12.3 能源与环境（分层作业）物理沪科版必修第三册

12.3 能源与环境（原卷版） 一、单选题 1．全国首个地铁车辆段氢赋能零碳能源中心在西安高新区试运行成功并正式达产，用“光伏＋氢能”打造零碳交通，其供能方式如图所示。通过能量调度控制系统，实现地源热泵、制氢站、车辆段用电的智能化调度与高效利用，最终达成能源自给自足与零碳排放的目标。下列有关该项目的说法正确的是（     ） A．在光伏发电过程中，光能转化为电能 B．氢燃料电池供电时将电能转化为化学能 C．储能电池充电时，将化学能转化为电能 D．能量调度控制系统可使能量无损耗转移 2．未来某次神舟飞船按照预定程序与空间站组合体进行自主快速交会对接。中国空间站装有太阳能电池板，为空间站正常工作提供能量。则（　　） A．太阳能的利用，说明能量可以消灭 B．太阳能的利用，说明能量可以创生 C．电池板可以将吸收的太阳能全部转化为电能 D．电池板将吸收的太阳能转化为电能满足能量守恒定律 3．2021年6月11日，我国成功将“北京三号”卫星送入预定轨道，如图卫星两翼的太阳能电池板把太阳能转化为电能供卫星使用。关于能源与可持续发展，以下说法正确的是（     ） A．利用太阳能、风能和核能等能源替代化石能源可以改善空气质量 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．水电站里的发电装置可以将水库中储存的水的机械能全部转化为电能 D．核能对环境的污染比常规能源对环境的污染大 4．太阳能热水器目前已普遍用于家庭供热。如图，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。一台热水器的聚热面积约为，若每天相当于太阳直射热水器3.5 h，太阳能的可转化为水的内能，则（　　） A．热水器一天内最多能利用的太阳能约为 B．一天内，水加热的平均功率约为0.4kW C．若电热水器加热效率为，电费0.5元/度，一台热水器全年工作大约可省下4000元电费 D．若一天获得太阳能的用来给手机充电，每块手机电池容量为4000mAh、电压3.7V，不计损耗，大约可充满66块电池 5．关于能量的转化与能量守恒定律，下列说法正确的是（　　） A．能量耗散是指能量在不断地减少 B．能量耗散说明能量在转移、转化过程中具有方向性 C．能量是守恒的，不会凭空消失，因此不会发生能源危机 D．能量可以从一种形式转化为另一种形式，但不能从一个物体转移到另一个物体 6．下列属于不可再生能源的是（　　） A．水能 B．石油 C．太阳能 D．潮汐能 二、多选题 7．下列关于能源开发和利用的说法正确的是（    ） A．能源利用的过程是内能转化成机械能的过程 B．要合理开发和节约使用核能、风能、地热能、海洋能等不可再生能源 C．能源利用的过程是一种形式的能向其他形式的能转化的过程 D．节约能源和开发新能源都有利于可持续发展 8．下列做法能改善空气质量的是（     ） A．以煤等燃料为主要生活燃料 B．利用太阳能、风能等能源替代化石能源 C．鼓励私人购买和使用普通汽车 D．用纯电动汽车代替燃油公交车 9．二氧化碳对长波热辐射有强烈的吸收作用，地球表面发出的长波热辐射到大气以后被二氧化碳截获，最后使大气升温，大气中的二氧化碳和暖房的玻璃一样，只让太阳的热辐射进来，却不让大气中的长波热辐射出去，二氧化碳的这种效应叫温室效应。这是目前科学界对地球气候变暖进行分析的一种观点。根据这种观点，下列说法成立的是（     ） A．在地球形成的早期，火山活动频繁，排出了大量的二氧化碳气体，当时地球的气温很高 B．二氧化碳是空气的组成成分，人们可以放心大胆地使用煤、石油、天然气等化石能源，化石能源不会对环境造成任何影响 C．由于工业的发展和人类的活动，二氧化碳在空气中的含量增多，地球上的气温升高 D．气候变暖的原因是工业用电和生活用电的急剧增加 10．下列关于能源的说法正确的是（　　） A．因为自然界中的能量是守恒的，所以我们在使用能源时没必要节约 B．人类在利用能源的过程中，能量在数量上没有减少，但能量的品质降低了 C．大量消耗常规能源会使环境恶化，故提倡开发与利用新能源 D．核能的利用对环境的影响比燃烧石油、煤炭更大 11．如图所示，我国东海大桥两侧将建成海上风力发电场。每台风力发电机的叶片转动时可形成半径为r的圆面，当地风向可视为与叶片转动的圆面垂直，发电机将此圆面内气流动能转化为输出电能的效率为。风速在范围内，可视为不变。已知风速时每台发电机输出电功率为，空气的密度为，则（　　） A．单位时间内经过每台发电机叶片圆面的气流动能为 B．每台发电机叶片转动时形成的圆面半径约为 C．当风速为时每台发电机的输出电功率约为 D．若每年有风速在，则每台发电机年发电量至少为 12．下列能源中，哪些属于不污染环境的新能源（　　） A．太阳能 B．天然气 C．风能 D．沼气 三、解答题 新能源主要包括核能、水能、风能、太阳能、生物能等，从具体能源形式来看，电能是非化石能源转化利用最为广泛和有效的方式。下表是对我国能源消费占比统计。 我国能源消费占比统计 消耗能源 2010年 2015年 2020年 煤炭 69.2% 63.8% 56.8% 石油 17.4% 18.4% 18.9% 天然气 4.0% 5.8% 8.4% 非化石能源 9.4% 12.0% 15.9% 13．结合表中数据谈一谈我国能源结构或能源现状的规律。 14．结合教材谈一谈我国在利用新能源发电方面取得的成就。 15．能源与社会发展 人类对能源的利用大致经历了三个时期，即柴薪时期、煤炭时期、石油时期，请结合图片和自己的切身体会谈谈能源的利用对社会发展的利与弊。 11 / 11 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 12.3 能源与环境（解析版） 一、单选题 1．全国首个地铁车辆段氢赋能零碳能源中心在西安高新区试运行成功并正式达产，用“光伏＋氢能”打造零碳交通，其供能方式如图所示。通过能量调度控制系统，实现地源热泵、制氢站、车辆段用电的智能化调度与高效利用，最终达成能源自给自足与零碳排放的目标。下列有关该项目的说法正确的是（     ） A．在光伏发电过程中，光能转化为电能 B．氢燃料电池供电时将电能转化为化学能 C．储能电池充电时，将化学能转化为电能 D．能量调度控制系统可使能量无损耗转移 【答案】A 【详解】A．光伏发电利用光生伏特效应，将光能（太阳能）直接转化为电能，故A正确； B．氢燃料电池供电时，作为电源对外输出电能，是将化学能转化为电能，故B错误； C．储能电池充电时，消耗电能，将电能转化为化学能储存起来，故C错误； D．能量在转移和转化过程中，由于电阻发热等原因不可避免地存在损耗，不可能实现无损耗转移，故D错误。 故选A。 2．未来某次神舟飞船按照预定程序与空间站组合体进行自主快速交会对接。中国空间站装有太阳能电池板，为空间站正常工作提供能量。则（　　） A．太阳能的利用，说明能量可以消灭 B．太阳能的利用，说明能量可以创生 C．电池板可以将吸收的太阳能全部转化为电能 D．电池板将吸收的太阳能转化为电能满足能量守恒定律 【答案】D 【详解】AB．根据能量守恒定律，能量不能被创造或消灭，只能从一种形式转化为另一种形式。太阳能电池板将太阳能（光能）转化为电能的过程遵守该定律，故AB错误； CD．太阳能电池板的能量转化效率不可能为100%，部分能量会损失。太阳能转化为电能的过程满足能量守恒定律，总能量保持不变，故C错误，D正确。 故选D。 3．2021年6月11日，我国成功将“北京三号”卫星送入预定轨道，如图卫星两翼的太阳能电池板把太阳能转化为电能供卫星使用。关于能源与可持续发展，以下说法正确的是（     ） A．利用太阳能、风能和核能等能源替代化石能源可以改善空气质量 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．水电站里的发电装置可以将水库中储存的水的机械能全部转化为电能 D．核能对环境的污染比常规能源对环境的污染大 【答案】A 【详解】A．改善空气质量，就应该从根本上减少碳排放量，用新能源代替传统的化石能源，节能减排，故A正确； B．能量是守恒的，既不能创造也不可能消失，但能量品质会下降，故要节约能源，故B错误； C．由于水下落过程以及发电装置都有摩擦，故该装置不可能将水库中储存的水的机械能全部转化为电能，故C错误； D．核能属于新能源，处理得当是一种清洁能源，故D错误； 故选A。 4．太阳能热水器目前已普遍用于家庭供热。如图，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。一台热水器的聚热面积约为，若每天相当于太阳直射热水器3.5 h，太阳能的可转化为水的内能，则（　　） A．热水器一天内最多能利用的太阳能约为 B．一天内，水加热的平均功率约为0.4kW C．若电热水器加热效率为，电费0.5元/度，一台热水器全年工作大约可省下4000元电费 D．若一天获得太阳能的用来给手机充电，每块手机电池容量为4000mAh、电压3.7V，不计损耗，大约可充满66块电池 【答案】B 【详解】A．太阳辐射能流密度，聚热面积 ，每天直射时间，转化效率 。 总太阳能 可利用（转化为内能）的能量 故A错误； B．一天（总时长24h）的平均功率 故B正确； C．一天获得的内能约合（度），电热水器效率90%，则一天需要消耗电能约度，全年365天总耗电约度，总电费为 元 故C错误； D．一块4000mAh、3.7V的电池能量为 可充满的块数 故D错误。 故选B。 5．关于能量的转化与能量守恒定律，下列说法正确的是（　　） A．能量耗散是指能量在不断地减少 B．能量耗散说明能量在转移、转化过程中具有方向性 C．能量是守恒的，不会凭空消失，因此不会发生能源危机 D．能量可以从一种形式转化为另一种形式，但不能从一个物体转移到另一个物体 【答案】B 【详解】A．能量耗散是指能量在转化过程中变为难以被人类收集利用的内能形式，总能量仍遵守能量守恒定律，总量不会减少，故A错误； B．能量耗散过程中，耗散的内能不能自发重新聚集为可利用的高品质能量，说明能量的转移、转化过程具有方向性，故B正确； C．能量总量虽然守恒，但可被人类利用的高品质能源会随使用逐渐转化为难以利用的低品质能量，可利用能源不断减少，因此会发生能源危机，故C错误； D．能量既可以从一种形式转化为另一种形式，也可以通过热传递等过程从一个物体转移到另一个物体，故D错误。 故选B。 6．下列属于不可再生能源的是（　　） A．水能 B．石油 C．太阳能 D．潮汐能 【答案】B 【详解】ACD．水能来自水循环（如河流、降雨），可自然再生，属于可再生能源。太阳能来自太阳辐射，可持续利用，属于可再生能源。潮汐能来自月球和太阳引力作用，可周期性再生，属于可再生能源，故ACD不符合题意； B．不可再生能源指在人类时间尺度内无法自然再生的能源，如石油等化石燃料，形成需数百万年，消耗后无法短期再生，属于不可再生能源，故B符合题意。 故选B。 二、多选题 7．下列关于能源开发和利用的说法正确的是（    ） A．能源利用的过程是内能转化成机械能的过程 B．要合理开发和节约使用核能、风能、地热能、海洋能等不可再生能源 C．能源利用的过程是一种形式的能向其他形式的能转化的过程 D．节约能源和开发新能源都有利于可持续发展 【答案】CD 【详解】A．能源利用并非限定为内能转化为机械能，电能、化学能、核能等均可转化为其他形式的能量，故A错误； B．风能、地热能、海洋能属于可再生能源，核能通常属于不可再生能源，不能把它们都归为不可再生能源，故B错误； C．能源利用实质上是能量从一种形式转化为另一种形式的过程，故C正确； D．节约能源能够减少能源消耗和环境压力，开发新能源能够优化能源结构，二者都有利于可持续发展，故D正确。 故选CD。 8．下列做法能改善空气质量的是（     ） A．以煤等燃料为主要生活燃料 B．利用太阳能、风能等能源替代化石能源 C．鼓励私人购买和使用普通汽车 D．用纯电动汽车代替燃油公交车 【答案】BD 【详解】A．以煤等燃料为主要生活燃料，会大量排放二氧化硫、粉尘等空气污染物，恶化空气质量，A错误； B．太阳能、风能属于清洁能源，替代化石能源后可大幅减少污染物排放，改善空气质量，B正确； C．普通燃油汽车排放的尾气中含有氮氧化物、颗粒物等污染物，鼓励私人购买和使用普通汽车会增加空气污染源，无法改善空气质量，C错误； D．纯电动汽车无尾气直接排放，代替燃油公交车可以减少大量机动车尾气污染物，有效改善空气质量，D正确。 故选BD。 9．二氧化碳对长波热辐射有强烈的吸收作用，地球表面发出的长波热辐射到大气以后被二氧化碳截获，最后使大气升温，大气中的二氧化碳和暖房的玻璃一样，只让太阳的热辐射进来，却不让大气中的长波热辐射出去，二氧化碳的这种效应叫温室效应。这是目前科学界对地球气候变暖进行分析的一种观点。根据这种观点，下列说法成立的是（     ） A．在地球形成的早期，火山活动频繁，排出了大量的二氧化碳气体，当时地球的气温很高 B．二氧化碳是空气的组成成分，人们可以放心大胆地使用煤、石油、天然气等化石能源，化石能源不会对环境造成任何影响 C．由于工业的发展和人类的活动，二氧化碳在空气中的含量增多，地球上的气温升高 D．气候变暖的原因是工业用电和生活用电的急剧增加 【答案】AC 【详解】AC．根据题意，二氧化碳对长波热辐射有强烈的吸收作用，产生温室效应，使大气升温。在地球形成的早期，火山活动频繁，排出了大量的二氧化碳气体，导致温室效应增强，当时地球的气温很高 由于工业的发展和人类的活动，二氧化碳在空气中的含量增多，温室效应增强，地球上的气温升高，故AC正确。 B．虽然二氧化碳是空气的组成成分，但大量使用煤、石油、天然气等化石能源会排放大量二氧化碳，加剧温室效应，对环境造成严重影响，故B错误。 D．气候变暖的根本原因是二氧化碳等温室气体在空气中的含量增多，而不是工业用电和生活用电的急剧增加，故D错误。 故选AC。 10．下列关于能源的说法正确的是（　　） A．因为自然界中的能量是守恒的，所以我们在使用能源时没必要节约 B．人类在利用能源的过程中，能量在数量上没有减少，但能量的品质降低了 C．大量消耗常规能源会使环境恶化，故提倡开发与利用新能源 D．核能的利用对环境的影响比燃烧石油、煤炭更大 【答案】BC 【详解】AB．人类在利用能源的过程中，因为能量转化、转移是有方向性的，由此导致能量的品质降低，所以能量不会减少，但能源越来越少，故要节约能源，故A错误，B正确； C．大量燃烧煤、石油等常规化石能源，会释放大量二氧化碳、二氧化硫等气体，导致温室效应、酸雨等环境问题。因此，开发和利用太阳能、风能、水能等清洁新能源，是解决能源危机和环境问题的重要途径，故C正确； D．核能利用（如核电站）不产生温室气体和有害气体，对大气环境的直接影响远小于燃烧化石燃料，故D错误。 故选BC。 11．如图所示，我国东海大桥两侧将建成海上风力发电场。每台风力发电机的叶片转动时可形成半径为r的圆面，当地风向可视为与叶片转动的圆面垂直，发电机将此圆面内气流动能转化为输出电能的效率为。风速在范围内，可视为不变。已知风速时每台发电机输出电功率为，空气的密度为，则（　　） A．单位时间内经过每台发电机叶片圆面的气流动能为 B．每台发电机叶片转动时形成的圆面半径约为 C．当风速为时每台发电机的输出电功率约为 D．若每年有风速在，则每台发电机年发电量至少为 【答案】BD 【详解】A．设经历时间为，则单位时间内经过每台发电机叶片圆面的气流动能为，故A错误； B．风速时每台发电机输出电功率为 解得，故B正确； C．由B的分析可知，每台发电机输出的电功率正比于，当风速为时（即风速变为原来的2倍），则每台发电机输出的电功率变为原来的8倍，即，故C错误； D．若每年有风速在，则每台发电机年发电量至少为，故D正确。 故选BD。 12．下列能源中，哪些属于不污染环境的新能源（　　） A．太阳能 B．天然气 C．风能 D．沼气 【答案】AC 【详解】AC．新能源如海洋能、地热能、风能、太阳能等，不会污染环境，故AC符合题意； BD．常规能源如石油，天然气等不属于新能源，也会污染环境。沼气属于生物质能源，属于新能源，但生产和使用过程中可能产生少量污染物（如硫化氢），故BD不符合题意。 故选AC。 三、解答题 新能源主要包括核能、水能、风能、太阳能、生物能等，从具体能源形式来看，电能是非化石能源转化利用最为广泛和有效的方式。下表是对我国能源消费占比统计。 我国能源消费占比统计 消耗能源 2010年 2015年 2020年 煤炭 69.2% 63.8% 56.8% 石油 17.4% 18.4% 18.9% 天然气 4.0% 5.8% 8.4% 非化石能源 9.4% 12.0% 15.9% 13．结合表中数据谈一谈我国能源结构或能源现状的规律。 14．结合教材谈一谈我国在利用新能源发电方面取得的成就。 【答案】13．我国能源结构主要以煤炭为主，能源消耗中不可再生能源占比过大，结构不合理，能源消耗中可再生能源的比例过小。从发展趋势看，非化石能源所占的比例在增加，常规能源所占的比例在下降，能源结构将逐渐趋于合理。 14．2015年年底我国太阳能光伏发电累计并网容量达到；到2015年我国水电装机总量突破，居世界第一；风能发电装机容量居全球第一；我国的核能发电技术居于世界领先地位。 【详解】13．我国能源结构主要以煤炭为主，能源消耗中不可再生能源占比过大，结构不合理，能源消耗中可再生能源的比例过小。从发展趋势看，非化石能源所占的比例在增加，常规能源所占的比例在下降，能源结构将逐渐趋于合理。 14．2015年年底我国太阳能光伏发电累计并网容量达到；到2015年我国水电装机总量突破，居世界第一；风能发电装机容量居全球第一；我国的核能发电技术居于世界领先地位。 15．能源与社会发展 人类对能源的利用大致经历了三个时期，即柴薪时期、煤炭时期、石油时期，请结合图片和自己的切身体会谈谈能源的利用对社会发展的利与弊。 【答案】①有利方面：能源利用的每一次升级（柴薪→煤炭→石油）都极大推动了生产力飞跃（蒸汽机、内燃机及电气化），促进了工业化和城市化，改善了交通与日常生活的便利性。 ②不利方面：大量使用化石能源（如图中所示火力发电）会排放滚滚浓烟，带来严重的大气污染（粉尘、SO₂、NOₓ），加剧温室效应和酸雨，危害人体健康；同时化石能源不可再生，面临枯竭风险。 【详解】①有利方面：人类对能源的利用经历了柴薪、煤炭、石油三个时期，每一次能源升级都极大地推动了社会生产力的飞跃。柴薪时期人类进入农业文明，煤炭时期催生了蒸汽机，开启了工业革命，石油时期则推动了内燃机和电气化的发展，使交通、通信和现代工业体系得以建立。能源的广泛利用使城市化进程加快，人民生活水平显著提高，能源消耗量已成为衡量国家和地区经济发展水平的重要标志之一。 ②不利方面：化石能源的大量使用会给环境带来严重危害。煤炭、石油等燃料燃烧时会产生大量烟尘、二氧化硫、氮氧化物和二氧化碳等污染物。如图中火力发电站排放的滚滚浓烟，不仅造成大气污染，影响空气质量，危害人体呼吸系统健康，而且大量排放的二氧化碳会加剧温室效应，导致全球气候变暖、冰川融化、海平面上升；二氧化硫等酸性气体排放到空气中会形成酸雨，腐蚀建筑物、酸化土壤、破坏森林和水域生态系统。此外，化石能源属于不可再生资源，储量有限，过度开采和使用将导致资源枯竭，同时国际能源争夺也可能引发地区冲突和不稳定因素，因此必须大力发展清洁可再生能源，推动能源结构转型，实现可持续发展。 11 / 11 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $