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21 研究能源利用，实现可持续发展已成为21世纪世界各国共同的任务。能源按不同的分类方式可进行不同分类。下列四组能源中，能归入如图所示阴影部分的一组是 （
A.煤炭、地热能、沼气
B.太阳能、风能、水能
C.水能、木柴、天然气
D.石油、潮汐能、核能
B
）A.煤炭、地热能、沼气
B.太阳能、风能、水能
C.水能、木柴、天然气
D.石油、潮汐能、核能
答案
21. B
解析
【分析】首先明确阴影部分是三个圆的公共交集，需同时满足三个条件：①属于来自太阳辐射的能源；②属于清洁能源；③属于可再生能源。接下来逐一分析选项中的能源是否符合这三个条件，排除不符合的选项即可。
【解析】阴影部分表示同时满足“来自太阳辐射的能源”“清洁能源”“可再生能源”的能源组合，对各选项分析如下：
选项A：煤炭是不可再生的化石能源，且不属于清洁能源；地热能来自地球内部，并非来自太阳辐射，不符合条件，排除。
选项B：太阳能直接来自太阳辐射，是清洁能源、可再生能源；风能由太阳辐射导致大气运动形成，属于清洁能源、可再生能源；水能由太阳辐射驱动水循环形成，属于清洁能源、可再生能源，三者均符合阴影部分的条件。
选项C：天然气是化石能源，不可再生且不属于清洁能源，不符合条件，排除。
选项D：石油是不可再生的化石能源，核能来自地球内部，潮汐能来自天体引力，均不符合“来自太阳辐射的能源”的条件，排除。
【答案】B
【知识点】能源分类、可再生能源、清洁能源
【点评】本题考查能源的分类，需准确把握不同能源的属性，结合题目给出的三个分类条件进行判断，属于基础应用类题目。
【难度系数】0.6
【解析】阴影部分表示同时满足“来自太阳辐射的能源”“清洁能源”“可再生能源”的能源组合，对各选项分析如下：
选项A：煤炭是不可再生的化石能源，且不属于清洁能源；地热能来自地球内部，并非来自太阳辐射，不符合条件，排除。
选项B：太阳能直接来自太阳辐射，是清洁能源、可再生能源；风能由太阳辐射导致大气运动形成，属于清洁能源、可再生能源；水能由太阳辐射驱动水循环形成，属于清洁能源、可再生能源，三者均符合阴影部分的条件。
选项C：天然气是化石能源，不可再生且不属于清洁能源，不符合条件，排除。
选项D：石油是不可再生的化石能源，核能来自地球内部，潮汐能来自天体引力，均不符合“来自太阳辐射的能源”的条件，排除。
【答案】B
【知识点】能源分类、可再生能源、清洁能源
【点评】本题考查能源的分类，需准确把握不同能源的属性，结合题目给出的三个分类条件进行判断，属于基础应用类题目。
【难度系数】0.6
22 [2025广州]如图所示的“风光互补”路灯，其太阳能电池板和风力发电机产生的电能，输送至蓄电池储存起来，供路灯照明使用。
（1）工作时，风力发电机将
（2）蓄电池储存的电能为4.8 kW·h，若全部用于路灯供电，则可供额定功率为80 W的路灯正常发光
（1）工作时，风力发电机将
风
能转化成电能，太阳能电池板将太阳
能转化成电能，风能和太阳能是可再生
（可再生/不可再生）的。（2）蓄电池储存的电能为4.8 kW·h，若全部用于路灯供电，则可供额定功率为80 W的路灯正常发光
60
h。答案
22. (1) 风 太阳 可再生 (2) 60
解析
【分析】
第（1）问需明确不同装置的能量转化形式，以及可再生能源的判断标准；第（2）问利用电能公式变形计算发光时间，注意单位统一。
【解析】
（1）风力发电机工作时，将风的动能（风能）转化为电能；太阳能电池板将太阳能转化为电能；风能和太阳能可源源不断从自然界获取，属于可再生能源。
（2）已知电能$ W = 4.8\ \mathrm{kW·h} $，路灯额定功率$ P = 80\ \mathrm{W} = 0.08\ \mathrm{kW} $，根据公式$ t = \frac{W}{P} $，可得路灯正常发光时间：$ t = \frac{4.8\ \mathrm{kW·h}}{0.08\ \mathrm{kW}} = 60\ \mathrm{h} $。
【答案】
(1) 风 太阳 可再生 (2) 60
【知识点】
能量转化、能源分类、电能计算
【点评】
本题考查能量转化、能源分类及电能计算，属于基础题型，需掌握相关概念和公式即可解答。
【难度系数】
0.8
第（1）问需明确不同装置的能量转化形式，以及可再生能源的判断标准；第（2）问利用电能公式变形计算发光时间，注意单位统一。
【解析】
（1）风力发电机工作时，将风的动能（风能）转化为电能；太阳能电池板将太阳能转化为电能；风能和太阳能可源源不断从自然界获取，属于可再生能源。
（2）已知电能$ W = 4.8\ \mathrm{kW·h} $，路灯额定功率$ P = 80\ \mathrm{W} = 0.08\ \mathrm{kW} $，根据公式$ t = \frac{W}{P} $，可得路灯正常发光时间：$ t = \frac{4.8\ \mathrm{kW·h}}{0.08\ \mathrm{kW}} = 60\ \mathrm{h} $。
【答案】
(1) 风 太阳 可再生 (2) 60
【知识点】
能量转化、能源分类、电能计算
【点评】
本题考查能量转化、能源分类及电能计算，属于基础题型，需掌握相关概念和公式即可解答。
【难度系数】
0.8
23 某氢能科技有限公司研制的氢能源公交汽车(荷载50人)。在交通运输中，常用“客运效率”来反映交通工具的某项效能，“客运效率”表示每消耗单位能量对应的载客数和运送路程的乘积。($q_{氢}$取$1.4×10^8$ J/kg)
(1) 氢能源属于
(2) 汽车满载匀速行驶8 km，行驶时受到阻力为3000 N，每千米消耗燃料0.05 kg，则公交汽车的热机效率为
(3) 一个人骑电动自行车，消耗$1×10^6$ J的能量可行驶30 km，则电动自行车与上述过程中汽车满载时的客运效率之比是
(1) 氢能源属于
可再生
(可再生/不可再生)能源。(2) 汽车满载匀速行驶8 km，行驶时受到阻力为3000 N，每千米消耗燃料0.05 kg，则公交汽车的热机效率为
42.9%
(结果精确到0.1%)。(3) 一个人骑电动自行车，消耗$1×10^6$ J的能量可行驶30 km，则电动自行车与上述过程中汽车满载时的客运效率之比是
21:5
。答案
23. (1) 可再生 (2) 42.9% (3) 21:5
解析
【分析】
首先，(1)问需依据可再生能源的定义判断氢能源的类型；(2)问需先计算汽车行驶的有用功（匀速时牵引力等于阻力），再算出消耗燃料释放的总能量，最后结合热机效率公式求解；(3)问需明确“客运效率”的定义，分别计算电动自行车和汽车的客运效率，再求二者的比值。
【解析】
(1) 可再生能源是可从自然界源源不断获取、可循环利用的能源，氢能源可通过水分解等方式制取，因此属于可再生能源。
(2) 汽车匀速行驶，牵引力与阻力平衡，即$ F = f = 3000\ \mathrm{N} $，行驶路程$ s = 8\ \mathrm{km} = 8000\ \mathrm{m} $，有用功$ W_{\mathrm{有}} = Fs = 3000\ \mathrm{N} × 8000\ \mathrm{m} = 2.4 × 10^7\ \mathrm{J} $；消耗燃料质量$ m = 0.05\ \mathrm{kg/km} × 8\ \mathrm{km} = 0.4\ \mathrm{kg} $，燃料完全燃烧释放的总能量$ Q_{\mathrm{放}} = mq_{\mathrm{氢}} = 0.4\ \mathrm{kg} × 1.4 × 10^8\ \mathrm{J/kg} = 5.6 × 10^7\ \mathrm{J} $；热机效率$ \eta = \frac{W_{\mathrm{有}}}{Q_{\mathrm{放}}} × 100\% = \frac{2.4 × 10^7\ \mathrm{J}}{5.6 × 10^7\ \mathrm{J}} × 100\% \approx 42.9\% $。
(3) 客运效率定义为“（载客数×路程）/消耗能量”。电动自行车的客运效率$ \eta_{\mathrm{电}} = \frac{1 × 30\ \mathrm{km}}{1 × 10^6\ \mathrm{J}} = \frac{30}{1 × 10^6} $；汽车的客运效率$ \eta_{\mathrm{车}} = \frac{50 × 8\ \mathrm{km}}{5.6 × 10^7\ \mathrm{J}} = \frac{400}{5.6 × 10^7} $；二者比值为$ \eta_{\mathrm{电}}:\eta_{\mathrm{车}} = \frac{30}{1 × 10^6} ÷ \frac{400}{5.6 × 10^7} = \frac{30 × 5.6 × 10^7}{1 × 10^6 × 400} = \frac{21}{5} = 21:5 $。
【答案】
(1) 可再生 (2) 42.9% (3) 21:5
【知识点】
能源分类、热机效率计算、比值运算
【点评】
本题综合考查能源分类、热机效率及新定义“客运效率”的应用，需准确理解概念内涵，计算时注意单位换算，理清逻辑即可正确解答。
【难度系数】
0.5
首先，(1)问需依据可再生能源的定义判断氢能源的类型；(2)问需先计算汽车行驶的有用功（匀速时牵引力等于阻力），再算出消耗燃料释放的总能量，最后结合热机效率公式求解；(3)问需明确“客运效率”的定义，分别计算电动自行车和汽车的客运效率，再求二者的比值。
【解析】
(1) 可再生能源是可从自然界源源不断获取、可循环利用的能源，氢能源可通过水分解等方式制取，因此属于可再生能源。
(2) 汽车匀速行驶，牵引力与阻力平衡，即$ F = f = 3000\ \mathrm{N} $，行驶路程$ s = 8\ \mathrm{km} = 8000\ \mathrm{m} $，有用功$ W_{\mathrm{有}} = Fs = 3000\ \mathrm{N} × 8000\ \mathrm{m} = 2.4 × 10^7\ \mathrm{J} $；消耗燃料质量$ m = 0.05\ \mathrm{kg/km} × 8\ \mathrm{km} = 0.4\ \mathrm{kg} $，燃料完全燃烧释放的总能量$ Q_{\mathrm{放}} = mq_{\mathrm{氢}} = 0.4\ \mathrm{kg} × 1.4 × 10^8\ \mathrm{J/kg} = 5.6 × 10^7\ \mathrm{J} $；热机效率$ \eta = \frac{W_{\mathrm{有}}}{Q_{\mathrm{放}}} × 100\% = \frac{2.4 × 10^7\ \mathrm{J}}{5.6 × 10^7\ \mathrm{J}} × 100\% \approx 42.9\% $。
(3) 客运效率定义为“（载客数×路程）/消耗能量”。电动自行车的客运效率$ \eta_{\mathrm{电}} = \frac{1 × 30\ \mathrm{km}}{1 × 10^6\ \mathrm{J}} = \frac{30}{1 × 10^6} $；汽车的客运效率$ \eta_{\mathrm{车}} = \frac{50 × 8\ \mathrm{km}}{5.6 × 10^7\ \mathrm{J}} = \frac{400}{5.6 × 10^7} $；二者比值为$ \eta_{\mathrm{电}}:\eta_{\mathrm{车}} = \frac{30}{1 × 10^6} ÷ \frac{400}{5.6 × 10^7} = \frac{30 × 5.6 × 10^7}{1 × 10^6 × 400} = \frac{21}{5} = 21:5 $。
【答案】
(1) 可再生 (2) 42.9% (3) 21:5
【知识点】
能源分类、热机效率计算、比值运算
【点评】
本题综合考查能源分类、热机效率及新定义“客运效率”的应用，需准确理解概念内涵，计算时注意单位换算，理清逻辑即可正确解答。
【难度系数】
0.5
24 利用太阳能电池在太阳光照射下发电叫光伏发电。某学校启动了“光伏发电工程”，在教学楼顶安装了总功率为25 kW的光伏发电系统，如图所示。
（1）若一天的有效光照时间按8 h计算，则该系统一天能发电多少千瓦时？
（2）这些能量相当于完全燃烧多少立方米的天然气？（天然气的热值取 $3.6× 10^7 \ \mathrm{J/m}^3$）
（3）若学校教室的照明由光伏发电系统专设线路供电，光伏发电系统一天的发电量可供学校55个教室的护眼灯正常发光10 h，每个教室统一装有8盏额定功率为40 W的护眼灯，则学校教室专设线路的供电效率是多少？
（1）若一天的有效光照时间按8 h计算，则该系统一天能发电多少千瓦时？
（2）这些能量相当于完全燃烧多少立方米的天然气？（天然气的热值取 $3.6× 10^7 \ \mathrm{J/m}^3$）
（3）若学校教室的照明由光伏发电系统专设线路供电，光伏发电系统一天的发电量可供学校55个教室的护眼灯正常发光10 h，每个教室统一装有8盏额定功率为40 W的护眼灯，则学校教室专设线路的供电效率是多少？
答案
24. (1) 该系统一天的发电量 $W=Pt=25\ \mathrm{kW}×8\ \mathrm{h}=200\ \mathrm{kW·h}$
(2) $Q=W=200\ \mathrm{kW·h}=7.2×10^8\ \mathrm{J}$；相当于完全燃烧的天然气的体积 $V=\frac{Q}{q}=\frac{7.2×10^8\ \mathrm{J}}{3.6×10^7\ \mathrm{J/m^3}}=20\ \mathrm{m^3}$
(3) 护眼灯消耗的总电能 $W_{灯}=55×8×0.04\ \mathrm{kW}×10\ \mathrm{h}=176\ \mathrm{kW·h}$；学校教室专设线路的供电效率 $\eta=\frac{W_{灯}}{W}×100\%=\frac{176\ \mathrm{kW·h}}{200\ \mathrm{kW·h}}×100\%=88\%$
(2) $Q=W=200\ \mathrm{kW·h}=7.2×10^8\ \mathrm{J}$；相当于完全燃烧的天然气的体积 $V=\frac{Q}{q}=\frac{7.2×10^8\ \mathrm{J}}{3.6×10^7\ \mathrm{J/m^3}}=20\ \mathrm{m^3}$
(3) 护眼灯消耗的总电能 $W_{灯}=55×8×0.04\ \mathrm{kW}×10\ \mathrm{h}=176\ \mathrm{kW·h}$；学校教室专设线路的供电效率 $\eta=\frac{W_{灯}}{W}×100\%=\frac{176\ \mathrm{kW·h}}{200\ \mathrm{kW·h}}×100\%=88\%$
解析
【分析】
本题是电能、热值、效率的综合计算题，解题思路如下：
1. 计算光伏发电系统一天的发电量：利用电功公式$W=Pt$，已知总功率和有效光照时间，直接代入计算即可；
2. 计算等效天然气的体积：先将发电量单位转换为焦耳，再根据热值公式$Q=Vq$变形得到$V=\frac{Q}{q}$，代入数值计算；
3. 计算供电效率：先算出护眼灯消耗的总电能，再用效率公式$\eta=\frac{W_{有用}}{W_{总}}×100\%$，其中$W_{有用}$是护眼灯消耗的电能，$W_{总}$是光伏发电系统一天的发电量，代入计算即可。
【解析】
(1) 已知光伏发电系统总功率$P=25\ \mathrm{kW}$，有效光照时间$t=8\ \mathrm{h}$，根据电功公式$W=Pt$，可得一天的发电量：
$W=Pt=25\ \mathrm{kW}×8\ \mathrm{h}=200\ \mathrm{kW·h}$；
(2) 先将发电量单位转换为焦耳：$200\ \mathrm{kW·h}=200×3.6×10^6\ \mathrm{J}=7.2×10^8\ \mathrm{J}$，天然气完全燃烧放出的热量$Q=W$，根据热值公式$Q=Vq$，可得天然气的体积：
$V=\frac{Q}{q}=\frac{7.2×10^8\ \mathrm{J}}{3.6×10^7\ \mathrm{J/m^3}}=20\ \mathrm{m^3}$；
(3) 先计算护眼灯的总功率：每个教室8盏，每盏额定功率$40\ \mathrm{W}=0.04\ \mathrm{kW}$，55个教室的总功率$P_{灯}=55×8×0.04\ \mathrm{kW}=17.6\ \mathrm{kW}$，护眼灯正常发光10h消耗的总电能：
$W_{灯}=P_{灯}t_{灯}=17.6\ \mathrm{kW}×10\ \mathrm{h}=176\ \mathrm{kW·h}$，供电效率：
$\eta=\frac{W_{灯}}{W}×100\%=\frac{176\ \mathrm{kW·h}}{200\ \mathrm{kW·h}}×100\%=88\%$。
【答案】
(1) $200\ \mathrm{kW·h}$；(2) $20\ \mathrm{m^3}$；(3) $88\%$
【知识点】
电功计算、热值计算、效率计算
【点评】
本题是电学与热学结合的基础计算题，主要考查公式应用和单位换算，难度适中，需学生掌握基本公式并注意单位统一。
【难度系数】
0.6
本题是电能、热值、效率的综合计算题，解题思路如下：
1. 计算光伏发电系统一天的发电量：利用电功公式$W=Pt$，已知总功率和有效光照时间，直接代入计算即可；
2. 计算等效天然气的体积：先将发电量单位转换为焦耳，再根据热值公式$Q=Vq$变形得到$V=\frac{Q}{q}$，代入数值计算；
3. 计算供电效率：先算出护眼灯消耗的总电能，再用效率公式$\eta=\frac{W_{有用}}{W_{总}}×100\%$，其中$W_{有用}$是护眼灯消耗的电能，$W_{总}$是光伏发电系统一天的发电量，代入计算即可。
【解析】
(1) 已知光伏发电系统总功率$P=25\ \mathrm{kW}$，有效光照时间$t=8\ \mathrm{h}$，根据电功公式$W=Pt$，可得一天的发电量：
$W=Pt=25\ \mathrm{kW}×8\ \mathrm{h}=200\ \mathrm{kW·h}$；
(2) 先将发电量单位转换为焦耳：$200\ \mathrm{kW·h}=200×3.6×10^6\ \mathrm{J}=7.2×10^8\ \mathrm{J}$，天然气完全燃烧放出的热量$Q=W$，根据热值公式$Q=Vq$，可得天然气的体积：
$V=\frac{Q}{q}=\frac{7.2×10^8\ \mathrm{J}}{3.6×10^7\ \mathrm{J/m^3}}=20\ \mathrm{m^3}$；
(3) 先计算护眼灯的总功率：每个教室8盏，每盏额定功率$40\ \mathrm{W}=0.04\ \mathrm{kW}$，55个教室的总功率$P_{灯}=55×8×0.04\ \mathrm{kW}=17.6\ \mathrm{kW}$，护眼灯正常发光10h消耗的总电能：
$W_{灯}=P_{灯}t_{灯}=17.6\ \mathrm{kW}×10\ \mathrm{h}=176\ \mathrm{kW·h}$，供电效率：
$\eta=\frac{W_{灯}}{W}×100\%=\frac{176\ \mathrm{kW·h}}{200\ \mathrm{kW·h}}×100\%=88\%$。
【答案】
(1) $200\ \mathrm{kW·h}$；(2) $20\ \mathrm{m^3}$；(3) $88\%$
【知识点】
电功计算、热值计算、效率计算
【点评】
本题是电学与热学结合的基础计算题，主要考查公式应用和单位换算，难度适中，需学生掌握基本公式并注意单位统一。
【难度系数】
0.6
