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第十八章 能源与可持续发展 测试卷（解析版）
建议用时：90 分钟，满分：100 分
一、选择题 （每题 2 分，共 24 分，每小题给出的四个选项中只有一个正确）
1 ．我国发电站有多种类型，其中利用不可再生能源发电的是 ( )
A ．光伏发电站 B ．核能发电站 C ．潮汐发电站 D ．风力发电站
2 ．下列选项中的能源属于清洁能源的是 ( )
A ．煤炭 B ．石油 C ．天然气 D ．风能
3. 使用下列燃料符合低碳生活理念的是 ( )
A ．石油 B ．煤炭 C ．木柴 D ．氢燃料
4. “烛龙一号”是我国研发的首款碳﹣ 14 核电池，它利用如图所示的核反应来释放的能量。下列说法正确的是 ( )
A ．该反应与氢弹爆炸的核反应类型相同 B ．参与该核反应的中子带正电荷
C ．释放的中子可以引发新的核反应 D ．核反应释放出巨大的能量违背能量守恒定律5. 如图是小徽学了能量守恒后设计的一个小蒸汽轮机，下列说法不正确的是 ( )
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A ．能量在转化的过程中总量越来越少
C ．能量的转化和转移都是有方向的
6. 下列 4 幅图的说法中正确的是 ( )
B ．酒精在燃烧的过程中，是将化学能转化为内能
D ．轮子的转动说明永动机是不可以实现的
A ．甲图，用燃气灶烧水，只存在能的转移，不存在能的转化
B ．乙图，小球弹跳的高度逐渐降低，说明能量会凭空消失
C ．丙图，火箭升空用的喷气发动机属于用内能做功的机械—热机
D ．丁图，只要坚持不懈，科学家们终有一天会发明出永动机
7. 如图所示是核电站发电和供电的流程图：以核反应堆来代替火力发电站的锅炉，以核燃料（铀）在核反应堆中发生特殊形式的“燃烧”产生热量来加热水，使之变成蒸汽。蒸汽通过管路进入汽轮机，推动汽轮机带着发电机旋转，从而产生电，并通过电网送到四面八方。下列说法正确的是 ( )
A ．电能属于一次能源
B ． 目前核电站是通过可控核聚变释放核能
C ．核电站发电的能量转化过程是：核能→ 内能→机械能→ 电能
D ．能量在转化和转移的过程中总会有损耗，所以能量的总量会减小
8. 早在宋朝我国劳动人民就发明了如图所示的“走马灯” ，它的原理是空气被蜡烛加热，形成上升气流，推动灯顶上的叶片带动画面转动。下列说法正确的是 ( )
A ．“走马灯” 的能量转化与汽油机的压缩冲程能量转化相同
B ．热空气推动灯顶上叶片时没对叶片做功
C ．“走马灯” 中空气温度升高是通过热传递实现的
D ．蜡烛燃烧过程中能量不守恒
9 ．从原始时期的柴草，到工业革命后的煤炭、石油、天然气，到如今的太阳能、风能、核能，人类在逐步实现能源可持续发展，下列说法正确的是 ( )
A ．干木柴燃烧越充分，热值越高 B ． 目前核电站是利用核聚变释放的核能来发电的
C ．煤炭、石油、天然气属于可再生能源 D ．利用太阳能可以加热物体，也可以发电
10. 如图所示为某公园安装的“ 智能脚蹬车”其配备了太阳能电池板，可实现太阳能和脚蹬车共同发电。配备的蓄电池存储电能，并将电能用于为“ 智能脚蹬车” 的各种功能供电。健身者通过手机扫码连接“ 智能脚蹬车”后，就可以使用。下列说法正确的是 ( )
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A ．太阳能电池板主要是由超导体材料制成的
B ．太阳能来自于太阳内部发生的核聚变，属于可再生能源
C ．蓄电池在供电过程中将电能转化为化学能
D ．对蓄电池充电时，蓄电池相当于电源
11 ．热机的效率是热机性能的重要指标，如图所示是某热机的能量流向图，则该热机的效率是( )
A ． E4 × 100% B ． E4 × 100%
E1 E1 + E2 + E3 + E5
C ． E1 × 100% D ． E1 × 100%
E2 + E3 + E4 + E5 E1 + E2 + E3 + E4 + E5
12 ．如图是小陈同学设计的太阳能 LED 路灯电路图，S 为光控开关，下列说法正确的是 ( )
A ．太阳能电池板工作时将电能转化为化学能
B ．白天工作时，光控开关应该接触 a 点，蓄电池相当于用电器
C ．LED 灯是超导体材料制成，具有单向导电性，所以不能接反
D ．晚上工作时，如果 L1 灯损坏，则 L2 灯也不亮
二、填空题（每空 1 分，共 30 分）
13．如图所示，轻轻碰倒第一块木板就会产生连锁反应，使其余木板依次倒下。木板在倒下时，其 能会减小，并转化为 能，撞击到第二块木板，由于能量的传递以及每块站立的木板都具有重力势能，其机械能就会比前面的木板的大，这个过程 （选填“遵循”或“不遵循”）能量
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守恒定律。
14. 图为台球比赛时的情景。打台球时，运动的白球撞击目标球后，速度会变慢，这是由于白球的动能 到了目标球上；两球撞击时，由于相互摩擦，会发生能量的 前两空均选填“转移”或“转化”）；台球撞击过程 能量守恒定律。（选填“遵守”或“不遵守”）
15．中核集团的“华龙一号”成为继中国高铁之后的又一张中国名片，核能是 （选填“可再生”或“不可再生”）能源，“华龙一号”核反应堆利用铀核 （选填“裂变”或“ 聚变”）时产生的内能，推动汽轮机带动发电机发电。核电站通常建在海边，用海水做冷却剂，原因是水的 大。
16. 目前，科学家正在研究太空电站，即地球同步轨道上的太阳能电站，其示意图如图。以地球为参照物，太空电站是 的；利用微波实现“无缆传输”，微波是一种 波；太阳能属于 （选填“可再生”或“不可再生”）能源。
17. 2025 年春节，《哪吒之魔童闹海》全球热映，电影中哪吒的三昧真火与敖丙的玄冰相遇时，玄冰迅速 （填物态变化名称）成水，借助水火之力形成大量水蒸气冲破巨鼎封印。冲破封印的过程， 能转换为机械能，能量转化的方向与汽油机中 冲程相同。
18. 黄旭华院士（1926.3.12﹣2025.2.6）是中国核潜艇之父，共和国勋章获得者，为祖国的核潜艇事业隐姓埋名三十年，最终带领团队研制出中国第一艘核潜艇。潜艇的动力来源于一座功率很大的核反应堆，核反应堆主要利用图中 （选填“a”或“b”）的过程获得能量，该反应过程在核反应堆里是 （选填“可控”或“不可控”）的，核能是一种 （选填“可再生”或“ 不可再生”）能源。
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19．近年来，各地整合了很多小型供暖锅炉，将热电厂的废热通过大型管道输送到市区，这样既环保又节省了煤炭资源，煤炭资源属于 （“可再生”或“ 不可再生”）能源，而且在煤炭燃烧的过程中，向外散失的能量不能自动汇集回来进行使用，说明能量的转移和转化都是有 的，暖气让室内温度升高是通过 的方式来改变室内空气内能的。
20. 为了尽快散热，通常在电脑 CPU 上安装金属散热器，如图所示。表格中可选散热器的最好材料应是 。用该材料制成的散热器质量是 0.8kg ，某电脑 CPU 正常工作的一段时间内产生了
7040J 的热量，这些热量全部被该散热器吸收，则可使其温度升高 ℃ , 此过程中能量发生了 （选填“转移”或“转化”）。
21. 2024 年 4 月 19 日，两辆以氢为燃料的汽车，实现了从北京到上海 1500 公里长距离运输的首次测试，选用氢为燃料是因为氢的 大，氢燃烧时化学能转化为 ，再转化为汽车的 ，对环境无污染，氢能汽车是绿色低碳发展的重要载体。
22. 如图甲所示，将一根弹簧和一个质量为 1kg 的金属球（球上有小孔）套在铁架台的金属杆 AB上。现将小球提到 B 端后松手，小球的高度随时间变化情况如图乙所示，弹簧原来的长度 （选填“ ＞”、“ ＝”或“ < ”) 40cm，在 0~t1 过程中，小球重力势能的变化量 （选填“ ＞”、“ ＝”或“ < ”)动能变化量，在 t1 、t2 两个时刻，小球的动能分别为 Ek1、Ek2 ，则 Ek2 Ek1 。（选填“ ＞”、“ =”或“ < ”)
三、解答题（共 46 分。计算题第 27 、28 题要求写出必要的文字说明、公式和演算过程）
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23. 目前已建成的核电站利用核能发电，它的核心设备是核反应堆，核反应堆是通过可控 （选填“核裂变 ”或“核聚变 ”）反应释放核能的设备。核电站中发电机的原理是 。2020 年12 月 4 日，中国新一代“人造太阳”实验装置——热核聚变反应堆获得重大突破完成了放电实验，
热核聚变实验中反应堆放电功率为 30kW，输出稳定电流 40A 并持续 0.5s，则输出电压是 V；若将“人造太阳”此次释放的电能全部储存进电池并全部释放为照明电路供电，可使一只“220V 10W”的节能灯持续工作 min。
24. 爱动脑的小明猜想光电板吸收太阳能的多少，可能与光照时间有关。为了验证猜想，他借来三个相同的光电板并分别接在相同的放完电的蓄电池上，然后将这些光电板从当天上午十点开始，正对太阳光照射不同的时间，再分别让这些蓄电池为相同的小灯泡供电，直到小灯泡熄灭，记录小灯泡的发光时间。
（1）白天太阳能电池板发电，向电网提供电能，此过程中太阳能转化为 能；
（2）实验时是通过比较 来比较光电板吸收太阳能的多少的，这种方法叫做 法；
（3）为了方便记录与分析数据，请你帮小明在图乙的虚线框内设计出符合题意的表格 ；
（4）中午时段，太阳能电池板的输出电压为 500V ，输出电流为 20A ，2h 可以为电网提供电能 kW·h；
（5）根据生活经验，请你猜想，光电板吸收太阳能多少还可能与 有关。
25．温差发电技术是绿色环保的发电技术，利用热电转换材料和两块金属板可制成简易的温差发电装置。如图所示，将发电装置的一块金属板 B 放在冷水中，用火焰加热另一块金属板 A ，观察到与热电转换材料连接的 LED 小灯珠发光。小乔想利用此装置探究发电的电压与温度的关系，对此装置做了适当的改进：
步骤一：将 LED 小灯珠拆下，换成数字电压表接入电路；
步骤二：撤去蜡烛，将上端金属板 A 浸入热水中，用温度计每隔一段时间测量冷、热水的温度。
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热水温度t1 /℃ 84.7 74.8 73.0 70.8 69.5 68.4
冷热水温差Δt /℃ 64.1 54.2 52.4 48.9 47.8
电压 U/V 5.39 5.27 4.57 4.25 4.16 3.90
（1）分析实验数据，当时室温是 ；上表中缺失的数据是 ；
(
（选填
“
亮
”
)（2）改变热源的目的是 ；
（3）由上述实验可知：当温差发电机热端与冷端的温差减小，LED 小灯珠会变 或“ 暗”）。
26. 太阳能热水器因节能环保而广泛应用。热水器由真空集热管、不锈钢保温水箱、连接管道等部件组成。集热器相当于电热水器中的电热管，保温水箱储存热水，连接管道将整套冷水、热水系统形成一个闭合的环路。实际使用中发现其效率受多种因素影响，小明思考：太阳能热水器效率与什么因素有关
他猜想：与太阳能热水器的倾角、光照时间和水的质量有关。
为此，小明开展“影响太阳能热水器效率的因素”探究实验，装置如图所示。他采用同一太阳能热水器，在不同条件下进行测试，并记录相关数据如表所示：
实验序号 太阳能热水器的倾角 光照时间/h 水的质量/kg 水升高的温度/℃
1 30° 2 10 10
2 45° 2 10 15
3 45° 3 10 20
4 45° 2 20 8
请你解答下列问题:
（1）该实验通过比较 判断太阳能热水器效率高低。
（2）分析实验 1 和 2 ，初步得出结论：在光照时间和水的质量相同时，太阳能热水器的倾角越大，太阳能热水器的效率越高。
（3）分析实验 2 和 3 ，可初步得出结论： 。
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（4）要探究“水的质量对太阳能热水器效率的影响” ，应选择实验 进行对比。
（5）实验 4 中，水的质量比实验 2 多，但水升高的温度却低。从能量转化和比热容相关知识的角度说明理由 。
（6）除了上述列出的因素，还有哪些因素可能会影响太阳能热水器的效率 请至少说出两个因素： 、 。
27. 某款太阳能电池板的相关参数如表。
叶片面积 光电转换效率 蓄电池充电效率
25m2 20% 70%
（1）该太阳能电池板有自动清洁装置，清洁功率为 1kW，清洁用时 2h。每次清洁时的耗能相当于完全燃烧多少 kg 焦炭？（q 焦炭=3×107J/kg）
（2）某天，电池板接收太阳辐射的平均功率为 1000W/m2 电池板转化的一部分电能 E1 ，白天直接为 3kW 的家用电器持续供电，另一部分电能给蓄电池充电，使其储能增加 E2 。蓄电池增加的能量能使某电动汽车匀速行驶 49km 。已知蓄电池提供能量的 80%用于维持汽车匀速行驶，该车行驶时受到的阻力恒为 1000N 。求：
①蓄电池增加的能量 E2；
②白天的日照时间 t。
28. 我市已经成为一座新能源之都！某厂生产的“ 常电牌” 电动汽车，搭载了我国自主研发、世界最先进的“麒麟电池”作为电源，某用户购车后，在高速公路上进行了一次测试，该电动汽车在水平路面上 60s 匀速直线行驶了 2000m ，当时车内屏幕显示电动机输出功率为 50kW 。问：
电池类型 麒麟电池
理论续航里程 822km
电池储满电能 150kW h
电动机将电能转化为机械能的效率 90%
（1）该车在这次测试过程中牵引力所做的功是多大？
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（2）该车在这次测试过程中受到的阻力是多大？
（3）该车充满电后，保持测试时电动机的输出功率和行驶速度，最大续航里程是多大？
（4）上述计算出的最大续航里程与理论续航里程差异很大，原因是 。（写出一条即可）
29．抽水蓄能是利用电网用电低谷期过剩的电能，通过电动抽水泵将低处下水库的水抽到高处上水库储存起来，然后待用电高峰期再释放上水库中的水，冲击水电站中的水轮发电机组发电，输送回电网，工作原理示意图如图所示。我国的河北丰宁电站是目前世界上装机容量最大的抽水蓄能电站，上水库容量为 4.5×107m3 ，上水库一次储满的水若全部通过隧洞下落 400m 高度，冲击水轮发电机组发电，可获得 1.44×1014J 的电能。（p水＝1.0 × 103 kg/m3 ，g 取 10N/kg）
（1）抽水蓄能的能量转化过程是将过剩的电能转化为水的 能，在需要的时候再通过发电机组转化为 能，输送回电网；
（2）水轮发电机组的发电效率为 。
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一、选择题 （每题 2 分，共 24 分，每小题给出的四个选项中只有一个正确）
1 ．我国发电站有多种类型，其中利用不可再生能源发电的是 ( )
A ．光伏发电站 B ．核能发电站 C ．潮汐发电站 D ．风力发电站
【答案】B
A．光伏发电站利用太阳能来发电，太阳能可以从自然界源源不断地获得，是可再生能源，故 A 不符合题意；
B．核能发电站利用核能来发电，核能使用后短时间内无法得到补充，是不可再生能源，故 B 符合题意；
C．潮汐发电站利用潮汐能来发电，潮汐能可以从自然界源源不断地获得，是可再生能源，故 C 不符合题意；
D．风力发电站利用风能来发电，风能可以从自然界源源不断地获得，是可再生能源，故 D 不符合题意。故选 B。
2 ．下列选项中的能源属于清洁能源的是 ( )
A ．煤炭 B ．石油 C ．天然气 D ．风能
【答案】D
煤炭、石油、天然气燃烧会产生污染物，不是清洁能源；风能在利用过程中无污染，属于清洁能源。故 D 符合题意，ABC 不符合题意。故选 D。
3. 使用下列燃料符合低碳生活理念的是 ( )
A ．石油 B ．煤炭 C ．木柴 D ．氢燃料
【答案】D
低碳生活的核心是减少二氧化碳（CO2）等温室气体的排放，以缓解全球变暖。因此需要选择燃烧后 不产生或极少产生二氧化碳的燃料。
A ．石油属于化石燃料，燃烧会释放大量二氧化碳（如汽油、柴油），不符合低碳理念，故 A 不符合题意；
B ．煤炭同样是化石燃料，燃烧时二氧化碳，排放量极高，且产生其他污染物（如二氧化硫），故B 不符合题意；
C ．木柴虽然可再生，但燃烧会释放二氧化碳（木材中的碳元素与氧气结合），并可能导致森林砍伐，加剧碳排放，故 C 不符合题意；
D ．氢燃料燃烧产物仅为水，不产生任何二氧化碳。若氢气通过可再生能源（如太阳能、风能电解水）制备，则全生命周期接近“零碳排放”是当前清洁能源技术的重点发展方向（如氢能源汽车），故 D 符合题意。故选 D。
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4. “烛龙一号”是我国研发的首款碳﹣ 14 核电池，它利用如图所示的核反应来释放的能量。下列说法正确的是 ( )
A ．该反应与氢弹爆炸的核反应类型相同 B ．参与该核反应的中子带正电荷
C ．释放的中子可以引发新的核反应 D ．核反应释放出巨大的能量违背能量守恒定律
【答案】C
A ．图中用中子轰击较大的原子核，使其变成两个中等大小的原子核，同时释放出巨大的
能量，这种反应叫做裂变，氢弹爆炸的核反应是核聚变，两者核反应类型不同，故 A 错误；
B ．质子带正电荷，参与该核反应的中子不带电，故 B 错误；
C ．图中用中子轰击较大的原子核，使其变成两个中等大小的原子核，释放 3 个中子，所释放的中子又能够引起其它的原子核发生裂变，故 C 正确；
D ．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另一个物体，在转化或转移的过程中，能量的总量不变；核反应释放出巨大的能量遵循能量守恒定律，故 D 错误。故选 C。
5. 如图是小徽学了能量守恒后设计的一个小蒸汽轮机，下列说法不正确的是 ( )
A ．能量在转化的过程中总量越来越少 B ．酒精在燃烧的过程中，是将化学能转化为内能
C ．能量的转化和转移都是有方向的 D ．轮子的转动说明永动机是不可以实现的
【答案】A
A ．能量在转化的过程中是守恒的，能的总量保持不变。故 A 错误，符合题意；
B ．燃烧是化学变化，酒精燃烧时将化学能转化为内能。故 B 正确，不符合题意；
C ．能量的转化和转移是有方向的，如内能在转移时，只能从温度高的物体（物体高温部分）向低温物体（物体的低温部分）转移。故 C 正确，不符合题意；
D ．根据能量转化与守恒定律可知，永动机是不可以实现的。这个现象中，轮子的转动，消耗了内能。故 D 正确，不符合题意。故选 A。
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6. 下列 4 幅图的说法中正确的是 ( )
A ．甲图，用燃气灶烧水，只存在能的转移，不存在能的转化
B ．乙图，小球弹跳的高度逐渐降低，说明能量会凭空消失
C ．丙图，火箭升空用的喷气发动机属于用内能做功的机械—热机
D ．丁图，只要坚持不懈，科学家们终有一天会发明出永动机
【答案】C
A ．用燃气灶烧水时，燃气的化学能先转化为内能（能的转化），然后内能通过热传递转移到水中（能的转移），并非只存在能的转移，故 A 错误；
B ．小球弹跳高度逐渐降低，是因为小球在运动过程中受到空气阻力等作用，一部分机械能转化为内能，但能量不会凭空消失，而是遵循能量守恒定律，故 B 错误；
C ．热机是利用内能做功的机械，火箭升空用的喷气发动机，通过燃料燃烧将内能转化为机械能，属于热机，故 C 正确；
D ．永动机违背了能量守恒定律，是不可能被发明出来的，故 D 错误。故选 C。
7. 如图所示是核电站发电和供电的流程图：以核反应堆来代替火力发电站的锅炉，以核燃料（铀）在核反应堆中发生特殊形式的“燃烧”产生热量来加热水，使之变成蒸汽。蒸汽通过管路进入汽轮机，推动汽轮机带着发电机旋转，从而产生电，并通过电网送到四面八方。下列说法正确的是 ( ) A ．电能属于一次能源
B ． 目前核电站是通过可控核聚变释放核能
C ．核电站发电的能量转化过程是：核能→ 内能→机械能→ 电能
D ．能量在转化和转移的过程中总会有损耗，所以能量的总量会减小
【答案】C
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A．一次能源是指可以从自然界直接获取的能源，而电能是通过其他能源（如核能、煤炭、水能等）转化而来的，属于二次能源，故 A 错误；
B ． 目前核电站是通过可控核裂变释放核能来发电的，而不是核聚变，故 B 错误；
C ．核电站发电时，核反应堆中核燃料（铀）发生核裂变释放核能，核能转化为水的内能；水变成蒸汽推动汽轮机，内能转化为汽轮机的机械能；汽轮机带动发电机旋转，机械能转化为电能。所以核电站发电的能量转化过程是：核能→ 内能→机械能→ 电能，故 C 正确；
D ．据能量的转化和守恒定律可知，能量在转化和转移的过程中，总量保持不变，故 D 错误。故选 C。
8. 早在宋朝我国劳动人民就发明了如图所示的“走马灯” ，它的原理是空气被蜡烛加热，形成上升气流，推动灯顶上的叶片带动画面转动。下列说法正确的是 ( )
A ．“走马灯” 的能量转化与汽油机的压缩冲程能量转化相同
B ．热空气推动灯顶上叶片时没对叶片做功
C ．“走马灯” 中空气温度升高是通过热传递实现的
D ．蜡烛燃烧过程中能量不守恒
【答案】C
A ．空气被蜡烛加热，形成上升气流，推动灯顶上的叶片带动画面转动，这是内能转化为机械能，汽油机的压缩冲程发生的能量转化为机械能转化为内能，故 A 错误；
B ．热空气推动灯顶上叶片时，热空气对叶片做功，B 错误；
C ．未点燃蜡烛时，“走马灯” 中空气温度较低，点燃蜡烛后，由于蜡烛的温度比周围的温度高，两者之间存在温度差，因此周围空气温度升高是通过热传递实现的，C 正确；
D ．蜡烛燃烧过程中将自身储存的化学能转化为内能，能的总量不会改变，是守恒的，D 错误。故选 C。
9 ．从原始时期的柴草，到工业革命后的煤炭、石油、天然气，到如今的太阳能、风能、核能，人类在逐步实现能源可持续发展，下列说法正确的是 ( )
A ．干木柴燃烧越充分，热值越高 B ． 目前核电站是利用核聚变释放的核能来发电的
C ．煤炭、石油、天然气属于可再生能源 D ．利用太阳能可以加热物体，也可以发电
【答案】D
A ．热值是燃料的一种属性，与燃烧情况无关，热值不变，故 A 错误；
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B ．目前核电站是利用核裂变释放的核能来发电的，目前人类技术尚无法实现可控核聚变，故 B 错误；
C ．煤炭、石油、天然气短期内不能从自然界中得到补充，属于不可再生能源，故 C 错误；
D．太阳能的利用方式主要有两种：一是通过集热器吸收太阳能直接加热物体（如太阳能热水器）；二是通过光伏电池将太阳能转化为电能（如太阳能光伏电站），故 D 正确。故选 D。
10. 如图所示为某公园安装的“智能脚蹬车”其配备了太阳能电池板，可实现太阳能和脚蹬车共同发电。配备的蓄电池存储电能，并将电能用于为“智能脚蹬车” 的各种功能供电。健身者通过手机扫码连接“智能脚蹬车”后，就可以使用。下列说法正确的是 ( )
A ．太阳能电池板主要是由超导体材料制成的
B ．太阳能来自于太阳内部发生的核聚变，属于可再生能源
C ．蓄电池在供电过程中将电能转化为化学能
D ．对蓄电池充电时，蓄电池相当于电源
【答案】B
A ．半导体是指导电性能介于导体和绝缘体之间的物质，太阳能电池板主要是由半导体材料制成的，而不是超导体材料，故 A 错误；
B ．太阳能来自于太阳内部发生的核聚变，核聚变反应持续不断地进行，太阳能可以源源不断地获取，属于可再生能源，故 B 正确；
C ．蓄电池在供电过程中，是将化学能转化为电能，为用电器提供电能，故 C 错误；
D ．对蓄电池充电时，蓄电池消耗电能，此时蓄电池相当于用电器，故 D 错误。故选 B。
11 ．热机的效率是热机性能的重要指标，如图所示是某热机的能量流向图，则该热机的效率是( )
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A ． × 100% B ．
C ． × 100% D ．
【答案】A
E1 是总热量，E2 、E3 、E5 属于损失的热量，E4 为有用功，热机的效率等于做有用功的能
量与燃料完全燃烧放出的能量之比，故热机的效率为 故 A 符合题意，BCD 不符合题意。故选 A。
12 ．如图是小陈同学设计的太阳能 LED 路灯电路图，S 为光控开关，下列说法正确的是 ( )
A ．太阳能电池板工作时将电能转化为化学能
B ．白天工作时，光控开关应该接触 a 点，蓄电池相当于用电器
C ．LED 灯是超导体材料制成，具有单向导电性，所以不能接反
D ．晚上工作时，如果 L1 灯损坏，则 L2 灯也不亮
【答案】B
A ．太阳能电池板工作时将太阳能转化为电能，故 A 错误；
B ．白天工作时，光控开关应该接触 a 点，太阳能电池板给蓄电池充电，蓄电池消耗电能，在电路中相当于用电器，故 B 正确；
C ．LED 灯是半导体材料制成，具有单向导电性，所以不能接反，故 C 错误；
D ．由图可知，L1 灯与 L2 灯并联，如果 L1 灯损坏，L2 灯仍能正常工作，故 D 错误。故选 B。
二、填空题（每空 1 分，共 30 分）
13．如图所示，轻轻碰倒第一块木板就会产生连锁反应，使其余木板依次倒下。木板在倒下时，其 能会减小，并转化为 能，撞击到第二块木板，由于能量的传递以及每块站立的木板都具有重力势能，其机械能就会比前面的木板的大，这个过程 （选填“遵循”或“不遵循”）能量守恒定律。
【答案】 重力势能 动 遵循
木板倒下时重心会降低，即高度降低，木板质量不变，所以其重力势能会减小；木板的重力势能减小后会使得木板倒下速度增大，所以木板的重力势能转化为了动能。
第十八章 能源与可持续发展 测试卷（解析版）
第 15 页 共 25 页
能量守恒定律是最基本的定律之一，是指自然界中总能量保持不变，即使木板产生连锁反应，后边的木板比前边木板的机械能大，但仍然遵循能量守恒定律。
14. 图为台球比赛时的情景。打台球时，运动的白球撞击目标球后，速度会变慢，这是由于白球的动能 到了目标球上；两球撞击时，由于相互摩擦，会发生能量的 前两空均选填“转移”或“转化”）；台球撞击过程 能量守恒定律。（选填“遵守”或“不遵守”）
【答案】 转移 转化 遵守
运动的白球撞击目标球后速度变慢，是因为白球的部分动能传递给了目标球，这种同一形式能量在不同物体间的传递属于能量的转移。
两球撞击时相互摩擦，机械能会转化为内能，这种不同形式能量之间的转变属于能量的转化。
能量守恒定律是自然界普遍适用的规律，无论能量是转移还是转化，总能量始终保持不变。台球撞击过程中，虽然存在动能的转移和机械能与内能的转化，但总能量是守恒的，遵守能量守恒定律。
15．中核集团的“华龙一号”成为继中国高铁之后的又一张中国名片，核能是 （选填“可再生”或“不可再生”）能源，“华龙一号”核反应堆利用铀核 （选填“裂变”或“ 聚变”）时产生的内能，推动汽轮机带动发电机发电。核电站通常建在海边，用海水做冷却剂，原因是水的 大。
【答案】 不可再生 裂变 比热容
[ 1]核能属于不可再生能源。因为核燃料是矿产资源，随着大规模开发利用，储量越来越少，不能在短期内得到补充，所以属于不可再生能源。
[2]核电站是利用原子核裂变发生可控链式反应时释放的大量能量来发电的，通过汽轮机做功，带动发电机发电。
[3]水的比热容大，相同质量的水与其它物质相比，升高相同温度时吸收的热量多，所以用海水做冷却剂。
16. 目前，科学家正在研究太空电站，即地球同步轨道上的太阳能电站，其示意图如图。以地球为参照物，太空电站是 的；利用微波实现“无缆传输”，微波是一种 波；太阳能属于 （选填“可再生”或“不可再生”）能源。
第十八章 能源与可持续发展 测试卷（解析版）
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【答案】 静止 电磁 可再生
[ 1]科学家正在研究太空电站，即地球同步轨道上的太阳能电站，地球同步卫星相对地球
的位置不发生变化，以地球为参照物，同步卫星上的太空电站相对于地球的位置也不发生变化，太空电站是静止的。
[2] 电磁波能够传递信息和能量，微波是一种电磁波，利用微波能够实现“无缆传输”。
[3]太阳能可以源源不断的从太阳获取，属于可再生能源。
17. 2025 年春节，《哪吒之魔童闹海》全球热映，电影中哪吒的三昧真火与敖丙的玄冰相遇时，玄冰迅速 （填物态变化名称）成水，借助水火之力形成大量水蒸气冲破巨鼎封印。冲破封印的过程， 能转换为机械能，能量转化的方向与汽油机中 冲程相同。
【答案】 熔化 内 做功
玄冰变成水，由固态变成液态，是熔化的过程。
水蒸气冲破巨鼎封印，冲破封印的过程，水蒸气的内能转换为巨鼎的机械能，导致巨鼎破裂。
汽油机的做功冲程，将内能转化为机械能，则冲破封印过程的能量转化与汽油机的做功冲程相同。
18. 黄旭华院士（1926.3.12﹣2025.2.6）是中国核潜艇之父，共和国勋章获得者，为祖国的核潜艇事业隐姓埋名三十年，最终带领团队研制出中国第一艘核潜艇。潜艇的动力来源于一座功率很大的核反应堆，核反应堆主要利用图中 （选填“a”或“b”）的过程获得能量，该反应过程在核反应堆里是 （选填“可控”或“不可控”）的，核能是一种 （选填“可再生”或“不可再生”）能源。
【答案】 a 可控 不可再生
[ 1] 图 a 是核裂变，即一个中子轰击铀核，铀核分裂成两个质量较小的核，同时释放出大
量的能量和中子；图 b 是核聚变，即氘核和氚核在超高温下结合成氦核，释放出巨大能量 。核反应堆主要利用核裂变（图 a ）的过程获得能量。
[2] 因为目前核反应堆是通过控制核裂变的链式反应来和平利用核能的，是可控的，而核聚变目前还难以实现可控应用。
第十八章 能源与可持续发展 测试卷（解析版）
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[3]可再生能源是指在自然界中可以不断再生、永续利用的能源，例如太阳能、风能、水能等；不可再生能源是指在自然界中经过亿万年形成，短期内无法恢复且随着大规模开发利用，储量越来越少总有枯竭一天的能源，核能所利用的核燃料（如铀等）在地球上的储量是有限的，消耗后不能在短期内从自然界得到补充，所以核能是一种不可再生能源。
19．近年来，各地整合了很多小型供暖锅炉，将热电厂的废热通过大型管道输送到市区，这样既环保又节省了煤炭资源，煤炭资源属于 （“可再生”或“不可再生”）能源，而且在煤炭燃烧的过程中，向外散失的能量不能自动汇集回来进行使用，说明能量的转移和转化都是有 的，暖气让室内温度升高是通过 的方式来改变室内空气内能的。
【答案】不可再生；方向性；热传递
煤炭使用后，短期内不能从自然界得到，是不可再生能源。
煤炭在燃烧过程中，大量向外散失的能量不会自动再收集回来，说明在能量的转化和转移的过程中，能量转化和转移是有方向性的。
暖气供热时，室内空气吸收热量，内能增加，温度升高，是通过热传递方式改变空气的内能。
20. 为了尽快散热，通常在电脑 CPU 上安装金属散热器，如图所示。表格中可选散热器的最好材料应是 。用该材料制成的散热器质量是 0.8kg ，某电脑 CPU 正常工作的一段时间内产生了
7040J 的热量，这些热量全部被该散热器吸收，则可使其温度升高 ℃ , 此过程中能量发生了 （选填“转移”或“转化”）。
【答案】 铝 10 转移
[ 1]相同质量的不同物质，升高相同温度时，物质的比热容越大，由 Q =cm Δt 可吸知，该
物质吸收的热量越多，散热效果越好。由表中数据可知铝的比热容最大，散热性能最好，故表格中几种金属用作散热片的最好材料是铝。
[2]根据 Q 吸=cm Δt 可得，散热器升高的温度 C
[3]此过程中发生了热传递，能量发生了转移。
21. 2024 年 4 月 19 日，两辆以氢为燃料的汽车，实现了从北京到上海 1500 公里长距离运输的首次测试，选用氢为燃料是因为氢的 大，氢燃烧时化学能转化为 ，再转化为汽车的 ，对环境无污染，氢能汽车是绿色低碳发展的重要载体。
第十八章 能源与可持续发展 测试卷（解析版）
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【答案】 热值 内能 机械能
汽车选用氢为燃料是因为氢的热值大，与其他相同质量的燃料相比，氢完全燃烧时，氢释放的热量更多。
氢燃烧时产生热量，使汽车运动，此过程中将氢燃烧时化学能转化为内能，发动机再将内能转化为汽车的机械能，对环境无污染，氢能汽车是绿色低碳发展的重要载体。
22. 如图甲所示，将一根弹簧和一个质量为 1kg 的金属球（球上有小孔）套在铁架台的金属杆 AB上。现将小球提到 B 端后松手，小球的高度随时间变化情况如图乙所示，弹簧原来的长度 （选填“ ＞”、“ ＝”或“ < ”) 40cm，在 0~t1 过程中，小球重力势能的变化量 （选填“ ＞”、“ ＝”或“ < ”)动能变化量，在 t1 、t2 两个时刻，小球的动能分别为 E 1、E 2 ，则 E 2 E 1 。（选填“ ＞”、“ =”或“ < ”)
【答案】 ＞ ＞ <
[ 1] 由图像可知，小球最终静止在弹簧上，弹簧受到了小球向下的压力，此时小球的高度为 40cm ，故弹簧原长大于 40cm。
[2] 由图像可知，小球每次弹起的最大高度减小，说明小球运动时受到阻力的作用，在 0~t1 过程中小球重力势能转化为弹簧的弹性势能、小球的动能和内能，故在 0~t1 过程中小球重力势能的变化量大于动能变化量。
[3] 由于小球受到阻力的作用，小球的一部分机械能会转化为内能，在 t1 和 t2 两个时刻，小球的高度是相同的，小球的重力势能相同，弹簧的弹性势能相同，根据能量守恒定律可知，动能变小，其大小关系为 Ek1＞Ek2。
三、解答题（共 46 分。计算题第 27 、28 题要求写出必要的文字说明、公式和演算过程）
23. 目前已建成的核电站利用核能发电，它的核心设备是核反应堆，核反应堆是通过可控 （选填“核裂变 ”或“核聚变 ”）反应释放核能的设备。核电站中发电机的原理是 。2020 年12 月 4 日，中国新一代“人造太阳”实验装置——热核聚变反应堆获得重大突破完成了放电实验，
热核聚变实验中反应堆放电功率为 30kW，输出稳定电流 40A 并持续 0.5s，则输出电压是 V；若将“人造太阳”此次释放的电能全部储存进电池并全部释放为照明电路供电，可使一只“220V 10W”的节能灯持续工作 min。
【答案】 核裂变 电磁感应 750 25
第十八章 能源与可持续发展 测试卷（解析版）
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核电站靠核反应堆发电，核反应堆是通过可控核裂变发电。
核电站中发电机的原理是电磁感应，是闭合电路中部分导体切割磁感线产生感应电流。输出电压是U V
“人造太阳”此次释放的电能为W = Pt=30× 103 W × 0.5s=1.5 × 104 J
一只“220V 10W” 的节能灯持续工作时间为t s=25min
24. 爱动脑的小明猜想光电板吸收太阳能的多少，可能与光照时间有关。为了验证猜想，他借来三个相同的光电板并分别接在相同的放完电的蓄电池上，然后将这些光电板从当天上午十点开始，正对太阳光照射不同的时间，再分别让这些蓄电池为相同的小灯泡供电，直到小灯泡熄灭，记录小灯泡的发光时间。
（1）白天太阳能电池板发电，向电网提供电能，此过程中太阳能转化为 能；
（2）实验时是通过比较 来比较光电板吸收太阳能的多少的，这种方法叫做 法；
（3）为了方便记录与分析数据，请你帮小明在图乙的虚线框内设计出符合题意的表格 ；
（4）中午时段，太阳能电池板的输出电压为 500V ，输出电流为 20A ，2h 可以为电网提供电能 kW·h；
（5）根据生活经验，请你猜想，光电板吸收太阳能多少还可能与 有关。
【答案】（1）电；（2）小灯泡发光时间，转换法；（3）见解析；（4）20；（5）光照强度、光照角度、光电板的材料等。
（1）白天太阳能电池板发电，向电网提供电能，消耗太阳能，产生电能，将太阳能转化为电能。
（2）光电板吸收太阳能越多，小灯泡的发光时间越长，所以光电板吸收太阳能的多少是通过小灯泡灯发光时间反映的，用到转换法。
（3）要验证光电板吸收太阳能的多少与光照时间的关系，需要控制其他条件相同，改变光照时间，实验中通过小灯泡灯发光时间来反映光电板吸收太阳能的多少，所以需要观察小灯泡的发光时间，所以表格中应该有光照时间/min、小灯泡的发光时间/min ，见下表：
数据序号 1 2 3
第十八章 能源与可持续发展 测试卷（解析版）
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光照时间/min
小灯泡的发光时间/min
（4）提供电能 W= UIt=500V×20A×2×3600s=7.2×107J=20kW·h
（5）光电板吸收太阳能多少还可能与光照强度、光照角度、光电板的材料等因素有关。
25．温差发电技术是绿色环保的发电技术，利用热电转换材料和两块金属板可制成简易的温差发电装置。如图所示，将发电装置的一块金属板 B 放在冷水中，用火焰加热另一块金属板 A ，观察到与热电转换材料连接的 LED 小灯珠发光。小乔想利用此装置探究发电的电压与温度的关系，对此装置做了适当的改进：
步骤一：将 LED 小灯珠拆下，换成数字电压表接入电路；
步骤二：撤去蜡烛，将上端金属板 A 浸入热水中，用温度计每隔一段时间测量冷、热水的温度。
热水温度t1 /℃ 84.7 74.8 73.0 70.8 69.5 68.4
冷热水温差Δt /℃ 64.1 54.2 52.4 48.9 47.8
电压 U/V 5.39 5.27 4.57 4.25 4.16 3.90
（1）分析实验数据，当时室温是 ；上表中缺失的数据是 ；
（2）改变热源的目的是 ；
（3）由上述实验可知：当温差发电机热端与冷端的温差减小，LED 小灯珠会变 （选填“亮”或“ 暗”）。
【答案】（1）20.6℃ , 50.2；（2）便于控制温度变化；（3）暗
（1）由表格数据可知，冷水的温度为
t2 = t1 _ Δt = 84.7℃_ 64. 1℃= ...... = 68.4 ℃_ 47.8 ℃= 20.6 ℃
冷水的温度与室温相同，因此当时的室温是 20.6℃ 。则上表中缺失的数据是
Δt = 70.8℃_ 20.6℃ = 50.2℃
（2）利用此装置探究发电的电压与温度的关系，则需要记录不同温度差下的电压示数，因用火焰加热 A 金属板时，金属板 A 的温度无法测量，且温度不易控制，从而无法得到温度差。因此撤去
第十八章 能源与可持续发展 测试卷（解析版）
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蜡烛，将上端金属板 A 浸入热水中，此时可用温度计测量热水的温度，从而得到冷热水的温度差，便于控制温度变化。
（3）由表可知，当温差发电机热端与冷端的温差减 小，电压会减小，则 LED 小灯珠会变暗。
26. 太阳能热水器因节能环保而广泛应用。热水器由真空集热管、不锈钢保温水箱、连接管道等部件组成。集热器相当于电热水器中的电热管，保温水箱储存热水，连接管道将整套冷水、热水系统形成一个闭合的环路。实际使用中发现其效率受多种因素影响，小明思考：太阳能热水器效率与什么因素有关
他猜想：与太阳能热水器的倾角、光照时间和水的质量有关。
为此，小明开展“影响太阳能热水器效率的因素”探究实验，装置如图所示。他采用同一太阳能热水器，在不同条件下进行测试，并记录相关数据如表所示：
实验序号 太阳能热水器的倾角 光照时间/h 水的质量/kg 水升高的温度/℃
1 30° 2 10 10
2 45° 2 10 15
3 45° 3 10 20
4 45° 2 20 8
请你解答下列问题:
（1）该实验通过比较 判断太阳能热水器效率高低。
（2）分析实验 1 和 2 ，初步得出结论：在光照时间和水的质量相同时，太阳能热水器的倾角越大，太阳能热水器的效率越高。
（3）分析实验 2 和 3 ，可初步得出结论： 。
（4）要探究“水的质量对太阳能热水器效率的影响” ，应选择实验 进行对比。
（5）实验 4 中，水的质量比实验 2 多，但水升高的温度却低。从能量转化和比热容相关知识的角度说明理由 。
（6）除了上述列出的因素，还有哪些因素可能会影响太阳能热水器的效率 请至少说出两个因素： 、 。
第十八章 能源与可持续发展 测试卷（解析版）
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【答案】 （1）水升高的温度；（3）在太阳能热水器的倾角和水的质量相同时，光照时间越长，
太阳能热水器效率越高。（4）2 和4；（5）实验 2 和 4 中太阳能热水器工作时，将太阳能转化为内能，光照时间相同，热水器中水吸收的热量相同，实验 4 中，水的质量比实验 2 多，根据Q=cmΔt可知，热量和比热容相同，升高的温度和质量成反比，所以水升高的温度会降低；（6）光照强度、环境温度等。
（1）由转换法可知，实验通过比较水升高的温度判断太阳能热水器效率高低，水升高的温度越高，则太阳能热水器效率越高。
（3）分析实验 2 和 3 ，太阳能热水器的倾角和水的质量相同，第 3 次光照时间较长，水升高的温度较高，太阳能热水器效率较高，可以得到：在太阳能热水器的倾角和水的质量相同时，光照时间越长，太阳能热水器效率越高。
（4）要探究“水的质量对太阳能热水器效率的影响” ，保持太阳能热水器的倾角和光照时间相同，水的质量不同，选择实验 2 和 4。
（5）实验 2 和 4 中太阳能热水器工作时，将太阳能转化为内能，光照时间相同，热水器中水吸收的热量相同，实验 4 中，水的质量比实验 2 多，根据 Q=cmΔt 可知，热量和比热容相同，升高的温度和质量成反比，所以水升高的温度会降低。
（6）光照强度（太阳辐射强度）：强光下集热管吸收能量更快。环境温度：低温环境会导致保温水箱散热加快。所以影响太阳能热水器的效率可能有光照强度、环境温度等。
27. 某款太阳能电池板的相关参数如表。
叶片面积 光电转换效率 蓄电池充电效率
25m2 20% 70%
（1）该太阳能电池板有自动清洁装置，清洁功率为 1kW，清洁用时 2h。每次清洁时的耗能相当于完全燃烧多少 kg 焦炭？（q 焦炭=3×107J/kg）
（2）某天，电池板接收太阳辐射的平均功率为 1000W/m2 电池板转化的一部分电能 E1 ，白天直接为 3kW 的家用电器持续供电，另一部分电能给蓄电池充电，使其储能增加 E2 。蓄电池增加的能量能使某电动汽车匀速行驶 49km 。已知蓄电池提供能量的 80%用于维持汽车匀速行驶，该车行驶时受到的阻力恒为 1000N 。求：
①蓄电池增加的能量 E2；
②白天的日照时间 t。
【答案】（1）0.24kg；（2）①6. 125×107J ；②4.375×104s
（1）清洁装置消耗的电能E = W = Pt = 1kW× 2 h= 1000 W× 7200 s=7.2× 10 J 6
第十八章 能源与可持续发展 测试卷（解析版）
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相同的能量，需要完全燃烧焦炭的质量为m kg
（2）①汽车匀速行驶时，发动机提供的牵引力 F=f=1000N
汽车匀速行驶时牵引力做的功W牵 = Fs = 1000 Nx 49km=1000 Nx 4.9 x 104 m=4.9 x 107 J蓄电池增加的能量Ex 107 J
②太阳能电池板接收的总辐射功率P总 = 1000 W/m 2 x 25m 2 = 25000 W光电转换后的电功率 P 电=25000W×20%=5000W
用于充电的功率 P 充电=5000W-3000W=2000W
充电时，实际充入蓄电池的电能E x 10 7J白天的日照时间t x 104 s
28. 我市已经成为一座新能源之都！某厂生产的“ 常电牌” 电动汽车，搭载了我国自主研发、世界最先进的“麒麟电池”作为电源，某用户购车后，在高速公路上进行了一次测试，该电动汽车在水平路面上 60s 匀速直线行驶了 2000m ，当时车内屏幕显示电动机输出功率为 50kW 。问：
电池类型 麒麟电池
理论续航里程 822km
电池储满电能 150kW h
电动机将电能转化为机械能的效率 90%
（1）该车在这次测试过程中牵引力所做的功是多大？
（2）该车在这次测试过程中受到的阻力是多大？
（3）该车充满电后，保持测试时电动机的输出功率和行驶速度，最大续航里程是多大？
（4）上述计算出的最大续航里程与理论续航里程差异很大，原因是 。（写出一条即可）
【答案】（1）3×106J；（2）1500N；（3）324km；（4）见解析
（1）该车在这次测试过程中牵引力所做的功W＝Pt＝50x 10 W x 60s＝33 x 10 J 6
（2）由 W＝Fs 知道，牵引力F N
因为电动汽车在水平路面上做匀速直线运动，所以，由二力平衡条件知道，该车在这次测试过程中受到的阻力f＝F＝1500N
（3）由 知道，电动机输出的最大机械能W机械= ηW电＝90%x 150kW . h＝135kW . h＝4.86x 108 J
第十八章 能源与可持续发展 测试卷（解析版）
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由 W＝Fs 知道，最大续航里程s最大 m=324km
（4）测试时是以最大速度行驶，汽车的速度越大，其受到的空气阻力越大，则克服阻力做的额外功就越多，导致计算出的最大续航里程与理论续航里程差异很大。
29．抽水蓄能是利用电网用电低谷期过剩的电能，通过电动抽水泵将低处下水库的水抽到高处上水库储存起来，然后待用电高峰期再释放上水库中的水，冲击水电站中的水轮发电机组发电，输送回电网，工作原理示意图如图所示。我国的河北丰宁电站是目前世界上装机容量最大的抽水蓄能电站，上水库容量为 4.5×107m3 ，上水库一次储满的水若全部通过隧洞下落 400m 高度，冲击水轮发电机组发电，可获得 1.44×1014J 的电能。（p水＝1.0 × 103 kg/m3 ，g 取 10N/kg）
（1）抽水蓄能的能量转化过程是将过剩的电能转化为水的 能，在需要的时候再通过发电机组转化为 能，输送回电网；
（2）水轮发电机组的发电效率为 。
【答案】（1）重力势，电；（2）80%
（1）抽水过程中，电动抽水机消耗电能，将水抽到高处，水的高度增加，重力势能增大，所以是将过剩的电能转化为水的重力势能。
发电时，上水库的水冲击水轮发电机组，水的机械能转化为电能，所以通过发电机组转化为电能输送回电网。
（2）上水库容量为 4.5×107m3 ，水的质量 m=ρV= 1.0×103 kg/m3 ×4.5×107m3=4.5×1010kg水的重力为 G=mg=4.5×1010kg×10N/kg=4.5×1011N
水从高度 400m 处下落，重力做功 W=Gh=4.5×1011N×400m= 1.8×1014J
水轮发电机组输出的电能为 1.44×1014J ，故发电效率
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