨潮和退潮共可发电约 C．小潮时一次退潮可发电约 D．此电站一昼夜可发电约 【答案】C 【详解】A．大潮水位差，一次涨潮增加的重力势能，故A错误； B．大潮单次涨/退潮发电量，一次涨潮加退潮共发电，故B错误； C．小潮水位差，一次退潮重力势能变化，发电量，故C正确； D．一昼夜共发电4次：大潮涨、大潮退、小潮涨、小潮退，总电能，故D错误。 故选C。 有一种带有小电扇的遮阳帽，如图所示。遮阳帽上的小电扇由太阳能电池供电，阳光照射太阳能电池，小电扇就可以转动。 4．关于太阳能电池和小电扇工作时的能量转化情况，下列说法正确的是（　　） A．太阳能电池将太阳能转化为电能 B．太阳能电池将机械能转化为太阳能 C．小电扇将机械能转化为电能 D．小电扇将电能转化为太阳能 5．某时刻小电扇的输入电压，电流，其消耗的电功率为（　　） A． B． C． D． 【答案】4．A 5．D 【解析】4．太阳能电池将太阳能转化为电能，小电扇将电能转化为机械能，故选A。 5．小电扇的输入电压，电流，其消耗的电功率为 故选D。 6．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 【答案】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。 7．下列说法正确的是（    ） A．带电体的电荷量可以是任意值 B．油罐车尾有一条铁链拖地，能够有效防止静电危害 C．印刷车间要保持空气干燥，防止产生的静电大量堆积 D．黑龙江风能资源丰富，风能是不可再生能源 【答案】B 【详解】A．电荷量必须是元电荷的整数倍，不能为任意值，故A错误； B．油罐车通过铁链将静电导入大地，避免电荷积累引发危险，故B正确； C．印刷车间应保持湿润以增强导电性，帮助静电消散，而非保持干燥，故C错误； D．风能属于可再生能源，故D错误。 故选B。 二、多选题 8．如图所示为科学家研发出的一款超小型风力发电机，也被称之为郁金香风力发电机，可以供家庭使用，具有噪音极低，启动风速较小等特点。某家庭装有郁金香风力发电机10台，某日该地区的风速是6m/s，风吹到的叶片有效面积为1m2，已知空气的密度为1.2kg/m3，假如该风力发电机能将通过此有效面积内空气动能的40%转化为电能。下列说法正确的有（     ） A．每秒冲击每台风力发电机叶片的空气体积为6m3 B．每秒冲击每台风力发电机叶片的空气动能为259.2J C．每台风力发电机发电的功率为129.6W D．该风力发电机组工作24h，发电量约为12.44kW·h 【答案】AD 【详解】A．每秒冲击每台风力发电机叶片的空气体积，故A 正确； B．1s内气流的质量 气流的动能，故B错误； C．风的动能转化为的电能 则功率，故 C 错误； D．该风力发电机组工作24h，发电量， 故D 正确。 故选AD。 9．如图所示，某风力发电机的叶片转动时可形成半径为的圆面。某段时间内该区域的风速大小为，风向恰好与叶片转动的圆面垂直，已知空气的密度为，风力发电机将该圆内空气的动能转化为电能的效率为，下列说法正确的是（　　） A．单位时间内通过叶片转动圆面的空气质量为 B．此风力发电机发电的功率为 C．若仅风速减小为原来的，发电的功率将减小为原来的 D．若仅风速增大为原来的倍，发电的功率将增大为原来的倍 【答案】AD 【详解】A．单位时间内通过叶片转动圆面的空气，可以理解为单位时间内通过叶片转动圆面的空气柱内的空气，则有，故A正确； B．根据能量的转化与守恒可知，风的一部分动能转化为发电机发出的电能，而发电功率为单位时间内参与能量转化的那一部分动能，所以发电机发电功率为，故B错误； C．若仅风速减小为原来的，根据上式知，发电的功率将减小为原来的，故C错误； D．若仅风速增大为原来的2倍，根据上式知，发电的功率将增大为原来的8倍，故D正确。 故选AD。 10．氢作为一种清洁能源，正日益受到各国的重视，许多汽车厂商正努力研究用氢作为燃料来取代汽油，生产21世纪的“环保”汽车。假设有一辆质量为（含驾驶员的质量）的汽车，以氢气为燃料（氢气重力与汽车重力相比可忽略），其发动机的效率为，且在的反应条件下，从某斜坡底端匀速驶上动摩擦因数为、长为、倾角为的斜坡顶端，重力加速度为g，则关于汽车做的功和所需燃烧标准状态下（标准状态下1mol氢气体积为）的氢气的体积，下列说法正确的是（     ） A．汽车做的功为 B．汽车做的功为 C．需燃烧氢气的体积为 D．需燃烧氢气的体积为 【答案】AC 【详解】AB．汽车从某斜坡底端匀速驶上斜坡顶端的过程中，根据动能定理可得 解得汽车做的功为，故A正确，B错误； CD．发动机的效率为，则氢气燃烧产生的能量为汽车做功的，由于2mol氢气反应放出的能量为，所以标准状态体积为的氢气反应放出的能量为，需燃烧氢气的体积为，故C正确，D错误。 故选AC。 11．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 【答案】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。 三、知识点填空题 12．在2025年央视春晚的舞台上，创意融合舞蹈《秧Bot》成为全场焦点，如图所示。机器人“扭秧歌”时使用的电能是___________（选填“一次”或“二次”）能源。 【答案】二次 【详解】生活中我们使用的电能不能从自然界直接获取，所以电能是二次能源。 四、解答题 13．阜阳地区常年有风，风速基本保持在，目前临泉县13个乡镇内已安装风力发电机组。现在有一风力发电机，其叶片转动可形成半径为的圆面，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10%，取。求： (1)每秒有多少质量的空气吹向叶片； (2)该风力发电机的发电功率。 【答案】(1)1170kg (2)526.5W 【详解】（1）每秒吹向叶片的空气质量 叶片形成的圆面面积 整理得 当时解得 （2）每秒风的动能 电能转化效率 则发电功率 五、综合题 中国空间站在距离地球表面高度约为400 km的轨道上绕地球运动，其运动可视为匀速圆周运动。 14．空间站运行的能量主要来源于太阳能，太阳能属于________。 A．一次能源 B．二次能源 C．不可再生能源 D．可再生能源 E．新能源 F．常规能源 15．与距地球表面高度约36000 km的卫星相比，空间站绕地球做匀速圆周运动的________。 A．周期更小 B．线速度更小 C．角速度更小 D．向心加速度更小 16．空间站内，宇航员可以________。 A．通过举哑铃来锻炼身体 B．用拉力器来锻炼肌肉力量 C．用体重秤称出自己的实际体重 17．在地面观察者手里的时钟走过30 min时，在高速飞行的空间站里的时钟走过的时间________。 A．略大于30 min B．略小于30 min C．等于30 min 18．已知地球质量为M，引力常量为G，空间站质量为m，运行轨道半径为r，则地球对空间站的引力大小为________。 【答案】14．ADE 15．A 16．B 17．B 18． 【详解】14．AB．一次能源是指自然界存在、不改变其形态就可直接利用的能源，故太阳能为一次能源，故A正确，B错误； CD．太阳能属于可再生能源，故D正确，C错误。 EF．太阳能属于新能源，故E正确，F错误。 故选ADE。 15．根据万有引力提供向心力可得 解得，，， 故空间站轨迹半径比卫星轨迹半径小，则空间站绕地球做匀速圆周运动的周期更小，角速度与线速度更大，向心加速度更大，故A正确，BCD错误。 故选A。 16．空间站中的物体处于完全失重状态，故体重秤、哑铃不能正常使用，弹簧拉力器可正常使用。 故选B。 17．根据狭义相对论钟慢效应可知，理论上站在地面的观察者手中的时钟走过的时间略大于空间站时间，故在高速飞行的空间站里的时钟走过的时间略小于30 min。 故选B。 18．地球对空间站的引力大小为 11 / 11 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 12.1 能源及其应用（原卷版） 一、单选题 1．某市新开通的301路公交车，使用的燃料主要成分是甲烷，甲烷燃烧提供公交车所需的能量。关于上述能量转化，下列说法正确的是（     ） A．电能转化为机械能 B．风能转化为机械能 C．光能转化为机械能 D．化学能转化为机械能 2．“绿色、环保、低碳”是当今世界的环保标语，“低碳”要求我们节约及高效利用能源。关于能源与能量，下列说法正确的是（　　） A．能量被使用后就消失了，所以要节约能源 B．自然界中石油、煤炭等能源可供人类永久使用 C．人类应多开发与利用风能、太阳能等新型能源 D．人类不断地开发和利用新的能源，所以能量可以被创造 3．浙江省沿海地区有很多海湾，利用潮汐发电具有得天独厚的优势。某海湾修建水坝后水面面积为。一昼夜大潮、小潮各出现一次，涨潮、退潮均可发电，共发电四次。大潮时坝内、外水位皆可涨至15m，小潮时皆可涨至14m。退潮后，无论大潮还是小潮，坝外水位皆降至10m。发电过程中坝内水面面积视为不变，机械能转化成电能的平均效率为20%，则（　　） A．大潮时一次涨潮坝内可增加水的重力势能约 B．大潮时一次涨潮和退潮共可发电约 C．小潮时一次退潮可发电约 D．此电站一昼夜可发电约 有一种带有小电扇的遮阳帽，如图所示。遮阳帽上的小电扇由太阳能电池供电，阳光照射太阳能电池，小电扇就可以转动。 4．关于太阳能电池和小电扇工作时的能量转化情况，下列说法正确的是（　　） A．太阳能电池将太阳能转化为电能 B．太阳能电池将机械能转化为太阳能 C．小电扇将机械能转化为电能 D．小电扇将电能转化为太阳能 5．某时刻小电扇的输入电压，电流，其消耗的电功率为（　　） A． B． C． D． 6．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 7．下列说法正确的是（    ） A．带电体的电荷量可以是任意值 B．油罐车尾有一条铁链拖地，能够有效防止静电危害 C．印刷车间要保持空气干燥，防止产生的静电大量堆积 D．黑龙江风能资源丰富，风能是不可再生能源 二、多选题 8．如图所示为科学家研发出的一款超小型风力发电机，也被称之为郁金香风力发电机，可以供家庭使用，具有噪音极低，启动风速较小等特点。某家庭装有郁金香风力发电机10台，某日该地区的风速是6m/s，风吹到的叶片有效面积为1m2，已知空气的密度为1.2kg/m3，假如该风力发电机能将通过此有效面积内空气动能的40%转化为电能。下列说法正确的有（     ） A．每秒冲击每台风力发电机叶片的空气体积为6m3 B．每秒冲击每台风力发电机叶片的空气动能为259.2J C．每台风力发电机发电的功率为129.6W D．该风力发电机组工作24h，发电量约为12.44kW·h 9．如图所示，某风力发电机的叶片转动时可形成半径为的圆面。某段时间内该区域的风速大小为，风向恰好与叶片转动的圆面垂直，已知空气的密度为，风力发电机将该圆内空气的动能转化为电能的效率为，下列说法正确的是（　　） A．单位时间内通过叶片转动圆面的空气质量为 B．此风力发电机发电的功率为 C．若仅风速减小为原来的，发电的功率将减小为原来的 D．若仅风速增大为原来的倍，发电的功率将增大为原来的倍 10．氢作为一种清洁能源，正日益受到各国的重视，许多汽车厂商正努力研究用氢作为燃料来取代汽油，生产21世纪的“环保”汽车。假设有一辆质量为（含驾驶员的质量）的汽车，以氢气为燃料（氢气重力与汽车重力相比可忽略），其发动机的效率为，且在的反应条件下，从某斜坡底端匀速驶上动摩擦因数为、长为、倾角为的斜坡顶端，重力加速度为g，则关于汽车做的功和所需燃烧标准状态下（标准状态下1mol氢气体积为）的氢气的体积，下列说法正确的是（     ） A．汽车做的功为 B．汽车做的功为 C．需燃烧氢气的体积为 D．需燃烧氢气的体积为 11．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 三、知识点填空题 12．在2025年央视春晚的舞台上，创意融合舞蹈《秧Bot》成为全场焦点，如图所示。机器人“扭秧歌”时使用的电能是___________（选填“一次”或“二次”）能源。 四、解答题 13．阜阳地区常年有风，风速基本保持在，目前临泉县13个乡镇内已安装风力发电机组。现在有一风力发电机，其叶片转动可形成半径为的圆面，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10%，取。求： (1)每秒有多少质量的空气吹向叶片； (2)该风力发电机的发电功率。 五、综合题 中国空间站在距离地球表面高度约为400 km的轨道上绕地球运动，其运动可视为匀速圆周运动。 14．空间站运行的能量主要来源于太阳能，太阳能属于________。 A．一次能源 B．二次能源 C．不可再生能源 D．可再生能源 E．新能源 F．常规能源 15．与距地球表面高度约36000 km的卫星相比，空间站绕地球做匀速圆周运动的________。 A．周期更小 B．线速度更小 C．角速度更小 D．向心加速度更小 16．空间站内，宇航员可以________。 A．通过举哑铃来锻炼身体 B．用拉力器来锻炼肌肉力量 C．用体重秤称出自己的实际体重 17．在地面观察者手里的时钟走过30 min时，在高速飞行的空间站里的时钟走过的时间________。 A．略大于30 min B．略小于30 min C．等于30 min 18．已知地球质量为M，引力常量为G，空间站质量为m，运行轨道半径为r，则地球对空间站的引力大小为________。 11 / 11 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $