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电能与能源的可持续发展
一、单选题
1．凡是能够提供某种形式的能量的物质，统称为能源。“能源分类相关图”如图所示，四组能源选项中，全部符合图中阴影部分的能源是（ ）
A．煤炭、石油、沼气 B．太阳能、风能、生物质能
C．水能、潮汐能、天然气 D．地热能、海洋能、核能
2．第56届电池大会上，华为发布了5分钟即可为电池充入50%电量的快充技术成果，引起业界广泛关注，如图是华为某智能手机电池上的信息，则（　　）
A．该电池的电动势为15V
B．4000mA·h表示该电池的工作电流为4A
C．若电池一直以50mA的电流工作，可持续工作五天
D．若电池充满电，可对外提供的电能约为5.6×104J
3．如图所示，电阻R的阻值为，电流表为理想电表，两个电池组电动势均为15 V、内阻均为，电路接通后电阻R产生的内能可以被全部利用，而电池组内阻产生的内能无法被利用，则下列说法正确的是（ ）
A．若d、e分别与a、c连接，则电流表的示数为3 A
B．若d、e分别与a、c连接，则整个电路的效率为50%
C．若d、e分别与a、b连接，则电流表的示数为1.5 A
D．若d、e分别与a、b连接，则整个电路的效率为75%
4．将一电源、定值电阻及电阻箱连成如图甲所示的闭合回路，闭合开关后调节电阻箱R的阻值，测得电阻箱R的功率与电阻箱读数变化关系曲线如图乙所示，则下列说法正确的是（ ）
A．该电源电动势为9V
B．该电源内阻为
C．该电源内阻为
D．随着电阻箱的阻值增大，电阻箱消耗的功率也一直增大
5．如图所示为某地一风力发电机，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3。下列说法正确的是（　　）
A．图中A点的线速度与B点的线速度相等
B．此风力发电机发电的功率为
C．若叶片半径变为原来的2倍，则风力发电机发电的功率变为原来的2倍
D．若风速变为原来的2倍，则风力发电机发电的功率变为原来的4倍
6．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
7．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．
8．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
9．在如图所示电路中，电源电动势为，内阻为，、为定值电阻，的阻值与相同，为电容器，电容为。闭合开关，当滑动变阻器的滑片向下滑动时，四个理想电表的示数均发生变化。电表的示数分别用、、和表示，电表示数变化量的绝对值分别用、、和表示，则下列判断中正确的是（ ）
A．不变，不变
B．不变，不变
C．电源的输出功率增大
D．电容器所带电荷量增加
10．如图所示为辽宁某居民屋顶安装的光伏板，一块光伏板有效受光面积为1.5 m2，每天等效太阳垂直照射光伏板的时间为3 h，该光伏板光电转化效率为20%。已知单位时间内太阳垂直射到地面附近单位面积的能量，下列说法正确的是（ ）
A．每秒照射到一块光伏板上的太阳能为700 J
B．一天内入射到一块光伏板的总太阳能为
C．一块光伏板一天最多输出的电能为
D．增大光伏板受光面积，光伏板单位面积接收的太阳辐射功率变大
11．浙江省沿海地区有很多海湾，利用潮汐发电具有得天独厚的优势。某海湾修建水坝后水面面积为。一昼夜大潮、小潮各出现一次，涨潮、退潮均可发电，共发电四次。大潮时坝内、外水位皆可涨至15m，小潮时皆可涨至14m。退潮后，无论大潮还是小潮，坝外水位皆降至10m。发电过程中坝内水面面积视为不变，机械能转化成电能的平均效率为20%，则（　　）
A．大潮时一次涨潮坝内可增加水的重力势能约
B．大潮时一次涨潮和退潮共可发电约
C．小潮时一次退潮可发电约
D．此电站一昼夜可发电约
二、多选题
12．如图所示，某风力发电机的叶片转动时可形成半径为的圆面。某段时间内该区域的风速大小为，风向恰好与叶片转动的圆面垂直，已知空气的密度为，风力发电机将该圆内空气的动能转化为电能的效率为，下列说法正确的是（　　）
A．单位时间内通过叶片转动圆面的空气质量为
B．此风力发电机发电的功率为
C．若仅风速减小为原来的，发电的功率将减小为原来的
D．若仅风速增大为原来的倍，发电的功率将增大为原来的倍
13．在如图所示电路中，电源电动势为E，内阻为r，、为定值电阻且电阻值，电流表、电压表均为理想电表，现使滑动变阻器的滑片向右滑动，则（ ）
A．电源输出功率一直增大
B．电流表示数增大，电压表示数增大
C．定值电阻的电功率减小
D．电压表示数的变化量大小与电流表示数变化量大小的比值不变
14．如图甲所示，一小木块以某一初速度冲上倾角为，且足够长的固定斜面。若以斜面底端为位移初始点，乙图为小木块在斜面上运动的动能随位移变化关系图像。忽略空气阻力的影响，重力加速度， ，，则下列判断正确的是（ ）
A．小木块与斜面间的动摩擦因数为0.2
B．小木块的质量为
C．小木块从斜面底端冲到最高点的过程中，损失的机械能为
D．小木块从斜面底端出发再回到底端的过程中，系统产生的内能为
三、解答题
15．如图所示，电路中，，定值电阻，滑动变阻器阻值R的调节范围为，当滑片从最右端滑至最左端过程中。
(1)当R多少时，定值电阻消耗的功率最大。
(2)当R多少时，电源的输出功率最大，求最大输出功率
(3)当R多少时，滑动变阻器功率最大，求滑动变阻器消耗的最大功率
16．如图是电动起重机的电路示意图。电源电动势为，内阻为，电动机内阻，闭合开关后，标有“，”的灯泡正常发光，求：
(1)通过灯泡的电流；
(2)电动机的输出功率；
(3)若用定值电阻替换电动机，使定值电阻功率最大（设灯泡电阻不变），求其最大功率。
17．如图所示的电路中，两平行金属板A、B水平放置，两板间的距离d=40 cm。电源电动势，内阻，电阻。闭合开关S，待电路稳定后，将一带正电的小球从B板小孔以初速度竖直向上射入板间。小球的电荷量，质量，不考虑空气阻力，取重力加速度大小。滑动变阻器接入电路的阻值为。
(1)当时，求A、B两板间的电压；
(2)在（1）问的下，求电源的输出功率；
(3)为了使小球不与A板碰撞，求的最小值。
18．“虚接”是常见的电路故障，如图所示，电阻、并联在电压为的恒压电源两端。电路中的处由于某种原因形成了虚接，造成该处接触电阻在之间不稳定变化，可等效为电阻，与的电阻，求：
(1)外电路总电阻的变化范围；
(2)当，电阻消耗的功率。
试卷第2页（共3页）
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《电能与能源的可持续发展》参考答案
题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
答案 B D B B B D A C B B
题号 11 12 13 14
答案 C AD AD BD
1．B
【详解】A．煤炭、石油、天然气均为化石能源，形成周期长，属于不可再生的常规能源，不满足“新能源”和“可再生能源”条件，故A错误；
B．太阳能直接来自太阳辐射；风能由太阳辐射造成的地表受热不均形成，生物质能由植物通过光合作用储存太阳能，三者均可持续补充，属于新能源和可再生能源，故B正确；
C．水能可由太阳辐射驱动的水循环不断补充，但潮汐能主要来自天体引潮作用，天然气为化石能源且不可再生，三者不可能全部属于阴影部分，故C错误；
D．地热能来自地球内部热量，核能来自原子核反应，二者不来自太阳辐射；且核能不可再生，故D错误。
故选B。
2．D
【详解】A．15V为充电限制电压，不是该电池的电动势，故A错误；
B．mA·h为电量的单位，4000mA·h表示该电池能提供的电量，故B错误；
C．该电池充满电后一直以50mA的电流工作时，可连续工作的时间为，故C错误；
D．若电池充满电，可对外提供的电能约为，故D正确。
故选D。
3．B
【详解】A．若d、e分别与a、c连接，两个电池组串联接入电路，总电动势
总内阻
电流表示数为，故A错误；
B．此时整个电路的效率为，故B正确；
C．若d、e分别与a、b连接，只有a、b之间的一个电池组接入电路，b、c之间的电池组处于断路中，电流表示数为，故C错误；
D．此时整个电路的效率为，故D错误。
故选B。
4．B
【详解】BC．根据电阻箱所消耗功率P与电阻箱读数R的变化曲线，当电阻箱的电阻等于电源内阻加定值电阻之和时，即
电阻箱消耗的电功率最大，已知，所以解得，故B正确，C错误；
A．电阻箱的电功率最大的时候，电阻箱的电压为U，有
又因为，
解得，故A错误；
D．由题图可知，当电阻箱的阻值在4Ω以内时，随着阻值增加其电功率增加，当电阻箱的阻值在4Ω以上时，随着阻值增大，电功率减小，故D错误。
故选B。
5．B
【详解】A．A点和B点同轴转动，角速度相等，但A点半径大于B点半径，所以A点的线速度大于B点的线速度，故A错误；
B．时间内通过圆内的空气动能为
则此风力发电机发电的功率为
故B正确；
CD．根据
若叶片半径变为原来的2倍，则风力发电机发电的功率变为原来的4倍；若风速变为原来的2倍，则风力发电机发电的功率变为原来的8倍，故CD错误。
故选B。
6．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。
7．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。
8．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。
9．B
【详解】A．由电路图可知，电阻、、 串联，电流表测电路电流，电压表 测 和 的总电压，电压表 测 的电压，电压表 测 的电压。电容器 并联在 两端，电压等于。 当滑动变阻器 的滑片向下滑动时，接入电路的阻值增大，电路总电阻增大，总电流 减小。
根据欧姆定律得，
因增大，故增大；因为定值电阻，故不变。故A错误；
B．根据欧姆定律得
其中为定值电阻，则，保持不变；
根据闭合电路欧姆定律得
则 ，因 、、 均为定值，故不变。故B正确；
C．电源的输出功率
当外电路电阻等于内阻时，电流，此时电源输出功率最大。
已知，则外电路总电阻
电流
当增大时，电流减小，远离，故电源的输出功率减小。故C错误；
D．电容器两端电压等于两端电压，电荷量变化量
由 可知
由 可知
显然，所以电容器所带电荷量增加量。故D错误。
故选B。
10．B
【详解】A．每秒照射到一块光伏板上的太阳能为，故A错误；
B．一天内入射到一块光伏板的总太阳能为，故B正确；
C．一块光伏板一天最多输出的电能为，故C错误；
D．单位面积接收的太阳辐射功率由太阳本身决定，和光伏板面积无关。增大受光面积，总功率变大，单位面积功率不变，故D错误。
故选B。
11．C
【详解】A．大潮水位差，一次涨潮增加的重力势能，故A错误；
B．大潮单次涨/退潮发电量，一次涨潮加退潮共发电，故B错误；
C．小潮水位差，一次退潮重力势能变化，发电量，故C正确；
D．一昼夜共发电4次：大潮涨、大潮退、小潮涨、小潮退，总电能，故D错误。
故选C。
12．AD
【详解】A．单位时间内通过叶片转动圆面的空气，可以理解为单位时间内通过叶片转动圆面的空气柱内的空气，则有，故A正确；
B．根据能量的转化与守恒可知，风的一部分动能转化为发电机发出的电能，而发电功率为单位时间内参与能量转化的那一部分动能，所以发电机发电功率为，故B错误；
C．若仅风速减小为原来的，根据上式知，发电的功率将减小为原来的，故C错误；
D．若仅风速增大为原来的2倍，根据上式知，发电的功率将增大为原来的8倍，故D正确。
故选AD。
13．AD
【详解】A．根据题意，设滑动变阻器与并联后的电阻为，则外电路的总电阻
电源输出功率
由数学知识可知，当时，电源输出功率最大，当滑动变阻器的滑片向右滑动，滑动变阻器接入电路的阻值减小，则减小，由于一定大于，则电源输出功率一直增大，故A正确；
B．当滑动变阻器的滑片向右滑动，由闭合电路欧姆定律有
由于减小，则增大，电压表示数减小，故B错误；
C．定值电阻的电功率增大，故C错误；
D．电压表示数的变化量大小与电流表示数变化量大小的比值不变，故D正确。
故选AD。
14．BD
【详解】AB．上滑过程，由动能定理得
即
下滑过程，由动能定理得
即
联立得，，故A错误，B正确；
CD．从乙图可知，小木块初动能为，上滑到最高点（位移）时动能减为0，滑回底端时动能变为。往返过程动能总共减少，全部转化为内能，所以系统产生的内能为；上滑过程损失的机械能只有，不是，故C错误，D正确。
故选BD。
15．(1)当时，定值电阻消耗的功率最大。
(2)当时，电源的输出功率最大，最大输出功率
(3)当时，滑动变阻器功率最大，最大功率
【详解】（1）定值电阻的功率
是定值，当电流越大，越大，而
当总电阻越小，电流越大，所以当时，消耗的功率最大。
（2）当外电阻等于电源内阻时，电源的输出功率最大，即
得
电源的最大输出功率
（3）要求滑动变阻器功率最大时，需要将和电源内阻合在一起看成等效内阻
滑动变阻器电阻为
滑动变阻器功率最大，最大值为
16．(1)
(2)
(3)
【详解】（1）灯泡正常发光，由公式可得，通过灯泡的电流为
（2）由图可知，电动机与灯泡串联，则电动机两端电压为
电动机输入功率为
电动机发热功率为
电动机输出功率为
（3）灯泡电阻不变，则灯泡电阻为
用定值电阻替换电动机后，外电路为纯电阻电路。将电源内阻和灯泡电阻等效为新的电源内阻，则的电阻等于新电源内阻时，的功率最大，此时的阻值为
电路电流为
的最大功率为
17．(1)16V
(2)
(3)
【详解】（1）电路稳定时A、B板间电压等于两端电压，由闭合电路欧姆定律得电路总电流
A、B两板间电压为
（2）电路总电阻
电源输出功率
（3）小球刚好到达A板时速度为0，对应最小，由动能定理得
解得临界板间电压
由闭合电路欧姆定律
解得的最小值为
18．(1)
(2)
【详解】（1）由电路图可知，电阻直接接在电源、两端，电阻与虚接处的等效电阻串联后再接在电源两端，故外电路是支路与支路的并联。外电路总电阻
该式随的增大而增大，当时，当时，故外电路总电阻的变化范围为。
（2）当时，所在支路的总电阻为
电源为恒压电源，该支路两端电压恒为，故通过的电流
电阻消耗的功率
答案第4页（共4页）
答案第3页（共4页）

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