第19讲 能源与可持续发展-【培优竞赛超级课堂】2024-2025学年九年级全一册物理

第19讲 能源与可持续发展 情境课堂 石墨烯 石墨烯是目前世上最薄、最坚硬的纳米材料，作为电导体，它有着和铜一样的导电性：作为 热导体，它比目前任何其他材料的导热效果都要好，而且它几乎完全透明.利用石墨烯，科学家 能够研发一系列具有特殊性质的新材料，比如，石墨烯晶体管的传输速度远远超过目前的硅晶 体管，可以应用于超级计算机的研发；石墨烯还可以用于制造触摸屏、发光板甚至太阳能电池. 如果和其他材料混合，石墨烯还可使新材料更薄、更轻、更富有弹性。 典例剖析 培优点1能源分类 例1下列对能源的分类不正确的是( A.煤、石油、天然气是化石能源，是一次能源，又是常规能源 B.太阳能是一次能源，是可再生能源，又是新能源 C.核能是一次能源，是不可再生能源，又是新能源 D.水能、风能是一次能源，是不可再生能源，又是常规能源 【学找切入点】能区分化石能源与非化石能源，能区分常规能源与新能源，能区分一次能源与 二次能源，能区分可再生能源与不可再生能源。 变式①(2022·随州中考)下面有关能源的说法正确的是( A.煤属于核能范畴，用煤发电是通过链式反应完成的 B.天然气可以直接从自然界获取，属于一次能源，而石油是二次能源 C.石油、煤、天然气都是化石能源 D.风能、石油、太阳能可以从自然界中源源不断地得到，属于可再生能源 培优点2核能> 例2如图所示为核电站发电流程图.在核电站发电过程中，能量转化的先后顺序是( A.核能、化学能、机械能、电能 B.核能、机械能、内能、电能 C.核能、内能、机械能、电能 核反应堆蒸轮机 发电机 D.核能、内能、化学能、电能 例2图 《184 第19讲 能源与可持续发展 【学找切入点】核能发电是利用铀原子核裂变时放出的核能来加热水，用产生的高温高压蒸 汽作为动力，推动蒸汽轮机转动，从而带动发电机发电的.核能发电的能量传递和转化过程是：核 能→水和蒸汽的内能→发电机转子的机械能→电能 变式2如图所示， 图是原子核的聚变示意图， 图是原子核的裂变示意图 (均填“甲”或“乙”)。 第2题图 培优点3太阳能> 例3关于太阳能，下列说法中不正确的是( A.太阳能是太阳内部不断进行的原子核的裂变释放的能量 B.太阳能电池板工作时是将光能转化为电能 C.植物进行的光合作用是将光能转化为化学能 D.人体进食蔬菜获得能量是间接利用太阳能 【学找切入点】太阳能是太阳内部氢原子核发生聚变释放的能量：太阳能电池板是通过光电 效应将光能转化为电能：植物进行光合作用是将光能转化为化学能储存起来；人体进食蔬菜是利 用蔬菜通过光合作用储存的化学能，也是间接利用太阳能， 变式3如图所示是太阳能IED照明路灯，IED是一种发 太阳能电池 LED灯 光二极管，它是由 材料制成的，可以把电能直接转化成 能，太阳能是 (填“可再生”或“不可再生”)能源， 清洁、无污染，它是在太阳内部氢原子核发生 (填“裂变” 或“聚变”)释放出巨大的能量， 第3题图 培优点4能量的转化和守恒 例4某科技馆里有一种“水车”，其叶片是由高分子聚合材料制成的，特点是：在常温下，叶 片是平直的：在高温下，叶片可向一侧弯曲，给热水一个力.根据力的作用是相互的原理，热水也 会给叶片一个作用力推动叶片运动，使水车转动起来，这种不需要外力作用就可以转动的水车是 不是一种永动机呢？ 【学找切入点】从题中信息可知，叶片变形弯曲时，才会对水产生作用力，水才会推动叶片运 动，从而使水车转动起来，所以，水车不是无缘无故地转动起来，而是将内能转化为动能的结果 变式4动态制动是现代车辆采用的一种重要制动方式.动态制动器主要由动态制动电阻 和继电器等组成，在故障、急停、电源断开时继电器将制动电阻接入，通过电阻耗能起到一定的制 动作用.其中，制动电阻在耗能时，所发生的能量转化是(). 185》 培优竞赛超级课堂 9年级物理 A.机械能转化为内能 B.机械能流失到空气中 C.电能转化为内能 D.机械能转化为电能 培优点5能源的利用> 例5(2024·长沙紫金中学月考)超导材料电阻为0时的温度称为临界温度.利用超导材料 零电阻的特性，可实现无损耗输电.现有一直流电路，输电线的总电阻为0.4Ω.它提供给用电器 的电功率为40kW,电压为800V,如果用临界温度以下的超导电缆替代原来的输电线，保持供给 用电器的功率和电压不变，那么节约的电功率为()， A.1 kW B.1.6×103kW C.1.6 kW D.10 kW 【学找切入点输电线路有电阻，电流通过输电线要发热，从而要损耗部分功率.如果输电线 路是超导电缆，那么就没有线路的发热损耗，这一部分功率就可以节省下来.已知提供给用电器 的电功率P=40kW,用电器两端的电压U=800V,根据I= 无可知通过输电线的电流，再根据 P=严R可知线路的发热功率. O总结与拓展 远距离输电为什么要采用高压输电？ 小输电电流.由=可知，在给用电器提供的 远距离输电时，由于线路存在电阻，电流 通过线路电阻时要发热从而损耗部分功率，且 功率一定的情况下，提高输电电压可以使输电 线路损耗功率P装=PR线，对于某一输电线路， 电流减小，所以远距离输电采用高压输电可减 R是一定的，要使线路损耗功率减小，则应减 小线路的发热损耗 变式5(2024·武汉第二初级中学月考)如图所示为某医院的供电线路示意图.柴油发电机到 用电区的输电线路所用导线单位长度的电阻为5×1042/m,柴油发电机的输出电压为260V: 用电区内每个用电器的额定电压都是220V,总功率为44kW,当这些用电器都正常工作时，求： (1)输电线路中的电流多大？ (2)输电线上损失的电功率是多少？ (3)发电机与用电区之间的距离是多少？ (4)若应急供电1h,发电机的效率为30%，医院至少需要准备多少柴油(q=4.0×10J/kg)? 火线 用 机 岁线 第5题图 《186 第19讲 能源与可持续发展 能力平台 培优训练 (建议用时：25分钟) 能随意排放 1.(2023·四川中考)下列能源中，属于可再生 6.(2023·内江中考)21世纪人类社会正面临 能源的是( ). “能源危机”.节约能源，从我做起，下列说法 A.核能 B.天然气 正确的是(). C.煤 D.太阳能 A.煤、石油、天然气属于可再生能源 2.(2023·攀枝花中考)2022年底，攀枝花首批 B.电视机在待机状态下不消耗电能 氢能公交车投入运行.下列能源跟氢能一样 C.太阳的惊人能量来自核聚变 属于二次能源的是( ) D.核电站的废水可直接排入大海 A.风能 B.电能 7.(2023·威海中考)威海依山傍海，能源发展 C.水能 D.太阳能 区位优势明显，境内有多种类型的发电站 3.关于核能的获得，下列说法中正确的是(). 其中利用不可再生能源发电的是( A,核反应堆是原子核裂变时，在极短时间内 A.分布式光伏电站 释放出大量核能的装置 B.高温气冷堆核电站 B.氢弹是利用核裂变的原理制成的 C.潮汐发电站 C核电站是使核能转化为内能再通过汽轮 D.风力发电站 发电机转化为电能的装置 8.(2023·永州中考)发展是人类永恒的主题， D.目前，在核电站的反应堆中发生的是可控 能源与社会发展关系密切.关于能源与可持 制的核聚变 续发展，下列说法正确的是( 4.(2023·益阳中考)太阳能是人类能源的宝库， A.煤、石油属于可再生能源 下列有关太阳能的说法错误的是( B.太阳能电池可以将太阳能转化为电能 A.太阳能是氢聚变释放的核能 C.能量是守恒的，我们不需要节约能源 B.我们今天开采的化石能源来自于上亿年 D.核电站是利用核聚变释放的能量进行 前地球接收的太阳能 发电 C.目前太阳能电池转化太阳能的效率非 9.太阳能是 (填“可再生”或“不可再 常高 生”)能源，直接利用太阳能可有效地减少碳 排放.如图所示是一辆低碳化未来汽车，车顶 D.太阳能电池是将太阳能转化为电能 部装有高效光电转换器，它可将 5.(2023·大庆中考)下列关于能源和材料的 能 转化为电能：车轮的轮毂其实是风力发电机， 说法不正确的是(). 可以把捕捉到的风能转化为 能 A.石油、天然气和太阳能都是不可再生能源 B.半导体材料是制造集成电路的重要材料 C.超导材料、纳米材料是性能更好、更有价 值的新材料 D.核电站使用过的核废料必须谨慎处理，不 第9题图 187》 培优竞赛超级课堂 9年级物理 10.(2023·鞍山中考)核电站通过核反应堆中 12.(2024·麻城一中自主招生训练)太阳能是 的核 (填“聚变”或“裂变”)来加热 21世纪重点开发利用的能源之一，太阳能 水，将核能转化为水蒸气的 能，再 动力车是利用太阳能电池将接收到的太阳 通过汽轮机转化为机械能，最后带动发电 能转化为电能，再利用电动机来驱动的一 机转动转化为电能，电能属于 (填 种新型机动车.有一种太阳能实验车（研制 “一次”或“二次”)能源。 过程的样品)，它上面的太阳能接收板的有 宽赛训练 (建议用时：30分钟) 效面积S=8m,天气晴朗且接收板对着太 11.小型风力发电机产生的电能首先经过蓄电 阳时，每平方米面积上能接收到太阳能的 池储存起来，然后再由蓄电池向用电器供 功率为P。=1kW,太阳能电池产生的电压 电.如图所示是某小型风力发电机的输出 为U=120V,可供电动机正常工作的电流 功率与风速的关系图像， 为I=10A.求： 输出功密W (1)在电动机正常工作时，太阳能电池将太 1000 800 阳能转化为电能的效率是多大？ 60( (2)如果电动机正常工作时，将电能转化为 400 200 风逃(m·s) 机械能的效率是75%，且该车沿水平路 面匀速直线行驶时所获得的牵引力是 第11题图 150N,则该车匀速行驶的速度是多大？ (1)在风速为 m/s时达到最大输 (3)如果该车本身的质量是90kg,沿水平 出功率。 路面行驶时受到的阻力为车子重力的 (2)该风力发电机固定在水平地面上时，整 个装置与地面接触的面积是1m,总质 0,那么，该车沿水平路面匀速行驶时 量为60kg.计算该装置对水平地面的 能装载多少货物(g=10N/kg)? 压强(g=10N/kg). (4)通过以上介绍及有关计算，你对该车的 (3)若该风力发电机按输出功率为500W 有关技术参数及性能已经有了大致的 发电，平均每天工作8h,则其一年(365 了解.如果你是评审专家之一，你认为 天)的发电量是多少？ 该实验车能否批量生产并投放市场？ 至少说出两点理由。 《188 第19讲 能源与可持续发展 13.(2024·衡阳一中自主招生训练)有一种电 电压下工作时，将上述同样质量、初温 能辅助式太阳能热水器，将它安装在阳光 的水升高同样的温度需多长时间？ 充足的水平台面上并注满水.晴天时它接 (4)从能源和可持续发展的角度，说出提倡 收太阳能的真空镀膜管的总有效面积约为 开发利用太阳能的主要理由： 1.5m,阴雨天时用电加热.铭牌上的部分 参数如表所示 (要求写出两点)[味=1.0×103kg/m3, 型号 JLD-88 水=4.2×103J/(kg·℃)]. 水容量/ 100 电热管功率/W 2000 自身质量/kg 40 (1)热水器水箱中注满水时，水的质量为 多少？ (2)杭州地区（晴天）平均每平方米的面积 上，每小时接收的太阳能约为2.8× 10J.若每天的日照时间按10h计算， 则它一天中接收的太阳能(E)约为多 少？若这些太阳能有50%被热水器中 的水吸收，则可使水温升高多少？ (3)阴雨天时需用电加热，如果所消耗的电 能全部转化为水的内能，热水器在额定 189》⑥D[铜质材料在磁场中不能被磁化，故B项错误：铜 总比电缆传来的画面上相应的变化发生得晚一些。 质金属框在进入磁场和离开磁场的过程中都会切割 （2M=兰=2h-2,×3600k如=0.24R cc3×10km/s 磁感线，从而产生感应电流.但铜质金属框全部进入 磁场直至即将离开磁场的过程中，没有感应电流产 【变式题组】 生，故C项错误：当铜质金属框中有感应电流产生时， 1B[对着话简大声讲话时，话筒电阻减小，电流增大， 金属框在磁场中会受到力的作用，导致其速度发生变 电磁铁磁性增强.门 化，故金属框不能保持匀速直线运动状态，这说明力 D CD 是改变物体运动状态的原因，故A项错误，D项正确.] 44×102m:7.5×10°Hz. ☑(1D75.(2)A,B端.(3)255.[(1)60℃时， BD BC D 控制电路中1-20mA=0.02ARe=号-6y T0.02A 【能力平台】 300nR=Ra-R=3002-225n=752.(2)由题 1B C BB D B A BA 7D 图2可知，当恒温箱内的温度升高时，热敏电阻的阻 8光年：电磁波. 值随之减小，电路中的电流增大，当电流达到20mA 9(1)受：24：静止：3.(2)仍然.(3)0.48. 时，电磁铁能够吸引下衔铁，使动触点与C、D所在的 第19讲能源与可持续发展 电路接通.若把加热器接在此电路中，会使恒温箱内 【典例剖析】 的温度持续升高.相应地，热敏电阻的阻值继续减小， 例1D例2C例3A 电流持续增大，电磁铁的磁性继续增强，使CD这个 例4这种不需要外力作用就可以转动的水车不是一种永动 电路始终接通，加热器水远工作.达不到控制温度的 机.其实它是利用内能工作的，将内能转化为机械能， 目的.所以把恒温箱的加热器应接在A,B端。(3)设 例5A 100℃热敏电阻的阻值为R,因为R·t=常数，所 以75×60=R1×100,解得R=45.=Re-K= 【变式题组】 3000-450=2552.] 1c 第18讲信息的传递 2乙：甲 【典例剖析】 日半导体；光：可再生：聚变 例1发电机：电动机：模拟. c 例2电磁波 5(1)200A(2)8000W.(3)200m(4)15.6kg (1)不是因为电磁波传不到收音机处，而是收音机产 [(1)输电线中的电流1=P=44X10W Um 220V =200A. 生的声音不能通过真空传播出来，真空不能传声. (2)输电线上的电压Ua=U-Um=260V一220V (2)电梯对电磁波有屏蔽作用. 验证方法：将手机设置到响铃状态后放入密闭的金属 40V 容器中，再用另一个手机呼叫盒内的手机，如果听不 输电线上损失的电功率P=U线I=40V×200A 到盒内手机的响声，就说明金属容器对电磁波有屏蔽 8000W 作用。 (3)输电导线的电阻R4=40Y 7=200A=0.2n. (3)“室内没有室外有”可能是楼房的钢筋结构对电磁 0.22 波的屏蔽作用.“雨天没有晴天有”可能是电磁波的传 导线长度L一5×10Q/m =400m. 播受到了天气的影响.“乡下没有城里有”可能是基地 发电机与用电区的距离s=÷-00皿=200m 台建在城区，乡下离基地台太远，信号太弱： 2 2 例3D例4D5BD (4)需要的柴油质量m=(P十P)X 97 例6(1)因为电磁波从电视台到卫星的往返传播需要一 定的时间，所以卫星传来的画面上，人物动作的变化 =44×10W+8X10w)×36005=15.6kg.] 4.0×10J/kg×30% 63 【能力平台】 360J=90J. 1D B BC C 5A GC 7B B B Ga=W-901=30N h3m 9可再生：光（或太阳）：电， (3)当G=4G=4×120N=480N时， 0裂变：内：二次 1☐(1)12.(2)600Pa.(3)1460kW·h. F=G+Ga=480N+30N=170N 3 [(1)当=12/s时，风力发电机达到最大输出功率. G 480N (2)F=G=mg=60 kgX10 N/kg=600 N. 7=G十G480N+30N*94.1%.] p-5-2N-600n 例2A[拉力F所做的功W:-F=150NX3m-450J, 有用功W省=Gh=500N×0.6m=300J,额外功 (3)W=nPt=365×0.5kW×8h=1460kW·h.] W=Wa-W有=450J-300J=150J.由Wm=fs 2(1)15%.(2)6m/s(3)60kg.(4)这种太阳能 可知，物体在斜面上受到的摩擦力=W=150」 实验车不宜投放市场，原因：①承载量太小：②车速太 3m 慢：③输出功率小：④转换效率低等 _W在=300」 50N,斜面的机械效率？w。一50入6.7%，拉力 120V×10A [(1)n-1kw/m×8m =15%.(2)P=P电 的功率PWa-01=75w.] 120VX10A×75%=900W.由P=Fm得知=卡- 例3(1)3.22×104J.(2)6.44×10.(3)20%. 150N=6m/s(3)设汽车的载货质量为m,则F题= 900W [(1)Q=mg=7kg×4.6×10J/kg=3.22×10J. (2)W=Fx=644N×100×10m=6.44×10J. G+Gs).Gm-150 Nx100 kgx10 N/kg- w_6.44X101-20%.] (3)7Q-3.22×10J 600N.因此，能装载的货物质量为60kg.] 例4(1)3.36×10J.(2)1400W.(3)80%. 1☒(1)100kg.(2)4.2×10J:50℃.(3)175min [(1)Q*=ckmk(1-6)=4.2×103J/(kg·℃)× (4)节约化石能源.减少环境污染。 1kg×(100℃-20℃)=3.36×105J. [(1)m索=P体V求=1X108kg/m2×100×10am2= 100kg 2w=票W,=0X3.6x10J=.2X101 (2)E=PkS太t=2.8×10J/(m·h)×1.5m× p=W_4.2X10J=1400w. 1电 5×60s 10h=4.2×10J. _Q_3.36×10J Qk=E=50%×4.2×10J=2.1×10J. (3)w 4.2×10J 80%.] 4=Q 2.1×10J 4.2x10j7kg·C)×10kg-50℃. 例596.3%.[电动机正常工作时，通过线圈的电流/一 (水n米 (3)W=Qk=2.1×10J. 6--号 1=g=2,1X10=1.05×10s=175mim.] P 2000W 电动机工作时的发热功率PA=FR=(号A)× 第20讲效率的综合应用 20=号w 【典例剖析】 例1(1)80%.(2)30N.(3)170N:94.1%. 电动机工作时的机械功率P=P-PA=24W一音W≈ [(1)拉力移动的距离s=h=3×3m=9m. 23.1W W=Gh=120N×3m=360J.W2=Fs=50N× 该纯动机正常工作时的效率)号=受、 9m=450J. 96.3%.] r0-测0% 【变式题组】 (2)克服动滑轮重力做的功W细=Wa一W有=450J一 1(1)240W.(2)83.3%.(3)1800N.[(1)有用 64