12.4 能源与可持续发展 同步练-2026-2027学年高二上学期物理人教版必修第三册

高中物理人教版必修第三册 12.4 能源与可持续发展 同步练 （解析版） 【基础训练：对点层练】 知识点一、能量守恒定律 能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中，能量的总量保持不变。 [针对训练]下列关于能量转化的说法正确的是( ) A. 对蓄电池充电时化学能转化为电能 B. 光合作用把光能转化为化学能 C. 人运动是把内能转化为机械能 D. 太阳能电池把太阳能转化为内能 B [解析]对蓄电池充电时电能转化为化学能，故 错误；光合作用把光能转化为化学能存储，故 正确；人运动是把生物能转化为机械能，故 错误；太阳能电池把太阳能转化为化学能，故 错误。 知识点二、能量转移或转化的方向性 1．一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的。 2．能量耗散：在能量转化过程中流散到周围环境中的内能很难再收集起来重新利用的现象。 3．节约能源的根本原因：在能源的利用过程中，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。 4．自然界中的宏观过程具有方向性。 [针对训练](多选)下列关于能量的转化和守恒的说法正确的是(　　) 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 ABC 解析：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；酒精燃烧时，释放热量，故将化学能转化为内能，故B正确；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；人们对太阳能的开发和利用，说明太阳能也可以转化为其他形式的能，故能量不可以凭空产生，故D错误。 知识点三、能源的分类与应用 1．能源的分类 (1)不可再生能源：像煤炭、石油和天然气这类无法在短时间内再生的能源。煤炭、石油和天然气也叫化石能源。 (2)可再生能源：像水能、风能、潮汐能这类在自然界可以再生的能源。 2．我国能源的开发 (1)太阳能发电；(2)水力发电；(3)风能发电； (4)核能发电。 [针对训练]能源可划分为一次能源和二次能源。自然界以现成形式提供的能源称为一次能源；需要依靠其他能源的能量间接制取的能源称为二次能源。下列叙述正确的是( ) A. 水能是二次能源 B. 电能是二次能源 C. 天然气是二次能源 D. 焦炉气是一次能源 B [解析]水能从自然界直接获取，是一次能源， 错误；电能是需要其他能源转化的，是二次能源， 正确；天然气可以直接从自然界获取，是一次能源， 错误；焦炉气是经过加工转化的，属于通过其他能源的能量间接制取，是二次能源， 错误。 【能力提升：同步检测】 考试时间： 75分钟 试卷分值：100分 姓名： 班级： 考号： 成绩： 一、单项选择题（共计7题，每小题4分，共计28分） 1.下列关于能源的说法正确的是(　　) A．太阳能是地球上最主要的能量源泉 B．珠江的水能是用之不尽的 C．天然气是可再生能源 D．基本粒子的运动规律不遵守能量守恒定律 A 解析：太阳能是地球上最主要的能量源泉，故A正确；珠江的水能不是用之不尽的，故B错误；天然气是不可再生能源，故C错误；基本粒子的运动规律遵守能量守恒定律，故D错误。 2.下列说法正确的是(　　) A．随着科技的发展，可以制造出一种机器，使其不消耗任何能量但能源源不断地对外做功 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 答案　C 解析　题述机器违背了能量守恒定律，A错误；太阳辐射大量的能量，地球只吸收了极少的一部分，但辐射到宇宙空间的能量也没有消失，一定是转化成了其他形式的能量，B错误；马和其他动物，包括人要运动，必须消耗能量，动物的能量来源是食物中储存的生物能，C正确；所谓的“全自动”手表内部是有能量转化装置的，只有当人戴着手表活动时，才能不断补充能量，维持手表的运行，如果把表放在桌面上静置一段时间，它一定会停摆的，D错误． 3.低碳生活是一种绿色而又环保的新型生活方式，日常生活注意节电、节油、节气、节水，从点滴做起，保护环境，保护地球．下列关于能源与能量的理解正确的是(　　) A．能量是守恒的，没有必要提倡节约能源 B．能量的耗散表明自然界的能量在利用过程中正在不断地消失 C．自然界中石油、煤炭等能源取之不尽，用之不竭，只需不断开发 D．人类应积极开发与利用风能、太阳能、潮汐能等可再生的新能源 答案　D 解析　在能源的利用过程中，虽然能量在数量上并未减少，但可利用率越来越小，故仍需节约能源，故A错误；能量的耗散表明自然界的能量在转化的过程中可利用率越来越小，但总量不会减小，故B错误；自然界中石油、煤炭指的是亿万年前的大量生物的遗体在地层中经过一系列生物化学变化而生成的，在短时间内不能再生，是不可再生能源，故C错误；风能、太阳能、潮汐能是可再生能源，人类应多开发与利用，故D正确． 4.下列有关风能的说法正确的是( ) ①风能其实是太阳能的一种转换形式 ②风能和水能、太阳能等都是清洁能源 ③风力发电由风能转换为机械能，再转化为电能 ④推广使用可利用太阳能、风能的城市照明系统，发展低碳经济和循环经济，有利于改善环境质量 A. ①②③④ B. ②③④ C. ①②③ D. ①②④ A [解析]地球表面大量空气流动所产生的动能叫风能，而空气流动主要是由两地受阳光照射的强度不同导致的温度差异引起的，故风能是太阳能的一种转换形式，故①正确；风能和水能、太阳能等是可再生的绿色能源，故②正确；风力发电的原理是：风力带动风车叶片旋转，发电机在风车叶片转轴的带动下发电，实现能量从风能转换为机械能，再转化为电能，故③正确；发展低碳经济和循环经济，推广利用太阳能、风能的城市照明系统，降低发电用的能耗，符合低碳环保理念，故④正确。 5.北京时间2022年11月1日4时27分，梦天实验舱成功对接于天和核心舱前向端口，形成“ ”字基本构型。12块太阳能电池板为中国空间站的正常工作提供能量。下列说法正确的是( ) A. 太阳能电池板能将太阳能 转化为电能 B. 能量守恒的过程不一定能自发地发生 C. 人们对太阳能的开发和利用，说明能量可以凭空产生 D. 能的转化过程符合能量守恒定律，因此不会发生能源危机 [解析]选 。因为不可避免的损耗存在，能量的转化达不到 ， 错误； 能量守恒的过程不一定能自发地发生，比如摩擦产生的内能就不能自发转化成机械能， 正确；能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，能量可以相互转化， 错误； 能量在利用和转化的过程中是有方向性的，有些能量很难被重新利用，可能发生能源危机， 错误。 6.某地强风的风速约为v，空气的密度为ρ，如果把通过横截面积S的风的动能完全转化为电能，则用上述已知量计算电功率的公式为(　　) A．P＝ρSv B．P＝ρSv2 C．P＝ρSv3 D．P＝ρSv4 答案　C 解析　风能完全转化为电能，由能量守恒定律得mv2＝Pt，其中m＝ρV＝ρvtS，联立解得P＝＝ρSv3，A、B、D错误，C正确． 7.某台风力发电机，它的叶片转动时可形成半径为 的圆面。某时间内该地区的风速是 ，风向恰好跟叶片转动的圆面垂直。已知空气的密度为 ，假如这个风力发电机能将此圆内 的空气动能转化为电能， 取 ，则此风力发电机发电的功率约为( ) A. B. C. D. B [解析]依题意，风力发电机把空气动能转化为电能，根据能量守恒定律有 ，又因为 ，两式联立，代入题中相关数据求得此风力发电机发电的功率 。 二、多项选择题（共计3题，每小题5分，选对但不全得3分，错选不得分，共计15分） 8.为了减缓大气中CO2浓度的增加，可以采取的措施有(　　) A．禁止使用煤、石油和天然气 B．开发使用核能、太阳能 C．将汽车燃料由汽油改为液化石油气 D．植树造林 答案　BD 解析　能源利用与环境保护是相互制约的，要尽量节约常规能源的使用，大力开发新能源，植树造林． 9.煤炭是重要的能源和化工原料，直接燃烧既浪费资源又污染环境．某企业利用“煤粉加压气化制备合成气新技术”，让煤变成合成气(一氧化碳及氢气总含量≥90%)，把煤“吃干榨尽”．下列有关说法正确的是(　　) A．煤粉加压气化制备合成气过程涉及化学变化和物理变化 B．煤粉加压气化制备合成气过程涉及化学变化但没有物理变化 C．该技术实现了煤的清洁利用 D．该技术实现了煤的高效利用 答案　ACD 解析　煤粉加压气化制备合成气过程中既有物理变化，又有化学变化，A正确，B错误；该技术使煤得以良好利用又环保，C、D正确. 10.如图为装在屋顶上的太阳能电池板，每块电池板的面积为 。晴天时，电池板每平方米每分钟接收到的太阳能为 ，电池板的光电转化效率为 。以下说法不正确的是( ) A. 太阳能为可再生能源 B. 电池板的光电转化效率 表示此过程能量不守恒 C. 晴天时太阳照射 ，每块电池板产生的电能为 D. 晴天时的一天，一块电池板产生的电能可以提供十盏 的白炽灯正常工作 [解析]选 。太阳能可以从自然界里源源不断地得到补充，属于可再生能源，故 正确，不符合题意；电池板的光电转化效率 只是表示太阳能有 能转化成电能，并不代表能量不守恒，故 错误，符合题意；由题意可知晴天时太阳照射 ，每块电池板产生的电能 ，故 错误，符合题意；晴天时的一天，日照按 计算，一块电池板产生的电能 ，能让十盏 的白炽灯工作的时间 ，故 错误，符合题意。 三、填空题（共计2题，第11题6分，第12题9分，共计15分） 11.（1）电动汽车是近几年国家提倡的流行汽车，其电池包括铅酸蓄电池、镍基电池、钠硫电池、二次锂电池、空气电池等。现有一辆汽车装有镍基电池，对于其工作原理。则工作时 转化为电能和内能；充电时 转化为化学能和内能。 （2）物体发生热传递时，热传递的方向从 温物体到 温物体。 解析（1）化学能，电能； （2）高 低 。 12.如图所示，电解槽 和电炉 并联后接到电源上，电源内阻 ，电炉 的电阻 ，电解槽电阻 。当 闭合、 断开时，电炉消耗功率 ， 、 都闭合时，电炉消耗功率 （电炉电阻可看作不变）。求： （1）电源的电动势 ； （2） 、 闭合时，流过电解槽的电流大小 ； （3） 、 闭合时，电解槽中电能转化成化学能的功率 。 答案： （1） 闭合、 断开时，电炉消耗功率为 ，电炉中电流 ，电源电动势 ，解得 。 （2） 、 都闭合时，电炉消耗功率为 ，电炉中电流 ，路端电压 ，流过电源的电流 ，流过电解槽的电流 ，解得 。 （3）电解槽消耗的电功率 ，电解槽内热损耗功率，电解槽中电能转化成化学能的功率 。 四、解答题（共计3题，第13题10分，第14题14分，第15题18分，共计42分） 13．如图所示是一种太阳能草坪节能灯，太阳能电池板供一只“10 V　9 W”的电子节能灯工作．若太阳能电池板接收太阳能的有效面积为0.3 m2，平均1小时得到的太阳能为4×105 J，太阳光按平均一天照8小时计算，恰好可以供电子节能灯工作10小时．问： (1)太阳能节能灯的能量转化情况； (2)太阳能电池板单位面积上接收太阳能的功率为多少？ (3)太阳能节能灯利用太阳能的效率大约是多少？ 答案　(1)见解析　(2)370.4 W　(3)10% 解析　(1)能量转化：太阳能→电能→光能(热能) (2)太阳能电池板单位面积上接收太阳能的功率： P＝ W≈370.4 W. (3)太阳能节能灯利用太阳能的效率： η＝×100%≈10%. 14.无人机是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机。新研究生产的某款航拍器无人机内置的智能电池电动势、容量，其内阻忽略不计。该款无人机正常工作时电池输出稳定的电流，飞行时电动机工作效率，其他设备正常工作时的电功率。 （1）求充满一次电，该款无人机理论上正常工作的最长时间。 （2）求该款无人机正常工作时，其电动机内输出的机械能。 （3） 已知该款无人机的总质量，假设无人机飞行时受到的空气阻力恒为，重力加速度取，求该款无人机竖直上升飞行时的最大速度。 【答案】（1） （2） （3） 【解析】 （1）由题可得理论上无人机正常工作的最长时间。 （2）由，得 ，所以。 （3）当加速度 时无人机速度最大，此时 由 解得。 15.四川省“十二五”水利发展规划指出，若按现有供水能力测算，四川省供水缺口极大，蓄引提水是目前解决供水问题的重要手段之一．某地要把河水抽高20 m进入蓄水池，用一台电动机通过传动效率为80%的皮带，带动效率为60%的离心水泵工作．工作电压为380 V，此时输入电动机的电功率为19 kW，电动机的内阻为0.4 Ω.已知水的密度为1×103 kg/m3，重力加速度取10 m/s2，求： (1)电动机内阻消耗的热功率； (2)将蓄水池蓄入864 m3的水需要的时间(不计进、出水口的水流速度)． 答案　(1)1 kW　(2)2×104 s 解析　(1)设电动机的电功率为P，由P＝UI得 I＝＝＝50 A 设电动机内阻r上消耗的热功率为Pr，则 Pr＝I2r＝502×0.4 W＝1×103 W＝1 kW. (2)设蓄水总质量为M，所用蓄水时间为t.已知抽水高度为h＝20 m，容积为V＝864 m3，水的密度为ρ＝1×103 kg/m3，则M＝ρV＝1×103×864 kg＝8.64×105 kg 设质量为M的河水增加的重力势能为ΔEp，则ΔEp＝Mgh＝1.728×108 J 设电动机的输出功率为P0，则P0＝P－Pr 根据能量守恒定律得P0t×60%×80%＝ΔEp 代入数据解得将蓄水池蓄入864 m3的水需要的时间t＝2×104 s. 1 学科网（北京）股份有限公司 $ 高中物理人教版必修第三册 12.4 能源与可持续发展 同步练 【基础训练：对点层练】 知识点一、能量守恒定律 能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中，能量的总量保持不变。 [针对训练]下列关于能量转化的说法正确的是( ) A. 对蓄电池充电时化学能转化为电能 B. 光合作用把光能转化为化学能 C. 人运动是把内能转化为机械能 D. 太阳能电池把太阳能转化为内能 知识点二、能量转移或转化的方向性 1．一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的。 2．能量耗散：在能量转化过程中流散到周围环境中的内能很难再收集起来重新利用的现象。 3．节约能源的根本原因：在能源的利用过程中，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。 4．自然界中的宏观过程具有方向性。 [针对训练](多选)下列关于能量的转化和守恒的说法正确的是(　　) 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 知识点三、能源的分类与应用 1．能源的分类 (1)不可再生能源：像煤炭、石油和天然气这类无法在短时间内再生的能源。煤炭、石油和天然气也叫化石能源。 (2)可再生能源：像水能、风能、潮汐能这类在自然界可以再生的能源。 2．我国能源的开发 (1)太阳能发电；(2)水力发电；(3)风能发电； (4)核能发电。 [针对训练]能源可划分为一次能源和二次能源。自然界以现成形式提供的能源称为一次能源；需要依靠其他能源的能量间接制取的能源称为二次能源。下列叙述正确的是( ) A. 水能是二次能源 B. 电能是二次能源 C. 天然气是二次能源 D. 焦炉气是一次能源 【能力提升：同步检测】 考试时间： 75分钟 试卷分值：100分 姓名： 班级： 考号： 成绩： 一、单项选择题（共计7题，每小题4分，共计28分） 1.下列关于能源的说法正确的是(　　) A．太阳能是地球上最主要的能量源泉 B．珠江的水能是用之不尽的 C．天然气是可再生能源 D．基本粒子的运动规律不遵守能量守恒定律 2.下列说法正确的是(　　) A．随着科技的发展，可以制造出一种机器，使其不消耗任何能量但能源源不断地对外做功 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.低碳生活是一种绿色而又环保的新型生活方式，日常生活注意节电、节油、节气、节水，从点滴做起，保护环境，保护地球．下列关于能源与能量的理解正确的是(　　) A．能量是守恒的，没有必要提倡节约能源 B．能量的耗散表明自然界的能量在利用过程中正在不断地消失 C．自然界中石油、煤炭等能源取之不尽，用之不竭，只需不断开发 D．人类应积极开发与利用风能、太阳能、潮汐能等可再生的新能源 4.下列有关风能的说法正确的是( ) ①风能其实是太阳能的一种转换形式 ②风能和水能、太阳能等都是清洁能源 ③风力发电由风能转换为机械能，再转化为电能 ④推广使用可利用太阳能、风能的城市照明系统，发展低碳经济和循环经济，有利于改善环境质量 A. ①②③④ B. ②③④ C. ①②③ D. ①②④ 5.北京时间2022年11月1日4时27分，梦天实验舱成功对接于天和核心舱前向端口，形成“ ”字基本构型。12块太阳能电池板为中国空间站的正常工作提供能量。下列说法正确的是( ) A. 太阳能电池板能将太阳能 转化为电能 B. 能量守恒的过程不一定能自发地发生 C. 人们对太阳能的开发和利用，说明能量可以凭空产生 D. 能的转化过程符合能量守恒定律，因此不会发生能源危机 6.某地强风的风速约为v，空气的密度为ρ，如果把通过横截面积S的风的动能完全转化为电能，则用上述已知量计算电功率的公式为(　　) A．P＝ρSv B．P＝ρSv2 C．P＝ρSv3 D．P＝ρSv4 7.某台风力发电机，它的叶片转动时可形成半径为 的圆面。某时间内该地区的风速是 ，风向恰好跟叶片转动的圆面垂直。已知空气的密度为 ，假如这个风力发电机能将此圆内 的空气动能转化为电能， 取 ，则此风力发电机发电的功率约为( ) A. B. C. D. 二、多项选择题（共计3题，每小题5分，选对但不全得3分，错选不得分，共计15分） 8.为了减缓大气中CO2浓度的增加，可以采取的措施有(　　) A．禁止使用煤、石油和天然气 B．开发使用核能、太阳能 C．将汽车燃料由汽油改为液化石油气 D．植树造林 9.煤炭是重要的能源和化工原料，直接燃烧既浪费资源又污染环境．某企业利用“煤粉加压气化制备合成气新技术”，让煤变成合成气(一氧化碳及氢气总含量≥90%)，把煤“吃干榨尽”．下列有关说法正确的是(　　) A．煤粉加压气化制备合成气过程涉及化学变化和物理变化 B．煤粉加压气化制备合成气过程涉及化学变化但没有物理变化 C．该技术实现了煤的清洁利用 D．该技术实现了煤的高效利用 10.如图为装在屋顶上的太阳能电池板，每块电池板的面积为 。晴天时，电池板每平方米每分钟接收到的太阳能为 ，电池板的光电转化效率为 。以下说法不正确的是( ) A. 太阳能为可再生能源 B. 电池板的光电转化效率 表示此过程能量不守恒 C. 晴天时太阳照射 ，每块电池板产生的电能为 D. 晴天时的一天，一块电池板产生的电能可以提供十盏 的白炽灯正常工作 三、填空题（共计2题，第11题6分，第12题9分，共计15分） 11.（1）电动汽车是近几年国家提倡的流行汽车，其电池包括铅酸蓄电池、镍基电池、钠硫电池、二次锂电池、空气电池等。现有一辆汽车装有镍基电池，对于其工作原理。则工作时 转化为电能和内能；充电时 转化为化学能和内能。 （2）物体发生热传递时，热传递的方向从 温物体到 温物体。 12.如图所示，电解槽 和电炉 并联后接到电源上，电源内阻 ，电炉 的电阻 ，电解槽电阻 。当 闭合、 断开时，电炉消耗功率 ， 、 都闭合时，电炉消耗功率 （电炉电阻可看作不变）。求： （1）电源的电动势 ； （2） 、 闭合时，流过电解槽的电流大小 ； （3） 、 闭合时，电解槽中电能转化成化学能的功率 。 四、解答题（共计3题，第13题10分，第14题14分，第15题18分，共计42分） 13．如图所示是一种太阳能草坪节能灯，太阳能电池板供一只“10 V　9 W”的电子节能灯工作．若太阳能电池板接收太阳能的有效面积为0.3 m2，平均1小时得到的太阳能为4×105 J，太阳光按平均一天照8小时计算，恰好可以供电子节能灯工作10小时．问： (1)太阳能节能灯的能量转化情况； (2)太阳能电池板单位面积上接收太阳能的功率为多少？ (3)太阳能节能灯利用太阳能的效率大约是多少？ 14.无人机是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机。新研究生产的某款航拍器无人机内置的智能电池电动势、容量，其内阻忽略不计。该款无人机正常工作时电池输出稳定的电流，飞行时电动机工作效率，其他设备正常工作时的电功率。 （1）求充满一次电，该款无人机理论上正常工作的最长时间。 （2）求该款无人机正常工作时，其电动机内输出的机械能。 （3） 已知该款无人机的总质量，假设无人机飞行时受到的空气阻力恒为，重力加速度取，求该款无人机竖直上升飞行时的最大速度。 15.四川省“十二五”水利发展规划指出，若按现有供水能力测算，四川省供水缺口极大，蓄引提水是目前解决供水问题的重要手段之一．某地要把河水抽高20 m进入蓄水池，用一台电动机通过传动效率为80%的皮带，带动效率为60%的离心水泵工作．工作电压为380 V，此时输入电动机的电功率为19 kW，电动机的内阻为0.4 Ω.已知水的密度为1×103 kg/m3，重力加速度取10 m/s2，求： (1)电动机内阻消耗的热功率； (2)将蓄水池蓄入864 m3的水需要的时间(不计进、出水口的水流速度)． 1 学科网（北京）股份有限公司 $