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四、能源与可持续发展
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题型分组练
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题型01 能量转化的效率...................................................................................2
题型02 能源与可持续发展...............................................................................4
创新拓展练 ...........................................................................................................................6
题型分组练
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学学科科网网（（北北京京））股股份份有有限限公公司司题型01 能量转化的效率
1．如图所示，白炽灯的能量转化示意图表明其工作时的效率 ；一盏工作时的效率为30%的
节能灯，要达到60W白炽灯的亮度，其功率应为 W。节能灯产生的内能散失到空气中，无法自动
转化为电能，表明能量的转化是具有 。
【答案】 10％ 20 方向性
【详解】（1）白炽灯的总功是消耗的100J的电能，有用功是10J的光能．发光效率
η=W /W =10J/100J=10%
有 总
节能灯的发光亮度要和白炽灯相同，就需要让两者的有用功相同．
60W×10%=P ×30%，
节能灯
P =20W
节能灯
（2）能量的转化和守恒定律即指能量在转化和转移中总量保持不变，但能量在转化中具有方向性。
2．北京时间2025年4月24日17时17分，搭载神舟二十号载人飞船的长征二号F遥二十运载火箭在
酒泉卫星发射中心点火发射成功。火箭升空时，燃料燃烧释放的内能转化为 能，散失的能量越少，
发动机效率越 （选填“高”或“低”）。
【答案】 机械 高
【详解】火箭升空时，燃料燃烧过程中，将化学能转化为燃气的内能，又将内能转化为火箭的机械能。
内燃机的效率等于用来做有用功的能量与燃料完全燃烧放出的能量之比，散失的能量越少，燃烧放出
的热量越多，转化成的有用功越多，使得发动机的效率越高。
3．许多太阳能路灯，其灯杆顶端是太阳能电池板，它能将太阳能转化为电能，并向灯杆下方的蓄电
池充电，太阳能是 （清洁/非清洁）能源，供夜晚路灯照明。若在一定时间内，太阳光辐射到该太阳
能电池板的能量为2.7×107J，这与完全燃烧 kg的煤放出的热量相当；这些能量经转化后，可供功率
为35W的路灯工作60h，那么该太阳能路灯的能量转化效率是 %（煤的热值为3.0×107J/kg）。
【答案】 清洁 0.9 28
【详解】太阳能是清洁能源，没有污染。
完全燃烧煤的质量为
有效利用的能量为
W =Pt=35W×60×3600s=7.56×106J
有效
该太阳能路灯的能量转化效率是
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学学科科网网（（北北京京））股股份份有有限限公公司司4. 如图所示为某机器的能量流向图。下列关于该机器的说法中正确的是（ ）
A．该机器可能是电动机 B．该机器的热效率为10%
C．图示过程是能量的转移过程 D．图示过程不遵循能量守恒定律
【答案】A
【详解】A．电动机是主要将电能转化成机械能，同时自身发热，产生一部分热量的装置，由图可知，
电能转化成机械能和内能，所以可能是电动机，故A正确；
B．热效率是指吸收的热量（有用功）与总能量的比值。这个过程没有吸收的热量，不能计算热效率，
转化为的20J的内能是浪费的能量，浪费的能量占比为10%，不能说热效率为10%，故B错误；
C．由图可知，电能转化为了机械能和内能，是能量的转化过程，不是能量的转移过程，故C错误；
D．机器发生了能量的转化，由电能转化为机械能和内能，电能大小等于转化后机械能和内能之和，
在能量的转化过程中，遵循能量守恒定律，故D错误。
故选A。
5. 某电动机的效率是87%，下列选项符合电动机能量流向的是（ ）
A B
C D
【答案】D
【详解】A．输入和输出能量相等，要符合能量守恒定律，故A不符合题意；
BCD．由题意知，电动机的效率是87%，能量没有全部转化为机械能，机械效率也不可能为1，电动
机的效率是有用功与总功之比，所以电动机87%的能量转化为机械能，故BC不符合题意，D符合题意。
故选D。
题型02 能源与可持续发展
6. 下列关于能源和可持续发展的描述中错误的是（ ）
A．能量的转化、转移都是有方向性的
B．核反应堆是可控的链式反应装置
C．为了保护环境应全面禁止使用化石能源
D．太阳能、风能、水能都是可再生能源
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学学科科网网（（北北京京））股股份份有有限限公公司司【答案】C
【详解】A．能量的转化和转移是有方向性的，具有不可逆性，故A正确，A不符合题意；
B．核电站的核心是核反应堆，它以铀为核燃料，核反应堆中发生的是核裂变反应，核裂变中的链式
反应是可以控制的，故B正确，B不符合题意；
C．化石能源在使用过程中会产生大量废气，为了保护环境、控制和消除大气污染，应减少使用化石
能源，而不是禁止，故C错误，C符合题意；
D．太阳能、风能、水能可在自然界中源源不断得到，都是可再生能源，故D正确，D不符题意。
故选C。
7. 我国大力发展绿色清洁能源，减少碳排放保护环境，以下属于碳排放限制的是（ ）
A B C D
A．火力发电 B．水力发电 C．风力发电 D．光伏发电
【答案】A
【详解】A．火力发电主要利用煤、石油、天然气等化石燃料燃烧时产生的热能来发电，会排放大量
的二氧化碳，故A符合题意；
B．水力发电是利用水的动能和势能来发电，不会排放二氧化碳，故B不符合题意；
C．风力发电是利用风力带动风车叶片旋转，再透过增速机将旋转的速度提升，来促使发电机发电，
不会排放二氧化碳，故C不符合题意；
D．光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术，不会排放二氧
化碳，故D不符合题意。
故选A。
8. 近年来我国在信息和能源等高科技领域取得了巨大成就，下列关于信息和能源的说法中不正确的是
（ ）
A．三峡水电站利用的水能属于可再生能源
B．用手机联络网约车车主时，利用了电磁波能够传递信息的特性
C．5G比4G传递信息更快，是因为5G所使用的电磁波的波速快
D．提高能量转化效率是“节能减排”的重要措施之一
【答案】C
【详解】A．水是能够源源不断的从自然界得到的能源，是可再生能源，A正确，不符题意；
B．电磁波可以传递信息，用手机联络网约车车主时，利用了电磁波能够传递信息的特性，故B正确，
不符合题意；
C．5G比4G传递信息更快，是因为5G所使用的电磁波的频率更高而不是速度快，故C错误，符合题
意；
D．提高能量转化效率是“节能减排“的重要措施之一，可以使能量的利用率更高，故D正确，不符
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学学科科网网（（北北京京））股股份份有有限限公公司司合题意。
故选C。
9. 下列做法符合“绿色环保，节能减排”理念的是（ ）
A．电器长期处于待机状态 B．教室无人时要及时关灯
C．废旧电池随意丢弃 D．夏天，将空调温度调到最低
【答案】B
【详解】A．电器不使用时处于待机状态，也会消耗电能，即浪费电能，故A不符合题意；
B．无人时要及时关灯，减少灯的工作时间，可以达到节能的目的，故B符合题意；
C．废旧电池随意丢弃，会对环境、土壤及地下水造成污染，不符合“绿色环保”的理念，故C不符
合题意；
D．人体舒适温度在25℃左右，使用空调时，设置温度过低，既浪费电能，也对身体有害，故D不符
合题意。
故选B。
10．如图是我国《可再生资源法》倡导的碳资源的转化与循环利用示意图。下列做法与该图体现的理
念不符的是（ ）
A．将秸秆加工转化为酒精燃料
B．二氧化碳作为原料生产尿素
C．过度开采煤、石油作为燃料
D．将石油精炼，制备合成材料
【答案】C
【详解】A．将秸秆加工转化为酒精燃料，既解决了环境问题，又解决了能源问题，故A不符合题意；
B．二氧化碳作为原料生产尿素，减少了二氧化碳的排放，有效防治温室效应，故B不符合题意；
C．过度开采煤、石油作为燃料，既浪费资源与能源，又有造成环境的污染，故C符合题意；
D．将石油精炼，制备合成材料，加以综合利用，故D不符合题意。
故选C。
创新拓展练
11．如图甲所示，重力储能是一种新型储能方式，它通过提升或放下重物实现能量的储存或释放，能
量转化过程如图乙所示。下列有关说法正确的是（ ）
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学学科科网网（（北北京京））股股份份有有限限公公司司A．该重力储能系统是永动机
B．图乙空白处的能量形式是机械能
C．提升重物过程中，能量的总量会减少
D．不同形式的能量可以相互转化，说明能量的转化是没有方向性的
【答案】B
【详解】AB．重力储能系统储能时提升重物，将电能转化为机械能，释能时放下重物，将机械能转化
为电能。储存或释放能量的过程中因摩擦等会损失一部分能量，无法实现100%能量转换效率，不是永动
机。故A错误，B正确；
C．由能量守恒定律可知，能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，在转化和转移的过程中，能的总
量保持不变，故C错误；
D．能量转化具有方向性，如热量自发从高温物体传向低温物体，不能自发反向传递。故D错误。
故选B。
12. 在今年九三阅兵仪式上，威武的装甲车方阵整齐驶过天安门广场。以下说法正确的是（ ）
A．装甲车发动机工作时，将机械能转化为化学能
B．散热过程中，冷却液吸收发动机的热量，将内能转化为机械能
C．装甲车在行驶中轮胎温度升高，将机械能转化为内能
D．发动机散热是为了降低热机效率，减少机械能输出
【答案】C
【详解】A．装甲车发动机是热机，工作时，将内能转化为机械能，故A错误；
B．散热过程中，冷却液吸收发动机的热量，发生了热传递，这是内能的转移，而非能量的转化，故
B错误；
C．装甲车在行驶中克服摩擦做功，轮胎温度升高，将机械能转化为内能，故C正确；
D．发动机散热属于热损失，降低了热机效率，减少了机械能输出，但不能说发动机散热是为了降低
热机效率，减少机械能输出，故D错误。
故选C。
13. 抽水蓄能电站是为了解决电网高峰、低谷之间供需矛盾而产生的，是间接储存电能的一种方式。
在下半夜用电低谷时，它利用过剩的电力驱动水泵，将水从下水库抽到上水库储存起来，次日白天和前半
夜用电高峰时，再将水放出发电，并流入下水库，其工作原理如图所示。有关抽水蓄能电站的判断错误的
是（ ）
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学学科科网网（（北北京京））股股份份有有限限公公司司A．从构造上看，抽水蓄能电站不是连通器
B．上水库水底到下水库的水面距离至少得10.34m
C．发电机之所以能工作是水的重力做了功，将机械能转化为电能
D．蓄能电站某天发电量6.0×106kW•h，这些能量至少需要燃烧热值为3.0×107J/kg的煤炭7.2×105kg
【答案】B
【详解】A．连通器的构造是上端开口，底部相连，从构造上看，抽水蓄能电站底部没有连通，所以
不是连通器，故A正确；
B．标准大气压能支持约10.34m高的水柱，但抽水蓄能电站是利用水泵抽水，不是利用大气压，所以
上水库水底到下水库的水面距离不受10.34m限制，故B错误；
C．发电时，水从高处流下，重力做功，将水的机械能转化为电能，发电机工作利用了这一过程，故
C正确；
D．煤炭放出的热量为
煤炭的质量为
，故D正确。
故选B。
14. 我国于2024年7月成功研制出世界上最轻、最小的太阳能动力微型无人机，该无人机可在纯自然
光下实现持续飞行。这款无人机主要由静电驱动推进系统和超轻千伏动力系统组成。静电电机利用电荷间
相互作用驱动，能量转化效率是传统电机的10倍以上。超轻高压变换器将电压为4.5V的太阳能电池升压
至9000V，实现高效电能传输。由上述信息可以推断，这款无人机（ ）
A．可在无光环境下飞行
B．飞行时会产生较多热量
C．太阳能电池板面积很大
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学学科科网网（（北北京京））股股份份有有限限公公司司D．静电电机比传统电机能耗小得多
【答案】D
【详解】ABD．由题可知，微型无人机能实现纯自然光供能下的持续飞行，说明微型静电电机在没有
光的环境下不能飞行；静电电机利用电荷间相互作用驱动，能量转化效率是传统电机的10倍以上，说明微
型静电电机具有发热小，效率高的特点，则静电电机比传统电机能耗小得多，故AB不符合题意，D符合
题意；
C．由题可知，该机器为微型无人机，则说明了太阳能电池板的面积小，故C不符合题意；
故选D。
15. 人类的发展离不开能源，“碳达峰、碳中和”是我国对世界做出的庄严承诺。对于能量和能源，
下列说法中正确的是（ ）
A．现代生活离不开电，电力是一次能源
B．提高能量转化效率是“节能减排”的重要措施之一
C．新能源的开发和利用技术难、成本高，无实用价值
D．能量既不能创造，也不会消灭，所以不用节约能源
【答案】B
【详解】A．电能是二次能源，是消耗一次能源得到的，故A错误；
B．消耗能量时，有相当部分没有被利用，所以提高能量转化效率的重要措施之一是节能减排，故B
正确；
C．有些新能源存在开发技术难、成本高问题，但新能源安全、清洁，不会严重影响环境的优点，故
C错误；
D．能量既不会凭空消失，也不会凭空产生，其消耗具有方向性，所以一定得节约能源，故D错误。
故选B。
16．1876年，德国人奥托制造出四冲程燃气内燃机。如图甲所示是某四冲程内燃机的做功冲程示意图，
图乙是该内燃机能量流向的信息图，请用所学知识并结合图中信息回答下列问题：
（1）内燃机做功冲程中的能量是如何转化的？
（2）结合图乙中的信息，请你写出两条提高内燃机热机的效率的措施。
【答案】（1）见解析；（2）见解析
【详解】（1）做功冲程中高温高压气体推动活塞做功，将内能转化为机械能。
（2）根据图乙能量流向的信息图可知，提高内燃机热机的效率的措施有：让燃料燃烧更充分；减少
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学学科科网网（（北北京京））股股份份有有限限公公司司废气带走的热量；减少热量散失；减小摩擦做功等。
17. 如图所示是一款新能源电动汽车，该电动汽车内部的电池能储存最大能量为46kW·h，电动机工作
时把80%的电能转化为机械能能后需重新充电。该汽车电池充满电后使用，最多可以提供的机械能
J；燃油汽车把汽油燃烧放出的能量转化为机械能的效率为25%。与燃油汽车相比电动汽车内部的电池充满
一次电来提供的机械能，燃油汽车需要燃烧 kg的汽油。（已知q =4.6×107J/kg）
油
【答案】 1.3248×108 11.52
【详解】电动汽车内部的电池储存的最大能量为46kW·h，即W =46kW·h=46×3.6×106J=1.656×108J
电
电动机工作时的效率为80%，则获得的机械能W =80%W =80%×1.656×108J=1.3248×108J
机械 电
由题意可知燃油汽车与电动汽车获得的机械能相等，且燃油汽车的热机效率为25%，燃油完全燃烧需
要放出的热量
需要完全燃烧汽油的质量为
18. 小张乘坐高铁去旅游，如图所示的“和谐号”高铁列车满载时总重为107N，若匀速行驶过程中，
所受阻力为车重的0.01倍，每小时平均消耗能量为3.44×1010J。
（1）“和谐号”匀速行驶时，受到铁轨的摩擦力为多少？
（2）“和谐号”匀速行驶1h所消耗的能量，若全部由燃烧柴油来获得，则列车行驶1h至少需要消耗
多少kg柴油？（已知q =4.3×107J/kg）
柴油
（3）若发动机中能量转化效率约为50%，请你计算列车匀速行驶1h的路程。
【答案】（1）1×105N；（2）800kg；（3）172km
【详解】（1）“和谐号”匀速行驶时，受到铁轨的摩擦力为
（2）列车行驶1h至少需要消耗柴油的质量为
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学学科科网网（（北北京京））股股份份有有限限公公司司（3）若发动机中能量转化效率约为50%，则行驶1h用来做有用功的能量为
该过程列车匀速行驶，处于平衡状态，牵引力和阻力是一对平衡力，则牵引力为
则列车匀速行驶1h的路程为
19．我国第一款自主品牌的高端豪华轿车“红旗”在某段平直公路上进行测试，汽车以18m/s的速度
匀速行驶了300s，消耗燃油0.36kg，汽车发动机的牵引力是1000N。燃油的热值为4.5×107J/kg。求：
（1）消耗的燃油完全燃烧产生的热量Q ；
放
（2）发动机牵引力的功率P；
（3）发动机所做的功是多少；
（4）发动机的能量转化效率η（结果小数点后保留两位有效数字）。
【答案】（1）1.62×107J；（2）1.8×104W；（3）5.4×106J；（4）33.33%
【详解】（1）消耗的燃油完全燃烧产生的热量
（2）发动机牵引力的功率
（3）发动机做的功
（4）发动机的能量转化效率
答：（1）消耗的燃油完全燃烧产生的热量为1.62×107J；
（2）发动机牵引力的功率为1.8×104W；
（3）发动机所做的功是5.4×106J；
（4）发动机的能量转化效率为33.33%。
20. 阅读短文，回答问题。
2024年4月30日，全球最大压缩空气储能项目并网发电，这是我国新型储能技术应用的一个里程碑。
该项目工作原理如下图所示，用电低谷时段，将电网多余的电能通过空气压缩机把空气压缩到地下盐穴中
（地下盐层中的洞穴）；用电高峰时段，将储存在盐穴中的高压空气释放，驱动空气膨胀机转动，连接发
电机发电。
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学学科科网网（（北北京京））股股份份有有限限公公司司该工程就像一个“超级充电宝”，储存1度电最终能放出0.72度电，装机功率300兆瓦。每年发电量
可达6亿度，能够保障超过20万户家庭用电需求。每年可节约标准煤约1.9×108kg，减少二氧化碳排放约
4.9×108kg。可连续放电6小时，使用期长达40年。
（1）该项目储能过程中，电网中多余的电能通过电动机转化为 能，再通过空气压缩机转化为
能；
（2）换热器是将热流体的部分内能转移给冷流体的装置，常温高压空气在“换热器2”处 热；
（3）该项目每年节约的标准煤完全燃烧，释放 J的能量；（标准煤热值为2.9×107J/kg）
（4）该项目的能量转换效率为 %。该项目每年发电6亿度，则消耗 亿度用电低谷时段电
网的多余电能；（计算结果保留1位小数）
（5）从工程建设角度，要增加项目储存的能量，请提出一条建议： 。
【答案】 机械 内 吸 5.51×1015 72 8.3 增大地下盐穴的体积
【详解】（1）电动机工作时，扇叶转动带动空气流动，将电能转化为空气的机械能；空气压缩机空
气时，通过做功的方式增大了空气的内能，将机械能转化为内能。
（2）常温高压空气在“换热器2”处吸收热量，使气体的温度升高，压强依然很大，为下一步释放能
量做准备。
（3）每年可节约标准煤约1.9×108kg，根据故每年节约的煤可释放的热量为
（4）该项目的能量转换效率为
该项目每年发电6亿度，则消耗
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学学科科网网（（北北京京））股股份份有有限限公公司司（5）地下盐穴的体积越大，可储存的能量越大。故增大地下盐穴的体积，可以增大内能的转化量，
从而增加项目储存的能量。
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