1选择题
某同学整理了下列四种能源的资料：①煤，是古代植物遗体经过漫长地质年代形成的固体燃料；②石油，是液体燃料，属于化石能源；③天然气，是气体燃料，燃烧后放热；④太阳能，来自太阳辐射，可直接转化为电能和内能。关于这四种能源的分类，下列说法正确的是（ ）
- A. ①②③是可再生能源，④是不可再生能源
- B. ①②③是不可再生能源，④是可再生能源
- C. ①③是不可再生能源，②④是可再生能源
- D. ①②④是不可再生能源，③是可再生能源
答案：B
解析：本题考查可再生能源与不可再生能源的区分。判断标准是：能否在自然界中短期内得到补充、循环再生。煤、石油、天然气都是化石能源，由古代生物遗体经过漫长的地质年代形成，消耗后短期内无法再生，属于不可再生能源；太阳能取之不尽、用之不竭，属于可再生能源。易错点是把「天然气是气体，可以流动」误认为可再生，或者把三种化石能源混着分类。故选B。
2选择题
某核电站与某太阳能电站的相关参数如下表所示（表中数据为该电站某段时间内的运行记录）。
电站类型 发电原理 年发电量/(kW·h) 年消耗燃料质量/kg 每发 1 kW·h 电排放 CO₂/g
-------- -------- --------------- ----------------- ------------------------
核电站 核裂变 6.0×10⁹ 30（核燃料） 约 0
火力电站 煤燃烧 6.0×10⁹ 2.4×10⁹（煤） 约 900
已知煤的热值约为 3.0×10⁷ J/kg，1 kW·h＝3.6×10⁶ J。根据表中信息，下列分析正确的是（ ）
- A. 核电站利用核聚变释放能量，太阳能电站利用核裂变释放能量
- B. 火力电站全年消耗煤完全燃烧放出的热量约为 7.2×10¹⁶ J
- C. 表中两电站年发电量相同，说明它们消耗的化学能或核能总量相同
- D. 由表中数据可知，火力发电比核能发电更有利于减少温室气体排放
答案：B
解析：本题考查从表格数据中提取信息并结合热值公式分析。A 项错误：核电站利用的是核裂变，而非核聚变，且太阳能不是核反应释放的能量；B 项正确：Q放＝mq＝2.4×10⁹ kg×3.0×10⁷ J/kg＝7.2×10¹⁶ J；C 项错误：年发电量相同只说明输出的电能相同，由于两者效率不同，消耗的核能或化学能总量并不相同，且能量形式也不同（核能 vs 化学能）；D 项错误：由表中数据可见，火力发电每发 1 kW·h 电排放约 900 g CO₂，远高于核电站的约 0，说明核能发电更有利于减少温室气体排放。易错点：①把核裂变与核聚变记反（核电站利用核裂变）；②计算 Q放＝mq 时把 2.4×10⁹ kg 误当成 g，或把 10⁹×10⁷ 的指数算成 10¹⁵；③把「输出电能相同」误推成「消耗能量总量相同」。故选B。
3选择题
关于能源、内能及相关概念，下列说法中正确的是（ ）
已知信息：内能是物体内部分子热运动的动能与分子势能的总和；热量是在热传递过程中转移能量的多少；比热容是物质的一种特性，水的比热容 c水 = 4.2×10³ J/(kg·℃)。
- A. 天然气是可再生能源，太阳能是不可再生能源
- B. 物体运动的速度越大，其内能就越大
- C. 0℃的冰熔化成0℃的水，温度不变，内能不变
- D. 质量相同的水和煤油吸收相同的热量，水的温度升高得较少
答案：D
解析：A 错：分类记反了。天然气属于化石能源，是不可再生能源；太阳能取之不尽、用之不竭，是可再生能源。B 错：内能是分子热运动动能与分子势能的总和，与物体宏观机械运动（速度）无关，速度大只说明机械能大。C 错：冰熔化成水需要吸热，虽然温度保持0℃不变，但吸收的热量用于破坏晶体结构、增大分子势能，内能增加。易错点是把“温度不变”当成“内能不变”。D 对：由 Q = cmΔt 得 Δt = Q/(cm)，水的比热容（4.2×10³ J/(kg·℃)）比煤油大，在 m、Q 相同时，Δt 与 c 成反比，故水升温较少。故选D。
4填空题
阅读下列关于能源分类的资料，回答问题。
已知信息：能源按能否在短期内从自然界得到补充，可分为可再生能源和不可再生能源。煤、石油、天然气是不可再生能源；太阳能、风能、水能是可再生能源。核能通过核裂变和核聚变释放，核电站利用核裂变发电。
某次统计中，四种能源的年利用量分别为：煤 4.0×10¹⁸ J，石油 2.5×10¹⁸ J，太阳能 0.6×10¹⁸ J，风能 0.4×10¹⁸ J。
（1）上述四种能源中，属于可再生能源的是________和________；
（2）不可再生能源的年利用总量为________J；
（3）核电站是利用________（选填“核裂变”或“核聚变”）释放能量的；
（4）请写出一条符合可持续发展要求的做法：________。
答案：（1）太阳能；风能。（2）不可再生能源年利用总量为 4.0×10¹⁸ J + 2.5×10¹⁸ J = 6.5×10¹⁸ J。（3）核裂变。（4）示例：节约能源，提高能源利用效率；大力开发太阳能、风能等新能源；减少对化石能源的依赖；保护环境（答出任意一条即可）。
解析：（1）易错点：把煤、石油误认为可再生能源。判断依据是“短期内能否从自然界得到补充”：煤、石油、天然气是不可再生能源，太阳能、风能、水能是可再生能源。（2）只统计煤与石油，不要把太阳能、风能算进去，4.0×10¹⁸ + 2.5×10¹⁸ = 6.5×10¹⁸ J。（3）易错：核电站利用的是核裂变，核聚变目前主要用于氢弹、太阳内部，尚不能可控发电。（4）可持续发展核心是“节约能源 + 开发新能源 + 保护环境”，答案合理即可，注意不要答成“多烧煤”等与可持续发展相悖的表述。
5解答题
某实验小组对一台太阳能热水器与一台燃气热水器的加热性能进行对比测量，记录数据如下表。
项目 太阳能热水器 燃气热水器
-------------- ------------------------ ------------------------
加热水的质量 m 40 kg 40 kg
水温升高 Δt 25 ℃ 25 ℃
能源种类 天然气（q=4.0×10⁷ J/kg） 天然气（q=4.0×10⁷ J/kg）
能源利用效率 η —— 50%
已知水的比热容 c水=4.2×10³ J/(kg·℃)。
（1）求水温升高过程中水吸收的热量 Q吸；
（2）若改用上述燃气热水器加热水，求需要完全燃烧的天然气质量 m气；
（3）已知天然气是不可再生能源，而太阳能是可再生能源。请从能源分类与可持续发展的角度，简要说明推广使用太阳能热水器的意义。
答案：（1）水吸收的热量：
Q吸 = c水mΔt = 4.2×10³ J/(kg·℃) × 40 kg × 25 ℃ = 4.2×10⁶ J。
（2）燃气热水器效率 η=50%，由 η = Q吸/Q放 得天然气完全燃烧放出的热量：
Q放 = Q吸/η = 4.2×10⁶ J ÷ 50% = 8.4×10⁶ J。
由 Q放 = m气q 得：
m气 = Q放/q = 8.4×10⁶ J ÷ (4.0×10⁷ J/kg) = 0.21 kg。
（3）天然气属于不可再生能源，储量有限，长期大量使用终将枯竭，且燃烧会排放废气、污染环境；太阳能属于可再生能源，取之不尽、用之不竭，且清洁无污染。大力开发利用太阳能等新能源，可以减少对化石能源的依赖，节约不可再生能源，保护环境，符合可持续发展的要求。
解析：本题考查热值、热量与效率的综合计算，同时结合能源分类与可持续发展。
（1）易错点：Δt 直接取 25 ℃，不要误用末温或初温；单位换算时 4.2×10³×40×25 容易算成 4.2×10⁶ 之外的数值。
（2）易错点：效率公式 η=Q吸/Q放 易写反成 η=Q放/Q吸，导致 Q放 算成 Q吸×η；也可先算 Q放 再除以 q，切勿用 Q吸 直接除以 q。
（3）易错点：只说「太阳能好」而不点明能源分类依据（可再生/不可再生），也未联系「节约能源、开发新能源、保护环境」的可持续发展要求，答案不完整。
6解答题
某综合能源系统由一台内燃机发电机组与一片太阳能电池板共同为一组用电器供电。已知信息：
① 内燃机每个工作循环中，只有做功冲程把燃料燃烧产生的内能转化为机械能，其余三个冲程（吸气、压缩、排气）靠飞轮惯性完成；一个工作循环曲轴转动 2 圈，对外做功 1 次。
② 太阳能电池板将太阳能直接转化为电能，太阳能属于可再生能源；煤、石油、天然气属于不可再生能源。
③ 实测数据：该发电机组完全燃烧热值 q=4.6×10⁷ J/kg 的燃料 0.5 kg，输出的电能为 2.3×10⁶ J。
请回答：
（1）内燃机一个工作循环的四个冲程按顺序是哪四个？其中将机械能转化为内能的是哪个冲程？
（2）若该内燃机飞轮转速为 1200 r/min，则每秒钟对外做功多少次？
（3）求该发电机组燃料燃烧放出的总热量 Q放 与整机效率 η（η=W电/Q放）。
（4）结合材料，说明大力发展太阳能发电对实现可持续发展的作用。
答案：（1）四个冲程依次为：吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程。其中将机械能转化为内能的是压缩冲程（做功冲程是内能转化为机械能）。
（2）飞轮转速 n=1200 r/min = 20 r/s，即每秒转 20 圈。一个工作循环曲轴转 2 圈、对外做功 1 次，故每秒做功次数：
N = 20 ÷ 2 = 10 次。
（3）燃料完全燃烧放出的总热量：
Q放 = m q = 0.5 kg × 4.6×10⁷ J/kg = 2.3×10⁷ J。
整机效率：
η = W电/Q放 = 2.3×10⁶ J ÷ 2.3×10⁷ J = 10%。
（4）太阳能是可再生能源，取之不尽、用之不竭，且清洁无污染；煤、石油、天然气是不可再生能源，储量有限且使用中会污染环境。大力发展太阳能发电，可以减少对化石能源的依赖，节约不可再生能源，降低污染物排放，提高能源利用效率，从而满足可持续发展「节约能源、开发新能源、保护环境」的要求。
解析：本题综合考查热机工作原理、转速与做功次数关系、热值与效率计算以及能源分类。
（1）易错点：把压缩冲程与做功冲程的能量转化方向记反——压缩冲程是机械能转化为内能，做功冲程是内能转化为机械能。
（2）易错点：①未把 1200 r/min 换算成 20 r/s；②误认为一个工作循环曲轴转 1 圈（实为 2 圈），从而答成 20 次。正确应为 20÷2=10 次。
（3）易错点：效率公式写反成 η=Q放/W电，得数会变成 10 倍（1000%）；计算 Q放 时漏乘质量或热值指数位数出错。
（4）易错点：只笼统说「环保」，不点明可再生与不可再生能源的分类，也未联系节约能源、开发新能源的可持续发展内涵，答案不完整。
7解答题
某物理兴趣小组在学习"能源与可持续发展"时，整理出一份关于能源分类与利用的数据资料如下：
能源名称 类型 主要利用方式 单位能量排放CO₂质量/kg
-------- ------------ ---------------- ----------------------
煤 不可再生能源 火力发电 0.90
天然气 不可再生能源 燃气发电 0.45
太阳能 可再生能源 光伏发电 0
风能 可再生能源 风力发电 0
核能 不可再生能源 核电站（核裂变） 0
已知：某火力发电厂消耗煤的总质量为 m = 2×10⁶ kg，煤的热值 q = 3.0×10⁷ J/kg，该电厂发电机组对外输出的有用功 W有用 = 1.8×10¹³ J。
（1）根据表格信息，判断表中哪些能源属于可再生能源，哪些属于不可再生能源，并指出核能发电与火力发电在"是否排放CO₂"上的区别。
（2）计算煤完全燃烧放出的热量 Q放。
（3）求该火力发电机组的效率 η，并说明提高该效率对实现"可持续发展"的意义。
（4）若用风力发电替代该火力发电厂，从能源分类与环境保护两个角度说明这样做的好处。
答案：（1）可再生能源：太阳能、风能；不可再生能源：煤、天然气、核能。
核能发电（核电站利用核裂变）与火力发电相比，发电过程中不排放CO₂（表格中单位能量排放CO₂质量为0），而火力发电燃烧化石燃料会排放大量CO₂。
（2）煤完全燃烧放出的热量：
Q放 = mq = 2×10⁶ kg × 3.0×10⁷ J/kg = 6.0×10¹³ J。
（3）发电机组的效率：
η = W有用 / Q放 × 100% = (1.8×10¹³ J) / (6.0×10¹³ J) × 100% = 30%。
意义：提高能源利用效率，可以在获得同样电能的情况下减少煤的消耗，从而节约不可再生能源、减少CO₂排放，这正是可持续发展所要求的"节约能源、保护环境"。
（4）① 能源分类角度：风能是可再生能源，取之不尽、用之不竭，可减少对煤、石油、天然气等不可再生能源（化石能源）的依赖；
② 环境保护角度：风力发电过程中不排放CO₂、不产生废气粉尘，有利于减少温室效应和大气污染，符合可持续发展的要求。
解析：本题考查能源分类、热值与热机（发电）效率的综合计算，属于"能源与可持续发展"重点内容。
（1）易错点一：可再生能源与不可再生能源分类混淆。判断关键是"能否在短期内从自然界得到补充"：太阳能、风能、水能可以不断得到补充，属于可再生能源；煤、石油、天然气、核能（核燃料铀矿）短时间无法补充，属于不可再生能源。易错点二：误以为"清洁能源＝可再生能源"。核能虽然是不可再生能源，但核电站利用核裂变发电时不排放CO₂，属于清洁能源，二者概念不同，必须分清。
（2）易错点：计算 Q放 时忘记乘质量，直接写成 Q放 = q；或单位换算出错。正确为 Q放 = mq。
（3）易错点：效率公式写反成 η = Q放 / W有用；结果忘记写百分号。效率只有 30%，说明大部分能量以废热形式散失，提高效率是节约能源的重要途径。
（4）易错点：只答"风能干净"而不落到"可再生/不可再生"的分类上；或只答分类不答环境影响。答题必须同时从能源分类与环境保护两个角度作答，并扣住"节约能源、开发新能源、减少化石能源依赖"的可持续发展内涵。
8解答题
为探究不同能源利用方式对能量"有效利用程度"的影响，某同学查阅并整理了如下实验与技术数据：
能源利用方式 输入的总能量/J 被有效利用的能量/J 有效利用率
---------------- -------------- ------------------ ----------
普通白炽灯发光 1.0×10⁴ 1.0×10³ 10%
LED灯发光 1.0×10⁴ 7.0×10³ 70%
太阳能热水器集热 2.0×10⁴ 1.6×10⁴ 80%
某汽油机对外做功 5.0×10⁴ 1.5×10⁴ 30%
另知：汽油的热值 q = 4.6×10⁷ J/kg；1 kg 汽油完全燃烧放出的能量，若全部用于发电并按表中"某汽油机"的有效利用率计算，可获得的有效能量为 E有效。
（1）根据表格数据，计算LED灯相比普通白炽灯把输入能量转化为光能的比例提高了多少个百分点，并说明若全国都改用LED灯对节约能源的意义。
（2）若某汽油机消耗汽油的质量 m = 0.5 kg，求汽油完全燃烧放出的热量 Q放，以及按表中有效利用率计算获得的有用功 W有用。
（3）表中数据显示，太阳能热水器的有效利用率为 80%，而汽油机的有效利用率仅为 30%。请从能量转化与能源分类的角度分析：为什么说"大力开发太阳能等新能源"是实现可持续发展的重要途径？
（4）结合表中数据，请你提出两条提高能源利用效率的具体措施（要求：分别对应"用能设备改进"和"能源结构调整"两个角度）。
答案：（1）LED灯有效利用率 70%，普通白炽灯 10%，提高了 70% − 10% = 60 个百分点。
意义：在获得相同光能的前提下，改用LED灯可大幅减少输入的电能，从而节约不可再生能源（火力发电所用的煤等），减少CO₂排放，符合可持续发展中"节约能源、提高能源利用效率"的要求。
（2）汽油完全燃烧放出的热量：
Q放 = mq = 0.5 kg × 4.6×10⁷ J/kg = 2.3×10⁷ J。
按表中有效利用率 30% 计算，获得的有用功：
W有用 = Q放 × 30% = 2.3×10⁷ J × 0.3 = 6.9×10⁶ J。
（3）① 能量转化角度：太阳能热水器将太阳能直接转化为内能，中间环节少、损耗小，有效利用率高（80%）；汽油机需要燃烧化石燃料，大量能量以废气、散热等形式散失，有效利用率只有 30%。
② 能源分类角度：太阳能是可再生能源，取之不尽、用之不竭，且利用过程中不排放污染物；汽油来源于石油，是不可再生能源，燃烧会排放CO₂等温室气体。
因此，大力开发太阳能等新能源，既可以提高能源的有效利用率，又可以减少对化石能源的依赖、保护环境，是实现可持续发展的重要途径。
（4）用能设备改进角度：例如用LED灯替代白炽灯、提高热机效率、给机器加润滑油减小摩擦损耗等，减少能量散失；
能源结构调整角度：例如用太阳能、风能、水能等可再生能源替代煤、石油、天然气等不可再生能源，减少化石能源的使用比例。
解析：本题以数据表格为载体，考查有效利用率（效率）的计算与比较、热值计算、能源分类及可持续发展观念，属于材料分析型综合解答题。
（1）易错点：把"提高 60 个百分点"误答成"提高了 60%"或"提高到 60%"；表述比例变化时应说"提高了××个百分点"或"变为原来的 7 倍"。
（2）易错点：① 计算 Q放 时漏乘质量 m；② 计算有用功时误用 η = W有用 / Q放 的倒数，或直接把 30% 当作 0.3 J；③ 忘记把百分数化为小数参与运算。正确过程是先求 Q放 = mq，再求 W有用 = Q放 × η。
（3）易错点：只谈"太阳能干净"而不谈有效利用率，或只谈效率而不谈能源的可再生/不可再生分类。答题应从能量转化效率与能源分类（可再生、清洁）两条线索展开，并落到"节约能源、开发新能源、减少化石能源依赖、保护环境"的可持续发展要求上。
（4）易错点：两条措施角度重复（都写设备改进），或措施空泛（如"要节约能源"）而无具体做法。必须分别从用能设备改进、能源结构调整两个角度提出可操作的具体措施。