12.4 能源的可持续发展常见七种题型-2026-2027学年高二上学期物理人教版必修第三册

12.4 能源的可持续发展常见七种题型 题型一　能源的分类与可再生能源 题型二　能量耗散与能量守恒 题型三　生活场景中的能量转化 题型四　节能减排与可持续发展 题型五　风能与太阳能发电功率估算 题型六　水力潮汐发电与能量转化计算 题型七　功能关系与力学综合 题型一　能源的分类与可再生能源 【解题技巧】（能源分类题先抓两条主线：按产生方式分一次能源（煤、石油、天然气、水能、风能、太阳能等直接取自自然界）与二次能源（电能、焦炉气等经加工转换而来）；按能否再生分可再生能源（水能、风能、太阳能）与不可再生能源（煤炭、石油、天然气、核能）。判断时紧扣"是否从自然界直接获取""能否短期补充"两条标准，化石能源一律不可再生，电能永远是二次能源。） 1．以下交通工具中，动力装置所用能源属于可再生能源的是（　　） A．飞机 B．太阳能汽车 C．燃油汽车 D．蒸汽火车 2．下列关于能源的说法中，正确的是（　　） A．煤炭、石油、天然气是不可再生能源 B．由于能量不会凭空产生，也不会凭空消失，总是守恒的，所以节约能源意义不大 C．随着科技不断进步，我们就不需要节约能源 D．水能是不可再生能源 3．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 4．科普小组的同学调查了我省不同类型的发电站，其中利用不可再生能源发电的是（　　） A．小浪底水电站 B．孟津风力电站 C．郑州燃气电站 D．博爱光伏电站 5．有关能源与可持续发展，下列正确的是（　　） A．因为能量在转化过程中是守恒的，所以是不会有能源危机的 B．电能是广泛使用的一次能源 C．目前的核电站都是利用核聚变释放的核能来发电的 D．以风能，太阳能等为代表的可再生能源是未来理想能源的一个重要发展方向 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。未来四十年我国应减少使用的能源是（　　） A．水能 B．石油能源 C．太阳能 D．风能 题型二　能量耗散与能量守恒 【解题技巧】（能量守恒定律指出能量总量不变，既不会凭空产生也不会凭空消失；能量耗散不是能量减少，而是能量的可利用品质降低，反映宏观过程的方向性。解题抓住三点：耗散仍遵循守恒定律、总量不减；第一类永动机违背能量守恒定律，第二类永动机不违背守恒但违背能量转移的方向性；之所以仍要节约能源，正是因为品质降低而非总量减少。） 7．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 8．2023年5月30日， 搭载神舟十六号载人飞船的长征二号 F遥十六运载火箭在酒泉卫星发射中心成功发射，下列关于能量及其转化的说法正确的是（　　）    A．燃料燃烧时内能转化为机械能 B．火箭加速升空的过程中机械能不变 C．在一定条件下各种形式的能量都可以相互转化 D．能量在转移和转化的过程中总会有损耗， 但能量的总量可以增加 9．在能源消耗的过程中，我们无法把一些能源消耗产生的内能收集起来重新利用，这种现象叫作能量的耗散。对于能量耗散理解正确的是（　　） A．能量耗散说明能量在不断的减少 B．能量耗散不遵循能量守恒定律 C．能量耗散说明能量不能凭空产生，但能量却可以凭空消失 D．能量耗散从能量的角度反映出自然界中的宏观过程具有方向性 10．下列说法错误的是（　　） A．物体做曲线运动时，速度方向一定时刻改变 B．经典力学在宏观物体、低速运动、引力不太大时适用 C．卡文迪许通过实验推算出来引力常量G的值 D．能量耗散说明自然界的能量正在不断减少 11．历史上曾有许多人企图发明制造永动机，先是第一类永动机，后是第二类永动机，都成了镜花水月。正是对永动机不可能的论证中，人类发现了能量守恒定律及能量转化的方向性。关于永动机，下列说法正确的是（　　） A．第一类永动机违背了机械能守恒定律 B．第二类永动机违背了能量守恒定律 C．第二类永动机违背了能量转移转化的不可逆性 D．随着科技的发展和人类的进步，第一类永动机终会成功 12．如图所示，甲、乙两金属球完全相同，若将两球从相同的初温加热到相同的末温，且不计悬线和支持面的吸热，依据能量守恒的观点可判断（　　） A．甲球吸热较多 B．乙球吸热较多 C．两球吸热一样多 D．无法比较哪只球吸热较多 题型三　生活场景中的能量转化 【解题技巧】（判断能量转化抓"消耗什么能、得到什么能"，消耗在前、生成在后：压电陶瓷机械能→电能，太阳能板光能→电能，发电机机械能→电能，内燃机做功冲程内能→机械能，摩擦与碰撞通过做功把机械能转化为内能。多选题逐项核对转化链是否完整，注意中间环节（如光能→电能→机械能）；充电与放电过程的转化方向相反。填空题按"消耗能→获得能"的语序作答。） 13．在2023杭州亚运会上，我国撑杆跳运动员李玲再次夺取金牌，下图为她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 14．小小的一颗子弹被抛出后，人可轻易将其接住。但是，子弹被高速射出，则可击穿玻璃，木块甚至石头等。火药的能量转化为子弹的（　　） A．热能 B．重力势能 C．动能 D．弹性势能 15．如图所示，一小孩从公园中粗糙的滑梯上自由加速滑下，其能量的变化情况是（　　）    A．重力势能减小，动能不变，机械能减小，总能量减小 B．重力势能减小，动能增加，机械能减小，总能量不变 C．重力势能减小，动能不变，机械能增加，总能量增加 D．重力势能减小，动能增加，机械能守恒，总能量不变 16．2021年全国青年科普创新实验大赛中风帆车项目是利用自然风吹动风帆车前进，2022年该大赛中太空车项目是利用电池驱动电动机带动太空车攀爬障碍物。关于它们的能量转化，以下说法正确的是（　　） A．都是将电能转化为机械能 B．都是将风能转化为机械能 C．风帆车将风能转化为机械能，太空车将电能转化为机械能 D．风帆车将电能转化为机械能，太空车将风能转化为机械能 17．一种叫作“压电陶瓷”的电子元件，当对它挤压或拉伸时，它的两端就会形成一定的电压，这种现象称为压电效应。一种燃气打火机，就是应用了该元件的压电效应制成的。只要用大拇指压一下打火机上的按钮，压电陶瓷片就会产生10kV~20kV的高压，形成火花放电，从而点燃可燃气体。上述过程中，压电陶瓷片完成的能量转化是（　　） A．化学能转化为电能 B．内能转化为电能 C．光能转化为电能 D．机械能转化为电能 18．某智能百叶窗的叶片上贴有太阳能板，在光照时发电，给电动机供电以调节百叶窗的开合。该过程中发生的能量转换是（　　） A．电能→机械能→光能 B．光能→机械能→电能 C．光能→电能→机械能 D．机械能→电能→光能 19．下列关于能量的转化和守恒的说法中正确的是（　　） 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 20．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，下列说法正确的是（　　） A．工作时化学能转化为电能和内能 B．充电时化学能转化为电能和内能 C．工作时电能转化为化学能和内能 D．充电时电能转化为化学能和内能 21．内燃机一个工作循环有吸气、压缩、做功、排气四个冲程，实现将内能转化为机械能的是______冲程。发动机运行前必须加润滑油，是为了______。某品牌汽车100km耗油7kg，这些汽油完全燃烧要放出______J的热量。（汽油的热值q=4.6×107J/kg） 22．如图所示，热熔钻工艺是在金属薄板上一次加工出孔的技术。钻头与薄板接触时，钻头高速旋转，与薄板剧烈摩擦，将________能转化为内能，使钻头附近的金属迅速升温熔化，从而钻出一个孔。这是通过________的方式改变了物体的内能。 23．如图a所示，锥体从轨道底部释放后会出现“向上”滚动的怪现象，经研究，从侧面看的真实情况如图b所示，图中O为重心，P和为锥体与三角形薄板的接触点。请根据图b从能量的角度来解释锥体“向上”滚动的原因为______。 题型四　节能减排与可持续发展 【解题技巧】（节能减排题用"是否减少化石能源消耗、是否减少排放"作判据：绿色出行、开发风电光伏、随手断电均符合；把高能耗企业异地转移、用木材代替煤发电并未减少消耗，不符合。能源短缺指化石资源有限，环境恶化指燃烧排放改变大气成分。简答题按"能量消耗—对能源交通环境的影响—应对措施"分点作答，注意单位换算（1kW·h=3.6×10⁶J）。） 24．目前某电动汽车应用了最先进的无人驾驶技术。关于电动汽车的描述，错误的是（　　） A．可防止驾驶员疲劳驾驶，实现无人驾驶，体现了实用原则 B．外观炫酷，体现了美观原则 C．电动汽车消耗电能，没有体现可持续发展原则 D．该电动汽车可在常规充电桩上充电，体现了技术规范原则 25．下列措施有助于缓解能源危机、保证可持续发展的有（　　） A．用木材代替煤，进行火力发电 B．将高能耗企业从发达地区转移到欠发达地区 C．少开汽车，多骑自行车或搭乘公共交通工具出行 D．大力开发风力发电，减少火力发电 26．关于能量守恒、能源短缺、环境恶化，下列说法正确的是：（　　） A．自然界的能量虽然守恒，但是我们还是要节约能源，原因是能量在转化过程中存在能量的耗散 B．由于能量守恒，必将导致永动机会制造成功 C．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利用，这叫能源短缺 D．大量煤炭和石油产品在燃烧时排出有害气体污染了空气，改变了大气成分，使环境恶化 27．一般小汽车的汽油消耗量约为，汽油完全燃烧能释放化学能，那么小汽车行驶消耗能量约为，这相当于消耗多少千瓦时的电能？目前我国小汽车的拥有量迅速上升，这对能源、交通、环境等将产生怎样的影响？‍ 题型五　风能与太阳能发电功率估算 【解题技巧】（风力发电核心模型：时间t内流过叶片圆面（半径R）的空气质量 m=ρπR²vt，其动能 E=½mv²，发电功率 P=ηE/t=½ηρπR²v³。记住两个比例关系：P∝R²、P∝v³，故风速加倍功率变8倍、半径加倍功率变4倍。太阳能估算用"单位面积功率×面积×效率"。填空推导题先设时间t写出体积、质量、动能，再除以t并乘转化效率即可。） 28．如图所示，某地有一风力发电机，其叶片转动时可形成半径为20m的圆面。某时间内该地的风速为6m/s，风向恰好跟叶片转动的圆面垂直，该风力发电机可将经过此圆面内空气动能的10%转化为电能，发电的功率约为16kW，则下列说法正确的是（　　） A．若风速变大，则发电的功率变大 B．每秒流经此圆面空气的动能约为1.6kJ C．每秒流经此圆面空气的动能约为16kJ D．经过此圆面空气动能的90%转化为内能 29．如图所示，风力发电机的叶片转动时可形成半径为R的圆面。某段时间内该区域的风速大小为v，风向恰好与叶片转动的圆面垂直。已知空气的密度为ρ，风力发电机将空气动能转化为电能的效率为η，则此风力发电机发电的功率为（　　） A． B． C． D． 30．青岛市即墨区鳌山湾一带受崂山余脉和海岛影响，形成了长达60多公里的狭长“疾风带”，为风力发电创造了有利条件，目前该地风电总装机容量已达18万千瓦。如图，风力推动三个叶片转动，叶片带动转子（磁极）转动，在定子（线圈）中产生电流，实现风能向电能的转化。已知叶片长为r，风速为v，空气密度为，流到叶片旋转形成的圆面的空气中约有速度减速为0，原速率穿过，不考虑其他能量损耗。下列说法正确的是（     ） A．在时间内流过扇叶的空气体积为 B．在时间t内流过扇叶的空气质量为 C．一台风力发电机的发电功率约为 D．一台风力发电机的发电功率约为 31．如图所示，某地有一风力发电机，其叶片转动时可形成半径为20m的圆面。某时间内该地的风速为，风向恰好跟叶片转动的圆面垂直，已知空气的密度为，假如这个风力发动机将此圆面内的空气动能转化为电能。取，则下列说法正确的是（　　） A．此圆面内的空气动能全部转化为内能 B．每秒流经风力发电机空气的动能约为31.2kJ C．风力发动机产生的电功率约为15.6kW D．若风速变为原来的2倍，则电功率将变为原来的4倍 32．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．当风速为时每台发电机的输出电功率约为 C．每台发电机叶片转动时形成的圆面半径约为 D．若每年有风速在，则每台发电机年发电量至少为 33．光伏发电是利用太阳能的技术之一，它利用太阳能电池板，将照射在其上的太阳能转化为电能。农村居民院落或屋顶的光伏发电装置除满足居民家庭用电，还可向电网供电获得收益。太阳光垂直照射地面，在每平方米的面积上，平均每分钟能得到8.4×104J的太阳能量，如果我们能利用太阳能的10%，那么在面积为50 m2的屋顶上可以利用的太阳能的功率最大为（　　） A．7 kW B．8.4 kW C．70 kW D．420 kW 34．某地有一风力发电机，它的叶片转动时可形成半径为20m的圆面。某时间内该地区的风向恰好跟叶片转动的圆面垂直，已知空气的密度为1.2kg/m3，假如这个风力发电机能将此圆内空气动能的10%转化为电能，若该风力发电机的发电功率约为1.63×104W，则该地区的风速约为（　　） A．10m/s B．8m/s C．6m/s D．4m/s 35．太阳能及风能是清洁能源，我国已经建成众多的太阳能及风力发电场。风力发电是利用风的动能推动风力发电机的叶片转动而产生电能的。某地区安装有20台超大型风力发电机，每片扇叶长达，该地区常年的平均风速，风向跟叶片转动的圆面垂直，空气的密度，风力发电机的叶片转动时可形成半径的圆面。已知风力发电机能将通过圆面的空气的动能的转化为电能。则每台风力发电机的发电功率为（　　） A． B． C． D． 36．我国南方某学校的物理实验小组想粗略估测太阳的辐射功率，他们在夏至前后的某天中午做了如下实验：取一个横截面积为S、形状矮粗的厚壁泡沫塑料圆筒，装入质量为m的水，用透明塑料薄膜将筒口封闭，将圆筒放在水平地面上，使太阳光垂直照射在水面上。经过一段时间t，测得水的温度升高了。已知日地距离为r，水的比热容为c，辐射到地球的太阳能量中50%穿过大气层到达地面，认为照射到水面上的太阳光的能量全部被水吸收，不计实验过程中的热损失。下列说法正确的是（　　） A．根据实验数据计算出的地球表面每平方米得到的太阳辐射功率 B．根据实验数据计算出的太阳辐射功率 C．若换用横截面积更大的圆筒做实验，测得的太阳辐射功率P0应变小 D．若在楼顶露台上做实验，测得的太阳辐射功率P0应变小 37．新疆达坂城风口的风速约为，设该地空气的密度为，把通过横截面积的风能转化为电能（转化效率），利用上述已知量推导计算电功率的公式为___________，代入数据得到电功率的大小为___________。 题型六　水力潮汐发电与能量转化计算 【解题技巧】（水力潮汐发电本质是重力势能转化为电能：先算一次涨（退）潮参与发电的水质量 m=ρV 或 m=ρSh，水位变化高度取题给潮差，发电能 E电=ηmgh；注意每天两次涨潮两次退潮、共发电四次。功能关系计算题把电能、内能一并计入能量守恒方程，逐项列写做功与能量去向，效率η乘在总势能上；估算题数量级用科学记数法保留两位有效数字。） 38．庐山瀑布“飞流直下三千尺，疑是银河落九天”瀑布高150m，水流量10m3/s，假设利用瀑布来发电，能量转化效率为70%，则发电功率为（   ） A．109W B．107W C．105W D．103W 39．由于4月梅州连日强降雨，蕉岭县长潭水库泄洪闸孔全开泄洪。如图所示，已知泄洪流量为，水位落差100m，水的密度为泄洪时，水流的重力势能有25%转化为电能，取 ，按照以上数据估算发电站的发电功率是（　　） A． B． C． D． 40．如图甲所示，某海湾水面面积较大，现利用这个海湾修建一座水坝。若涨潮后关上水坝下方通道的闸门，可使水位保持在20m不变。退潮时，坝外水位降至16m。假如利用此水坝建水力发电站（水流经通道即可带动发电机工作），且重力势能转化为电能的效率是25%，每天有两次涨潮、两次退潮，海水的密度约为1.0103kg/m3。如图乙所示，涨潮和退潮时水流都能推动水轮机发电，该电站一天大约能发电9.61010J，取g=10m/s2，则该海湾水面面积约为（　　） A．1.0106m2 B．1.2106m2 C．2.4106m2 D．4.8106m2 41．构建和谐型、节约型社会深得民心，遍布于生活的方方面面。自动充电式电动自行车就是很好的一例，电动自行车的前轮装有发电机，发电机与蓄电池连接，当骑车者用力蹬车或电动自行车自动滑行时，自行车就可以通过发电机向蓄电池充电，将其他形式的能转化成电能储存起来。现有某人骑车以600J的初动能在粗糙的水平路面上滑行，第一次关闭自动充电装置，让车自由滑行，其动能随位移变化关系如图中的线①所示；第二次启动自动充电装置，其动能随位移变化关系如图线②所示，则第二次向蓄电池所充的电能是（　　）    A．600J B．360J C．300J D．240J 42．如图所示为一种环保“重力灯”，让重物缓慢下落，拉动绳子，从而带动发电机转动，使小灯泡发光。大连市第八中学物理小组成员在某次实验中测量“重力灯”中的重物的质量为18kg，它在30min内缓慢下落了2m使规格为“1.5V，0.12W”的小灯泡正常发光，不计绳子重力，则可以推断出这次实验中：      （1）重物重力做功为___________J； （2）30min内产生的电能为___________J； （3）重物重力势能转化为灯泡电能的效率为___________%。 43．某海湾共占面积，海水密度约为，涨潮时水深，若利用这个海湾修建一座水坝，此时关上水坝的闸门时，可使水位保持不变。退潮时，坝外水位降至。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，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10m/s2）？ 44．潮汐电站是利用潮汐，将海洋潮汐能转换成电能的装置。浙江省温岭县的江厦潮汐电站，是世界上已建成的较大的双向（涨潮、落潮时都能发电）潮汐电站之一。如图所示，该电站拦潮坝全长670m，水库有效库容270万立方米，平均潮差5.0m。每天有两次涨潮，假设每次到高潮位时开闸发电，直至将水库灌满。等到低潮位时再次开闸发电，直至将水库清空。通过水的重力做功转化为电能，效率为20%，问该电站平均一天能发出多少度电？（） 题型七　功能关系与力学综合 【解题技巧】（功能关系综合题的通法：分过程列动能定理，明确"除重力外其他力做的功等于机械能变化量"，摩擦生热 Q=f·s相对。涉及圆周最高点先用临界条件（重力提供向心力）求最小速度；板块模型先受力分析判断是否共速，共速后整体分析再减速。求热量用能量守恒：初机械能减末机械能等于产生的内能与其他形式能量之和，逐段核对能量去向不重不漏。） 45．韩晓鹏是我国首位在冬奥会雪上项目夺冠的运动员。他在一次自由式滑雪空中技巧比赛中沿“助滑区”保持同一姿态下滑了一段距离，重力和阻力对他做功的情况如图所示。韩晓鹏在此过程中（　　） A．动能增加了 B．重力势能减小了 C．内能增加了 D．机械能减小了 46．2022年2月18日，我国选手谷爱凌荣获北京冬奥会女子滑雪U型槽项目的冠军。如图所示，型槽可简化成由、两个相同的四分之一圆弧与水平雪道组成，与圆弧雪道相切。质量为的谷爱凌（可视为质点）从点自由下落，由左侧点进入型槽中，从右侧点自由飞出后上升至点。其中，，圆弧半径。不计空气阻力，下列判断正确的是（重力加速度为g）（　　） A．谷爱凌运动到点的速度为 B．谷爱凌首次运动到点时，对点的压力为 C．谷爱凌由到过程损耗的机械能比到过程的大 D．谷爱凌第二次离开型槽后，最高能够到达相对于点的位置 47．如图所示，竖直平面内的轨道装置由半径的光滑半圆轨道和半径的光滑半圆轨道组成。、分别为两半圆轨道的最高点，、分别为两半圆轨道的圆心，点与圆心等高。水平地面与半圆轨道最低点平滑连接。间隙很小，宽度不计，物块（视为质点）可从中通过。水平地面上点处固定一竖直挡板，点放置一物块（视为质点）。、间地面光滑，、间地面粗糙。一轻质弹簧水平置于、之间，左端固定在挡板上，右端与物块接触（未拴接，弹簧处于原长）。已知物块质量，、间地面长度，物块与、间地面的动摩擦因数，重力加速度。现使物块压缩弹簧（始终在弹性限度内），某时刻由静止释放物块。 (1)若物块释放后恰好能运动到点，求： ①物块经过点时对轨道的压力的大小； ②释放时弹簧弹性势能的大小。 (2)若物块能沿两半圆轨道到达点，求：释放时弹簧的弹性势能最小值。 48．如图所示，一质量M＝1kg的绝缘长木板静止于水平地面上，在距其最左端L＝1m处存在宽度d＝2m、方向竖直向下的匀强电场区域，电场强度E＝300N/C。一质量m＝1kg、带电量C的物块（可视为质点）放在长木板的最左端，物块在F＝10N的水平向右恒力作用下从静止开始运动，在物块刚离开电场右边界时撤去外力F，物块最终未从长木板末端滑离。若物块与长木板之间的动摩擦因数为，长木板与地面之间的动摩擦因数为，重力加速度g＝10m/s2，若最大静摩擦力等于滑动摩擦力，不计物块电量损失，求： （1）物块刚进入电场区域时的速度大小； （2）长木板从开始运动至与物块共速所用的时间； （3）木板与地面摩擦而产生的热量。 49．如图所示，从A点以的水平速度抛出一质量的小物块（可视为质点），当小物块运动至B点时，恰好沿切线方向进入固定的光滑圆弧轨道BC，圆弧轨道BC的圆心角，经圆弧轨道后滑上与C点等高、静止在粗糙水平面上的长木板上，圆弧轨道C端切线水平。已知长木板的质量，A、B两点距C点的高度分别为、，小物块与长木板之间的动摩擦因数，长木板与地面间的动摩擦因数，设最大静摩擦力等于滑动摩擦力，，， （1）求小物块水平抛出时，初速度的大小； （2）求小物块滑至C点时，圆弧轨道对小物块的支持力大小； （3）求出长木板至少为多长，才能保证小物块不滑出长木板？ （4）求整个运动过程中产生的热量。 《12.4 能源的可持续发展常见七种题型》参考答案 答题卡 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 B A B C D B C C D D C 12 13 14 15 16 17 18 19 20 24 25 B C C B C D C ABC AD C CD 26 28 29 30 31 32 33 34 35 36 38 ACD A D D C C A C C B B 39 40 41 45 46 A B D D AC 题型一　能源的分类与可再生能源 1．B 【详解】AC．燃油为不可再生能源，故AC错误； B．太阳能是可再生能源，故B正确； D．蒸汽机燃料为不可再生能源，故D错误。 故选B。 2．A 【详解】A．煤炭、石油、天然气是化石燃料，属于不可再生能源，故A正确； B．虽然能量不会凭空产生，也不会凭空消失，但是能量在转化的过程中可利用的品质会降低，所以人类仍然需要节约能源，故B错误； C．随着科技不断进步，更需要提高能源的利用率，应更多的节约能源，故C错误； D．水具有循环性，属于可再生能源，故D错误。 故选A。 3．B 【详解】A．水能从自然界直接获取，是一次能源，A错误； B．电能是需要其他能源转化的，是二次能源，B正确； C．天然气可以直接从自然界获取，是一次能源，C错误； D．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，D错误。 故选B。 4．C 【详解】水能、风能和太阳能可以从自然界中源源不断地得到，属于可再生能源；燃气属于化石能源，化石能源属于不可再生能源。 故选C。 5．D 【详解】A．能源在转化过程中虽然守恒，但并不是所有的能源都能够被人类所利用，目前作为人类主要能源的化石能源正逐渐被消耗，A错误； B．电能不能从自然界直接获取，是二次能源，B错误； C．核电站是通过核裂变来发电的，C错误； D．以风能，太阳能等为代表的可再生能源是未来理想能源的一个重要发展方向，D正确。 故选D。 6．B 【详解】水能、风能、太阳能属于可再生能源，使用过程污染少，环保；而石油能源属于不可再生能源，使用过程中向空气中排碳，污染严重，所以我国应减少使用石油能源，ACD错误，B正确。 故选B。 题型二　能量耗散与能量守恒 7．C 【详解】A．太阳能转化为电能过程中能量总和不变，故A错误； B．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； C．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； D．能量耗散说明能量在转化过程中具有方向性，故D错误。 故选C。 8．C 【详解】A．火箭内燃料燃烧时，将燃料的化学能转化为内能，故A错误； B．火箭加速升空的过程中，动能和重力势能都增加，则机械能增加，选项B错误； C．在一定条件下各种形式的能量都可以相互转化，选项C正确； D．能量在转移和转化的过程中总会有损耗， 但能量的总量保持不变，选项D错误。 故选C。 9．D 【详解】A．能量耗散是能量变成了无法收集利用的内能，能量不会减少，故A错误； B．能量守恒定律适用于整个自然界，物质能量变化遵循能量守恒定律，故能量耗散遵循能量守恒定律，故B错误； C．能量既不能凭空产生，也不能凭空消失，故C错误； D．能量耗散是一个宏观过程，代表着能量向不可收集利用的方向转化，反映出自然界中的宏观过程具有方向性，故D正确。 故选D。 10．D 【详解】A．物体做曲线运动时，速度方向一定时刻改变，A正确，不符合题意； B．经典力学在宏观物体、低速运动、引力不太大时适用，B正确，不符合题意； C．卡文迪许通过实验推算出来引力常量G的值，C正确，不符合题意； D．能量耗散指的是能量的可利用率越来越低，由能量守恒定律可知，自然界的能量总量是不变的，D错误，符合题意。 故选D。 11．C 【详解】AD．第一类永动机违背了能量守恒定律，不可能制造成功，故AD错误； BC．第二类永动机违背了能量转移转化的不可逆性，故B错误，C正确。 故选C。 12．B 【详解】温度升高，球的体积变大，甲球膨胀后重心下降，重力对甲球做正功，重力势能减少，乙球膨胀后重心上升，重力对乙球做负功，重力势能增加，根据能量守恒可知，乙球吸收的热量大于甲球吸收的热量，B正确，ACD错误； 故选B。 题型三　生活场景中的能量转化 13．C 【详解】A．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杆，故A错误； BC．运动员起跳过程中，杆先由直变弯，运动员的动能转化为杆的弹性势能和运动员的重力势能，然后杆再由弯变直，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； D．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。 故选C。 14．C 【详解】由能量关系可知，火药的能量转化为子弹的动能。 故选C。 15．B 【详解】小孩从公园中粗糙的滑梯上自由加速滑下，高度不断减小，重力做正功，重力势能减小，小孩加速下滑，小孩的动能增大。小孩在下滑过程中克服摩擦力做功，一部分机械能转化为内能，机械能减小，总能量不会凭空产生和消失，总能量不变。 故选B。 16．C 【详解】风帆车项目是利用自然风吹动风帆车前进，风帆车是将风能转化为机械能，太空车项目是利用电池驱动电动机带动太空车攀爬障碍物，太空车是将电能转化为机械能。 故选C。 17．D 【详解】压电陶瓷片能量转化前要消耗机械能（大拇指压一下打火机上的按钮），转化后得到了电能（产生10kV~20kV的高压，形成火花放电），故ABC错误，D正确。 故选D。 18．C 【详解】太阳能板在光照时发电，把光能转化为电能；电能供给电动机，转化为机械能，调节百叶窗的开合，故该过程中发生的能量转换是光能→电能→机械能。 故选C。 19．ABC 【详解】A．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； B．酒精燃烧时，释放热量，故将化学能转化为内能，故B正确； C．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； D．人们对太阳能的开发和利用，说明太阳能也可以转化为其它形式的能，故能量不可以凭空产生，故D错误。 故选ABC。 20．AD 【详解】AC．电池工作时化学能转化为电能，同时由于用电元件发热，也转化为部分内能，故A正确，C错误； BD．充电时电能转化为化学能，同时由于用电元件发热，也转化为部分内能，故B错误，D正确。 故选AD。 21． 做功 减小摩擦 3.22×10⁸ 【详解】[1]内燃机的四个冲程中，把内能转化为机械能的是做功冲程； [2]加润滑油的目的是减小摩擦，提高机械效率； [3]这些汽油完全燃烧放出的热量为 Q＝mq＝7 kg×4.6×10⁷ J/kg＝3.22×10⁸ J。 22． 机械 做功 【详解】[1][2]当钻头与薄板相互摩擦时，要克服摩擦做功，此过程中将机械能转化为内能，两者的内能都会增大，温度急剧升高，这是通过做功的方式改变了物体的内能。 23．重力势能减小，动能增加 【详解】由图可知，锥体“向上”滚动时，重心降低，重力势能减小，动能增加。 题型四　节能减排与可持续发展 24．C 【详解】A．电动汽车无人驾驶技术可防止驾驶员疲劳驾驶，实现无人驾驶，体现了实用原则，故A正确； B．电动汽车外观炫酷，体现了美观原则，故B正确； C．电动汽车消耗电能，减少尾气排放，减少环境污染，体现了可持续发展，故C错误； D．该电动汽车可在常规充电桩上充电，体现了技术规范原则，故D正确。 本题选错误项，故选C。 25．CD 【详解】A．用木材代替煤，进行火力发电，不能减少电能的消耗，也不能减少化石燃料的使用，不能做到节能减排，无助于缓解能源危机、保证可持续发展，故A错误； B．将高能耗企业从发达地区转移到欠发达地区，不能减少化石燃料的使用，也不能做到节能减排，无助于缓解能源危机、保证可持续发展，故B错误； C．少开汽车，多骑自行车或搭乘公共交通工具，可减少污染物的排放，减少化石能源的使用，有助于缓解能源危机、保证可持续发展，故C正确； D．大力开发风力发电，减少火力发电，可减少污染物的排放，减少化石能源的使用，有助于缓解能源危机、保证可持续发展，故D正确。 故选CD。 26．ACD 【详解】A．自然界的能量虽然守恒，但是我们还是要节约能源，原因是能量在转化过程中存在能量的耗散，故A正确； B．第一类永动机不可能制成，因为违背了能量守恒定律；第二类永动机不违背能量守恒，但是违背热力学第二定律，故B错误； C．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利用，这叫能源短缺，故C正确； D．大量煤炭和石油产品在燃烧时排出有害气体污染了空气，改变了大气成分，使环境恶化，故D正确。 故选ACD。 27．91.67kW·h；增加石油能源的消耗，提升交通压力，大气污染加剧 【详解】相等于消耗的电能为 小汽车的拥有量迅速上升，对石油能源的消耗急剧上升，同时也会增加交通压力，汽油的大量消耗也会产生大量的污染，使大气污染加剧。 题型五　风能与太阳能发电功率估算 28．A 【详解】A．时间内穿过圆面空气的质量为 则发电功率为 解得 可知，若风速变大，则发电的功率变大，故A正确； BC．令，则有 解得 故BC错误； D．该风力发电机可将经过此圆面内空气动能的10%转化为电能，空气还存在一定的动能，则经过此圆面转化为内能的值小于空气动能的90%，故D错误。 故选A。 29．D 【详解】设在时间t内通过叶片的空气动能 则发电机发电的功率 联立解得 故选D。 30．D 【详解】A．时间内，风速为，到达叶片扫过圆面的空气会形成一个横截面积、长度为的空气柱，因此流过圆面的空气体积为 则流过扇叶的空气体积为，故A错误； B．圆面的空气质量为 流过扇叶的空气质量为，故B错误； CD．发电机的发电功率等于单位时间内空气减少的动能，的空气动能降为0，则动能减少量（即转化得到的电能） 得发电功率，故C错误，D正确。 故选D。 31．C 【详解】A．此圆面内剩余的动能，其中可能有部分动能没有被吸收利用而耗散掉有的转化为内能，故A错误； B．单位时间内风力发电机叶片圆面的气流的体积为 每秒流经涡轮机空气的动能约为 故B错误； C．依题意，风力发动机产生的电功率约为 故C正确； D．风力发动机产生的电功率 若风速变为原来2倍，则电功率将变为8倍，故D错误。 故选C。 32．C 【详解】A．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．根据 可知每台发电机的输出电功率与成正比，结合题意有 解得 故B错误； C．风速时每台发电机输出电功率为，则有 解得 故C正确； D．若每年有风速在，则每台发电机年发电量至少为 故D错误。 故选C。 33．A 【详解】令历时为t，能够利用的太阳能 根据功率的表达式有 解得 BCD错误，A正确。 故选A。 34．C 【详解】设风速为v，则在时间t内吹到叶片上的空气的质量 m=vtSρ=vtπr2ρ 则 解得 带入数据解得 v≈6m/s 故选C。 35．C 【详解】设单位时间（）内通过每台风力发电机叶片转动形成圆面的空气的体积为、动能为，则有 解得 选项C正确。 36．B 【详解】A．地球表面每平方米得到的太阳辐射功率为单位时间单位面积地面接收的太阳能，水吸收的热量全部来自地面接收的太阳辐射，即 得，故A错误； B．太阳总辐射功率均匀分布在以日地距离为半径的球面上，大气层外单位面积太阳功率为，其中50%到达地面，因此有 整理得，故B正确； C．太阳辐射功率是太阳本身的固有属性，与实验圆筒横截面积无关；且换用更大横截面积圆筒时，水的质量与横截面积成正比，计算时的比值不变，故C错误； D．楼顶海拔更高，大气层厚度更小，太阳辐射被大气削弱更少，相同时间相同面积下水升高的温度更大，代入公式测得的更大，故D错误。 故选B。 37． 【详解】[1]设时间t内通过横截面积的风能为 电功率为 [2]代入数据得到电功率的大小为 题型六　水力潮汐发电与能量转化计算 38．B 【详解】由题知，Δt时间内流出的水量为 m = ρQΔt = 1.0×104Δt 发电过程中水的重力势能转化为电能，则有 故选B。 39．A 【详解】由题意可知t时间内流水的体积 发电功率为 代入数据可得 故选A。 40．B 【详解】由于海洋很大，大坝外的海平面高度在海水流入、流出水库过程中几乎不变，故发电时水减少的重力势能 一天发电四次，转化成的电能 其中h=4m、代入题中数据解得 故选B。 41．D 【详解】设自行车的总质量为m，第一次关闭自动充电装置，由动能定理有 第二次启动自动充电装置，由功能关系有 代入数据解得 故选D。 42． 360 216 60 【详解】（1）[1]重物重力做功为 （2）[2]30min内产生的电能 （3）[3]重物重力势能转化为灯泡电能的效率为 43． 【详解】一次涨潮水质量 一次涨潮水的重力势能变化 一次涨潮水的重力势能转化为电能 故该电站一次退潮能发电能。 44．1.5×104度 【详解】一次涨潮水增加的重力： G=mg=ρVg=1.0×103kg/m3×2.7×106m3×10N/kg=2.7×1010N 一天产生的水的势能： W=4G∙△h=4×2.7×1010N××5m=2.7×1011J 水的势能变为电能 W电=ηW=20%×2.7×1011J=5.4×1010J=1.5×104kW•h=1.5×104度 题型七　功能关系与力学综合 45．D 【详解】A．根据动能定理可得动能增加了 A错误； B．重力势能的变化用重力做功衡量，则有 故重力势能减小了，B错误； CD．除重力外，其他做功用来衡量机械能的变化，则有 可知机械能减小了，减少的机械能变成了内能，即内能增加了，C错误，D正确； 故选D。 46．AC 【详解】A．谷爱凌从点自由下落到点过程，则有 解得谷爱凌运动到点的速度为 A正确； B．谷爱凌从点自由下落到第一次到点过程，根据动能定理可得 谷爱凌经过点时，根据牛顿第二定律可得 解得 根据牛顿第三定律可知谷爱凌首次运动到点时，对点的压力小于，B错误； C．谷爱凌从到的过程，由于轨道存在摩擦，谷爱凌在运动过程中克服摩擦力做功，机械能越来越小，在左右圆弧轨道对称的同高度位置重力势能相同，左侧的动能大于右侧的动能，故左侧运动时需要提供较大的向心力，轨道支持力较大，比较左右圆弧轨道对称的同高度位置，左侧的运动时受到的摩擦力也较大，故从到过程中克服摩擦力做的功比从到过程中克服摩擦力做的功多，可知谷爱凌由到过程损耗的机械能比到过程的大，C正确； D．设谷爱凌第一次经过型槽过程，克服摩擦力做功为，根据动能定理可得 解得 谷爱凌第二次经过型槽过程，克服摩擦力做功为，由于第二次经过型槽的平均速率小于第一次经过型槽的平均速率，可知 假设谷爱凌第二次离开型槽后，最高能够到达相对于点的位置，根据动能定理可得 联立解得 D错误； 故选AC。 47．(1)①；② (2) 【详解】（1）①物块恰好到C点，，从B到C由动能定理有 解得 在B点，由向心力公式 解得 根据牛顿第三定律，物块对轨道的压力 ②从释放到C点，由能量守恒，弹性势能全部克服摩擦力和重力做功 代入数据得 （2）物块能到达G点，需要同时满足两个竖直圆周最高点的临界条件（重力提供向心力），对D点（大半圆最高点） 解得 对G点（小半圆最高点） 解得 从D到G由动能定理 若满足，则 即，G点自动满足条件； 若仅满足G点临界，，无法通过D点，因此临界情况为D点恰好达到最小速度，从释放到G点由能量守恒定律有 解得 48．（1）；（2）；（3） 【详解】（1）对物块根据牛顿第二定律可得 代入数据解得加速度大小为 对长木板根据牛顿第二定律可得 解得加速度大小为 所以物块进入电场前，木板处于静止状态，对物块根据速度—位移关系可得 代入数据解得 （2）设物块进入电场中时，物块的加速度大小为，根据牛顿第二定律可得 代入数据解得 说明物块进入电场后匀速运动，设物块在电场中运动时间为，则有 代入数据解得 物块在电场中运动过程中，设木板的加速度大小为，根据牛顿第二定律可得 代入数据解得 当物块刚要离开电场时，木板的速度为 物块离开电场后，设物块的加速度大小为，则有 代入数据解得 对木板分析可得 所以木板匀速运动。 物块离开电场后，物块与木板共速的时间为，则有 代入数据解得 则长木板从开始运动至与物块共速所用时间 （3）从物块进入电场到离开电场过程中，木板的位移 物块离开电场到二者共速，木板的位移 共速后二者一起减速运动的加速度大小为，根据牛顿第二定律可得 代入数据解得 根据速度—位移关系可得 因木板与地面摩擦而产生的热量 49．（1）4m/s；（2）；（3）；（4） 【详解】（1）A到B平抛 解得 （2）有 B到C动能定理 C点有 （3）因为，所以长木板相对地面静止 （4）由功能关系有 解得 第 1 页 第 1 页 学科网（北京）股份有限公司 $