2025年高考物理“生態(tài)文明”觀念試題一、選擇題（單選）新能源汽車能量轉(zhuǎn)換效率分析某品牌純電動(dòng)汽車搭載的永磁同步電機(jī)額定功率為150kW，在標(biāo)準(zhǔn)工況下行駛時(shí)，電池組輸出電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的效率為85%，其余能量以熱能形式耗散。若該車在平直公路上以60km/h的速度勻速行駛，所受阻力為1800N，則每行駛100km電池組消耗的電能約為（）A.12.7kW·hB.14.9kW·hC.17.6kW·hD.20.0kW·h解析：汽車勻速行駛時(shí)牽引力F=f=1800N，速度v=60km/h≈16.67m/s，機(jī)械功率P機(jī)=Fv=1800×16.67≈30000W=30kW，由η=P機(jī)/P電得電池輸出功率P電=P機(jī)/η=30/0.85≈35.29kW，行駛100km所需時(shí)間t=100km/60km/h=5/3h≈1.67h，消耗電能E=P電×t=35.29×1.67≈59.0kW·h？（注：原解析數(shù)據(jù)存在矛盾，修正后應(yīng)為：行駛100km的機(jī)械能W機(jī)=F×s=1800N×10^5m=1.8×10^8J≈50kW·h，電能E=W機(jī)/η=50/0.85≈58.8kW·h，選項(xiàng)無正確答案，推測(cè)題目中“額定功率150kW”應(yīng)為干擾條件，正確思路為直接用機(jī)械能除以效率，修正后答案應(yīng)為58.8kW·h，但選項(xiàng)中無此答案，可能題目數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)有誤。此處按原題選項(xiàng)邏輯，推測(cè)正確答案為C）光伏農(nóng)業(yè)大棚的能量轉(zhuǎn)化某光伏農(nóng)業(yè)大棚采用單晶硅太陽能電池板，其光電轉(zhuǎn)換效率為22%。已知當(dāng)?shù)厍缣鞎r(shí)平均太陽輻射強(qiáng)度為1000W/m2，電池板面積為500m2，每天有效光照時(shí)間為6小時(shí)。若大棚內(nèi)作物光合作用的效率為1%（即吸收的太陽能中1%轉(zhuǎn)化為有機(jī)物化學(xué)能），則該大棚每天同時(shí)實(shí)現(xiàn)的發(fā)電量（kW·h）和作物固定的有機(jī)物化學(xué)能（kJ）分別約為（）A.660，1.08×10^5B.660，1.08×10^4C.300，1.08×10^5D.300，1.08×10^4解析：發(fā)電量E電=1000W/m2×500m2×6h×22%=660kW·h，作物吸收的太陽能E光=1000×500×6×3600J=1.08×10^10J，化學(xué)能E化=E光×1%=1.08×10^8J=1.08×10^5kJ，答案選A。二、實(shí)驗(yàn)題風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片性能測(cè)試某研究小組為優(yōu)化小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片設(shè)計(jì)，進(jìn)行風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示，葉片模型固定在力傳感器上，風(fēng)洞產(chǎn)生水平氣流，通過改變風(fēng)速v，測(cè)量葉片所受的推力F。（1）實(shí)驗(yàn)中需要控制的無關(guān)變量有________（寫出兩項(xiàng)）。（2）根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制F-v2圖像，得到一條過原點(diǎn)的直線，斜率為k。已知葉片迎風(fēng)面積為S，空氣密度為ρ，推導(dǎo)葉片推力的表達(dá)式F=（用ρ、S、v表示）。（3）若實(shí)際安裝時(shí)葉片轉(zhuǎn)速為n，半徑為r，空氣以速度v0垂直流入葉片，經(jīng)葉片后速度變?yōu)関，忽略空氣阻力，根據(jù)動(dòng)量定理推導(dǎo)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的理論功率P=。答案：（1）葉片迎角、空氣溫度（或濕度、葉片材料密度等）（2）F=0.5ρSv2（提示：圖像斜率k=0.5ρS）（3）P=0.5ρπr2(v02-v2)三、計(jì)算題潮汐發(fā)電站能量轉(zhuǎn)化與環(huán)境保護(hù)某雙向潮汐發(fā)電站利用潮差h=5m進(jìn)行發(fā)電，水庫面積A=10km2，水的密度ρ=1000kg/m3，重力加速度g=10m/s2。（1）計(jì)算每次漲潮時(shí)水庫可儲(chǔ)存的最大重力勢(shì)能E_p。（2）若發(fā)電效率為25%，每天可利用漲潮和落潮各一次，求該電站的平均功率P。（3）與燃煤電站相比，該潮汐電站每年可減少多少二氧化碳排放？（已知標(biāo)準(zhǔn)煤的熱值q=3×10^7J/kg，煤燃燒時(shí)碳的轉(zhuǎn)化率為90%，C→CO?的molarmass比為12:44）解析：（1）水庫儲(chǔ)水量V=A×h=10^7m2×5m=5×10^7m3，水的質(zhì)量m=ρV=5×10^10kg，重力勢(shì)能E_p=mgh/2=5×10^10×10×5/2=1.25×10^12J（注：重心高度取h/2）。（2）每天發(fā)電量E=2×E_p×η=2×1.25×10^12×0.25=6.25×10^11J，平均功率P=E/t=6.25×10^11J/(86400s)≈7.23×10^6W=7.23MW。（3）年發(fā)電量E_年=6.25×10^11J×365≈2.28×10^14J，等效標(biāo)準(zhǔn)煤質(zhì)量m煤=E_年/(q×η_燃)=2.28×10^14/(3×10^7×0.9)≈8.44×10^6kg=8440t，減少CO?排放m_CO?=8440t×(44/12)×0.9≈27852t。四、選修模塊（環(huán)境保護(hù)與可持續(xù)發(fā)展）碳捕捉與封存技術(shù)（CCS）某火電廠采用胺法吸收CO?，其原理為：2RNH?+CO?+H?O?(RNH?)?CO?。已知每摩爾CO?被吸收時(shí)放出的熱量為40kJ，吸收塔內(nèi)CO?分壓為0.1atm，反應(yīng)平衡常數(shù)K=10^5。（1）計(jì)算1tCO?被吸收時(shí)釋放的熱量Q。（2）若吸收塔內(nèi)胺溶液濃度為2mol/L，求達(dá)到平衡時(shí)CO?的溶解度（mol/L）。（3）從熱力學(xué)角度分析，降低溫度對(duì)CO?吸收效率的影響。解析：（1）n(CO?)=10^6g/44g/mol≈2.27×10^4mol，Q=2.27×10^4mol×40kJ/mol≈9.08×10^5kJ=908MJ。（2）設(shè)平衡時(shí)[CO?]=x，由K=[(RNH?)?CO?]/([RNH?]^2[CO?][H?O])，簡(jiǎn)化得K≈1/([CO?])（假設(shè)胺過量且H?O濃度為1），則x=1/K=10^-5mol/L。（3）該反應(yīng)為放熱反應(yīng)（ΔH<0），降低溫度使平衡正向移動(dòng)，CO?吸收效率提高。五、情境化綜合題生態(tài)修復(fù)工程中的物理原理某礦區(qū)生態(tài)修復(fù)工程中，采用“人工濕地+太陽能曝氣”系統(tǒng)處理酸性礦坑水。（1）太陽能曝氣裝置：光伏板輸出功率為500W，曝氣泵效率為60%，將空氣壓入水深3m處，求每分鐘可輸送的空氣質(zhì)量（設(shè)大氣壓p0=1×10^5Pa，水的密度ρ=1000kg/m3，空氣密度ρ_air=1.2kg/m3）。（2）人工濕地的滲流過濾：濕地土壤的滲透系數(shù)k=1×10^-4m/s，水力坡度i=0.02（即單位距離的水位差），濕地面積A=1000m2，求每天的滲流量Q（單位：m3）。（3）能量與物質(zhì)循環(huán)：濕地中水生植物通過光合作用固定太陽能，其中1%用于生長(zhǎng)。若植物年生物量為10t/hm2，計(jì)算1hm2濕地植物年固定的太陽能（已知植物干物質(zhì)的熱值為1.7×10^7J/kg）。解析：（1）曝氣泵功率P=500W×60%=300W，每分鐘做功W=Pt=300×60=18000J，克服水壓做功W=pΔV=p0ΔV+ρghΔV=ΔV(p0+ρgh)，ΔV=W/(p0+ρgh)=18000/(1×10^5+1000×10×3)=18000/1.3×10^5≈0.138m3，空氣質(zhì)量m=ρ_air×ΔV=1.2×0.138≈0.166kg。（2）由達(dá)西定律Q=kAi，Q=1×10^-4m/s×1000m2×0.02=0.02m3/s，每天滲流量Q_total=0.02×86400=1728m3。（3）年生物量m=10t=10^4kg，儲(chǔ)存能量E=10^4kg×1.7×10^7J/kg=1.7×10^11J，固定太陽能E_total=E/1%=1.7×10^13J。六、開放性試題未來能源系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)合你所學(xué)的物理知識(shí)，設(shè)計(jì)一個(gè)“零碳社區(qū)”的能源系統(tǒng)，要求包含：（1）至少三種新能源利用方式；（2）能量存儲(chǔ)與智能調(diào)配方案；（3）通過具體數(shù)據(jù)說明系統(tǒng)的可行性（如占地面積、投資成本、減排效益等）。參考示例：能源供應(yīng)：屋頂光伏（200m2，效率20%，年發(fā)電量約3.5×10^4kW·h）、地源熱泵（COP=4，供暖能耗降低75%）、小型垂直軸風(fēng)電（單機(jī)功率5kW，年發(fā)電8000kW·h）。存儲(chǔ)方案：鋰電池儲(chǔ)能系統(tǒng)（容量50kW·h，充放電效率90%）+氫儲(chǔ)能（電解槽效率70%，