专题17～18 电磁波与现代通信、能源与可持续发展-2024-2025学年九年级物理下册举一反三系列（苏科版）

专题17-18 电磁波与现代通信、能源与可持续发展 【苏科版2025】 知识汇编 1 专题01 信息与信息传播 3 专题02 电磁波及其传播 4 专题03 波长、波速与频率 6 专题04 现代通信--走进信息时代 8 专题05 能源利用与社会发展 12 专题06 核能 13 专题07 能量转化的基本规律 14 专题08 能源与可持续发展 15 巩固练习 21 提优练习 22 一、信息的传递知识汇编 1、1876年贝尔发明了第一步电话。电话的基本结构：最简单的电话由话筒和听筒组成。 工作原理：话筒把声信号转化为变化的电流，电流沿着导线把信息传到远方，把声信号变成电信号；在另一端，电流使听筒的膜片振动，使膜片振动起来，在空气中形成声波，就可以听到对方讲话了。 2、电磁波的产生：导线中电流的迅速变化会在周围空间激起电磁波。电磁波的传播电磁波可以在真空中传播，不需要任何介质。真空中电磁波的传播速度c=m/s。 电磁波的波速、波长和频率的关系 ①波长：电流每振荡一次电磁波向前传播的距离叫做波长，用表示，单位是m。波长表示相邻两个波峰之间的距离，或相邻两个波谷之间的距离。 ②频率：一秒内电流振荡的次数叫做频率，用f表示，单位是赫兹（Hz），比赫兹（Hz）大的还有千赫（KHz）、兆赫（MHz）。 ③波速：一秒内电磁波传播的距离叫做波速，用c表示，单位是m/s。 ④波长、频率和波速的关系：。 3、电视信号的发射与接收 （1）电视用电磁波传送图像信号和声音信号，摄像机把图像信号转化成电信号，话筒把声音信号转化成电信号。[来源:学*科*网Z*X*X*K] （2）发射器把两路电信号同时加载到同一电磁波上，这种载波的频率很高。 （3）通过发射天线把载有电视信号的电磁波发射到空中。 （4）电视机天线把这样的高频信号接收下来。 4、移动电话既是无线发射台，又是无线接收台。在你讲话的时候，它用电磁波把信息发射到空中，此时相当于广播电台，同时它又从空中捕获电磁波，得到对方讲话的信息，此时相当于收音机。移动电话不需要电话线，比固定电话更方便；移动电话与固定电话的工作原理基本相同，只是声音信息不是由导线中的电流来传递，而是由空间的电磁波来传递的。 5、越来越宽的信息之路 （1）、微波通信 微波通信是无线通信的一种。微波的波长在10m～1mm之间，频率在30MHz～MHz之间。一条微波线路可以同时开通几千、几万路电话。微波的性质更接近光波，大致沿直线传播，不能沿地球绕射，因此，必须每隔50km左右就建一个微波中继站，用来把上一站传来的信号处理后，再发射到下一站去，而且信号传递的距离越远，需要的中继站越多，在遇到雪山、大洋时，根本无法建设中继站，为了实现全球通信，人们建立了卫星通信系统。 （2）卫星通信 人们已经能够发射人造卫星了，用通信卫星做微波通信的中继站，实现了卫星通信的梦想。通信卫星大多是相对地球“静止”的同步卫星，从地球上看，它好像悬挂在空中静止不动。在地球的周围均匀地配置3颗同步通信卫星，就覆盖了几乎全部地球表面，可以实现全球通信。几个太空微波中继站，从一个地面站接收的电信号，经过处理后，发送到另一个或几个地面站。现在通过卫星电视，一个地方出现的突发事件，全世界的人们几乎可以立刻看到现场的画面。 （3）光纤通信 光纤通信是光从光导纤维的一端射入，在内壁上多次反射，从另一端射出，这样就把它携带的信息传到了远方。 电磁波的传播速度等于光速，实际上光也是一种电磁波，与微波相比，光的频率更高，如用光束通信，它的前景更广阔，但是，普通的光源夹杂了许多不同波长的光，难以携带信息。 光纤通信传送的不是普通的光，而是一种频率单一、方向高度集中的激光，激光的频率比无线电波高得多，频率越高，传递信息的容量越大。 二、能源的分类 1.化石能源 动、植物经过漫长的地质年代形成的,如煤、石油、天然气等。 2.一次能源 可以从自然界直接获取。如风能、水能、地热能、核能、太阳能等。 3.二次能源 不可以从自然界直接获取。如电能等。 二、核能和太阳能 1.原子和原子核 (1)原子的组成:由带正电的原子核和带负电的电子组成。 (2)原子核的组成:由带正电的质子和不带电的中子组成。 2.核能 (1)概念:质量较大的原子核在发生分裂或者质量较小的原子核相互结合时释放出的巨大能量。 (2)获得途径:核裂变和核聚变。 (3)核电站:利用核能发电,核心设备是核反应堆。 3.太阳能 (1)本质:太阳内部氢原子核在超高温下发生聚变,释放出的巨大核能。 (2)利用:①用集热器把物质加热;②利用太阳能电池把太阳能转化为电能。 三、能源与可持续发展 1.能量转化和转移的方向性 能量的转化和转移过程是有方向性、不可逆的。 2.能源的可持续发展 (1)提高能源的利用率,减少能源使用对环境的破坏。 (2)发展新的理想能源。 3.不可再生能源 消耗后不能在短期内从自然界得到补充的能源。如化石能源、核能等。 4.可再生能源 可以从自然界源源不断地得到的能源。如水能、风能、太阳能等。 信息与信息传播 01 一、信息与信息传播 【典例】（23-24九年级上·全国·课时练习）如图甲、乙所示是无线电广播工作过程的简易图。话筒把播音员的声音信号转换成 ，调制解调器把音频信号加载到 电流上发射到空中，收音机接收到各种电磁波并从中选出特定频率的信号，通过解调将 信号留下，通过扬声器把播音员的声音从收音机播放出来。 【变式1】（22-23九年级上·全国·课后作业）电话之间是通过电话交换机来连接的，一个地区的电话都接到同一台交换机上，每部电话都编上“号码”时，交换机把需要通话的两部电话 ，通话完毕再将线路 。现代的程控电话交换机利用了电子计算机技术，实现了按用户所拨的号码 接通转接的话机。 【变式2】（21-22九年级上·四川成都·期末）通电导体在磁场中受力的作用，力的方向与电流的方向和 的方向有关。机器人身上装有上百个传感器，这些传感器将光信息、声信息、热信息、力信息等转换成 ，从而使机器人具备了类似人类的知觉功能和反应能力。 【变式3】（20-21九年级下·全国·课后作业）模拟信号在长距离传输和多次加工、放大的过程中，信号电流的波形会改变，从而使信号丢失一些 ，表现为声音、图像的 ，严重时会使通信中断；数字信号只包括两种不同的状态，形式简单，所以抗干扰能力特别强，可以很方便地用 加工处理，还可以通过不同的 进行加密。 【变式4】（20-21九年级·全国·课前预习）1876年由美国科学家 发明了电话。最简单的电话由 和 组成。话筒将声信号转变为 信号，听筒将音频电信号转变为 信号。通话双方的话筒和听筒是互相串联的，自己的话筒和听筒是互相独立的。 电磁波及其传播 02 二、电磁波及其传播 【典例】（2024·新疆昌吉·模拟预测）2023年10月26日11时14分，搭载神舟十七号载人飞船的长征二号F遥十七运载火箭在酒泉卫星发射中心点火发射，取得圆满成功。 (1)“神舟十七号”载人飞船与“天和”核心舱进行快速交会对接。在对接过程中，“神舟十七号”载人飞船相对于“天和”核心舱是 （填“静止”或“运动”）的，对接成功后，“神舟十七号”采集的信息是通过 （填“超声波”或“电磁波”）从太空传回地球的，该波的频率越高，在相同时间内传递的信息就越 （填“多”或“少”）。 (2)空间站使用第三代柔性太阳翼把 （填“一”或“二”）次能源——太阳能转化为电能，太阳翼相当于电路中的 （填“电源”或“用电器”）。空间站以7.8×103m/s的速度运行十年，则其通过的路程为 光年。 (3)航天员为了适应太空生活需要在水中进行训练。在水面下约10m深处航天员每下潜1m，其手掌增加的压力约为 （选填“100N”“1000N”或“10000N”）。 【变式1】（24-25八年级上·湖北武汉·期中）2024年5月28日，神舟十八号乘组航天员叶光富、李聪、李广苏密切协同，在空间站机械臂和地面科研人员的配合支持下，完成了空间站空间碎片防护装置安装、舱外设备设施巡检等任务。此次出舱活动历时约8.5小时，是中国载人航天历史上一个重要的里程碑。 (1)如图，航天员李广苏在执行出舱任务，他正站在机械臂前端，此时航天员李广苏以_______（填字母）为参照物是静止的； A．地球上的指挥中心 B．机械臂前端 (2)在太空执行任务的航天员通过 （填“无线电波”、“超声波”或“次声波”）与地面指挥中心联系； (3)在太空中，有时会遇到-100℃的低温，航天员头盔面窗的温度也会下降，航天员口鼻中呼出的热气中所含的 就会在头盔面窗的 （填“内表面”或“外表面”）上发生 （填物态变化名称），产生水雾，妨碍航天员的视野。为此，科研人员采取通风去湿、双层面窗等方法保障面窗的透明度； (4)空间站在太空中环绕地球一圈所用的时间约为90min，速度约7.68千米/秒，则运行一圈通过的路程约为 km。 【变式2】（24-25八年级上·山西太原·阶段练习）阅读短文，回答问题。 地震波 我国东汉时期的科学家张衡创造了世界上第一架地震仪—候风地动仪，候风地动仪是利用地震波报告地震的仪器。随着科技的发展，利用地震波对地震进行预警的技术已经实现。 地震发生时，主要会产生两种地震波，一种是速度约为7km/s的纵波，破坏力较弱；一种是速度约为3.5km/s的横波，破坏力较强。地震预警就是利用地震发生后，纵波与横波的传播速度不同，以及地震波传播速度小于电磁波传播速度，提前对破坏力较强的横波尚未到达的地区进行预警。 2023年12月18日，中国地震预警网成功预警甘肃积石山地震，给了宁夏回族自治州12秒的避险时间，该地震是我国自2011年连续成功预警的第80次破坏性地震。 (1)地震波中横波的传播速度约为 km/s； (2)地震波的传播速度 （选填“大于”“小于”或“等于”）电磁波的传播速度； (3)图乙为纵波和横波传播的距离与时间图像。地震发生后，距震源140km的地区会在 s后受到纵波的影响；若中国地震预警网需要5s钟的时间将地震预警信息发送到该地区，那么该地区的人员有 s的准备时间防止受到横波的损害。 波长、波速与频率 03 三、波长、波速与频率 【典例】（24-25九年级上·全国·课后作业）英国科学家研究发现，用特定波长的红光持续照射人体背部15min，可明显刺激人体线粒体，增加葡萄糖消耗，降低血糖水平该技术有望用来帮助糖尿病患者通过非药物方式降低血糖。该红光的波形图如图所示，已知，则该红光的波长为（　　） A．335nm，合 B．335nm，合 C．670nm，合 D．670nm，合 【变式1】（2024·广东阳江·二模）电磁波的频率与波长的大致分布如图所示，下列说法正确的是（    ） A．红外线属于可见光 B．无线电波的波长比X射线的短 C．电视机遥控器向电视机传播信号利用的是紫外线 D．可见光与γ射线在真空中的传播速度相等 【变式2】（2022·江苏常州·一模）1965年，美国发射通信卫星les-1，由于故障导致卫星进入太空后与地球失去联系，18年后，科学爱好者菲尔威廉偶然捕捉到les-1发出的频率为2.5×108Hz的信号。该信号属于 （超声波/电磁波），周期为 s。 【变式3】（23-24九年级下·湖北宜昌·阶段练习）蝙蝠向外发射 （选填“超声波”或“电磁波”），利用接收反射波时间来判断障碍物的距离，人们利用这个原理发明了雷达。已知某航空探测雷达向空中发射信号后，经过0.02s收到雷达回波，则被探测物距离 m。（空气中声速340m/s，空气中光速） 【变式4】（24-25九年级上·全国·课前预习）电磁波家族如图所示： (1)家庭网络中，小红觉得5GWiFi比2.4GWiFi网速更快，则相关正确的表述是___________；（单选，填字母） A．5G比2.4G的传播速度更快 B．5G比2.4G的频率更高 C．5G比2.4G的波长更长 D．5G和2.4G分别用电磁波、声波传递信息 (2)微波炉是利用 加热食物的，食物中水分发生了哪种物态变化而变少 ？ 现代通信--走进信息时代 04 四、现代通信--走进信息时代 【典例】（24-25八年级上·江苏淮安·期中）阅读短文，回答问题。 光纤的奥秘 光纤电缆是本世纪最重要的发明之一、发明光纤电缆的是被誉为“光纤之父”的华人科学家、诺贝尔奖获得者高锯。光纤电缆利用玻璃清澈、透明的性质，使用光来传送信号。光可以从弯曲的玻璃光纤的一端传到另一端，而不会“溜”出玻璃光纤，这是为什么呢？ 原来，光从玻璃射入空气时，折射角大于入射角（如图甲）。当入射角增大时，折射角也增大（如图乙），到某一角度，折射角达到90°，入射角再增大时，折射光完全消失，只剩下反射光（如图丙），这样光就在玻璃中传播，而不会“溜”出玻璃光纤（图丁），这种现象叫做全反射，它只有在上述情况下才可能发生，上述情况下的入射角称为临界角。图戊是光从玻璃射入空气时，折射角随入射角的变化而变化的图像。 所以，一般弯曲的光学纤维（简称光纤〉，只要它的玻璃芯的透明度高、均匀，并且芯与外皮层之间的分界面光滑，就是一根好的光导管。一根头发般细小的光纤，其传输的信息量相当于一条饭桌般粗大的铜“线”，为目前的信息高速公路奠定了基础，数以万计的光学纤维构成的光学纤维束（如图己）不仅能传导光能，也能将图像从一端传到另一端。传光能的纤维束称传光束，同时能传图像的纤维束称传像束。 (1)光从空气射向玻璃时， （选填“会”或“不会”）发生光的全反射现象； (2)光发生全反射时，入射角 （选填“大于”或“小于”）临界角；若光从玻璃进入空气时发生全发射，则入射角必须满足的条件是： ； (3)请你写出光纤的一个具体应用： （合理即可）； (4)如图所示，让一束光垂直于玻璃三棱镜的一个面射入，请在图中完成这束光的光路图。（保留作图痕迹） 【变式1】（2024·山西长治·二模）阅读短文《光导纤维》，回答问题： 英国物理学家丁达尔研究发现，光从水中射向空气，当入射角增大时，折射角也增大，但折射角先增大到90°，此时，折射光线消失，只剩下反射光线，这种现象称为全反射现象。刚好发生全反射时的入射角叫做临界角，只有入射角大于或等于临界角时，才会发生全反射现象。由于光从水中射向空气中时，光在水流中发生了多次全反射，表面上看，好像光在水流中弯曲前进，实际上，在弯曲的水流里，光仍沿直线传播。后来人们制造出一种透明度很高、粗细像蜘蛛丝一样的玻璃丝——玻璃纤维。当光线以合适的角度射入玻璃纤维时，光就沿着弯弯曲曲的玻璃纤维前进。因这种纤维能够用来传输光，故称它为光导纤维。 光导纤维在现代技术中有着广泛的应用，一根直径不到1.3cm的由32根光纤组成的光缆，能容纳50万对用户同时通话，或者同时传送5000个频道的电视节目。除通信领域外，光纤还有许多其他的应用。例如“传能光纤”可以传递高功率的激光能量，广泛应用于激光加工机、激光手术刀等；“传像光纤”可以用来传递图像，用于医学上的肠镜、胃镜检查和海关、机场等的安全监控等。 (1)一束光从水中斜射入空气，入射角 （选填“大于”、“等于”或“小于”）折射角； (2)“当光线以合适的角度射入玻璃纤维时，光就沿着弯弯曲曲的玻璃纤维前进。”这个合适的角度满足的条件是： ； (3)请利用光能沿着弯曲玻璃纤维前进的特点，设计一个应用于生活中的工具： 。 【变式2】（2024·云南普洱·模拟预测）请阅读《北斗导航系统》并回答题。 北斗导航系统 2020年3月9日19时55分，我国在西昌卫星发射中心用长征三号乙运载火箭，成功发射北斗系统第54颗导航卫星。此次发射的北斗导航卫星是北斗三号卫星导航系统当中第二颗地球同步轨道卫星。按照计划，我国将再发射一颗北斗三号地球同步轨道卫星，届时由30颗北斗三号卫星组成的导航星座将全部部署完成。覆盖“一带一路”沿线国家。 北斗卫星导航系统建设先后经历了北斗一号系统、北斗二号系统、北斗三号系统三个阶段，目前北斗一号4颗试验卫星已全部退役，从北斗二号首颗星起算，距离北斗三号系统建成，仅一步之遥。北斗卫星导航系统由空间段、地面段和用户段三部分组成，并具短报文通信能力。 北斗三号系统搭载了国内最先进的新一代铷原子钟，星间链路最新的技术，新一代铷原子钟天稳定度达到10-14量级，“这相当于300万年只有1秒误差”。星间链路是指用于卫星之间通信的链路。通过星间链路可以实现卫星之间的信息传输和交换。通过星间链路将多颗卫星互联在一起，形成一个以卫星作为交换节点的空间通信网络。通过光通信可实现大容量数据传输。北斗三号系统中的地球同步轨道卫星，运行方向与地球自转方向相同，运行一周的时间与地球自转一周的时间相等，自主建设、独立运行的卫星导航系统，广泛应用于交通运输，成为世界首次应用北斗导航系统，实现有人值守、自动驾驶的高铁。北斗卫星导航系统还应用于海洋渔业、水文监测、气象预报、测绘地理信息、森林防火、通信时统、电力调度、救灾减灾、应急搜救等领域。北斗导航系统秉持和践行“中国的北斗，一流的北斗”的发展理念，服务全球、造福人类。 根据上述材料，回答下列问题： （1） 是用于卫星之间通信的链路； （2）运载火箭点火起飞升空的过程中，火箭中搭载的卫星的机械能 （选填“增大”“减小”“不变”）； （3）北斗地球同步轨道卫星正常运行时，相对地面是 的（选填“运动”、“静止”）； （4）下列关于北斗卫星导航系统的说法中错误的是 。（多选） A．北斗卫星导航系统传送信息的速度与光速相同 B．北斗卫星导航系统由空间段、地面段和用户段三部分组成 C．北斗卫星导航系统采用超声波为汽车行驶导航 D．当甲、乙两人通过北斗地球同步卫星通电话时，甲发出“呼叫”后，至少经过5s才能听到乙的“回应” 【变式3】（2024·黑龙江齐齐哈尔·模拟预测）阅读材料，回答下列问题。 光导纤维 光纤是光导纤维的简写，是一种利用光在玻璃或塑料制成的纤维中的全反射原理而制成的光传导工具。前香港中文大学校长高锟和GeorgeA．Hockham首先提出光纤可以用于通信传输的设想，高锟因此获得了2009年诺贝尔物理学奖。 光导纤维是由纯度极高的石英玻璃（主要成分是二氧化硅）拉制而成的（如图甲所示），粗细大致与人的头发相当，有的直径只有几微米。光纤通信的原理是利用光的全反射现象。当光从玻璃中射向空气时，折射角会大于入射角，并且随着入射角的增大，折射光线越来越暗，反射光线能量越来越强，当入射角大于某一角度时，折射光线消失，全部光线都反射回玻璃中，这就是光的全反射现象。表面上看，光好像在玻璃中弯曲前进（如图乙）。 一根光纤的潜在带宽可达20THz。采用这样的带宽，只需一秒钟左右，即可将人类古今中外全部文字资料传送完毕。诺贝尔奖评委会这样描述：“光流动在细小如线的玻璃丝中，它携带着各种信息数据向每一个方向传递，文本、音乐、图片和视频因此能在瞬间传遍全球。” （1）计算机通过光纤接入互联网，光纤的作用是 ； A．输电　　B．通信　　C．导热　　D．照明 （2）光纤是利用光波在光导纤维中的全反射原理而达成的光传导工具。光波 （选填“属于”或“不属于”）电磁波，光在真空中的传播速度为 m/s； （3）根据文中全反射的定义，请你判断：当光从空气射入水中，逐渐增大入射角时， （选填“会”或“不会”）发生全反射； （4）下列关于光导纤维的说法中正确的是 ； A．光导纤维的主要成分是氧化物 B．光纤通信不容易受外界干扰，能够传播更远 C．光导纤维是利用光传输信息的 D．石英玻璃能够拉制成细丝说明它的弹性好 【变式4】（22-23九年级下·内蒙古赤峰·阶段练习）请阅读《信息高速路》并回答问题。 《信息高速路》 现代“信息高速公路”是微波通信、卫星通信和光纤通信等高速、大容量信息传输通道的俗称。 卫星通信是通过微波实现的，当前它已成为国际通信的主要手段之一。微波是电磁波家族中的一员，其在真空中传播速度与光速一样，遇到障碍物会被反射和阻挡，需每隔50km左右就要建设一个微波中继站。由于在雪山上、大洋中无法建设中继站，也就是卫星通信。卫星通信的优点是通信距离远，覆盖范围大，能进行多址通信。但卫星通信也有一些明显的缺点，首先卫星造价较高，所以卫星通信会有零点几秒的时间延迟。此外，使用微波通信容易被窃听 光纤通信弥补了卫星通信的这些缺点，通过激光在光导纤维中传输信号。由于激光的频率远高于微波，所以它根本不受其他无线电波信号的干扰，光纤传输可以满足大容量、高速通信的需要。一根直径不到1.3cm的由32根光纤组成的光缆，能容许50万对用户同时通话，而且还铺设了数条越洋国际光缆。但与卫星通信相比仍具有架设线路受地理条件限制、光缆易被拉断等缺点。 卫星通信和光纤通信相辅相成，成为现代“信息高速公路”的两大支柱。如图表示同时采用两种通信方式越洋传递电子邮件的过程。当然，越洋光缆能使全部过程实现光纤通信。 请根据上述材料，回答下列问题： （1）微波在真空中的传播速度为 m/s； （2）地球同步通信卫星作为微波通信的中继站，以地面为参照物它是 的；（选填“运动”或“静止”） （3）家庭用的有线电视主要是通过 通信方式传输信号的。 能源利用与社会发展 05 五、能源利用与社会发展 【典例】（24-25九年级上·陕西宝鸡·期中）2024年10月9日，中华人民共和国第十二届少数民族传统体育运动会火炬点燃暨火炬传递启动仪式在三亚举行。仪式上，“深海睡美人”可燃冰作为燃料的火炬大放异彩，展现了“冰”与“火”水乳交融的神奇景象，象征着科技的力量，生动诠释了本届运动会“科技办赛”理念。可燃冰能直接点燃，燃烧过程几乎不产生任何残渣或废弃物，0.1m3可燃冰在常温常压下可释放出16m3的天然气，能使1.6t的水温升高50℃。（c水=4.2×103J/（kg·℃），q天然气=4.2×107J/m3） (1)可燃冰 （选填“是”或“不是”）绿色清洁能源，可燃冰属于 （选填“可再生”或“不可再生”）能源； (2)求水吸收的热量； (3)求完全燃烧0.1m3可燃冰释放的热量； (4)求可燃冰烧水的效率。 【变式1】（24-25九年级上·四川广元·期中）明祥用液化气烧水，某一段时间内m水＝3kg的水温度升高了20℃，加热过程中消耗了m液化气＝0.02kg天然气，天然气的热值q液化气＝4.2×107J/kg，水的比热容c水＝4.2×103J/（kg•℃）求： (1)水吸收的热量； (2)液化气完全燃烧释放的热量； (3)烧水的热效率？ 【变式2】（24-25九年级上·陕西榆林·期中）新型混合动力汽车具有节能、低排放等优点。当混合动力汽车启动时，内燃机不工作，蓄电池向车轮输送能量，当需要高速行驶或蓄电池电能过低时，内燃机启动，既可以向车轮输送能量，又可以给蓄电池充电。已知某次没电时，消耗了700g柴油为汽车提供了2×106J的有用功。求：（） (1)完全燃烧700kg柴油放出的热量为多少； (2)若该次测试中内燃机的效率为20%，求此测试过程中蓄电池增加的电能。 核能 06 六、核能 【典例】（2024·黑龙江哈尔滨·模拟预测）下列有关能量的分析中，不正确的是（　　） A．太阳能风扇帽使用过程中的能量转化为太阳能转化为机械能 B．原子弹爆炸其原理是核裂变 C．潮汐能是一种不可再生能源 D．在常温条件下热水杯中的冰块不会变多，只能变少，这是由于能量的转移具有方向性 【变式1】（24-25九年级上·河北石家庄·期中）2023年4月12日21时，有“人造太阳”之称的中国“环流器”实验装置，成功实现了稳态长脉冲高约束模式等离子体运行，创造了新的世界纪录。核能属于 （选填“可再生”或“不可再生”）能源。如图所示，超导线圈中的强大电流产生强磁场，被强磁场约束在真空室内的氘核和氚核发生核 （选填“裂变”或“聚变”）反应，释放巨大能量，产生上亿度高温。 【变式2】（24-25九年级上·云南昆明·期中）2023年8月24日，日本不顾国际反对强行进行核废水排海作业。核能给人类带来巨大利益的同时，不规范处理核废水和废料也给环境带来巨大的污染。核电站是利用铀235发生 （选填“裂变”或“聚变”） 反应释放能量的； 利用核能发电是将核能转化为 。 【变式3】（2024·陕西咸阳·一模）如图为太阳能交通指示灯。指示灯上方有一块太阳能电池板接收太阳能为电路中的蓄电池充电，此时蓄电池相当于电路中的 。指示板上某一个LED灯珠熄灭后，其余LED灯珠仍可正常工作，则指示板上的LED灯珠之间的连接方式是 联。太阳能来自于太阳内部的核 （选填“聚”或“裂”）变。 【变式4】（2022·甘肃嘉峪关·模拟预测）汽车大多用汽油作燃料，汽油是 能源（选填“可再生”或“不可再生”）；氢弹是重要的核武器，爆炸是利用 （选填“核裂变”或“核聚变”）反应释放出大量的核能。某用电器上标有“220V  200W”，正常工作20min，耗电 J。 【变式5】（2024·新疆昌吉·模拟预测）2023年4月12日21时，有“人造太阳”之称的中国“环流器”实验装置，成功实现了稳态长脉冲高约束模式等离子体运行，创造了新的世界纪录。核能属于 （选填“常规能源”或“新能源”）；该装置的线圈使用超导材料绕制，这些线圈工作在零下296摄氏度的超低温中，从而实现超导，处于超导状态时的线圈的电阻为 Ω。如图所示，它的反应原理与太阳类似，通过 （选填“核裂变”或“核聚变”）释放巨大的核能，原子核能又转化为 ，从而获得上亿度的高温。 能量转化的基本规律 07 七、能量转化的基本规律 【典例】（24-25九年级上·江苏无锡·期中）“嫦娥一号”卫星于2010年10月在西昌发射基地发射，并获得了圆满成功。请回答下列问题： (1)火箭发射升空时，燃料燃烧将 能转化为燃气的内能，再转化为火箭的 能；火箭的燃料使用液态氢，主要是因为它的密度小且 大； (2)卫星从远地点到近地点运行的过程中，飞船的动能 ，机械能的大小 。（变大/变小/不变） 【变式1】（24-25九年级上·黑龙江双鸭山·期中）在一定条例下，各种形式的能都可以相互转化，指出下列例中能量如何转化； (1)木柴燃烧发热： ； (2)壶中的水沸腾时，壶盖不断地跳动： 。 【变式2】（24-25九年级上·河北唐山·期中）给某电动混合动力汽车的蓄电池充电时， 转化为化学能。如图是我国古代的取火器模型图，把推杆迅速推入牛角套筒时，套筒内空气被压缩，空气的内能 （选填“增大”或“减小”），随后，推杆前端的艾绒立刻燃烧起来。该过程与四冲程汽油机工作循环中的 冲程类似，把 能转化为 能。在能量的转化和转移过程中，能的总量 （选填“不断减少”“保持不变”或“不断增加”）。 【变式3】（24-25九年级上·山西大同·期中）阅读短文，回答问题。 氢动力新能源汽车 随着“汽车社会”的逐渐形成，汽车保有量在不断上升，而汽油等资源最终会被消耗殆尽。最终的解决办法是发展新能源汽车，氢动力汽车属于新能源汽车，它的工作原理是氢气在燃料电池堆系统内与空气中的氧气发生化学反应释放出能量，经DC-DC转换器整流后输送给驱动器，使汽车获得动力。 使用氢能源的最大好处是它能跟空气中的氧气发生化学反应，产生水蒸气，有效减少了其他燃油汽车造成的空气污染问题，因此氢动力汽车是替代传统汽车最理想的汽车。但由于氢的密度很低，能够储存的氢燃料十分有限，且氢气泄漏后容易燃烧和爆炸，使得氢气的储存和运输存在困难。 (1)氢气与氧气发生化学反应释放出能量，经 整流后输送给驱动器，使氢动力汽车获得动力； (2)氢燃烧释放的能量使汽车发动机运转，将燃料的化学能最终转化为 能。使用氢作燃料是因为它具有较大的 ； (3)如果你是设计师，在设计氢动力汽车时，能够让它更节能的措施是 。 能源与可持续发展 08 八、能源与可持续发展 【典例】（24-25九年级上·江苏宿迁·阶段练习）如图所示是安装在列车车厢之间的摩擦缓冲器结构图，图中①和②为楔块，③和④为垫板，楔块与弹簧盒、垫板间均有摩擦，在车厢相互撞击使弹簧压缩的过程中，有以下说法： A．缓冲器的机械能守恒 B．摩擦力做功消耗机械能 C．垫板的动能全部转化为内能 D．弹簧的弹性势能全部转化为动能 从上面选项中选择正确说法 ，然后解释该结构工作的原理 。 【变式1】（24-25九年级上·河北石家庄·阶段练习）随着我国国力的强大，各国都在军事上采取各种措施，为此我国一直在研究导弹拦截系统。拦截弹在运动过程中，燃料助推拦截弹，燃料的 转化为拦截弹的是 。拦截弹在整个运动过程中，会受到空气的摩擦力，一部分机械能转化为 消失了，但能量的总量 （选填“变小”、“不变”、“变大”）。 【变式2】（24-25九年级上·广东汕头·期中）现代电动汽车为了节能，都安装了能量回收装置，在汽车刹车时带动发电机，将汽车的 能转化为电能，为汽车提供后续运动的能量．有人认为，只要不断改进，这种汽车就可以一边行驶，一边发电，永远运动下去，这种观念违背了 ，我国火箭升空使用固体氢作为燃料，是因为固体氢的 较大。 【变式3】（24-25九年级上·广东梅州·期中）如图所示是牛顿摆球．当左边的小球撞击后静止了，右边的小球向右摆动．当右边的小球撞击后静止时，左边的小球向左摆．经过较长时间就会发现，小球摆动的幅度会越来越小，到最后会静止下来，这说明小球的 能减少了，转化为 能了，在转化和转移的过程中，能量的总量 。 【变式4】（2025九年级·全国·专题练习）阅读短文，回答问题。 风力发电 化石能源目前仍是世界上许多国家的主要能源但化石能源的大量开采利用使其接近枯竭，也给人类生存环境带来极大的隐患。石油危机、环境污染，在全球范围内引起了人类对能源问题的思考，我国对此问题尤为重视。为了解决环境污染、能源枯竭问题，中国率先在75届联合国大会上提出“碳达峰”“碳中和”两个奋斗目标，同时大力发展风能、太阳能、核能等新能源。我国风力资源丰富，在东南沿海、西北沙漠优势突出。风能用之不竭、清洁环保，所以我国加大风能的开发和利用。如图甲是我国某风力发电基地，风力发电机组主要由风机叶片和发电机组组成。 (1)风力发电是把风能转化为电能，风能是 （选填“可再生”或“不可再生”）能源，风机中的发电机是利用 原理进行发电的； (2)风机叶片具有质量轻、强度高等性能，通常用密度 （选填“大”或“小”）、硬度大的复合材料制成； (3)某风力发电机输出功率与风速的关系如图乙所示。由图像可知，当风速在到之间时，风速越大，风力发电机输出功率 （选填“越大”、“不变”或“越小”）。 巩固练习 一、单选题 1．（2024·广东汕头·模拟预测）手机为人们日常生活提供便利，但是不控制看手机的时间，会影响人们的健康，手机传递信息依靠的是（　　） A．电磁波 B．超声波 C．次声波 D．红外线 2．（21-22九年级上·海南海口·期末）目前主流的无线WiFi网络常用的频率约是2.4 GHz（=2.4×109Hz）。根据如图所示电磁波家族的信息，可以推测WiFi信号（　　） A．频率比可见光小 B．属于红外线 C．波长比可见光短 D．在真空中传播的速度比可见光小 3．（2024·安徽蚌埠·二模）现代社会交通方便，假期人们喜欢开车自驾游，如图是车辆在高速上行驶的画面，下列说法正确的是（　　） A．汽车高速行驶时，汽车上方流速大压强大 B．司乘人员要系好安全带是为了防止汽车的惯性带来危害 C．高速行驶后，汽车表面容易沾有灰尘，是因为汽车与空气摩擦产生电荷，从而吸引灰尘 D．汽车的导航系统使用北斗导航，是通过电磁波定位汽车的位置 4．（2024·江苏盐城·一模）“天宫二号”空间实验室与地面进行实时信息传输所使用的是（    ） A．超声波 B．次声波 C．红外线 D．微波 5．（2024·广东汕头·二模）如图所示，一些学校为了方便通知学生，装了一种“喊话神器”，它可以通过手机APP绑定，方便老师远程通知学生．实现这一远程传递信息的是（　　） A．超声波 B．次声波 C．电磁波 D．声音 6．（2024·江苏南通·一模）2023年，杭州亚洲运动会上首次探索使用了更高频率范围的5.5G网络，“5.5G网络”传递信号是通过（　　） A．超声波 B．红外线 C．紫外线 D．电磁波 7．（2024·云南曲靖·模拟预测）下列有关能源、材料和信息的说法正确的是（    ） A．太阳能、风能与天然气都是可再生、清洁、无污染能源 B．利用超导体制作白炽灯的灯丝，会使白炽灯的发光效率更高 C．纳米材料不仅基本单元小，而且还可能提高材料的硬度和强度 D．手机是利用超声波传递信息的 8．（24-25九年级上·内蒙古呼和浩特·期中）北京时间2024年4月25日20时59分，搭载神舟十八号载人飞船的长征二号F遥十八运载火箭在酒泉卫星发射中心点火。发射取得圆满成功，以下说法正确的是（    ） A．长征二号F遥十八运载火箭要选用比热容大的燃料 B．神舟十八号载人飞船所使用的供电装置，最适合的是太阳能电池 C．神舟十八号载人飞船加速升空时，燃料热值变大 D．神舟十八号载人飞船加速升空时，机械能始终守恒 9．（24-25九年级上·山西大同·期中）如图所示是课外兴趣小组制作的“蒸汽船”模型。将盛有适量水的铜制容器安装在“船体”上，并用蜡烛对其底部进行加热，一段时间后铜质容器内水温升高产生蒸汽，通过铜管向右喷出，“蒸汽船”就会向左行驶。下列说法正确的是（　　） A．水变热是通过做功来改变内能的 B．水在沸腾时会有热量的散失，所以能量不守恒 C．“蒸汽船”运动时能量转化与热机做功冲程相同 D．“蒸汽船”在向左运动时主要将机械能转化为内能 10．（24-25九年级上·江苏苏州·期中）将铁丝快速弯折十余次，弯折处的温度会升高，以下事例中能量转化与之相同的是（　　） A．甲、丙 B．甲、丁 C．乙、丙 D．乙、丁 11．（24-25九年级上·湖北武汉·期中）下列从能量转化的角度阐释的效率的意义，说法正确的是（　　） A．某太阳能电池工作的效率是16%，意义是该太阳能电池把16%的太阳能转化为化学能 B．某电动机工作的效率是83%，意义是该电动机可以把83%的电能转化为内能 C．某锂电池充电时的效率是99%，意义是该锂电池充电时可以把99%电能转化为化学能 D．某柴油机工作的效率是35%，意义是该柴油机把柴油燃烧时释放能量的35%转化为机械能 12．（24-25九年级上·湖北武汉·期中）如图甲所示是不同形式的能量的相互转化图，下列说法正确的是（　　） A．序号①的实例可以是图丙 B．序号②的实例可以是图丁 C．圆圈内B的能量形式是电能，序号③的实例可以是图乙 D．各种形式的能量都可以无条件的相互转化，且转化过程都要遵守能量守恒定律 二、填空题 13．（24-25八年级上·江苏无锡·期中）通常情况下，人们彼此之间能听到对方说话的声音是因为声波通过 这种介质传播的缘故；太空中通话用无线电波，是因为声音在真空中 传播（选填“能”或“不能”）。 14．（24-25九年级上·云南曲靖·期中）手机是人们常用的通信工具，移动网络让我们的生活悄悄发生改变，打电话、微信聊天等服务是通过 （选填“超声波”、“次声波”或“电磁波”）来传递信号的；其在真空中的传播速度约为 m/s。 15．（2024·辽宁锦州·模拟预测）2023年5月30日，神舟十六号飞船飞往中国空间站，飞船与酒泉卫星发射中心之间通过 （选填“超声波”或“电磁波”）来传递信息。神舟十五号、神舟十六号航天员乘组完成在轨交接后神舟十五号飞船与空间站组合体分离，在返回舱落向地面的过程中重力势能变 （选填“大”或“小”）。 16．（24-25九年级上·甘肃张掖·阶段练习）中央电视台第一套节目的频率为52.5MHz，则中央电视台第一套节目的波长为 m。 17．（24-25八年级上·山东济南·阶段练习）小明在观看电影《红海行动》。车队行进中遇到追击炮攻击，爆炸声“震耳欲聋”。这里的“震耳欲聋”描述声音特性中 （选填“音调”、“响度”或“音色”）。太空宇航员与地面指挥员通过 （选填“电磁波”或“超声波”）实现通讯联系。 18．（24-25八年级上·河南郑州·阶段练习）历史上有众多伟大的物理学家为人类的发展做出了卓越贡献。赫兹于1887年首先用实验证实了电磁波的存在，人们为了纪念赫兹，以他的名字命名为 的单位；意大利科学家 通过对摆动的研究，发现了摆的等时性，促进了钟表的研制。 19．（24-25八年级上·江苏泰州·阶段练习）地震时，一些动物因为听到 会产生反常的行为，而人却很难有所预感；利用 方向性好，在水中传播距离远等特点制成了声呐，该装置可以发现水下目标，还可以测绘海底地形。如果声波在海水中的传播速度约为1500m/s，海面上该装置向海底发射超声波经过8s收到海底返回的回声，该处海深为 m；该装置 （能/不能）用于测地月距离，原因是 ；要测地月距离，可以用 。 20．（24-25九年级上·辽宁本溪·阶段练习）10月10日21时50分，中国在西昌卫星发射中心使用长征三号乙运载火箭，成功将互联网高轨卫星03星发射升空，卫星顺利进入预定轨道，如图所示。该火箭使用偏二甲肼和四氧化二氮做为推进器燃料，该燃料具有 大的特性。燃烧相同质量的这种燃料，能够将 能转化为更多的内能，为火箭提供动力。 21．（24-25九年级上·山西太原·期中）如图所示，小明给吹好的气球嘴部系线时，不小心气球脱手飞出，气球飞出过程中， 能转化为 能，气球嘴部温度将 ；汽油机的 冲程与此过程的能量转化相同。 三、实验题 22．（2023·广东广州·一模）电磁波家族如图所示： （1）家庭网络中，小红觉得5GWiFi比2.4GWiFi网速更快，则相关正确的表述是 ；（单选，填字母） A．5G比2.4G的传播速度更快 B．5G比2.4G的频率更高 C．5G比2.4G的波长更长 D．5G和2.4G分别用电磁波、声波传递信息 （2）微波炉是利用电磁波加热食物的，食物（忽略质量变化）加热后内能 （选填“增加”，“减少”），食物中水分发生了哪种物态变化而变少 ？ （3）我们看到的太阳光也属于电磁波，太阳能是 （选填“可再生”，“不可再生”）能源。 23．（21-22八年级下·四川攀枝花·期中）随着我国科技的发展，推力巨大的“长征”系列火箭已能克服地球引力的作用，将“风云”气象卫星、“海洋一号”卫星和“神舟”系列载人实验飞船送入太空。2003年10月15日，我国航天员杨利伟乘坐“神舟五号”宇宙飞船遨游太空14圈后，于10月16日成功地返回地面。美国航天员曾涉足月球，由于他们远离地球，地球对它们的引力作用已减弱到可以忽略①，而这时月球的引力则起主要作用。其实，宇宙间任何两个物体之间都存在着引力作用②。通常的两个较轻物体之间的引力十分微小，我们不易察觉到，但宇宙天体间（如太阳和地球）的引力就非常大③。 （1）在飞船进入太空的过程中，宇航员杨利伟的质量将( ) A．先减小再增大      B．先增大后减小    C．始终不变        D．逐渐减小 （2）在太空中能进行的实验是( ) A．用弹簧测力计测拉力            B．用天平测质量    C．测声速                          D．测杯子对桌面的压力 （3）在月球上能做到的是( ) A．观察到星星“眨眼睛”    B．举行露天音乐会 C．进行无线电交流          D．轻轻一跳就离开月球 （4）第②句其实是牛顿所创立的万有引力理论，由第①句，我们可以知道万有引力跟 有关，再由第③句我们可以猜想出万有引力还跟 有关。 24．（2020·山西太原·二模）图中的”凹面镜信号增强器”是小明在网课期间设计的，利用它可以增强路由器的“黑管”向某一方向发射的电磁波。为了探究它的增强效果，他进行了如下实验： ①“黑管”发出稳定信号后，将陶瓷材质的信号增强器朝向分析仪，同时移动分析仪直至接收到50dB的信号强度是（dB网络信号强度的单位，值越大表示信号越强），测出分析仪到路由器的距离； ②只改变信号增强器的材质，重复上述实验，记录数据如下表； ③再用小刀将铝制信号增强器的表面划成坑坑洼洼，再重复上述实验。关于信号增强器，请你解答： 序号 材质 分析仪到路由器的距离s/m 1 陶瓷 9 2 不锈钢 13 3 铁 14 4 铝 16 (1)“黑管”发出的电磁波可以在它表面发生 ，使分析仪接收到增强的电磁波信号； (2)实验中可以通过 反映它的增强效果；分析表中数据可知：相同条件下， 材质的增强效果更好一些； (3)第③步的操作是为了探究其增强效果与它表面 的关系。 25．（23-24九年级上·山西晋城·期末）新农村建设中，广大农村社区增加了不少太阳能路灯，太阳能路灯的核心部件是光电板，光电板可以把太阳能转化为电能。物理兴趣小组想探究影响光电板吸收太阳能的多少与哪些因素有关，交流后提出猜想。 猜想一：光电板吸收太阳能的多少可能与光电板的面积有关； 猜想二：光电板吸收太阳能的多少可能与光电板的光照时间有关； 猜想三：光电板吸收太阳能的多少可能与光电板的颜色有关； 为了验证猜想，同学们把不同大小、涂有不同颜色的光电板正对太阳光照射不同的时间，对小灯泡供电，直到小灯泡熄灭，并记录小灯泡的发光时间，实验数据如下表。 序号 光电板的面积/ 光照时间/min 光电板表面所涂颜色 小灯泡发光时间/s 1 0.1 10 黑色 180 2 0.1 10 绿色 120 3 0.1 10 白色 30 4 0.2 10 黑色 360 5 0.3 10 黑色 540 6 0.1 20 黑色 360 7 0.1 30 黑色 540 （1）每次实验所选用的小灯泡的规格应 （选填“相同”或“不同”）； （2）分析表中1、4、5三组数据，我们可以得出结论：光电板吸收太阳能的多少与 有关。要验证猜想二，需要分析表中 （填表中的序号）三组数据； （3）分析表中数据还可得出：太阳能光电板表面涂层用 色最好。 提优练习 一、科普阅读题 1．（24-25九年级上·广东韶关·期中）阅读短文，回答问题。 太阳能路灯 如图甲所示是某路道两边的太阳能路灯，它由太阳能电池板、控制器、24V 的蓄电池组、LED光二极管、灯杆等组成，它的结构示意图如图乙，工作时能量流程图如图丙。该灯杆顶端是太阳能电 池板，白天光线强时，太阳能电池板为蓄电池充电，夜晚光线弱时，蓄电池为LED 灯供电照明。 LED 发光二极管是一种半导体器件，它具有工作电压低（2～4V）、 耗能少、寿命长、稳定性高、 响应时间短、对环境无污染、多色发光等优点。它与普通的白炽灯发光原理不同，白炽灯发光时灯丝  温度会比较高，而LED 灯把电能直接转化为光能，因而其发光效率较高，是新一代固体冷光源，将  逐步取代传统光源。 (1)乙图中，当夜晚光线弱时，S与 接通（选填 “b”   或 “c”），此时的能量转化流程为图丙中 （选填“①”或“②”）。 (2)LED灯主要由 （选填“导体”、“半导体”或“超导体”）材料制成，可以把电能直接转化成_ 能。它之所以节能，被称为冷光源，是因为电热转换损耗的能量较白炽灯 （选填“高”或“低”）。 (3)为使LED 发光二极管正常工作，至少应将 个LED发光二极管串联起来才能安全使用。 2．（24-25九年级上·江苏扬州·期中）阅读短文，回答文后问题。 混合动力汽车 如图甲是我国自主研制生产的一种环保混合动力实验汽车。启动时，内燃机不工作，车内蓄电池输出能量；当高速行驶或蓄电池储存电能过低时，内燃机启动，既可以向车轮输出能量，同时可以向蓄电池充电；当车辆需要全力加速时，内燃机、蓄电池可以同时向车轮输出能量。 测试人员驾驶该车在平直公路上以50km/h的速度匀速行驶1h，观察仪表盘，发现这段时间内燃机消耗燃油10kg，蓄电池储存的能量由最大值的60%增大至最大值。该车行驶时所受阻力f和车速v的关系如图乙所示，蓄电池储存的最大能量为1.0×108 J。（汽油的热值为4.6×107 J/kg） (1)当高速行驶或蓄电池储存电能过低时内燃机启动，既可以向蓄电池充电，也可以将燃料燃烧的内能转化为车辆行驶的 ； (2)车辆行驶过程中轮胎发热，其内能 （增大/减小/不变），汽车冷却系统用水来冷却，这是利用水的 大； (3)根据图乙可知，在此测试过程中，该车牵引力做的功是 J； (4)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”指每消耗单位能量时对应的载客数和行驶路程的乘积，即。1人骑电动自行车，每消耗106 J的能量可行驶20km，则此电动自行车与这辆汽车（测试过程车内有2人）的客运效率之比是 。 3．（24-25八年级上·江苏徐州·期中）阅读短文，回答问题。 戈壁滩上的“向日葵” 在甘肃省敦煌市西南方向约15千米的戈壁滩上有一处充满科幻感的设施（如图甲所示），这是目前全球装机容量第二的熔盐塔式产热电站。光热电站的镜场面积约140多万平方米，1万多面巨大的定日镜在计算机的精确控制下，能如同向日葵一样随着太阳位置变化而变化，使太阳光时刻都能聚集到260米高的吸热塔的吸热器上。 在北半球的正午，太阳光由南往北倾斜照射，位于吸热塔北面的定日镜，阳光的入射角极小，定日镜的面积可以全部作为有效面积反射阳光。而位于吸热塔南面的定日镜，阳光的入射角很大，反射阳光的有效面积大大缩小了。 在塔式太阳能热发电系统中，吸热器是最关键的核心部位，吸热器内部有多个平行排列的吸热管组成的管屏，它将定日镜所捕捉到的太阳光直接转化为可以高效利用的内能，将能量存储在液态熔盐中，为汽轮发电机组提供所需的热源。 (1)太阳能光热电站利用平面镜 太阳光，聚集到吸热塔上进行加热； (2)在镜阵最外层的大圈，定日镜呈现明显的分布不对称，吸热塔南边的定日镜比北边少，原因是 ； (3)请结合图乙完成太阳能光热发电的能量转化流程图。 4．（24-25九年级上·山西长治·期中）阅读短文，回答问题。 微型太阳能驱动无人机 北京航空航天大学科研团队利用自主研发的新型静电电动机，成功研制出仅重的太阳能动力微型无人机，在自然光强度的照射下，实现发电、驱动、垂直飞行等一系列动作。只有巴掌大的无人机，仅靠两片微型太阳能电池就能驱动。 传统的电磁电动机在微型化后，由于转速高、发热大，能量转化效率低，即使采用太阳能作为能源，受限于太阳能电池的面积，也无法满足微型飞行器的飞行需求。静电电动机利用摩擦、接触或感应产生的静电（不流动的电荷）作为能源，在电动机周边有一圈电极片，在中间运动的电极片会被它右侧的电极片排斥，被左侧的电极片吸引，最终产生一个带动整个飞行器起飞的升力。这些轻质部件由薄如晶片的碳纤维片制成，外层包裹着极为细小的铝箔。太阳能电池可以在自然光下产生低压直流电，由于低压直流电无法直接驱动电动机。因此科研团队在无人机内部安装了一种高压功率转换器，可以将的低压直流电转换成的高压电，以满足静电电动机的工作需求。静电电动机的高电压、低电流工作特性，使其在工作过程中发热少且无明显红外特征，可以有效提高能量转化效率并降低能耗。 (1)微型无人机上的太阳能电池产生的低压直流电相当于 节新的干电池串联后的电压； (2)静电电动机与传统的电磁电动机相比，其优势是 ； (3)静电电动机中相邻的左右两侧电极片带 （选填“同种”或“异种”）电荷； (4)太阳能电池的输出电压可能与 有关。 5．（24-25九年级上·宁夏银川·阶段练习）阅读材料，回答下列问题： 2024年6月2日6时23分，嫦娥六号着陆器和上升器组合体成功着陆在月球背面南极—艾特肯盆地预选着陆区，开启人类探测器首次在月球背面实施样品采集任务。 由于嫦娥六号的着陆点位于月球背面，受到月球遮挡无法直接与地球通信，需要通过鹊桥二号中继卫星来转发月面航天器与地球之间的通信。鹊桥二号中继卫星受月球引力作用，最远的一点叫远月点，如图乙所示。 着陆器与上升器组合体成功着陆后，着陆器将通过鹊桥二号中继卫星，在地面控制下，此后正式开始持续约2天的月背采样工作，通过钻具钻取和机械臂表取两种方式分别采集月壤样品和月表岩石。表取完成后，上升器携带月球样品自月球背面起飞，3000N的发动机工作约6min后，成功将上升器送入预定环月轨道。 (1)太阳能电池板工作时，将太阳能转化为 能，嫦娥六号采用液态氢做燃料是因为它具有较大的 ； (2)上升器点火起飞，离开月球表面，以上升器为参照物，月球是 的；月壤运回地球后，质量 ；（选填“变大”“变小”或“不变”） (3)月球表面都是由岩石和月壤构成，昼夜温差可达300多摄氏度。月球昼夜温差大的原因之一是 。 6．（24-25九年级上·云南昆明·期中）阅读材料，回答问题。 丙烯生产新工艺 我国丙烯需求和生产位居全球第一，但当前较为先进的丙烷直接脱氢制丙烯技术高度依赖进口，并且其反应过程吸收大量热量，产生较高碳排放。目前丙烯生产分别占我国和全球石化工业碳排放总量的8%和5%。因此，国内外对绿色低碳烯烃生产技术的研发极为重视。 天津大学巩金龙教授带领的研究团队潜心攻关，对上千种催化剂开展了测试和表征工作，从反应和传热的科学本质出发，提出了储量丰富的金属氧化物结构化设计方法，发现了催化剂结构对丙烷转化的影响规律，明确了反应中间物种迁移对不同反应的串联作用机制；经过系统的工艺条件探索，建立了反应器内热量集成利用的技术策略，开发了丙烷直接脱氢吸热反应与选择性燃烧放热反应的耦合工艺，如图所示，成功突破了传统直接脱氢工艺的技术局限。与传统工艺相比，该制备工艺反应温度可降低 30℃~50℃，预期能耗可降低20%~30%，有望大幅降低二氧化碳的排放。 (1)丙烯生产新工艺是从丙烷直接脱氢吸热反应与 反应的耦合工艺； (2)丙烯的制造通常是通过石油的裂解产生的，石油属于 （选填“可再生”或“不可再生”） 能源； (3)丙烯极易燃烧，500g丙烯完全燃烧放出的热量为 J；标准大气压下，这些热量被 50kg 初温为20℃的水完全吸收后温度能升高 ℃。q丙烯=3.6×107 J/kg，c水=4.2×103 J/（kg℃） 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！6 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！6 学科网（北京）股份有限公司 $$ 专题17-18 电磁波与现代通信、能源与可持续发展 【苏科版2025】 知识汇编 1 专题01 信息与信息传播 3 专题02 电磁波及其传播 5 专题03 波长、波速与频率 8 专题04 现代通信--走进信息时代 10 专题05 能源利用与社会发展 16 专题06 核能 18 专题07 能量转化的基本规律 21 专题08 能源与可持续发展 23 巩固练习 33 提优练习 35 一、信息的传递知识汇编 1、1876年贝尔发明了第一步电话。电话的基本结构：最简单的电话由话筒和听筒组成。 工作原理：话筒把声信号转化为变化的电流，电流沿着导线把信息传到远方，把声信号变成电信号；在另一端，电流使听筒的膜片振动，使膜片振动起来，在空气中形成声波，就可以听到对方讲话了。 2、电磁波的产生：导线中电流的迅速变化会在周围空间激起电磁波。电磁波的传播电磁波可以在真空中传播，不需要任何介质。真空中电磁波的传播速度c=m/s。 电磁波的波速、波长和频率的关系 ①波长：电流每振荡一次电磁波向前传播的距离叫做波长，用表示，单位是m。波长表示相邻两个波峰之间的距离，或相邻两个波谷之间的距离。 ②频率：一秒内电流振荡的次数叫做频率，用f表示，单位是赫兹（Hz），比赫兹（Hz）大的还有千赫（KHz）、兆赫（MHz）。 ③波速：一秒内电磁波传播的距离叫做波速，用c表示，单位是m/s。 ④波长、频率和波速的关系：。 3、电视信号的发射与接收 （1）电视用电磁波传送图像信号和声音信号，摄像机把图像信号转化成电信号，话筒把声音信号转化成电信号。[来源:学*科*网Z*X*X*K] （2）发射器把两路电信号同时加载到同一电磁波上，这种载波的频率很高。 （3）通过发射天线把载有电视信号的电磁波发射到空中。 （4）电视机天线把这样的高频信号接收下来。 4、移动电话既是无线发射台，又是无线接收台。在你讲话的时候，它用电磁波把信息发射到空中，此时相当于广播电台，同时它又从空中捕获电磁波，得到对方讲话的信息，此时相当于收音机。移动电话不需要电话线，比固定电话更方便；移动电话与固定电话的工作原理基本相同，只是声音信息不是由导线中的电流来传递，而是由空间的电磁波来传递的。 5、越来越宽的信息之路 （1）、微波通信 微波通信是无线通信的一种。微波的波长在10m～1mm之间，频率在30MHz～MHz之间。一条微波线路可以同时开通几千、几万路电话。微波的性质更接近光波，大致沿直线传播，不能沿地球绕射，因此，必须每隔50km左右就建一个微波中继站，用来把上一站传来的信号处理后，再发射到下一站去，而且信号传递的距离越远，需要的中继站越多，在遇到雪山、大洋时，根本无法建设中继站，为了实现全球通信，人们建立了卫星通信系统。 （2）卫星通信 人们已经能够发射人造卫星了，用通信卫星做微波通信的中继站，实现了卫星通信的梦想。通信卫星大多是相对地球“静止”的同步卫星，从地球上看，它好像悬挂在空中静止不动。在地球的周围均匀地配置3颗同步通信卫星，就覆盖了几乎全部地球表面，可以实现全球通信。几个太空微波中继站，从一个地面站接收的电信号，经过处理后，发送到另一个或几个地面站。现在通过卫星电视，一个地方出现的突发事件，全世界的人们几乎可以立刻看到现场的画面。 （3）光纤通信 光纤通信是光从光导纤维的一端射入，在内壁上多次反射，从另一端射出，这样就把它携带的信息传到了远方。 电磁波的传播速度等于光速，实际上光也是一种电磁波，与微波相比，光的频率更高，如用光束通信，它的前景更广阔，但是，普通的光源夹杂了许多不同波长的光，难以携带信息。 光纤通信传送的不是普通的光，而是一种频率单一、方向高度集中的激光，激光的频率比无线电波高得多，频率越高，传递信息的容量越大。 二、能源的分类 1.化石能源 动、植物经过漫长的地质年代形成的,如煤、石油、天然气等。 2.一次能源 可以从自然界直接获取。如风能、水能、地热能、核能、太阳能等。 3.二次能源 不可以从自然界直接获取。如电能等。 二、核能和太阳能 1.原子和原子核 (1)原子的组成:由带正电的原子核和带负电的电子组成。 (2)原子核的组成:由带正电的质子和不带电的中子组成。 2.核能 (1)概念:质量较大的原子核在发生分裂或者质量较小的原子核相互结合时释放出的巨大能量。 (2)获得途径:核裂变和核聚变。 (3)核电站:利用核能发电,核心设备是核反应堆。 3.太阳能 (1)本质:太阳内部氢原子核在超高温下发生聚变,释放出的巨大核能。 (2)利用:①用集热器把物质加热;②利用太阳能电池把太阳能转化为电能。 三、能源与可持续发展 1.能量转化和转移的方向性 能量的转化和转移过程是有方向性、不可逆的。 2.能源的可持续发展 (1)提高能源的利用率,减少能源使用对环境的破坏。 (2)发展新的理想能源。 3.不可再生能源 消耗后不能在短期内从自然界得到补充的能源。如化石能源、核能等。 4.可再生能源 可以从自然界源源不断地得到的能源。如水能、风能、太阳能等。 信息与信息传播 01 一、信息与信息传播 【典例】（23-24九年级上·全国·课时练习）如图甲、乙所示是无线电广播工作过程的简易图。话筒把播音员的声音信号转换成 ，调制解调器把音频信号加载到 电流上发射到空中，收音机接收到各种电磁波并从中选出特定频率的信号，通过解调将 信号留下，通过扬声器把播音员的声音从收音机播放出来。 【答案】 电信号 高频 音频 【详解】[1][2]话筒将声信号转化为音频电信号，而后该信号经调制器后加载在高频电磁波上，然后由天线发射到空中。 [3]收音机接收装置收到空中的各种电磁波，并通过调谐器从众多的电磁波中找出特定频率的信号，通过解调器选出音频电信号，送到扬声器即可发出声音。 【变式1】（22-23九年级上·全国·课后作业）电话之间是通过电话交换机来连接的，一个地区的电话都接到同一台交换机上，每部电话都编上“号码”时，交换机把需要通话的两部电话 ，通话完毕再将线路 。现代的程控电话交换机利用了电子计算机技术，实现了按用户所拨的号码 接通转接的话机。 【答案】 接通 断开 自动 【详解】[1][2][3]最早发明电话后，若想使得电话间相互通话时，即必须将其连接在一起，故若想实现几部电话间的通话，就必须将所有的电话都相互连接才可以实现，这样大大的浪费了导线，故为提高线路的利用率，人们发明了电话交换机，即一个地区的电话都要接到同一台交换机上，每部电话都编上号码，电话之间相互通话时，只需将两部通话的电话线路接通，通话完毕再将线路断开即可，这样大大的节省了资源，提高了线路的利用率。现代的程控电话交换机利用了电子计算机技术，能够按用户所拨号码自动接通话机，不需要人工操作。 【变式2】（21-22九年级上·四川成都·期末）通电导体在磁场中受力的作用，力的方向与电流的方向和 的方向有关。机器人身上装有上百个传感器，这些传感器将光信息、声信息、热信息、力信息等转换成 ，从而使机器人具备了类似人类的知觉功能和反应能力。 【答案】 磁场 电信息 【详解】[1]磁场方向和电流方向的不同会影响通电导体在磁场中受力的方向，所以通电导体在磁场中受力的方向与电流的方向和磁场的方向有关。 [2]机器人身上的信息传感器能将接触到的各种信息转换成电信息，传给机器人的“大脑”。使得机器人具备了类似人类的知觉功能和反映能力。 【变式3】（20-21九年级下·全国·课后作业）模拟信号在长距离传输和多次加工、放大的过程中，信号电流的波形会改变，从而使信号丢失一些 ，表现为声音、图像的 ，严重时会使通信中断；数字信号只包括两种不同的状态，形式简单，所以抗干扰能力特别强，可以很方便地用 加工处理，还可以通过不同的 进行加密。 【答案】 信息 失真 电子计算机 编码 【详解】[1][2]模拟信号在长距离传输和多次加工、放大的过程中，会受到外界的通信系统内部的各种噪声干扰，噪声和信号混合后难以分开，从而使信号丢失一些信息，表现为声音、图象的失真，使得通信质量下降。线路越长，噪声的积累也就越多，严重时会使通信中断。 [3][4]数字信号是用两种物理状态来表示0和1的，形式简单，其抵抗材料本身干扰和环境干扰的能力特别强。由于电子计算机是以数字形式工作的，数字信号可以很方便地用电子计算机加工处理，数字信号还可以通过不同的编码进行加密。 【变式4】（20-21九年级·全国·课前预习）1876年由美国科学家 发明了电话。最简单的电话由 和 组成。话筒将声信号转变为 信号，听筒将音频电信号转变为 信号。通话双方的话筒和听筒是互相串联的，自己的话筒和听筒是互相独立的。 【答案】 贝尔 话筒 听筒 电信号 声 【详解】[1][2][3][4][5]电话是美国人贝尔于1876年发明的；最简单的电话装置是由听筒和话筒组成，它们应串联在电路中；电话的话筒把声音的信号转变为强弱变化的电流的信号传递出去，再通过听筒把强弱变化的电流信号变成声音的信号，然后把传输的声音还原出来。 电磁波及其传播 02 二、电磁波及其传播 【典例】（2024·新疆昌吉·模拟预测）2023年10月26日11时14分，搭载神舟十七号载人飞船的长征二号F遥十七运载火箭在酒泉卫星发射中心点火发射，取得圆满成功。 (1)“神舟十七号”载人飞船与“天和”核心舱进行快速交会对接。在对接过程中，“神舟十七号”载人飞船相对于“天和”核心舱是 （填“静止”或“运动”）的，对接成功后，“神舟十七号”采集的信息是通过 （填“超声波”或“电磁波”）从太空传回地球的，该波的频率越高，在相同时间内传递的信息就越 （填“多”或“少”）。 (2)空间站使用第三代柔性太阳翼把 （填“一”或“二”）次能源——太阳能转化为电能，太阳翼相当于电路中的 （填“电源”或“用电器”）。空间站以7.8×103m/s的速度运行十年，则其通过的路程为 光年。 (3)航天员为了适应太空生活需要在水中进行训练。在水面下约10m深处航天员每下潜1m，其手掌增加的压力约为 （选填“100N”“1000N”或“10000N”）。 【答案】(1) 运动 电磁波 多 (2) 一 电源 (3)100N 【详解】（1）[1]“神舟十七号”载人飞船与“天和”核心舱进行快速交会对接。在对接过程中，“神舟十七号”载人飞船相对于“天和”核心舱位置变化，是运动的。 [2][3]对接成功后，“神舟十七号”采集的信息是通过电磁波的从太空传回地球的，该波的频率越高，在相同时间内传递的信息就越多。 （2）[1][2]太阳能属于一次能源，空间站使用第三代柔性太阳翼把一次能源——太阳能转化为电能，太阳翼相当于电路中的电源。 [3]一光年的路程 空间站以7.8×103m/s的速度运行十年通过的距离 则空间站通过的路程 （3）水面下约10m深处，航天员每下潜1m，水的压强增加 手掌的面积约100cm2，手掌增加的压力为 【变式1】（24-25八年级上·湖北武汉·期中）2024年5月28日，神舟十八号乘组航天员叶光富、李聪、李广苏密切协同，在空间站机械臂和地面科研人员的配合支持下，完成了空间站空间碎片防护装置安装、舱外设备设施巡检等任务。此次出舱活动历时约8.5小时，是中国载人航天历史上一个重要的里程碑。 (1)如图，航天员李广苏在执行出舱任务，他正站在机械臂前端，此时航天员李广苏以_______（填字母）为参照物是静止的； A．地球上的指挥中心 B．机械臂前端 (2)在太空执行任务的航天员通过 （填“无线电波”、“超声波”或“次声波”）与地面指挥中心联系； (3)在太空中，有时会遇到-100℃的低温，航天员头盔面窗的温度也会下降，航天员口鼻中呼出的热气中所含的 就会在头盔面窗的 （填“内表面”或“外表面”）上发生 （填物态变化名称），产生水雾，妨碍航天员的视野。为此，科研人员采取通风去湿、双层面窗等方法保障面窗的透明度； (4)空间站在太空中环绕地球一圈所用的时间约为90min，速度约7.68千米/秒，则运行一圈通过的路程约为 km。 【答案】(1)B (2)无线电波 (3) 水蒸气 内表面 液化 (4)41472 【详解】（1）航天员李广苏在执行出舱任务时，与机械臂前端的空间位置没有发生变化，所以以机械臂前端为参照物，李广苏是静止的。李广苏和地球上的指挥中心间的空间位置发生变化，所以以地球上的指挥中心为参照物，聂海胜是运动的。故B符合题意，A不符合题意。 故选B。 （2）超声波与次声波的传播需要介质，不能在真空中传播，无线电波可以在真空中传播，所以在太空执行任务的航天员通过无线电波与地面指挥中心联系。 （3）[1][2][3]呼出的气体中温度较高的水蒸气遇到冷的头盔面窗在其内表面液化成小液滴附着在面窗上，干扰航天员的视野。 （4）空间站在太空中环绕地球运行一圈通过的路程约为 【变式2】（24-25八年级上·山西太原·阶段练习）阅读短文，回答问题。 地震波 我国东汉时期的科学家张衡创造了世界上第一架地震仪—候风地动仪，候风地动仪是利用地震波报告地震的仪器。随着科技的发展，利用地震波对地震进行预警的技术已经实现。 地震发生时，主要会产生两种地震波，一种是速度约为7km/s的纵波，破坏力较弱；一种是速度约为3.5km/s的横波，破坏力较强。地震预警就是利用地震发生后，纵波与横波的传播速度不同，以及地震波传播速度小于电磁波传播速度，提前对破坏力较强的横波尚未到达的地区进行预警。 2023年12月18日，中国地震预警网成功预警甘肃积石山地震，给了宁夏回族自治州12秒的避险时间，该地震是我国自2011年连续成功预警的第80次破坏性地震。 (1)地震波中横波的传播速度约为 km/s； (2)地震波的传播速度 （选填“大于”“小于”或“等于”）电磁波的传播速度； (3)图乙为纵波和横波传播的距离与时间图像。地震发生后，距震源140km的地区会在 s后受到纵波的影响；若中国地震预警网需要5s钟的时间将地震预警信息发送到该地区，那么该地区的人员有 s的准备时间防止受到横波的损害。 【答案】(1)3.5 (2)小于 (3) 20 15 【详解】（1）根据材料信息可知，地震波中横波的传播速度约为3.5km/s。 （2）根据材料信息可知，地震波的纵波传播速度大于横波的传播速度，而电磁波的传播速度为3×105km/s，可知，地震波的传播速度小于电磁波的传播速度。 （3）[1]由图乙可知，当s=140km时，纵波的传播时间为20s，即地震发生后，距震源140km的地区会在20s后受到纵波的影响。 [2]由图乙可知，当s=140km时，横波的传播时间为40s，若中国地震预警网需要5s钟的时间将地震预警信息发送到该地区，那么该地区的人员的准备时间为 波长、波速与频率 03 三、波长、波速与频率 【典例】（24-25九年级上·全国·课后作业）英国科学家研究发现，用特定波长的红光持续照射人体背部15min，可明显刺激人体线粒体，增加葡萄糖消耗，降低血糖水平该技术有望用来帮助糖尿病患者通过非药物方式降低血糖。该红光的波形图如图所示，已知，则该红光的波长为（　　） A．335nm，合 B．335nm，合 C．670nm，合 D．670nm，合 【答案】D 【详解】波长指的是振动一个完整周期时，在传播方向上移动的距离。在图像上，波长为OB的长度，即 λ=335nm×2=670nm 而1nm=10-9m，所以 λ=670nm=6.70×10-7m 故选D。 【变式1】（2024·广东阳江·二模）电磁波的频率与波长的大致分布如图所示，下列说法正确的是（    ） A．红外线属于可见光 B．无线电波的波长比X射线的短 C．电视机遥控器向电视机传播信号利用的是紫外线 D．可见光与γ射线在真空中的传播速度相等 【答案】D 【详解】A．红外线属于不可见光，故A错误； B．频率越高，波长越短，无线电波频率比X射线低，则波长要长，故B错误； C．遥控器利用的是红外线，故C错误； D．光波也属于电磁波，电磁波在真空中的传播速度相同，故D正确。 故选D。 【变式2】（2022·江苏常州·一模）1965年，美国发射通信卫星les-1，由于故障导致卫星进入太空后与地球失去联系，18年后，科学爱好者菲尔威廉偶然捕捉到les-1发出的频率为2.5×108Hz的信号。该信号属于 （超声波/电磁波），周期为 s。 【答案】 电磁波 4×10-9 【详解】[1]电磁波能在真空中传播，超声波不能，故卫星发出的是电磁波。 [2]频率为2.5×108Hz的信号的周期为 【变式3】（23-24九年级下·湖北宜昌·阶段练习）蝙蝠向外发射 （选填“超声波”或“电磁波”），利用接收反射波时间来判断障碍物的距离，人们利用这个原理发明了雷达。已知某航空探测雷达向空中发射信号后，经过0.02s收到雷达回波，则被探测物距离 m。（空气中声速340m/s，空气中光速） 【答案】 超声波 【详解】[1]蝙蝠是利用超声波来判断它与障碍物之前的距离。 [2]航空探测雷达是利用电磁波探测目标的电子设备，已知电磁波在空气中传播的速度与光速相同，则经过0.02s收到雷达回波，被探测物距离为 【变式4】（24-25九年级上·全国·课前预习）电磁波家族如图所示： (1)家庭网络中，小红觉得5GWiFi比2.4GWiFi网速更快，则相关正确的表述是___________；（单选，填字母） A．5G比2.4G的传播速度更快 B．5G比2.4G的频率更高 C．5G比2.4G的波长更长 D．5G和2.4G分别用电磁波、声波传递信息 (2)微波炉是利用 加热食物的，食物中水分发生了哪种物态变化而变少 ？ 【答案】(1)B (2) 电磁波 汽化 【详解】（1）5G网络比4G网络的频率更高，波长更短，但在空气中的传播速度是相同的，故B正确，ACD错误。 故选B。 （2）[1][2]微波炉是利用电磁波加热食物的，通过热传递的方式使加热后的食物内能增加，食物中水因发生汽化变成水蒸气而减少。 现代通信--走进信息时代 04 四、现代通信--走进信息时代 【典例】（24-25八年级上·江苏淮安·期中）阅读短文，回答问题。 光纤的奥秘 光纤电缆是本世纪最重要的发明之一、发明光纤电缆的是被誉为“光纤之父”的华人科学家、诺贝尔奖获得者高锯。光纤电缆利用玻璃清澈、透明的性质，使用光来传送信号。光可以从弯曲的玻璃光纤的一端传到另一端，而不会“溜”出玻璃光纤，这是为什么呢？ 原来，光从玻璃射入空气时，折射角大于入射角（如图甲）。当入射角增大时，折射角也增大（如图乙），到某一角度，折射角达到90°，入射角再增大时，折射光完全消失，只剩下反射光（如图丙），这样光就在玻璃中传播，而不会“溜”出玻璃光纤（图丁），这种现象叫做全反射，它只有在上述情况下才可能发生，上述情况下的入射角称为临界角。图戊是光从玻璃射入空气时，折射角随入射角的变化而变化的图像。 所以，一般弯曲的光学纤维（简称光纤〉，只要它的玻璃芯的透明度高、均匀，并且芯与外皮层之间的分界面光滑，就是一根好的光导管。一根头发般细小的光纤，其传输的信息量相当于一条饭桌般粗大的铜“线”，为目前的信息高速公路奠定了基础，数以万计的光学纤维构成的光学纤维束（如图己）不仅能传导光能，也能将图像从一端传到另一端。传光能的纤维束称传光束，同时能传图像的纤维束称传像束。 (1)光从空气射向玻璃时， （选填“会”或“不会”）发生光的全反射现象； (2)光发生全反射时，入射角 （选填“大于”或“小于”）临界角；若光从玻璃进入空气时发生全发射，则入射角必须满足的条件是： ； (3)请你写出光纤的一个具体应用： （合理即可）； (4)如图所示，让一束光垂直于玻璃三棱镜的一个面射入，请在图中完成这束光的光路图。（保留作图痕迹） 【答案】(1)不会 (2) 大于 入射角大于42° (3)光纤通信 (4) 【详解】（1）光从玻璃射入空气时，折射角大于入射角。当入射角增大时，折射角也增大，到某一角度，折射角达到90°，入射角再增大时，折射光完全消失，只剩下反射光，这样光就在玻璃中传播，而不会“溜”出玻璃光纤，这种现象叫做全反射，所以光从空气射向玻璃时，折射角小于入射角，不会发生光的全反射现象。 （2）[1][2]光发生全反射时，入射角大于临界角；由图戊可知，若光从玻璃进入空气时发生全发射，则入射角必须满足的条件是：入射角大于42°。 （3）请你写出光纤的一个具体应用：光纤通信。 （4）光线从空气进入玻璃时，因是垂直照射，所以传播方向不变；当从玻璃中斜射入空气时，折射角大于入射角，折射光线远离法线，如图： 【变式1】（2024·山西长治·二模）阅读短文《光导纤维》，回答问题： 英国物理学家丁达尔研究发现，光从水中射向空气，当入射角增大时，折射角也增大，但折射角先增大到90°，此时，折射光线消失，只剩下反射光线，这种现象称为全反射现象。刚好发生全反射时的入射角叫做临界角，只有入射角大于或等于临界角时，才会发生全反射现象。由于光从水中射向空气中时，光在水流中发生了多次全反射，表面上看，好像光在水流中弯曲前进，实际上，在弯曲的水流里，光仍沿直线传播。后来人们制造出一种透明度很高、粗细像蜘蛛丝一样的玻璃丝——玻璃纤维。当光线以合适的角度射入玻璃纤维时，光就沿着弯弯曲曲的玻璃纤维前进。因这种纤维能够用来传输光，故称它为光导纤维。 光导纤维在现代技术中有着广泛的应用，一根直径不到1.3cm的由32根光纤组成的光缆，能容纳50万对用户同时通话，或者同时传送5000个频道的电视节目。除通信领域外，光纤还有许多其他的应用。例如“传能光纤”可以传递高功率的激光能量，广泛应用于激光加工机、激光手术刀等；“传像光纤”可以用来传递图像，用于医学上的肠镜、胃镜检查和海关、机场等的安全监控等。 (1)一束光从水中斜射入空气，入射角 （选填“大于”、“等于”或“小于”）折射角； (2)“当光线以合适的角度射入玻璃纤维时，光就沿着弯弯曲曲的玻璃纤维前进。”这个合适的角度满足的条件是： ； (3)请利用光能沿着弯曲玻璃纤维前进的特点，设计一个应用于生活中的工具： 。 【答案】(1)小于 (2)入射角大于临界角 (3)可以制成“传像光纤”，用于医学上的肠镜、胃镜检查 【解析】【小题1】一束光从水中斜射入空气，发生光的折射现象，由于光从水中斜射入空气，折射角大于入射角，所以入射角小于折射角。 【小题2】由题意可知，发生全反射时的入射角叫做临界角，只有入射角大于或等于临界角时，才会发生全反射现象，所以“当光线以合适的角度射入玻璃纤维时，光就沿着弯弯曲曲的玻璃纤维前进”，这个合适的角度满足的条件是入射角大于临界角。 【小题3】利用光导纤维可以制成“传像光纤”，用于医学上的肠镜、胃镜检查。 【变式2】（2024·云南普洱·模拟预测）请阅读《北斗导航系统》并回答题。 北斗导航系统 2020年3月9日19时55分，我国在西昌卫星发射中心用长征三号乙运载火箭，成功发射北斗系统第54颗导航卫星。此次发射的北斗导航卫星是北斗三号卫星导航系统当中第二颗地球同步轨道卫星。按照计划，我国将再发射一颗北斗三号地球同步轨道卫星，届时由30颗北斗三号卫星组成的导航星座将全部部署完成。覆盖“一带一路”沿线国家。 北斗卫星导航系统建设先后经历了北斗一号系统、北斗二号系统、北斗三号系统三个阶段，目前北斗一号4颗试验卫星已全部退役，从北斗二号首颗星起算，距离北斗三号系统建成，仅一步之遥。北斗卫星导航系统由空间段、地面段和用户段三部分组成，并具短报文通信能力。 北斗三号系统搭载了国内最先进的新一代铷原子钟，星间链路最新的技术，新一代铷原子钟天稳定度达到10-14量级，“这相当于300万年只有1秒误差”。星间链路是指用于卫星之间通信的链路。通过星间链路可以实现卫星之间的信息传输和交换。通过星间链路将多颗卫星互联在一起，形成一个以卫星作为交换节点的空间通信网络。通过光通信可实现大容量数据传输。北斗三号系统中的地球同步轨道卫星，运行方向与地球自转方向相同，运行一周的时间与地球自转一周的时间相等，自主建设、独立运行的卫星导航系统，广泛应用于交通运输，成为世界首次应用北斗导航系统，实现有人值守、自动驾驶的高铁。北斗卫星导航系统还应用于海洋渔业、水文监测、气象预报、测绘地理信息、森林防火、通信时统、电力调度、救灾减灾、应急搜救等领域。北斗导航系统秉持和践行“中国的北斗，一流的北斗”的发展理念，服务全球、造福人类。 根据上述材料，回答下列问题： （1） 是用于卫星之间通信的链路； （2）运载火箭点火起飞升空的过程中，火箭中搭载的卫星的机械能 （选填“增大”“减小”“不变”）； （3）北斗地球同步轨道卫星正常运行时，相对地面是 的（选填“运动”、“静止”）； （4）下列关于北斗卫星导航系统的说法中错误的是 。（多选） A．北斗卫星导航系统传送信息的速度与光速相同 B．北斗卫星导航系统由空间段、地面段和用户段三部分组成 C．北斗卫星导航系统采用超声波为汽车行驶导航 D．当甲、乙两人通过北斗地球同步卫星通电话时，甲发出“呼叫”后，至少经过5s才能听到乙的“回应” 【答案】 星间链路卫星 增大 静止 CD 【详解】（1）[1]星间链路卫星是用于卫星之间通信的链路，通过星间链路可以实现卫星之间的信息传输和交换。通过星间链路将多颗卫星互联在一起，形成一个以卫星作为交换节点的空间通信网络。 （2）[2]火箭加速起飞时，卫星的运动状态与火箭相同，速度增大；高度增大，动能增大，重力势能也增大，机械能增大。 （3）[3]北斗地球同步轨道卫星正常运行时，相对地面的位置没有变化，故相对地面静止。 （4）[4]A．北斗卫星导航系统传送信息用的是电磁波，电磁波的速度与光速相同，故A正确，不符合题意； B．北斗卫星导航系统是由空间段、地面段和用户段三部分组成，并具短报文通信能力，故B正确，不符合题意； C．北斗卫星导航系统采用电磁波为汽车行驶导航，故C错误，符合题意； D．地球同步卫星的高度大约是36000km。“呼叫”与听到“回应”电磁波传播的距离为 通话时所需时间 故D错误，符合题意； 故选CD。 【变式3】（2024·黑龙江齐齐哈尔·模拟预测）阅读材料，回答下列问题。 光导纤维 光纤是光导纤维的简写，是一种利用光在玻璃或塑料制成的纤维中的全反射原理而制成的光传导工具。前香港中文大学校长高锟和GeorgeA．Hockham首先提出光纤可以用于通信传输的设想，高锟因此获得了2009年诺贝尔物理学奖。 光导纤维是由纯度极高的石英玻璃（主要成分是二氧化硅）拉制而成的（如图甲所示），粗细大致与人的头发相当，有的直径只有几微米。光纤通信的原理是利用光的全反射现象。当光从玻璃中射向空气时，折射角会大于入射角，并且随着入射角的增大，折射光线越来越暗，反射光线能量越来越强，当入射角大于某一角度时，折射光线消失，全部光线都反射回玻璃中，这就是光的全反射现象。表面上看，光好像在玻璃中弯曲前进（如图乙）。 一根光纤的潜在带宽可达20THz。采用这样的带宽，只需一秒钟左右，即可将人类古今中外全部文字资料传送完毕。诺贝尔奖评委会这样描述：“光流动在细小如线的玻璃丝中，它携带着各种信息数据向每一个方向传递，文本、音乐、图片和视频因此能在瞬间传遍全球。” （1）计算机通过光纤接入互联网，光纤的作用是 ； A．输电　　B．通信　　C．导热　　D．照明 （2）光纤是利用光波在光导纤维中的全反射原理而达成的光传导工具。光波 （选填“属于”或“不属于”）电磁波，光在真空中的传播速度为 m/s； （3）根据文中全反射的定义，请你判断：当光从空气射入水中，逐渐增大入射角时， （选填“会”或“不会”）发生全反射； （4）下列关于光导纤维的说法中正确的是 ； A．光导纤维的主要成分是氧化物 B．光纤通信不容易受外界干扰，能够传播更远 C．光导纤维是利用光传输信息的 D．石英玻璃能够拉制成细丝说明它的弹性好 【答案】 B 属于 3×108 不会 ABC 【详解】（1）[1]计算机通过光纤接入互联网，光纤的作用是通信，故选B。 （2）[2][3]光纤是光导纤维的简写，是一种利用光在玻璃或塑料制成的纤维中的全反射原理而制成的光传导工具。光波属于电磁波，光在真空中的传播速度为3×108m/s。 （3）[4]当光从玻璃中射向空气时，折射角会大于入射角，并且随着入射角的增大，折射光线越来越暗，反射光线能量越来越强，当入射角大于某一角度时，折射光线消失，全部光线都反射回玻璃中，这就是光的全反射现象。当光从空气射入水中，折射角会小于入射角，逐渐增大入射角时，所以不会发生全反射。 （4）[5]A. 光导纤维是由纯度极高的石英玻璃（主要成分是二氧化硅）拉制而成的，故A正确； B. 光纤通信是激光在光导纤维内传播，不容易受外界干扰，能够传播更远，故B正确； C. 光导纤维是利用激光传输信息，故C正确； D. 石英玻璃能够拉制成细丝说明它的延展性好，不是弹性好，故D错误。 故选ABC。 【变式4】（22-23九年级下·内蒙古赤峰·阶段练习）请阅读《信息高速路》并回答问题。 《信息高速路》 现代“信息高速公路”是微波通信、卫星通信和光纤通信等高速、大容量信息传输通道的俗称。 卫星通信是通过微波实现的，当前它已成为国际通信的主要手段之一。微波是电磁波家族中的一员，其在真空中传播速度与光速一样，遇到障碍物会被反射和阻挡，需每隔50km左右就要建设一个微波中继站。由于在雪山上、大洋中无法建设中继站，也就是卫星通信。卫星通信的优点是通信距离远，覆盖范围大，能进行多址通信。但卫星通信也有一些明显的缺点，首先卫星造价较高，所以卫星通信会有零点几秒的时间延迟。此外，使用微波通信容易被窃听 光纤通信弥补了卫星通信的这些缺点，通过激光在光导纤维中传输信号。由于激光的频率远高于微波，所以它根本不受其他无线电波信号的干扰，光纤传输可以满足大容量、高速通信的需要。一根直径不到1.3cm的由32根光纤组成的光缆，能容许50万对用户同时通话，而且还铺设了数条越洋国际光缆。但与卫星通信相比仍具有架设线路受地理条件限制、光缆易被拉断等缺点。 卫星通信和光纤通信相辅相成，成为现代“信息高速公路”的两大支柱。如图表示同时采用两种通信方式越洋传递电子邮件的过程。当然，越洋光缆能使全部过程实现光纤通信。 请根据上述材料，回答下列问题： （1）微波在真空中的传播速度为 m/s； （2）地球同步通信卫星作为微波通信的中继站，以地面为参照物它是 的；（选填“运动”或“静止”） （3）家庭用的有线电视主要是通过 通信方式传输信号的。 【答案】 3×108 静止 光纤 【详解】（1）[1]微波是一种电磁波，其在真空中的传播速度与光速相同3×108m/s。 （2）[2]以地面为参照物时，地球同步通信卫星与地面之间的位置没有发生变化，故通信卫星静止的。 （3）[3]我国目前国内电信网、因特网和有线电视网的主要干线部分已普遍采用了光缆线路，利用光纤通信。 能源利用与社会发展 05 五、能源利用与社会发展 【典例】（24-25九年级上·陕西宝鸡·期中）2024年10月9日，中华人民共和国第十二届少数民族传统体育运动会火炬点燃暨火炬传递启动仪式在三亚举行。仪式上，“深海睡美人”可燃冰作为燃料的火炬大放异彩，展现了“冰”与“火”水乳交融的神奇景象，象征着科技的力量，生动诠释了本届运动会“科技办赛”理念。可燃冰能直接点燃，燃烧过程几乎不产生任何残渣或废弃物，0.1m3可燃冰在常温常压下可释放出16m3的天然气，能使1.6t的水温升高50℃。（c水=4.2×103J/（kg·℃），q天然气=4.2×107J/m3） (1)可燃冰 （选填“是”或“不是”）绿色清洁能源，可燃冰属于 （选填“可再生”或“不可再生”）能源； (2)求水吸收的热量； (3)求完全燃烧0.1m3可燃冰释放的热量； (4)求可燃冰烧水的效率。 【答案】(1) 是 不可再生 (2)3.36×108J (3)6.72×108J (4)50% 【详解】（1）[1]由题意可知，可燃冰”是一种新型能源，燃烧后几乎不产生任何残渣和废弃物，所以“可燃冰”是一种新型清洁能源。 [2]“可燃冰”开发使用后，会越来越少，不可能在短期内从自然界得到补充，所以“可燃冰”属于不可再生能源。 （2）水吸收的热量为 =4.2×103J/（kg·℃）×1.6×103kg×50℃=3.36×108J （3）0.1m3可燃冰在常温常压下释放出16m3天然气，16m3天然气完全燃烧放出热量为 =16m3×4.2×107J/m3=6.72×108J （4）可燃冰烧水的效率为 【变式1】（24-25九年级上·四川广元·期中）明祥用液化气烧水，某一段时间内m水＝3kg的水温度升高了20℃，加热过程中消耗了m液化气＝0.02kg天然气，天然气的热值q液化气＝4.2×107J/kg，水的比热容c水＝4.2×103J/（kg•℃）求： (1)水吸收的热量； (2)液化气完全燃烧释放的热量； (3)烧水的热效率？ 【答案】(1) (2) (3) 【详解】（1）水吸收的热量为 （2）液化气完全燃烧释放的热量为 （3）烧水的热效率为 【变式2】（24-25九年级上·陕西榆林·期中）新型混合动力汽车具有节能、低排放等优点。当混合动力汽车启动时，内燃机不工作，蓄电池向车轮输送能量，当需要高速行驶或蓄电池电能过低时，内燃机启动，既可以向车轮输送能量，又可以给蓄电池充电。已知某次没电时，消耗了700g柴油为汽车提供了2×106J的有用功。求：（） (1)完全燃烧700kg柴油放出的热量为多少； (2)若该次测试中内燃机的效率为20%，求此测试过程中蓄电池增加的电能。 【答案】(1) (2) 【详解】（1）完全燃烧700kg柴油放出的热量为 （2）由题意可知，内燃机做的有用功为2×106J，而该次测试中内燃机的效率为20%，则 故此测试过程中蓄电池增加的电能为 核能 06 六、核能 【典例】（2024·黑龙江哈尔滨·模拟预测）下列有关能量的分析中，不正确的是（　　） A．太阳能风扇帽使用过程中的能量转化为太阳能转化为机械能 B．原子弹爆炸其原理是核裂变 C．潮汐能是一种不可再生能源 D．在常温条件下热水杯中的冰块不会变多，只能变少，这是由于能量的转移具有方向性 【答案】C 【详解】A．太阳能风扇帽使用过程中，吸收太阳能，使风扇转动，将太阳能转化为机械能，故A正确，不符合题意； B．原子弹爆炸其原理是可控的核裂变，故B正确，不符合题意； C．潮汐能可以从自然界源源不断地获得，是可再生能源，故C错误，符合题意； D．能量的转移具有方向性，热量是从高温物体传递给低温物体，在常温条件下热水杯中的冰块不断吸收热量，不断熔化成水，则冰块不会变多，只会变少，故D正确，不符合题意。 故选C。 【变式1】（24-25九年级上·河北石家庄·期中）2023年4月12日21时，有“人造太阳”之称的中国“环流器”实验装置，成功实现了稳态长脉冲高约束模式等离子体运行，创造了新的世界纪录。核能属于 （选填“可再生”或“不可再生”）能源。如图所示，超导线圈中的强大电流产生强磁场，被强磁场约束在真空室内的氘核和氚核发生核 （选填“裂变”或“聚变”）反应，释放巨大能量，产生上亿度高温。 【答案】 不可再生 聚变 【详解】[1]核能在短期内不能从自然界得到补充，属于不可再生能源。 [2]中国环流器的反应原理与太阳类似，通过核聚变释放巨大的核能，原子核能又转化为内能，从而获得上亿度的高温。 【变式2】（24-25九年级上·云南昆明·期中）2023年8月24日，日本不顾国际反对强行进行核废水排海作业。核能给人类带来巨大利益的同时，不规范处理核废水和废料也给环境带来巨大的污染。核电站是利用铀235发生 （选填“裂变”或“聚变”） 反应释放能量的； 利用核能发电是将核能转化为 。 【答案】 裂变 电能 【详解】[1]核电站是利用铀235这种重核发生裂变反应来释放能量的。在裂变过程中，一个重核分裂成两个或多个较轻的核，同时释放出大量的能量。这种能量被用来加热水，产生蒸汽，进而驱动涡轮机发电。 [2]核电站中的能量转化过程是这样的：首先，核裂变反应释放出核能；然后，这些核能被用来加热水，使水变成高温高压的蒸汽，这个过程中核能转化为内能；接着，蒸汽推动涡轮机旋转，涡轮机再带动发电机发电，这个过程中内能转化为机械能，机械能再转化为电能。但总的来说，核电站是利用核能发电，即将核能最终转化为电能。 【变式3】（2024·陕西咸阳·一模）如图为太阳能交通指示灯。指示灯上方有一块太阳能电池板接收太阳能为电路中的蓄电池充电，此时蓄电池相当于电路中的 。指示板上某一个LED灯珠熄灭后，其余LED灯珠仍可正常工作，则指示板上的LED灯珠之间的连接方式是 联。太阳能来自于太阳内部的核 （选填“聚”或“裂”）变。 【答案】 用电器 并 聚 【详解】[1]给蓄电池充电，消耗电能，将电能转化为化学储存起来，此时蓄电池相当于电路中的用电器。 [2]指示板上某一个LED灯熄灭后其余LED灯仍可正常工作，表明两灯相互不影响，根据串并联电路的特征，则指示板上的LED灯之间的连接方式是并联的。 [3]利用核能的方式有核聚变和核裂变，太阳能来自于太阳内部发生的核聚变。 【变式4】（2022·甘肃嘉峪关·模拟预测）汽车大多用汽油作燃料，汽油是 能源（选填“可再生”或“不可再生”）；氢弹是重要的核武器，爆炸是利用 （选填“核裂变”或“核聚变”）反应释放出大量的核能。某用电器上标有“220V  200W”，正常工作20min，耗电 J。 【答案】 不可再生 核聚变 【详解】[1]汽油无法从自然界源源不断获取，属于不可再生能源。 [2]利用核能的方式有核裂变和核聚变。氢弹爆炸是利用核聚变反应释放出大量的核能。 [3]正常工作20min，耗电为 【变式5】（2024·新疆昌吉·模拟预测）2023年4月12日21时，有“人造太阳”之称的中国“环流器”实验装置，成功实现了稳态长脉冲高约束模式等离子体运行，创造了新的世界纪录。核能属于 （选填“常规能源”或“新能源”）；该装置的线圈使用超导材料绕制，这些线圈工作在零下296摄氏度的超低温中，从而实现超导，处于超导状态时的线圈的电阻为 Ω。如图所示，它的反应原理与太阳类似，通过 （选填“核裂变”或“核聚变”）释放巨大的核能，原子核能又转化为 ，从而获得上亿度的高温。 【答案】 新能源 0 核聚变 内能 【详解】[1]核能不是生活中常用能源，因此属于新能源。 [2]超导体的电阻为0，处于超导状态时的线圈的电阻为0Ω。 [3][4]中国环流器的反应原理与太阳类似，通过核聚变释放巨大的核能，原子核能又转化为内能，从而获得上亿度的高温。 能量转化的基本规律 07 七、能量转化的基本规律 【典例】（24-25九年级上·江苏无锡·期中）“嫦娥一号”卫星于2010年10月在西昌发射基地发射，并获得了圆满成功。请回答下列问题： (1)火箭发射升空时，燃料燃烧将 能转化为燃气的内能，再转化为火箭的 能；火箭的燃料使用液态氢，主要是因为它的密度小且 大； (2)卫星从远地点到近地点运行的过程中，飞船的动能 ，机械能的大小 。（变大/变小/不变） 【答案】(1) 化学 机械 热值 (2) 变大 不变 【详解】（1）[1][2] “化学能” 是物质发生化学反应时所释放的能量，燃料燃烧是化学反应过程，释放出内能，这个能量就是化学能转化而来。“机械能” 包括动能和势能，火箭升空过程中速度不断增大（动能增大），高度不断升高（势能增大），火箭增加的机械能是内能转化来的。 [3] “热值” 是单位质量（或体积）的燃料完全燃烧时所放出的热量。液态氢的热值大，意味着相同质量的液态氢完全燃烧能释放出更多的能量，所以适合作为火箭燃料。 （2）[1][2]卫星从远地点到近地点运行的过程中，质量不变，高度降低，速度增大，动能增大；在这个过程中飞船的重力势能转化为动能，整个过程中只有动能和势能的相互转化，所以机械能守恒，即机械能的大小不变。 【变式1】（24-25九年级上·黑龙江双鸭山·期中）在一定条例下，各种形式的能都可以相互转化，指出下列例中能量如何转化； (1)木柴燃烧发热： ； (2)壶中的水沸腾时，壶盖不断地跳动： 。 【答案】(1)见详解 (2)见详解 【解析】【小题1】木柴燃烧发热，消耗化学能，产生内能，此过程是将化学能转化为内能。 【小题2】壶中的水沸腾时，壶盖不断地跳动，水蒸气的内能转化为壶盖的机械能。 【变式2】（24-25九年级上·河北唐山·期中）给某电动混合动力汽车的蓄电池充电时， 转化为化学能。如图是我国古代的取火器模型图，把推杆迅速推入牛角套筒时，套筒内空气被压缩，空气的内能 （选填“增大”或“减小”），随后，推杆前端的艾绒立刻燃烧起来。该过程与四冲程汽油机工作循环中的 冲程类似，把 能转化为 能。在能量的转化和转移过程中，能的总量 （选填“不断减少”“保持不变”或“不断增加”）。 【答案】 电能 增大 压缩 机械 内 保持不变 【详解】[1]蓄电池充电时，蓄电池相当于用电器，消耗了电能，因此此过程是电能转化为化学能。 [2][3][4][5]如图，把推杆迅速推入牛角套筒时，推杆对套筒内空气做功，将机械能转化为筒内空气内能，使筒内空气内能增大，汽油机的压缩冲程也是将机械能转化为内能，两者相似。 [6]在能量的转化和转移过程中，能的总量保持不变，即能量守恒。 【变式3】（24-25九年级上·山西大同·期中）阅读短文，回答问题。 氢动力新能源汽车 随着“汽车社会”的逐渐形成，汽车保有量在不断上升，而汽油等资源最终会被消耗殆尽。最终的解决办法是发展新能源汽车，氢动力汽车属于新能源汽车，它的工作原理是氢气在燃料电池堆系统内与空气中的氧气发生化学反应释放出能量，经DC-DC转换器整流后输送给驱动器，使汽车获得动力。 使用氢能源的最大好处是它能跟空气中的氧气发生化学反应，产生水蒸气，有效减少了其他燃油汽车造成的空气污染问题，因此氢动力汽车是替代传统汽车最理想的汽车。但由于氢的密度很低，能够储存的氢燃料十分有限，且氢气泄漏后容易燃烧和爆炸，使得氢气的储存和运输存在困难。 (1)氢气与氧气发生化学反应释放出能量，经 整流后输送给驱动器，使氢动力汽车获得动力； (2)氢燃烧释放的能量使汽车发动机运转，将燃料的化学能最终转化为 能。使用氢作燃料是因为它具有较大的 ； (3)如果你是设计师，在设计氢动力汽车时，能够让它更节能的措施是 。 【答案】(1)DC-DC转换器 (2) 机械 热值 (3)见解析 【详解】（1）由材料可知，氢动力汽车的工作原理是氢气在燃料电池堆系统内与空气中的氧气发生化学反应释放出能量，经DC-DC转换器整流后输送给驱动器，使汽车获得动力。 （2）[1]氢燃烧释放的能量使汽车发动机运转，消耗燃料的化学能，产生机械能，将化学能转化为机械能。 [2]由于氢的热值比较大，完全燃烧相同质量的燃料时，氢放出的热量更多，所以使用氢作燃料。 （3）为了让氢动力汽车更节能，提升燃料电池的效率可以直接提高能量转换效率。改进车辆的空气动力学设计可以减少行驶中的空气阻力，从而降低能耗。使用轻量化材料可以减少车辆的自重，进而减少能量消耗。提高能量回收系统的效率（如制动能量回收系统）可以更好地利用车辆在行驶过程中的能量损失。 能源与可持续发展 08 八、能源与可持续发展 【典例】（24-25九年级上·江苏宿迁·阶段练习）如图所示是安装在列车车厢之间的摩擦缓冲器结构图，图中①和②为楔块，③和④为垫板，楔块与弹簧盒、垫板间均有摩擦，在车厢相互撞击使弹簧压缩的过程中，有以下说法： A．缓冲器的机械能守恒 B．摩擦力做功消耗机械能 C．垫板的动能全部转化为内能 D．弹簧的弹性势能全部转化为动能 从上面选项中选择正确说法 ，然后解释该结构工作的原理 。 【答案】 B 缓冲器通过摩擦将部分动能转化为内能，还会储存部分弹性势能，再次向内能和动能转化 【详解】[1]A．通过克服摩擦力做功，系统的机械能向内能转化，故机械能减小，故A错误； B．通过克服摩擦力做功，系统的机械能向内能转化，故B正确； C．垫块的动能转化为弹性势能和内能，故C错误； D．弹簧的弹性势能转化为动能和内能，故D错误。 故选B。 [2]工作原理：缓冲器通过摩擦将部分动能转化为内能，还会储存部分弹性势能，再次向内能和动能转化。 【变式1】（24-25九年级上·河北石家庄·阶段练习）随着我国国力的强大，各国都在军事上采取各种措施，为此我国一直在研究导弹拦截系统。拦截弹在运动过程中，燃料助推拦截弹，燃料的 转化为拦截弹的是 。拦截弹在整个运动过程中，会受到空气的摩擦力，一部分机械能转化为 消失了，但能量的总量 （选填“变小”、“不变”、“变大”）。 【答案】 化学能 机械能 内能 不变 【详解】[1][2]燃料具有化学能，在燃烧的过程中将内部的化学能转化为内能，再由内能转化为机械能从而助推拦截弹，燃料助推拦截弹的工作原理是燃料的化学能转化为拦截弹的机械能。 [3]拦截弹在整个运动过程中，会受到空气的摩擦力，一部分机械能转化内能，所以它的机械能是变小的，根据能量守恒定律可知，能量的总量是保持不变的。 【变式2】（24-25九年级上·广东汕头·期中）现代电动汽车为了节能，都安装了能量回收装置，在汽车刹车时带动发电机，将汽车的 能转化为电能，为汽车提供后续运动的能量．有人认为，只要不断改进，这种汽车就可以一边行驶，一边发电，永远运动下去，这种观念违背了 ，我国火箭升空使用固体氢作为燃料，是因为固体氢的 较大。 【答案】 机械 能量守恒定律 热值 【详解】[1] 在汽车刹车时带动发电机，将汽车的机械能转化为电能，为汽车提供后续运动的能量。 [2]有人认为，只要不断改进，这种汽车就可以一边行驶，一边发电，永远运动下去，这种观念违背了能量守恒定律。 [3]我国火箭升空使用固体氢作为燃料，是因为固体氢的热值较大。 【变式3】（24-25九年级上·广东梅州·期中）如图所示是牛顿摆球．当左边的小球撞击后静止了，右边的小球向右摆动．当右边的小球撞击后静止时，左边的小球向左摆．经过较长时间就会发现，小球摆动的幅度会越来越小，到最后会静止下来，这说明小球的 能减少了，转化为 能了，在转化和转移的过程中，能量的总量 。 【答案】 机械 内 不变 【详解】[1]当右边的小球撞击后静止时，左边的小球向左摆。右边的小球在撞击过程中把自己的机械能转移到左边的小球上。 [2][3]因为小球在摆动的过程中受到空气阻力作用，一部分机械能转化为内能，所以，小球摆动的幅度会越来越小，到最后会静止下来。在转化和转移的过程中，能量的总量不变。 【变式4】（2025九年级·全国·专题练习）阅读短文，回答问题。 风力发电 化石能源目前仍是世界上许多国家的主要能源但化石能源的大量开采利用使其接近枯竭，也给人类生存环境带来极大的隐患。石油危机、环境污染，在全球范围内引起了人类对能源问题的思考，我国对此问题尤为重视。为了解决环境污染、能源枯竭问题，中国率先在75届联合国大会上提出“碳达峰”“碳中和”两个奋斗目标，同时大力发展风能、太阳能、核能等新能源。我国风力资源丰富，在东南沿海、西北沙漠优势突出。风能用之不竭、清洁环保，所以我国加大风能的开发和利用。如图甲是我国某风力发电基地，风力发电机组主要由风机叶片和发电机组组成。 (1)风力发电是把风能转化为电能，风能是 （选填“可再生”或“不可再生”）能源，风机中的发电机是利用 原理进行发电的； (2)风机叶片具有质量轻、强度高等性能，通常用密度 （选填“大”或“小”）、硬度大的复合材料制成； (3)某风力发电机输出功率与风速的关系如图乙所示。由图像可知，当风速在到之间时，风速越大，风力发电机输出功率 （选填“越大”、“不变”或“越小”）。 【答案】(1) 可再生 电磁感应 (2)小 (3)越大 【详解】（1）[1][2]风能是一种可以循环使用的能源，可不断补充再生，是可再生能源；发电机是利用电磁感应原理进行发电的。 （2）风机叶片用密度小的复合材料，可以减小叶片的质量；同时采用硬度大的复合材料，可以增加其强度。 （3）由图乙可知，当风速在到之间时，风速越大，风力发电机输出功率越大；当风速在到之间时，风力发电机输出功率不变。 巩固练习 一、单选题 1．（2024·广东汕头·模拟预测）手机为人们日常生活提供便利，但是不控制看手机的时间，会影响人们的健康，手机传递信息依靠的是（　　） A．电磁波 B．超声波 C．次声波 D．红外线 【答案】A 【详解】手机是人们常用的通讯工具，传递信息依靠的是电磁波，故BCD不符合题意，A符合题意。 故选A。 2．（21-22九年级上·海南海口·期末）目前主流的无线WiFi网络常用的频率约是2.4 GHz（=2.4×109Hz）。根据如图所示电磁波家族的信息，可以推测WiFi信号（　　） A．频率比可见光小 B．属于红外线 C．波长比可见光短 D．在真空中传播的速度比可见光小 【答案】A 【详解】A．由图可知，可见光的频率大于1014Hz，所以WiFi信号的频率小于可见光的频率，故A符合题意； B．由图可知，WiFi信号属于无线电波，不属于红外线，故B不符合题意； C．由图可知，WiFi信号的频率小于可见光的频率，波速一定时，由可知，WiFi信号的波长大于可见光，故C不符合题意； D．各种电磁波在真空中的传播速度是相同的，故D不符合题意。 故选A。 3．（2024·安徽蚌埠·二模）现代社会交通方便，假期人们喜欢开车自驾游，如图是车辆在高速上行驶的画面，下列说法正确的是（　　） A．汽车高速行驶时，汽车上方流速大压强大 B．司乘人员要系好安全带是为了防止汽车的惯性带来危害 C．高速行驶后，汽车表面容易沾有灰尘，是因为汽车与空气摩擦产生电荷，从而吸引灰尘 D．汽车的导航系统使用北斗导航，是通过电磁波定位汽车的位置 【答案】D 【详解】A．流速越大压强越小，故A错误； B．司乘人员要系好安全带是为了防止由于人的惯性带来危害，故B错误； C．静电现象是由于摩擦过程中电子转移，不是产生创造了电荷，故C错误； D．电磁波可以传递信息，且可以在真空中传播，所以，汽车使用的北斗导航是利用电磁波进行定位和导航的，故D正确。 故选D。 4．（2024·江苏盐城·一模）“天宫二号”空间实验室与地面进行实时信息传输所使用的是（    ） A．超声波 B．次声波 C．红外线 D．微波 【答案】D 【详解】微波属于电磁波，电磁波的传播不需要介质，可以在真空中传播，而且可以传递信息。所以天宫二号是利用电磁波与与地面进行实时信息传输的。 故选D。 5．（2024·广东汕头·二模）如图所示，一些学校为了方便通知学生，装了一种“喊话神器”，它可以通过手机APP绑定，方便老师远程通知学生．实现这一远程传递信息的是（　　） A．超声波 B．次声波 C．电磁波 D．声音 【答案】C 【详解】电磁波能够传递信息，无线通信都是利用电磁波传递信息的，故C符合题意，ABD不符合题意。 故选C。 6．（2024·江苏南通·一模）2023年，杭州亚洲运动会上首次探索使用了更高频率范围的5.5G网络，“5.5G网络”传递信号是通过（　　） A．超声波 B．红外线 C．紫外线 D．电磁波 【答案】D 【详解】5.5G网络通信是依靠电磁波传递信息，电磁波可以在真空中传播，电磁波的传播不需要介质；电磁波既能传递声音信号，又能传递图象信号，故D符合题意，ABC不符合题意。 故选D。 7．（2024·云南曲靖·模拟预测）下列有关能源、材料和信息的说法正确的是（    ） A．太阳能、风能与天然气都是可再生、清洁、无污染能源 B．利用超导体制作白炽灯的灯丝，会使白炽灯的发光效率更高 C．纳米材料不仅基本单元小，而且还可能提高材料的硬度和强度 D．手机是利用超声波传递信息的 【答案】C 【详解】A．太阳能、风能可以源源不断从自然界获得，是可再生、清洁、无污染能源，天然气属化石能源，是不可再生能源，故A错误； B．白炽灯依靠电流的热效应来发热、发光，而超导体材料在有电流通过时，导体不会发热，因此，不能用来制作白炽灯的灯丝，故B错误； C．纳米材料单个单元的尺寸在1至100nm之间，基本单元小，还能够提高材料的硬度和强度，故C正确； D．电磁波可以传递信息，手机是利用电磁波传递信息的，故D错误。 故选C。 8．（24-25九年级上·内蒙古呼和浩特·期中）北京时间2024年4月25日20时59分，搭载神舟十八号载人飞船的长征二号F遥十八运载火箭在酒泉卫星发射中心点火。发射取得圆满成功，以下说法正确的是（    ） A．长征二号F遥十八运载火箭要选用比热容大的燃料 B．神舟十八号载人飞船所使用的供电装置，最适合的是太阳能电池 C．神舟十八号载人飞船加速升空时，燃料热值变大 D．神舟十八号载人飞船加速升空时，机械能始终守恒 【答案】B 【详解】A．运载火箭主要用液态氢作为燃料，原因是液态氢的热值大，跟其他燃料相比，相同质量的液态氢完全燃烧可以放出更多的热量，故A错误； B．飞船在太空环境可以源源不断的从自然界获得太阳能，故神舟十八号载人飞船所使用的供电装置，最适合的是太阳能电池，故B正确； C．燃料的热值是燃料本身的一种性质，与燃料的位置等无关，故飞船加速升空时，燃料的热值不变，故C错误； D．神舟十八号载人飞船加速升空时，飞船的质量不变，飞船的运动速度、高度增大，飞船的动能、重力势能都增大，则飞船的机械能增大，此时机械能不守恒，故D错误。 故选B。 9．（24-25九年级上·山西大同·期中）如图所示是课外兴趣小组制作的“蒸汽船”模型。将盛有适量水的铜制容器安装在“船体”上，并用蜡烛对其底部进行加热，一段时间后铜质容器内水温升高产生蒸汽，通过铜管向右喷出，“蒸汽船”就会向左行驶。下列说法正确的是（　　） A．水变热是通过做功来改变内能的 B．水在沸腾时会有热量的散失，所以能量不守恒 C．“蒸汽船”运动时能量转化与热机做功冲程相同 D．“蒸汽船”在向左运动时主要将机械能转化为内能 【答案】C 【详解】A．水变热是因为吸收了热量，是通过热传递的发生改变内能的，故A错误； B．水在沸腾时会有热量的散失，散失的热量被周围空气等吸收，能量仍守恒，故B错误； CD．“蒸汽船”运动时能量转化形式为：将内能转化为机械能，与热机做功冲程的能量转化形式相同，故C正确，D错误。 故选C。 10．（24-25九年级上·江苏苏州·期中）将铁丝快速弯折十余次，弯折处的温度会升高，以下事例中能量转化与之相同的是（　　） A．甲、丙 B．甲、丁 C．乙、丙 D．乙、丁 【答案】B 【详解】反复弯折铁丝，铁丝弯折处温度升高，机械能转化为内能，使铁丝内能增加； 甲．用力将活塞压下，活塞对空气做功，空气的内能增大，温度升高，达到了棉花的着火点，棉花就会燃烧，此过程机械能转化为内能； 乙．按动电火花发生器按钮后，酒精燃烧后的燃气对盒盖做功，体积膨胀，对外做功，使盒盖飞出去，内能转化为盒盖的机械能； 丙．汽油机做功冲程中，汽缸内的高温高压的燃气，体积膨胀，对外做功，内能转化为机械能；； 丁．搓手取暖时，要克服摩擦做功，是机械能转化为内能。 综上所述，故B符合题意，ACD不符合题意。 故选B。 11．（24-25九年级上·湖北武汉·期中）下列从能量转化的角度阐释的效率的意义，说法正确的是（　　） A．某太阳能电池工作的效率是16%，意义是该太阳能电池把16%的太阳能转化为化学能 B．某电动机工作的效率是83%，意义是该电动机可以把83%的电能转化为内能 C．某锂电池充电时的效率是99%，意义是该锂电池充电时可以把99%电能转化为化学能 D．某柴油机工作的效率是35%，意义是该柴油机把柴油燃烧时释放能量的35%转化为机械能 【答案】C 【详解】A．太阳能电池可以将太阳能转化为电能，所以某太阳能电池工作的效率是16%，意义是该太阳能电池把16%的太阳能转化为电能，故A错误； B．电动机可以将电能 转化为机械能，所以某电动机工作的效率是83%，意义是该电动机可以把83%的电能转化为机械能，故B错误； C．锂电池充电时，将电能转化为化学能，所以某锂电池充电时的效率是99%，意义是该锂电池充电时可以把99%电能转化为化学能，故C正确； D．柴油机将内能转化为机械能，所以某柴油机工作的效率是35%，意义是该柴油机把柴油完全燃烧时释放能量的35%转化为机械能，故D错误。 故选C。 12．（24-25九年级上·湖北武汉·期中）如图甲所示是不同形式的能量的相互转化图，下列说法正确的是（　　） A．序号①的实例可以是图丙 B．序号②的实例可以是图丁 C．圆圈内B的能量形式是电能，序号③的实例可以是图乙 D．各种形式的能量都可以无条件的相互转化，且转化过程都要遵守能量守恒定律 【答案】A 【详解】AC．加热器不能将内能转化为电能，但可以将电能转化为内能，圆圈内A的能量形式不可能是电能，B是电能，而A是内能。图丙中冬天搓手是将机械能转化为内能，所以序号①的实例可以是图丙。序号③是光能转化为化学能，图乙是将光能转化为电能，所以序号③的实例不能是图乙，故A正确，C错误； B．序号②是化学能转化为电能，图丁是将电能转化为化学能，所以序号②的实例不可以是图丁，故B错误； D．各种形式的能量都可以在一定条件下相互转化，且转化过程都要遵守能量守恒定律，故D错误。 故选A。 二、填空题 13．（24-25八年级上·江苏无锡·期中）通常情况下，人们彼此之间能听到对方说话的声音是因为声波通过 这种介质传播的缘故；太空中通话用无线电波，是因为声音在真空中 传播（选填“能”或“不能”）。 【答案】 空气 不能 【详解】[1]通常我们听到的声音是由空气传播的。 [2]真空没有传播声音的介质，所以真空不能传播声音，电磁波的传播不需要介质，所以电磁波能在真空中传播。 14．（24-25九年级上·云南曲靖·期中）手机是人们常用的通信工具，移动网络让我们的生活悄悄发生改变，打电话、微信聊天等服务是通过 （选填“超声波”、“次声波”或“电磁波”）来传递信号的；其在真空中的传播速度约为 m/s。 【答案】 电磁波 【详解】[1]打电话、微信聊天等这些服务是通过电磁波来传递信息的。 [2]电磁波在真空中的传播速度约为3×108m/s。 15．（2024·辽宁锦州·模拟预测）2023年5月30日，神舟十六号飞船飞往中国空间站，飞船与酒泉卫星发射中心之间通过 （选填“超声波”或“电磁波”）来传递信息。神舟十五号、神舟十六号航天员乘组完成在轨交接后神舟十五号飞船与空间站组合体分离，在返回舱落向地面的过程中重力势能变 （选填“大”或“小”）。 【答案】 电磁波 小 【详解】[1]电磁波可以在真空中传播，飞船与酒泉卫星发射中心之间通过电磁波来传递信息。 [2]返回舱落向地面的过程中，质量不变，高度变小，重力势能变小。 16．（24-25九年级上·甘肃张掖·阶段练习）中央电视台第一套节目的频率为52.5MHz，则中央电视台第一套节目的波长为 m。 【答案】5.7 【详解】根据波速等于波长乘以频率得，中央电视台第一套节目的波长为 17．（24-25八年级上·山东济南·阶段练习）小明在观看电影《红海行动》。车队行进中遇到追击炮攻击，爆炸声“震耳欲聋”。这里的“震耳欲聋”描述声音特性中 （选填“音调”、“响度”或“音色”）。太空宇航员与地面指挥员通过 （选填“电磁波”或“超声波”）实现通讯联系。 【答案】 响度 电磁波 【详解】[1]“震耳欲聋”是描述声音很大，是指声音的响度大。 [2] 太空宇航员与地面指挥员之间有真空，真空不能传声，但可以传递电磁波，所以他们是通过电磁波实验通讯联系的。 18．（24-25八年级上·河南郑州·阶段练习）历史上有众多伟大的物理学家为人类的发展做出了卓越贡献。赫兹于1887年首先用实验证实了电磁波的存在，人们为了纪念赫兹，以他的名字命名为 的单位；意大利科学家 通过对摆动的研究，发现了摆的等时性，促进了钟表的研制。 【答案】 频率 伽利略 【详解】[1]德国科学家赫兹用实验证实了电磁波的存在，人们为了纪念赫兹对人类的贡献，把频率的单位定为“赫兹”。 [2]伽利略是杰出的意大利科学家，年轻时他通过观察教堂里吊灯的来回摆动，进而反复进行实验，发现了摆的等时性原理，促进了钟表的研制。 19．（24-25八年级上·江苏泰州·阶段练习）地震时，一些动物因为听到 会产生反常的行为，而人却很难有所预感；利用 方向性好，在水中传播距离远等特点制成了声呐，该装置可以发现水下目标，还可以测绘海底地形。如果声波在海水中的传播速度约为1500m/s，海面上该装置向海底发射超声波经过8s收到海底返回的回声，该处海深为 m；该装置 （能/不能）用于测地月距离，原因是 ；要测地月距离，可以用 。 【答案】 次声波 超声波 6000 不能 真空不能传声 电磁波 【详解】[1]次声波的频率低于20Hz，人耳听不到，但有些动物能听到，且会产生反常的行为。 [2] 利用超声波方向性好，在水中传播距离远，具有很强的穿透能力等特点，制成了声呐装置。 [3]海水的深度 [4][5]真空不能传声，故不能用来测月地距离。 [6]电磁波可以在真空中传播，故可以用电磁波测月地距离。 20．（24-25九年级上·辽宁本溪·阶段练习）10月10日21时50分，中国在西昌卫星发射中心使用长征三号乙运载火箭，成功将互联网高轨卫星03星发射升空，卫星顺利进入预定轨道，如图所示。该火箭使用偏二甲肼和四氧化二氮做为推进器燃料，该燃料具有 大的特性。燃烧相同质量的这种燃料，能够将 能转化为更多的内能，为火箭提供动力。 【答案】 热值 化学 【详解】[1][2]运载火箭采用偏二甲肼和四氧化二氮作为火箭的燃料，原因是偏二甲肼具有较高的热值，完全燃烧相同质量的偏二甲肼或四氧化二氮和其他燃料时，偏二甲肼或四氧化二氮可以释放出更多的热量。燃料燃烧将化学能转化为内能，为火箭提供动力。 21．（24-25九年级上·山西太原·期中）如图所示，小明给吹好的气球嘴部系线时，不小心气球脱手飞出，气球飞出过程中， 能转化为 能，气球嘴部温度将 ；汽油机的 冲程与此过程的能量转化相同。 【答案】 内 机械 降低 做功 【详解】[1][2][3][4]气球内的气体向外喷出，气体对外做功，气体的内能转化为机械能，内能减小，气体的温度降低，使得喷气的嘴部温度降低；汽油机在做功冲程中，将内能转化成机械能，即汽油机在工作时做功冲程与这一过程中能量的转化是一致的。 三、实验题 22．（2023·广东广州·一模）电磁波家族如图所示： （1）家庭网络中，小红觉得5GWiFi比2.4GWiFi网速更快，则相关正确的表述是 ；（单选，填字母） A．5G比2.4G的传播速度更快 B．5G比2.4G的频率更高 C．5G比2.4G的波长更长 D．5G和2.4G分别用电磁波、声波传递信息 （2）微波炉是利用电磁波加热食物的，食物（忽略质量变化）加热后内能 （选填“增加”，“减少”），食物中水分发生了哪种物态变化而变少 ？ （3）我们看到的太阳光也属于电磁波，太阳能是 （选填“可再生”，“不可再生”）能源。 【答案】 B 增加 汽化 可再生 【详解】（1）[1]5G网络比4G网络的频率更高，波长更短，但在空气中的传播速度是相同的，故B正确，ACD错误，故选B。 （2）[2][3]微波炉是利用电磁波加热食物的，通过热传递的方式使加热后的食物内能增加，食物中水因发生汽化变成水蒸气而减少。 （3）[4]在几十亿年内，太阳能是取之不尽、用之不竭的理想能源，因此太阳能是可再生能源。 23．（21-22八年级下·四川攀枝花·期中）随着我国科技的发展，推力巨大的“长征”系列火箭已能克服地球引力的作用，将“风云”气象卫星、“海洋一号”卫星和“神舟”系列载人实验飞船送入太空。2003年10月15日，我国航天员杨利伟乘坐“神舟五号”宇宙飞船遨游太空14圈后，于10月16日成功地返回地面。美国航天员曾涉足月球，由于他们远离地球，地球对它们的引力作用已减弱到可以忽略①，而这时月球的引力则起主要作用。其实，宇宙间任何两个物体之间都存在着引力作用②。通常的两个较轻物体之间的引力十分微小，我们不易察觉到，但宇宙天体间（如太阳和地球）的引力就非常大③。 （1）在飞船进入太空的过程中，宇航员杨利伟的质量将( ) A．先减小再增大      B．先增大后减小    C．始终不变        D．逐渐减小 （2）在太空中能进行的实验是( ) A．用弹簧测力计测拉力            B．用天平测质量    C．测声速                          D．测杯子对桌面的压力 （3）在月球上能做到的是( ) A．观察到星星“眨眼睛”    B．举行露天音乐会 C．进行无线电交流          D．轻轻一跳就离开月球 （4）第②句其实是牛顿所创立的万有引力理论，由第①句，我们可以知道万有引力跟 有关，再由第③句我们可以猜想出万有引力还跟 有关。 【答案】 C A C 距离 质量 【详解】（1）[1]质量是物体的固有属性，不随空间位置的变化而变化，所以在飞船进入太空的过程中，宇航员杨利伟的质量将始终不变，故ABD错误，D正确。 故选D。 （2）[2]A．用弹簧测力计测拉力，是根据拉力的大小与弹簧的伸长量有关的原理工作的，在太空中能进行实验，故A符合题意； B．天平测质量，是根据杠杆的平衡条件工作的，在月球上，地球对它们的引力作用已减弱到可以忽略，所以用天平测质量，在太空中不能进行实验，故B不符合题意； C．月球上是真空，真空不能传声，月球上不能测声速 ，故C不符合题意； D．在月球上，地球对它们的引力作用已减弱到可以忽略，那压力也可以忽略，所以无法测杯子对桌面的压力，故D不符合题意。 故选A。 （3）[3]A．月球是真空，没有大气层，来自其它天体的光可以直接到达人眼，不会出现折射现象，看不到星星眨眼睛，故A不符合题意； B．月球上是真空，真空不能传声，不能举行露天音乐会，故B不符合题意； C．虽然月球上是真空，电磁波的传播不需要介质，月球上可以进行无线电交流 ，故C符合题意；   D．在月球上会受到月球的引力，所以轻轻一跳不能离开月球，故D不符合题意。 故选C。 （4）[4]由于他们远离地球，地球对它们的引力作用已减弱到可以忽略，说明万有引力跟距离有关。 [5]通常的两个较轻物体之间的引力十分微小，我们不易察觉到，但宇宙天体间（如太阳和地球）的引力就非常大，说明万有引力还跟质量有关。 24．（2020·山西太原·二模）图中的”凹面镜信号增强器”是小明在网课期间设计的，利用它可以增强路由器的“黑管”向某一方向发射的电磁波。为了探究它的增强效果，他进行了如下实验： ①“黑管”发出稳定信号后，将陶瓷材质的信号增强器朝向分析仪，同时移动分析仪直至接收到50dB的信号强度是（dB网络信号强度的单位，值越大表示信号越强），测出分析仪到路由器的距离； ②只改变信号增强器的材质，重复上述实验，记录数据如下表； ③再用小刀将铝制信号增强器的表面划成坑坑洼洼，再重复上述实验。关于信号增强器，请你解答： 序号 材质 分析仪到路由器的距离s/m 1 陶瓷 9 2 不锈钢 13 3 铁 14 4 铝 16 (1)“黑管”发出的电磁波可以在它表面发生 ，使分析仪接收到增强的电磁波信号； (2)实验中可以通过 反映它的增强效果；分析表中数据可知：相同条件下， 材质的增强效果更好一些； (3)第③步的操作是为了探究其增强效果与它表面 的关系。 【答案】 反射 分析仪到路由器的距离的大小 铝 粗糙程度 【详解】(1)[1]凹面镜信号增强器能增强信号的原因是：“黑管”发出的电磁波可以在它表面发生路由器反射现象； (2)[2]实验中可以通过分析仪到路由器的距离的大小来反映它的增强效果，距离越大，增强效果越强； [3]通过对表格中1、2、3、4、实验数据的分析，我们的结论：相同条件下，铝材料制成的信号增强器的增强效果比其他材料好； (3)[5]第③步的操作，即用小刀将铝制信号增强器的表面划成坑坑洼洼，改变了凹面镜信号增强器反射面的粗糙程度，所以第③步的操作是为了探究其增强效果与它表面粗糙程度的关系。 25．（23-24九年级上·山西晋城·期末）新农村建设中，广大农村社区增加了不少太阳能路灯，太阳能路灯的核心部件是光电板，光电板可以把太阳能转化为电能。物理兴趣小组想探究影响光电板吸收太阳能的多少与哪些因素有关，交流后提出猜想。 猜想一：光电板吸收太阳能的多少可能与光电板的面积有关； 猜想二：光电板吸收太阳能的多少可能与光电板的光照时间有关； 猜想三：光电板吸收太阳能的多少可能与光电板的颜色有关； 为了验证猜想，同学们把不同大小、涂有不同颜色的光电板正对太阳光照射不同的时间，对小灯泡供电，直到小灯泡熄灭，并记录小灯泡的发光时间，实验数据如下表。 序号 光电板的面积/ 光照时间/min 光电板表面所涂颜色 小灯泡发光时间/s 1 0.1 10 黑色 180 2 0.1 10 绿色 120 3 0.1 10 白色 30 4 0.2 10 黑色 360 5 0.3 10 黑色 540 6 0.1 20 黑色 360 7 0.1 30 黑色 540 （1）每次实验所选用的小灯泡的规格应 （选填“相同”或“不同”）； （2）分析表中1、4、5三组数据，我们可以得出结论：光电板吸收太阳能的多少与 有关。要验证猜想二，需要分析表中 （填表中的序号）三组数据； （3）分析表中数据还可得出：太阳能光电板表面涂层用 色最好。 【答案】 相同 光电板的面积 1、6、7 黑 【详解】（1）[1] 为了验证猜想，同学们把不同大小、涂有不同颜色的光电板正对太阳光照射不同的时间，对小灯泡供电，直到小灯泡熄灭，并记录小灯泡的发光时间，根据控制变量法，每次实验所选用的小灯泡的规格应该是相同的。 （2）[2] 1、4、5三组数据中，光电板的光照时间相同、光电板的颜色相同而光电板的面积不同，光电板的面积越大，小灯泡发光时间越长，由此可知光电板吸收太阳能的多少与光电板的面积有关。 [3] 要验证猜想二：光电板吸收太阳能的多少可能与光电板的光照时间有关，根据控制变量法，应选择只有光照时间不同的1、6、7三组数据。 （3）[4] 根据表中数据1、2、3知道，光电板面积相同、光照时间相同时，黑色光电板能使小灯泡的发光时间更长，可以得出制作太阳能光电板表面涂层用黑色最好。 提优练习 一、科普阅读题 1．（24-25九年级上·广东韶关·期中）阅读短文，回答问题。 太阳能路灯 如图甲所示是某路道两边的太阳能路灯，它由太阳能电池板、控制器、24V 的蓄电池组、LED光二极管、灯杆等组成，它的结构示意图如图乙，工作时能量流程图如图丙。该灯杆顶端是太阳能电 池板，白天光线强时，太阳能电池板为蓄电池充电，夜晚光线弱时，蓄电池为LED 灯供电照明。 LED 发光二极管是一种半导体器件，它具有工作电压低（2～4V）、 耗能少、寿命长、稳定性高、 响应时间短、对环境无污染、多色发光等优点。它与普通的白炽灯发光原理不同，白炽灯发光时灯丝  温度会比较高，而LED 灯把电能直接转化为光能，因而其发光效率较高，是新一代固体冷光源，将  逐步取代传统光源。 (1)乙图中，当夜晚光线弱时，S与 接通（选填 “b”   或 “c”），此时的能量转化流程为图丙中 （选填“①”或“②”）。 (2)LED灯主要由 （选填“导体”、“半导体”或“超导体”）材料制成，可以把电能直接转化成_ 能。它之所以节能，被称为冷光源，是因为电热转换损耗的能量较白炽灯 （选填“高”或“低”）。 (3)为使LED 发光二极管正常工作，至少应将 个LED发光二极管串联起来才能安全使用。 【答案】(1) c ② (2) 半导体 光 低 (3)6 【详解】（1）[1][2]当夜晚光线弱时，S与c接通，LED灯通过蓄电池供电，蓄电池的化学能转化为电能，该过程所涉及的能量转化流程为图丙中的②。 （2）[1][2][3]发光二极管主要由硅、砷等半导体材料制成，LED灯主要由半导体材料制；根据题意知，LED的发光原理是直接把电能转换成光能，其电热转换损耗的能量较白炽灯低，因而其发光效率较高。 （3）由于太阳能电池板的电压为24V，而LED发光二极管的工作电压为2~ 4V，低于太阳能电池板电压，所以应将它们串联接在电路中，串联的发光二极管的个数 2．（24-25九年级上·江苏扬州·期中）阅读短文，回答文后问题。 混合动力汽车 如图甲是我国自主研制生产的一种环保混合动力实验汽车。启动时，内燃机不工作，车内蓄电池输出能量；当高速行驶或蓄电池储存电能过低时，内燃机启动，既可以向车轮输出能量，同时可以向蓄电池充电；当车辆需要全力加速时，内燃机、蓄电池可以同时向车轮输出能量。 测试人员驾驶该车在平直公路上以50km/h的速度匀速行驶1h，观察仪表盘，发现这段时间内燃机消耗燃油10kg，蓄电池储存的能量由最大值的60%增大至最大值。该车行驶时所受阻力f和车速v的关系如图乙所示，蓄电池储存的最大能量为1.0×108 J。（汽油的热值为4.6×107 J/kg） (1)当高速行驶或蓄电池储存电能过低时内燃机启动，既可以向蓄电池充电，也可以将燃料燃烧的内能转化为车辆行驶的 ； (2)车辆行驶过程中轮胎发热，其内能 （增大/减小/不变），汽车冷却系统用水来冷却，这是利用水的 大； (3)根据图乙可知，在此测试过程中，该车牵引力做的功是 J； (4)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”指每消耗单位能量时对应的载客数和行驶路程的乘积，即。1人骑电动自行车，每消耗106 J的能量可行驶20km，则此电动自行车与这辆汽车（测试过程车内有2人）的客运效率之比是 。 【答案】(1)机械能 (2) 增大 比热容 (3)1×108 (4)84∶1 【详解】（1）内燃机启动，向车轮输出能量，将内能转化为汽车的机械能。 （2）[1]车辆行驶过程中轮胎发热，其内能增大。因为轮胎发热是由于摩擦等因素使轮胎的温度升高，而温度升高，分子热运动加剧，内能增大。 [2]汽车冷却系统用水来冷却，这是利用水的比热容大。比热容是物质的一种特性，它表示单位质量的某种物质温度升高（或降低）1℃所吸收（或放出）的热量。水的比热容较大，意味着在质量和升高（或降低）温度相同时，水能够吸收（或放出）更多的热量，所以适合用来做冷却系统。 （3）当测试人员驾驶该车在平直公路上以50km/h的速度匀速行驶时，根据图表可知此时车受摩擦阻力为2000N，由水平方向上二力平衡可知，车的牵引力也是2000N，则测试过程中该车有用功为 （4）由可知，自行车的客运效率为 测试过程中车消耗燃油产生能量为 蓄电池储存的能量由最大值的60%增大至最大值，蓄电池的最大容量为，则转化成的电能为 则测试过程中车实际消耗能量为 客车一小时行驶的路程为 车的客运效率为 则此电动自行车与这辆汽车（测试过程车内有两人）的客运效率之比是 3．（24-25八年级上·江苏徐州·期中）阅读短文，回答问题。 戈壁滩上的“向日葵” 在甘肃省敦煌市西南方向约15千米的戈壁滩上有一处充满科幻感的设施（如图甲所示），这是目前全球装机容量第二的熔盐塔式产热电站。光热电站的镜场面积约140多万平方米，1万多面巨大的定日镜在计算机的精确控制下，能如同向日葵一样随着太阳位置变化而变化，使太阳光时刻都能聚集到260米高的吸热塔的吸热器上。 在北半球的正午，太阳光由南往北倾斜照射，位于吸热塔北面的定日镜，阳光的入射角极小，定日镜的面积可以全部作为有效面积反射阳光。而位于吸热塔南面的定日镜，阳光的入射角很大，反射阳光的有效面积大大缩小了。 在塔式太阳能热发电系统中，吸热器是最关键的核心部位，吸热器内部有多个平行排列的吸热管组成的管屏，它将定日镜所捕捉到的太阳光直接转化为可以高效利用的内能，将能量存储在液态熔盐中，为汽轮发电机组提供所需的热源。 (1)太阳能光热电站利用平面镜 太阳光，聚集到吸热塔上进行加热； (2)在镜阵最外层的大圈，定日镜呈现明显的分布不对称，吸热塔南边的定日镜比北边少，原因是 ； (3)请结合图乙完成太阳能光热发电的能量转化流程图。 【答案】(1)反射 (2)南面的定日镜，阳光的入射角很大，反射阳光的有效面积大大缩小了 (3)太阳能 【详解】（1）由短文中“在北半球的正午，太阳光由南往北倾斜照射，位于吸热塔北面的定日镜，阳光的入射角极小，定日镜的面积可以全部作为有效面积反射阳光。”说明太阳能光热电站利用平面镜反射太阳光。 （2）由短文内容可知，在镜阵最外层的大圈，定日镜呈现明显的分布不对称，吸热塔南边的定日镜比北边少是因为吸热塔南面的定日镜，阳光的入射角很大，反射阳光的有效面积缩小了。 （3）吸热器内部有多个平行排列的吸热管组成的管屏，它将定日镜所捕捉到的太阳光直接转化为可以高效利用的内能，即吸热管把太阳能转化为内能存储在液态熔盐中，又转化为汽轮发电机组的机械能推动汽轮发电机组转动，发电机组又把机械能转化为电能，故太阳能光热发电的能量转化流程图是太阳能→内能→机械能→电能。 4．（24-25九年级上·山西长治·期中）阅读短文，回答问题。 微型太阳能驱动无人机 北京航空航天大学科研团队利用自主研发的新型静电电动机，成功研制出仅重的太阳能动力微型无人机，在自然光强度的照射下，实现发电、驱动、垂直飞行等一系列动作。只有巴掌大的无人机，仅靠两片微型太阳能电池就能驱动。 传统的电磁电动机在微型化后，由于转速高、发热大，能量转化效率低，即使采用太阳能作为能源，受限于太阳能电池的面积，也无法满足微型飞行器的飞行需求。静电电动机利用摩擦、接触或感应产生的静电（不流动的电荷）作为能源，在电动机周边有一圈电极片，在中间运动的电极片会被它右侧的电极片排斥，被左侧的电极片吸引，最终产生一个带动整个飞行器起飞的升力。这些轻质部件由薄如晶片的碳纤维片制成，外层包裹着极为细小的铝箔。太阳能电池可以在自然光下产生低压直流电，由于低压直流电无法直接驱动电动机。因此科研团队在无人机内部安装了一种高压功率转换器，可以将的低压直流电转换成的高压电，以满足静电电动机的工作需求。静电电动机的高电压、低电流工作特性，使其在工作过程中发热少且无明显红外特征，可以有效提高能量转化效率并降低能耗。 (1)微型无人机上的太阳能电池产生的低压直流电相当于 节新的干电池串联后的电压； (2)静电电动机与传统的电磁电动机相比，其优势是 ； (3)静电电动机中相邻的左右两侧电极片带 （选填“同种”或“异种”）电荷； (4)太阳能电池的输出电压可能与 有关。 【答案】(1)3 (2)工作过程中发热少且无明显红外特征（或可以有效提高能量转化效率并降低能耗） (3)异种 (4)面积 【详解】（1）已知一节新干电池的电压是1.5V，微型无人机上的太阳能电池产生的低压是4.5V，则相当于3节新的干电池串联后的电压。 （2）根据文意可知，静电电动机与传统的电磁电动机相比，其优势是工作过程中发热少且无明显红外特征，可以有效提高能量转化效率并降低能耗。 （3）在电动机周边有一圈电极片，在中间运动的电极片会被它右侧的电极片排斥，被左侧的电极片吸引，说明左右两侧电极片带异种电荷。 （4）传统的电磁电动机在微型化后，即使采用太阳能作为能源，受限于太阳能电池的面积，因此推出太阳能电池的输出电压可能与面积有关。 5．（24-25九年级上·宁夏银川·阶段练习）阅读材料，回答下列问题： 2024年6月2日6时23分，嫦娥六号着陆器和上升器组合体成功着陆在月球背面南极—艾特肯盆地预选着陆区，开启人类探测器首次在月球背面实施样品采集任务。 由于嫦娥六号的着陆点位于月球背面，受到月球遮挡无法直接与地球通信，需要通过鹊桥二号中继卫星来转发月面航天器与地球之间的通信。鹊桥二号中继卫星受月球引力作用，最远的一点叫远月点，如图乙所示。 着陆器与上升器组合体成功着陆后，着陆器将通过鹊桥二号中继卫星，在地面控制下，此后正式开始持续约2天的月背采样工作，通过钻具钻取和机械臂表取两种方式分别采集月壤样品和月表岩石。表取完成后，上升器携带月球样品自月球背面起飞，3000N的发动机工作约6min后，成功将上升器送入预定环月轨道。 (1)太阳能电池板工作时，将太阳能转化为 能，嫦娥六号采用液态氢做燃料是因为它具有较大的 ； (2)上升器点火起飞，离开月球表面，以上升器为参照物，月球是 的；月壤运回地球后，质量 ；（选填“变大”“变小”或“不变”） (3)月球表面都是由岩石和月壤构成，昼夜温差可达300多摄氏度。月球昼夜温差大的原因之一是 。 【答案】(1) 电 热值 (2) 运动 不变 (3)岩石和月壤的比热容小 【详解】（1）[1]太阳能电池板工作时，吸收太阳能，产生电能，将太阳能转化为电能。 [2]嫦娥六号采用液态氢做燃料是因为它具有较大的热值，与其他燃料相比，完全燃烧质量相同的液态氢能释放更多的能量。 （2）[1]上升器点火起飞，离开月球表面，月球与上升器的相对位置发生了变化，以上升器为参照物，月球是运动的。 [2]质量是物体所含物质的多少，它是物质的一种属性，物体的质量不随形状、物态、位置的变化而变化，月壤从月球运回地球，只是位置发生了改变，其质量不变。 （3）月球表面都是由岩石和月壤构成，岩石和月壤的比热容小，相同条件时，吸收或放出相同的热量，温度变化大，因此月球昼夜温差可达300多摄氏度。。 6．（24-25九年级上·云南昆明·期中）阅读材料，回答问题。 丙烯生产新工艺 我国丙烯需求和生产位居全球第一，但当前较为先进的丙烷直接脱氢制丙烯技术高度依赖进口，并且其反应过程吸收大量热量，产生较高碳排放。目前丙烯生产分别占我国和全球石化工业碳排放总量的8%和5%。因此，国内外对绿色低碳烯烃生产技术的研发极为重视。 天津大学巩金龙教授带领的研究团队潜心攻关，对上千种催化剂开展了测试和表征工作，从反应和传热的科学本质出发，提出了储量丰富的金属氧化物结构化设计方法，发现了催化剂结构对丙烷转化的影响规律，明确了反应中间物种迁移对不同反应的串联作用机制；经过系统的工艺条件探索，建立了反应器内热量集成利用的技术策略，开发了丙烷直接脱氢吸热反应与选择性燃烧放热反应的耦合工艺，如图所示，成功突破了传统直接脱氢工艺的技术局限。与传统工艺相比，该制备工艺反应温度可降低 30℃~50℃，预期能耗可降低20%~30%，有望大幅降低二氧化碳的排放。 (1)丙烯生产新工艺是从丙烷直接脱氢吸热反应与 反应的耦合工艺； (2)丙烯的制造通常是通过石油的裂解产生的，石油属于 （选填“可再生”或“不可再生”） 能源； (3)丙烯极易燃烧，500g丙烯完全燃烧放出的热量为 J；标准大气压下，这些热量被 50kg 初温为20℃的水完全吸收后温度能升高 ℃。q丙烯=3.6×107 J/kg，c水=4.2×103 J/（kg℃） 【答案】(1)选择性燃烧放热 (2)不可再生 (3) 80 【详解】（1）天津大学巩金龙教授带领的研究团队经过系统的工艺条件探索，建立了反应器内热量集成利用的技术策略，开发了丙烷直接脱氢吸热反应与选择性燃烧放热反应的耦合工艺。 （2）石油不能从自然界源源不断获取，属于不可再生能源。 （3）[1][2]500g丙烯完全燃烧放出的热量为 标准大气压下，这些热量被 50kg 初温为20℃的水完全吸收后升高的温度为 标准大气压下水的沸点是，而 所以水的末温是，则实际升高的温度为 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