第二十二章《能源与可持续发展》单元基础巩固与培优必刷达标卷-2024-2025学年九年级全一册物理《考点•题型 •技巧》精讲与精练高分突破专题系列（人教版）

第二十二章《能源与可持续发展》单元基础巩固与培优必刷达标卷 （考试时间：80分钟 试卷满分：100分） 一、单项选择题（本大题共7小题，每小题3分，共21分）在每小题列出的四个选项中，只有一个是正确的。 1．我省蕴藏丰富的能源可用于发电，下列发电方式中利用不可再生能源的是（　　） A．  乌江源风电场 B．  平箐太阳能电站 C．  构皮滩水电站 D．  发耳火电厂 【答案】D 【详解】ABC．风力、水力、太阳能能够源源不断地从自然界获得，是可再生能源，风力发电、水力发电、太阳能发电都是利用可再生能源发电的，故ABC不符合题意； D．火力发电利用煤进行发电，煤不能从自然界源源不断获得，是不可再生能源，则火力发电是利用不可再生能源发电的，故D符合题意。 故选D。 2．下列说法不正确的是（　　） A．目前的核电站都是利用核聚变释放的核能来发电的 B．我国的北斗卫星定位系统是利用电磁波进行定位的 C．微波通信、卫星通信、光纤通信、网络通信都可以用来传递信息 D．以风能、水能、太阳能等为代表的可再生能源是未来理想能源的一个重要发展方向 【答案】A 【详解】A．目前的核电站都是利用核裂变释放的核能来发电的，故A错误，符合题意； B．电磁波的传播不需要介质，我国的北斗卫星定位系统是利用电磁波进行定位的，故B正确，不符合题意； C．传递信息的方式有很多种，微波通信、卫星通信、光纤通信、网络通信都可以用来传递信息，故C正确，不符合题意； D．可再生能源可以从自然界中源源不断地得到的能源，以风能、水能、太阳能等为代表的可再生能源是未来理想能源的一个重要发展方向，故D正确，不符合题意。 故选A。 3．2021年1月，使用中国自主研发核电技术的“华龙一号”5号机组正式投入运行。核反应堆内发生核反应后产生大量的热，使第一回路中的水成为高温高压水后进入蒸汽发生器，在其中将第二回路中的水加热成为高温高压水蒸气，驱动汽轮机运转，汽轮机带动发电机发电。下列说法不正确的是（　　） A．核反应堆是利用核裂变产生核能的 B．蒸汽发生器内通过热传递改变水的内能 C．汽轮机工作时将机械能转化为内能 D．发电机的工作原理是电磁感应 【答案】C 【详解】A．核反应堆是利用裂变产生核能的，故A正确，不符合题意； B．蒸汽发生器内水通过吸收热量增加内能的，所以是热传递的方式的改变内能，故B正确，不符合题意； C．汽轮机工作时，是将水蒸气的内能转化为汽轮机的机械能，故C错误，符合题意； D．发电机的工作原理是电磁感应现象，故D正确，不符合题意。 故选C。 4．关于能源、信息和材料，下列说法正确的是 （    ） A．核电站利用核裂变释放的能量发电 B．电磁波的传播需要介质 C．太阳能是不可再生能源 D．手机芯片上的晶体管是由超导体材料制成的 【答案】A 【详解】A．核聚变无法人为控制速度，核电站利用的是核裂变释放的能量，故A 正确； B．电磁波可以在介质中传播，也可以在真空中传播，所以电磁波的传播不需要介质，故B 错误； C．太阳能可以在短期内从自然界源源不断获得，是可再生能源，故C 错误； D．半导体材料的导电性能可以受到外部环境的影响而发生变化，这使得它可以被用于制造各种类型的传感器。手机芯片上的晶体管是由半导体材料制成的，故D 错误。 故选 A。 5．勤劳的中华民族创造了灿烂的华夏文明，在众多领域取得了举世瞩目的成就，推动了人类社会的进步。下列关于我国科学技术的成就和应用描述完全正确的有（　　） ①四大发明中的“指南针”——司南能指示南北方向是受地磁场的作用 ②1293年，郭守敬在通惠河上建造了船闸，这一创举利用了连通器原理 ③战国时期的天平——木衡和铜环权利用了杠杆原理 ④“玉兔2号”月球车在月球背面留下属于中国的第一道印记，说明力可以改变物体的形状 ⑤“华龙一号”核反应堆利用核聚变进行发电，所用核燃料属于可再生能源 ⑥“复兴号”动车组刷新了中国速度，动车组速度越快，它的惯性越大 A．①②③④ B．①②③⑤ C．③④⑤⑥ D．②③④⑥ 【答案】A 【详解】①地球的周围存在磁场，司南能指示南北方向是受地磁场的作用。故①正确； ②船闸上方开口，下方连通，符合连通器的定义。因此1293年，郭守敬在通惠河上建造了船闸，这一创举利用了连通器原理。故②正确； ③战国时期的天平——木衡和铜环权可绕一固定点旋转，两侧分别放“权”（相当于砝码或秤锤）、“重”（被称量的重物），使其保持平衡，称量出物体的“重”，利用了杠杆原理。故③正确； ④“玉兔2号”月球车在月球背面移动时，对月壤有压力的作用，月壤受到力的作用发生了形状变化，留下属于中国的第一道印记，说明力可以改变物体的形状。故④正确； ⑤“华龙一号”核反应堆利用核裂变进行发电，所用核燃料不能重复使用，属于不可再生能源。故⑤错误； ⑥惯性是物体的一种属性，只与物体的质量有关。因此“复兴号”动车组刷新了中国速度，动车组速度越快，它的质量未变，惯性不变。故⑥错误。 综上，故A正确，BCD错误。 故选A。 6．2022年8月30日，中国首颗太阳探测科学技术试验卫星“羲和号”成果正式发布，其运行于高度为517公里的太阳同步轨道，“羲和号”上搭载的望远镜可以连续对太阳进行观测。以下说法正确的是（　　） A．太阳能属于不可再生能源 B．地球上所有的能量均来自太阳 C．用望远镜观测到的太阳是一个倒立放大的实像 D．太阳光是由各种色光混合而成的 【答案】D 【详解】A．太阳能取之不尽用之不竭，是可再生能源，故A错误； B．地球上的绝大部分能量来自太阳，化石能源是贮存的亿万年前的太阳能，水能、风能也是来源于太阳能，故B错误； C．望远镜的物镜相当于一个照相机，成倒立缩小的实像，目镜相当于一个放大镜，将物镜所成的像进行放大，为了便于观测，将目镜的像倒过来，最后观测到的太阳是一个倒立、放大的虚像，故C错误； D．太阳光是由各种色光混合而成的，通过三棱镜可以将七种单色光分解出来，故D正确。 故选D。 7．关于信息、能源和材料，下列说法正确的是（　　） A．太阳内部发生的核反应是不可控制的聚变反应 B．能量是守恒的，只要充分利用，就不会发生能源危机 C．常温下的超导体可以制成发热材料，提高发热效率 D．在只有一台电话的空房间内，不接打电话时，房间内就不存在电磁波 【答案】A 【详解】A．太阳内部发生的核反应主要是轻核的聚变，太阳中存在的主要元素是氢，氢核的聚变反应可以看作是4个氢核（）结合成1个氦核（），故A正确； B．能量尽管是守恒的，但不同形式的能量在可利用的品质上是不同的，有的能量便于利用，有的能量不便于利用，能量的利用过程使得能量从便于利用的形式变为难以利用的形式，因此自然界中能量的转化具有方向性，不可逆性，所以会出现能源危机，故B错误； C．超导体本身电阻为零没有热效应，另外超导体需要低温条件，别说常温，就是温度上升到临界温度，都会变为非超导体，故C错误； D．电磁波是由时断时续变化的电流产生的，通常意义上所指有电磁辐射特性的电磁波是指无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线。我们的地球充满了电磁波，所以在只有一台电话的空房间内，即使不接打电话时，房间内也存在电磁波，故D错误。 二：填空题（本题有7小题，每空1分，共21分） 8．风电的开发可以有效助力我国实现“碳达峰、碳中和”的战略目标。张北一雄安特高压交流输变电工程投运后，实现了“张家口的风点亮雄安的灯”。从能源的视角来看，“张家口的风”属于 （选填“可再生”或“不可再生”）能源，它实际上来源于 能。我国自主研发的单个陆上风电机组功率可达107W，这样一个风电机组在此功率下稳定工作 min产生的电能，相当于200kg焦炭完全燃烧放出的热量。焦炭的热值为3.0×107J/kg。 【答案】 可再生 太阳 10 【详解】[1]风能短时间内可以再次从自然界中获取，属于可再生能源。 [2]风的形成主要是由太阳辐射热引起的，当太阳光照射在地球表面时，地表温度会升高，导致地表的空气受热膨胀并变轻上升，热空气上升后，低温的冷空气会横向流入补充，上升的空气在逐渐冷却的过程中会变重并降落，由于地表温度仍然较高，这又会加热空气并使之上升，这种空气的持续流动就形成了风，故风能实际上来源于太阳能。 [3]200kg焦炭完全燃烧放出的热量为 风电机组在此功率下稳定工作的时间为 9．数字驱动转型发展，智慧引领国家能源，我国正以提升全要素生产率为核心，积极推动能源生产与先进信息技术深度融合，大力探索5G、云计算、大数据、区块链、人工智能、北斗通信等新一代信息技术创新应用。我国已建成的核电站是利用核 （选填“裂变”或“聚变”）来发电的；北斗卫星导航系统通过 （选填“超声波”或“电磁波”）提供定位服务；5G网络比4G快，则同种介质中5G网络传播电磁波的速度 （“大于”、“小于”或“等于”）4G网络传播电磁波的速度。 【答案】 裂变 电磁波 等于 【详解】[1]人类目前已经掌握可控核裂变技术，故我国已建成的核电站是利用核裂变来发电的。 [2]卫星通信是通过电磁波传递信息的，故北斗卫星导航系统通过电磁波提供定位服务。 [3]同种介质中，电磁波的速度是固定的，5G网络比4G快，是指相同时间5G传播信息量比4G的大，同种介质中5G网络传播电磁波的速度等于4G网络传播电磁波的速度。 10．随着科技发展，太阳能的利用越来越广泛。太阳能是 （选填“可再生”或“不可再生”）能源，来自于太阳内部的 （选填“核聚变”或“核裂变”）。太阳发出的光在真空中约以 m/s的速度传播。 【答案】 可再生 核聚变 3×108 【详解】[1][2]由较轻的原子核聚合成较重的原子核时会放出巨大的能量，这是太阳内部每时每刻进行的核聚变反应。太阳能就来自于太阳内部的核聚变。由于太阳能可以从自然界中源源不断的得到，因此它属于可再生能源。 [3]光在真空中的传播速度约为3×108m/s，到达地球大约需要500s。 11．我国的乌东德、白鹤滩、溪洛渡、向家坝、三峡、葛洲坝水电站实现联合调度，标志着世界最大的“清洁能源走廊”已形成。水力发电是将水的 能转化为电能，水能是 （选填“可再生”或“不可再生”）能源。水电站年均发电量可达，若这些电量改用煤进行火力发电，效率为40%，煤的热值为，则需要用煤 kg。 【答案】 机械 可再生 【解析】略 12．2020年5月5日18时，我国载人空间站工程研制的长征五号B运载火箭在中国文昌航天发射场发射成功，如图所示，火箭主要用液态氢作为燃料是因为液态氢的 大；卫星在太空张开“翅膀”后获得的能源主要是 ，属于 （选填“可再生”或“不可再生”）能源。 【答案】 热值 太阳能 可再生 【详解】[1]火箭采用液态氢作为燃料，原因是液态氢具有较高的热值，完全燃烧相同质量的液态氢和其它燃料相比，液态氢可以释放出更多的热量。 [2]卫星在太空张开的“翅膀”是太阳能电池板，所以卫星在太空张开“翅膀”后获得的能源是太阳能。 [3]太阳能在短时间内可以从自然界源源不断得到补充，属于可再生能源。 13．北斗卫星导航系统与地面光纤通信共同组成现代通信于2020年实现全球覆盖。卫星利用太阳能电池板获得能量，太阳能属于 （选填“可再生”或“不可再生”）能源，卫星是使用 与地面站通信的。太阳能可以通过太阳能电池转化为电能，再以化学能的方式存储在太阳能电池里，但这些化学能却无法自动转化为太阳能，该现象说明能量的转化具有 性。 【答案】 可再生 电磁波 方向 【详解】[1]太阳能从自然界源源不断得到，是可再生能源。 [2]由于电磁波可以在真空中传播，所以卫星和地面传递信息主要是利用了电磁波。 [3]能量在转化或转移的过程中，其总量保持不变。太阳能可以通过太阳能电池转化为电能，再以化学能的方式存储在太阳能电池里，但这些化学能却无法自动转化为太阳能，该现象说明能量的转化具有方向性。 14．2024年4月9日，“深海一号”二期最大水下生产设施安装就位。“深海一号”是我国首个深水高压气田项目，探明天然气地质储量超500亿立方米，年产气量可达30亿立方米； （1）天然气属于 （选填“可再生”或“不可再生”）能源；天然气燃烧时将 能转化为内能； （2）用天然气烧水，在1标准大气压下将一定质量的水从20℃加热至沸腾吸收了4.2×107J的热量，则水的质量为 kg。[水的比热容为4.2×103J/(kg·℃)] 【答案】 不可再生 化学 125 【详解】（1）[1]天然气不能在短期内从自然界得到补充，属于不可再生能源。 [2]天然气燃烧时向外释放能量，将化学能转化为内能。 （2）[3]根据Q=cmΔt，可得 三、作图题（共7分） 15．如图所示，开关闭合后，滑片向右滑动时弹簧缩短．请在括号内标出电源正负极，并画出闭合开关后螺线管下端的NS极和磁感线的方向。    【答案】   【详解】滑动变阻器的滑片P向右移动时，电路中的电阻变大，由欧姆定律可知，电路中的电流变小，磁铁的磁性变弱，此时弹簧缩短，吸引力减小，根据异名磁极相互吸引，通电螺线管上端为S极，下端为N极，磁体周围的磁感线都是从N极出来，回到S极，右手握住螺线管，大拇指指向N极，四指指向电流的方向，则电流从螺线管的上端流入，下端流出，则电源右端为负极，左端为正极，如下图所示：    16．请将图中的电灯、开关和三孔插座用笔画线代替导线正确接入家庭电路中。 【答案】 【详解】灯泡接法：火线进入开关，经灯泡连到零线。这样在断开开关时能切断火线，接触灯泡不会发生触电事故，既能控制灯泡，又更安全；三孔插座的接法：上孔接地线、左孔接零线、右孔接火线，即左零、右火、上接地。如下图所示： 17．请在图中完成家庭电路的连接，要求开关控制灯泡，插座单独使用。 【答案】 【详解】灯泡接法：火线进入开关，再进入灯泡顶端的金属点，零线直接接入灯泡的螺旋套；安装三孔插座的方法：上孔接地线，左孔接零线，右孔接火线，如图所示： 四、实验题:本大題共3小题，第16小题7分，第17、18小题各6分，共19分。 18．某小组的同学研究水受到太阳照射时升温的情况，对水温上升快慢的影响因素进行了猜想： 猜想1：太阳光照时间 猜想2：水量的多少 猜想3：水受到的光照面积（简称受光面积） （1）关于猜想1：小明同学认为借助 （选填“功率”或“效率”）的概念可以判断猜想1是错误的； （2）在研究猜想2时，小明利用图甲所示的装置，分别在玻璃水槽中装入不同质量的水，发现在相同的照射时间中，水质量越大，水温变化越慢。这样的操作过程 （选填“合理”或“不合理”），理由是 ； （3）为研究猜想3，小明准备了三个侧面大小相同而厚度稍有不同的透明玻璃水槽（有盖，忽略水微弱形变带来的受光面积变化），在水槽A中装满水使光垂直照射在透明水槽的表面。同学们记录了A水槽中水温随照射时间的变化情况，如下表所示。 t/min 0 2 4 6 8 ΔT/℃ 0 3.0 4.8 5.6 5.9 ①请在图乙中描点作出ΔT﹣t图像；( ) ②为进行对比，小明应在水槽 （选填“B”或“C”） 中装入水，再进行实验； ③小明发现经过一段时间后，水温趋于稳定。小明了解到，水接受太阳辐射的同时，也在对周围环境放热。已知水的受光面积为S，此时太阳光单位面积辐射功率为P1，水每侧单位面积（研究中忽略薄水槽较小的侧、底面积）对周边的散热功率为P2，则利用给定的字母写出水温稳定时，水对太阳能的吸收效率为 。 【答案】 功率 不合理 没有控制受光面积相等 C 【详解】（1）[1]功率是指单位时间内完成的工作量，太阳光照射时间越长，水温并不一定上升得越快，与光照强度等因素也有关。 （2）[2][3]做实验时，要控制无关的变量一致，不同的受热面积会影响水温升高的快慢，小明在实验中没有控制受光面积相等，所以小明的操作过程不合理。 （3）①[4]在坐标系中描出时间和温度对应点用光滑的曲线连接起来，如图： ②[5]为了对比明显，应选择侧面厚度相差较大的水槽进行实验，故选C进行实验； ③[6]水槽接收到的太阳能为P1S，水槽两面向周边的散失的热量为2P2S，则水对太阳能的吸收效率为 19．如图甲是一种太阳能路灯，它由太阳能电池板、控制器、蓄心池组、LED发光二极管、灯杆及灯具外壳组成，其结构示意图如图乙所示，工作时的能量流程如图丙所示，其中太阳能电池板的核心部件是光电板。某兴趣小组想知道光电板吸收太阳能的多少与哪些因素有关，他们提出了以下猜想： 猜想1：可能与光电板的光照时间有关； 猜想2：可能与光电板的面积有关； 猜想3：可能与光电板的颜色有关。 根据以上猜想，他们设计好实验方案，让太阳光对光电板照射并对蓄电池充电，一段时间后用蓄电池给相同的LED灯供电直到LED灯熄灭，实验记录数据如下表。 序号 光电板的面积/ 光照时间/min 光电板表面所涂颜色 LED灯的发光时间/min 1 0.1 10 黑色 30 2 0.1 20 黑色 60 3 0.1 30 黑色 90 4 0.2 10 黑色 60 5 0.3 10 黑色 90 6 0.1 10 绿色 20 7 0.1 10 白色 5 （1）如图乙所示，白天控制开关S应与触点 接通（选填“b”或“c”）；该实验中，光电板吸收太阳能的多少是通过LED灯的 （选填“亮暗程度”或“发光时间”）反映的； （2）①由表中 （填表中的序号）三组数据对猜想1进行验证，可得出猜想1是正确的； ②由表中数据分析可知：光电板吸收太阳能的多少与光电板的面积成 ； ③由表中数据分析可知：制作太阳能光电板用 色最好； （3）若将上述同规格的两个LED灯串联，由序号1光电板充电的蓄电池对其供电并使其能发光45min，则至少需要的光照时间为 min（设LED灯丝电阻不变）； （4）光电板吸收太阳能的多少还可能与 因素有关。（写出一种即可） 【答案】 b 发光时间 1、2、3 正比 黑 7.5 光照强度 【详解】（1）[1]所示，白天控制开关S应与触点b接通，将太阳能转化为电能储存起来，灯泡断开，不亮。 [2]光电板吸收太阳能的多少是通过LED灯的发光时间反映的，LED灯的发光时间越长，消耗的电能越大，说明光电板吸收太阳能越大，产生的电能越多。 （2）[3]①由表中1、2、3三组数据可得，光照时间越长，LED灯的发光时间越长，说明光电板吸收太阳能与光电板的光照时间有关，可得出猜想1是正确的。 [4]②由表中1、4、5的实验数据分析可知：当其他因素相同时，光电板的面积增大的倍数与LED灯的发光时间增长倍数相同，说明其他因素相同时，光电板吸收太阳能的多少与光电板的面积成正比。 [5]由表中数据分析可知：其他因素相同时，光电板表面所涂颜色是黑色时，LED灯的发光时间越长，说明制作太阳能光电板用黑最好。 （3）[6]设电池提供的电压为U，灯泡的电阻为R，光电板产生的电能的功率为P，则 即 将上述同规格的两个LED灯串联，由序号1光电板充电的蓄电池对其供电并使其能发光45min，则 解得至少需要的光照时间为 （4）[7]由生活经验得，其他因素相同时，不同的关照强度，光电板吸收太阳能不同，则光电板吸收太阳能的多少还可能与关照强度因素有关。 20．创新小组同学在调研“太阳能使用情况”的综合实践活动中发现不同型号的太阳能热水器水温上升快慢情况不一样，由此对水温上升快慢的影响因素进行了三种猜想： 猜想1：水量的多少； 猜想2：太阳光照时间； 猜想3：水受到的光照面积（简称受光面积）。 （1）在研究猜想1时，小明利用如图1所示的装置，发现照射时间相同时，水质量越大，水温上升越慢，这样的操作 （选填“合理”或“不合理”），理由是 ； （2）在研究猜想2时，小明同学认为借助 （选填“功率”或“效率”）的概念可以判断猜想2是错误的； （3）为了研究猜想3，小明准备了三个受光面积相同而厚度不同的透明玻璃水槽（有盖，忽略水微弱形变带来的受光面积变化），在水槽A中装满水使光垂直照射在透明水槽的正表面。同学们记录了A水槽中水温随照射时间的变化情况。 t/min 0 2 4 6 8 ΔT/℃ 0 3.0 4.8 5.6 5.9 ①分析表格数据可知，水温升高的快慢特点 （选填“均匀升高”、“由快到慢”或“由慢到快”）； ②为了进行对比，小明应该在水槽 （选填“B”或“C”）中装入水，再进行实验； ③小明发现经过一段时间后，水温趋于稳定，小明了解到，也在对周围环境放热。已知水的受光面积为S，此时太阳光单位面积辐射功率为P1，水单位面积（研究中忽略薄水槽较小的四侧面积）对周边的散热功率为P2，则利用给定的字母写出水温稳定时，水对太阳能的吸收效率为 。 （4）你对水吸收太阳能的升温快慢的影响因素还有什么猜想： 。 【答案】 不合理 没有控制受光面积相等 功率 由快到慢 C 光照的角度 【详解】（1）[1][2]做实验时，要控制无关的变量一致，小明在实验中没有控制受光面积相等，所以他的操作是不合理的。 （2）[3]功率是指单位时间内完成的工作量，太阳光照射时间越长，水温升高的不一定快，与光照强度等因素有关。 （3）[4]①分析表格数据可知，水温升高的速率由快变慢。 [5]②为了对比明显，应选择侧面厚度相差较大的水槽进行实验。 [6]③在时间t内，水槽接收到的太阳能为P1St，水槽两面向周边的散失的热量为2P2St，则水对太阳能的吸收效率为 （4）[7]水吸收太阳能的升温快慢还可能与光照的角度、光照的强度等于因素有关。 五、计算题:本大题共2小题，第19小题6分，第20小题7分，共13分。 21．一个能装水100L的太阳能晒水箱，其接收太阳能的面积为2m2，该晒水箱接受的太阳辐射能为E=3.2×106J/（h•m2）。求： （1）如果每天接收太阳能的时间为8h，则该晒水箱每天可以接收多少焦的太阳能？ （2）由于热量的散失等原因，水的吸热效率只有60%。那么，该晒水箱一天吸收的太阳能可使这50L的水从20℃升高到多少℃ （3）请说出利用太阳能热水器的优点。 【答案】（1）5.12×107J；（2）100℃；（3）节约能源，无污染 【详解】解：（1）由题意可知，晒水箱每天可以接收的太阳能为 Q总=ESt=3.2×106J/(h•m2)×2m2×8h=5.12×107J （2）由题意可知，水的体积为 V=50L=50dm3=0.05m3 由可得，水的质量为 m=ρV=1.0×103kg/m3×0.05m3=50kg 由题意可知，水的吸热效率为60%，故水吸收的热量为 Q吸=ηQ总=60%×5.12×107J=3.072×107J 由Q=cmΔt可得，水的温度变化量为 因为在1标准大气压下，水的沸点为100℃，且沸腾时吸收热量，温度保持不变，故可知水的温度升高到100℃。 （3）利用太阳能热水器可以节约能源，且无污染、环保。 答：（1）该晒水箱每天可以接收5.12×107J的太阳能； （2）该晒水箱一天吸收的太阳能可使这50L的水从20℃升高到100℃； （3）可以节约能源、无污染。 22．太阳能热水器是直接利用太阳能给水加热的装置，下表是小明家的太阳能热水器某天在阳光照射下的相关信息： 光照时间 （h） 装水量 （kg） 吸热板面积 （m2） 水升高的温度 （℃） 水的比热容 J/（kg·℃） 太阳辐射功率 J/（m2·h） 8 100 2.5 30 4.2×103 1.26×106 其中太阳辐射功率是指1h内投射到1m2面积上的太阳能。求： （1）水在8h内吸收的热。 （2）如果水吸收的热量用天然气来提供，需要完全燃烧多少m3的天然气。（天然气的热值为8.4×107J/m3，天然气完全燃烧放出的热量全部被水吸收。） （3）该太阳能热水器的能量转化效率。 【答案】（1）1.26×107J；（2）0.15m3；（3）50% 【详解】解：（1）水吸收的热量（有用能量） Q吸=cmΔt=4.2×103J/(kg·℃)×100kg×30℃=1.26×107J （2）由题可知天然气完全燃烧放出的热量 Q放=Q吸=1.26×107J 需要天然气的体积 （3）8h太阳能热水器吸收的太阳能（总能量） Q总=1.26×106J/(m2·h)×2.5m2×8h=2.52×107J 该太阳能热水器的能量转化效率 答：（1）水在8h内吸收的热量为1.26×107J； （2）如果水吸收的热量用天然气来提供，需要完全燃烧0.15m3的天然气； （3）该太阳能热水器的能量转化效率为50%。 六、综合能力题:本大题共3小题，第21小题7分，第22、23小题各6分，共19分 23．太阳是人类能源的宝库，目前人类直接利用太阳能的方式主要有以下两种： （1）如图甲，太阳能汽车利用太阳能电池将太阳能E1转化为电能E2，储存在车上的蓄电池内，为汽车提供动力。太阳能是一种 能源（选填“可再生”、“不可再生”），E1 E2（选填“>”、“=”、“<”）； （2）如图乙，太阳能热水器将太阳能转化为内能，若热水器装满100L、20℃的水，在阳光的照射下，水温升高到60℃，那么这些水吸收的热量为 J，若改用效率为60%的天然气灶给这些水加热，温度升高30℃时，则需要完全燃烧 m3的天然气。[天然气的热值为4.2×107 J/m3，水的比热容为4.2×103 J/（kg.℃），1L=1dm3]    【答案】 可再生 > 1.68×107 0.5 【详解】（1）[1][2]太阳能可以认为是取不尽用之不竭的，因此太阳能属于可再生能源；目前我国太阳能电池将太阳能转化为电能的效率大约在之间，因此 （2）[3][4]热水器内水的体积为 热水器内水的质量为 水吸收的热量为 若改用效率为60%的天然气灶给这些水加热，温度升高30℃时，则水吸收的热量为 由 可知，天然气完全燃烧放出的热量为 由 可知，需要完全燃烧天然气的体积为 24．在敦煌戈壁难上，有一座熔岩塔式光热电站如图所示，电站内有12万面可随太阳转动，略有弧度的定日镜能将太阳光反射到吸热塔的顶部，加热其中的熔盘。熔盘的比热容是，熔点是131℃，将290℃左右的熔盐存储在保温性能较好的低温储热器中，输送到接收器内，通过太阳能加热使其温度达到566℃以上。再存储在高温的储热器中，当需要发电时，将高温熔盐送往蒸汽发生器，产生高温高压的水蒸气驱动涡轮发电机发电。            （1）为提高日定的聚光效果，每面定日镜应设计成 （选填“平面镜”、“凹面镜”或“凸面镜”）。 （2）在电厂投产前，需要将固态的熔盐熔化后注入低温储热器中，在熔化过程中，熔盐的温度为 ℃。在蒸汽发生器中水是通过 方式增大内能的，熔盐发电最终将太阳能转化为 。 （3）请计算在蒸汽发生器中若1kg的高温熔盐温度由560℃降到300℃时放出的热量是多少？( ) （4）熔盐塔式光热电站与火力发电站相比，有什么优点（写出一条即可） 【答案】 凹面镜 131 热传递 电能 3.978×105J 清洁 【详解】（1）[1]因为凹面镜具有会聚作用，所以为提高定日镜的聚光效果，每面定日镜应设计成凹面镜。 （2）[2]根据材料内容熔盐的熔点是131°C，由此可知熔盐熔化过程的温度是131°C。 [3]在蒸汽发生器中，水是通过吸收热量，即热传递的方式改变了内能。 [4]熔盐发电是通过熔盐吸收太阳能转化为机械能，驱动涡轮发电机发电，即最终将太阳能转化为电能。 （3）[5]放出的热量 （4）[6]熔盐塔式光热电站与火力发电站相比的优点：清洁、节能、可持续、减少碳排放。 25．我国海阳核电厂在利用核能发电的同时给居民供暖。其工作流程如图所示，核燃料反应堆内有低浓度的铀-235，发生核反应后产生大量的热，一回路和二回路是两个互不相通的水循环回路，一回路的水流过核燃料反应堆的堆芯，带走核反应堆产生的热量，在蒸汽发生器中将热量传递给二回路的水，然后流回堆芯，二回路的水在蒸汽发生器中受热，产生大量高温水蒸气，水蒸气做功推动汽轮机发电，做功后的水蒸气冷凝后返回蒸汽发生器。核能供暖是将发电之后的低品位余热取出来通过管道送给居民。单个机组，如果仅供电，每秒提供的电能为；若在供电的同时进行供热，每秒提供的电能为、热量为，对单个机组核燃料反应堆产生的能量使用效率提高了3.2%。（标准煤的热值取） （1）核燃料反应堆中的铀-235是 （选填“可再生”或“不可再生”）能源。二回路中的水在蒸汽发生器中发生 （填物态变化名称）吸收热量； （2）在下列方框中补充完整核能发电的能量转化过程 ； （3）若给居民供热，相当于完全燃烧多少千克标准煤产生的热量？ （4）单个机组核燃料反应堆每秒产生的能量为 J。 【答案】 不可再生 汽化 机械能 1.8×108 5×109 【详解】（1）[1]核燃料反应堆中的铀-235在短时间内不能再生，是不可再生能源。 [2]二回路中的水在蒸汽发生器中变成水蒸气，发生汽化，吸收热量。 （2）[3]由图得，核能先转化为内能，再转化为机械能推动汽轮机，产生电能。 （3）[4]依题意得，标准煤产生的热量为 由得，标准煤完全燃烧的质量为 （4）[5]依题意得，单个机组，如果仅供电，每秒提供的电能为；若在供电的同时进行供热，每秒提供的电能为、热量为，对单个机组核燃料反应堆产生的能量使用效率提高了3.2%，则 单个机组核燃料反应堆每秒产生的能量为 ( 2 ) 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第二十二章《能源与可持续发展》单元基础巩固与培优必刷达标卷 （考试时间：80分钟 试卷满分：100分） 一、单项选择题（本大题共7小题，每小题3分，共21分）在每小题列出的四个选项中，只有一个是正确的。 1．我省蕴藏丰富的能源可用于发电，下列发电方式中利用不可再生能源的是（　　） A．  乌江源风电场 B．  平箐太阳能电站 C．  构皮滩水电站 D．  发耳火电厂 2．下列说法不正确的是（　　） A．目前的核电站都是利用核聚变释放的核能来发电的 B．我国的北斗卫星定位系统是利用电磁波进行定位的 C．微波通信、卫星通信、光纤通信、网络通信都可以用来传递信息 D．以风能、水能、太阳能等为代表的可再生能源是未来理想能源的一个重要发展方向 3．2021年1月，使用中国自主研发核电技术的“华龙一号”5号机组正式投入运行。核反应堆内发生核反应后产生大量的热，使第一回路中的水成为高温高压水后进入蒸汽发生器，在其中将第二回路中的水加热成为高温高压水蒸气，驱动汽轮机运转，汽轮机带动发电机发电。下列说法不正确的是（　　） A．核反应堆是利用核裂变产生核能的 B．蒸汽发生器内通过热传递改变水的内能 C．汽轮机工作时将机械能转化为内能 D．发电机的工作原理是电磁感应 4．关于能源、信息和材料，下列说法正确的是 （    ） A．核电站利用核裂变释放的能量发电 B．电磁波的传播需要介质 C．太阳能是不可再生能源 D．手机芯片上的晶体管是由超导体材料制成的 5．勤劳的中华民族创造了灿烂的华夏文明，在众多领域取得了举世瞩目的成就，推动了人类社会的进步。下列关于我国科学技术的成就和应用描述完全正确的有（　　） ①四大发明中的“指南针”——司南能指示南北方向是受地磁场的作用 ②1293年，郭守敬在通惠河上建造了船闸，这一创举利用了连通器原理 ③战国时期的天平——木衡和铜环权利用了杠杆原理 ④“玉兔2号”月球车在月球背面留下属于中国的第一道印记，说明力可以改变物体的形状 ⑤“华龙一号”核反应堆利用核聚变进行发电，所用核燃料属于可再生能源 ⑥“复兴号”动车组刷新了中国速度，动车组速度越快，它的惯性越大 A．①②③④ B．①②③⑤ C．③④⑤⑥ D．②③④⑥ 6．2022年8月30日，中国首颗太阳探测科学技术试验卫星“羲和号”成果正式发布，其运行于高度为517公里的太阳同步轨道，“羲和号”上搭载的望远镜可以连续对太阳进行观测。以下说法正确的是（　　） A．太阳能属于不可再生能源 B．地球上所有的能量均来自太阳 C．用望远镜观测到的太阳是一个倒立放大的实像 D．太阳光是由各种色光混合而成的 7．关于信息、能源和材料，下列说法正确的是（　　） A．太阳内部发生的核反应是不可控制的聚变反应 B．能量是守恒的，只要充分利用，就不会发生能源危机 C．常温下的超导体可以制成发热材料，提高发热效率 D．在只有一台电话的空房间内，不接打电话时，房间内就不存在电磁波 二：填空题（本题有7小题，每空1分，共21分） 8．风电的开发可以有效助力我国实现“碳达峰、碳中和”的战略目标。张北一雄安特高压交流输变电工程投运后，实现了“张家口的风点亮雄安的灯”。从能源的视角来看，“张家口的风”属于 （选填“可再生”或“不可再生”）能源，它实际上来源于 能。我国自主研发的单个陆上风电机组功率可达107W，这样一个风电机组在此功率下稳定工作 min产生的电能，相当于200kg焦炭完全燃烧放出的热量。焦炭的热值为3.0×107J/kg。 9．数字驱动转型发展，智慧引领国家能源，我国正以提升全要素生产率为核心，积极推动能源生产与先进信息技术深度融合，大力探索5G、云计算、大数据、区块链、人工智能、北斗通信等新一代信息技术创新应用。我国已建成的核电站是利用核 （选填“裂变”或“聚变”）来发电的；北斗卫星导航系统通过 （选填“超声波”或“电磁波”）提供定位服务；5G网络比4G快，则同种介质中5G网络传播电磁波的速度 （“大于”、“小于”或“等于”）4G网络传播电磁波的速度。 10．随着科技发展，太阳能的利用越来越广泛。太阳能是 （选填“可再生”或“不可再生”）能源，来自于太阳内部的 （选填“核聚变”或“核裂变”）。太阳发出的光在真空中约以 m/s的速度传播。 11．我国的乌东德、白鹤滩、溪洛渡、向家坝、三峡、葛洲坝水电站实现联合调度，标志着世界最大的“清洁能源走廊”已形成。水力发电是将水的 能转化为电能，水能是 （选填“可再生”或“不可再生”）能源。水电站年均发电量可达，若这些电量改用煤进行火力发电，效率为40%，煤的热值为，则需要用煤 kg。 12．2020年5月5日18时，我国载人空间站工程研制的长征五号B运载火箭在中国文昌航天发射场发射成功，如图所示，火箭主要用液态氢作为燃料是因为液态氢的 大；卫星在太空张开“翅膀”后获得的能源主要是 ，属于 （选填“可再生”或“不可再生”）能源。 13．北斗卫星导航系统与地面光纤通信共同组成现代通信于2020年实现全球覆盖。卫星利用太阳能电池板获得能量，太阳能属于 （选填“可再生”或“不可再生”）能源，卫星是使用 与地面站通信的。太阳能可以通过太阳能电池转化为电能，再以化学能的方式存储在太阳能电池里，但这些化学能却无法自动转化为太阳能，该现象说明能量的转化具有 性。 14．2024年4月9日，“深海一号”二期最大水下生产设施安装就位。“深海一号”是我国首个深水高压气田项目，探明天然气地质储量超500亿立方米，年产气量可达30亿立方米； （1）天然气属于 （选填“可再生”或“不可再生”）能源；天然气燃烧时将 能转化为内能； （2）用天然气烧水，在1标准大气压下将一定质量的水从20℃加热至沸腾吸收了4.2×107J的热量，则水的质量为 kg。[水的比热容为4.2×103J/(kg·℃)] 三、作图题（共7分） 15．如图所示，开关闭合后，滑片向右滑动时弹簧缩短．请在括号内标出电源正负极，并画出闭合开关后螺线管下端的NS极和磁感线的方向。    16．请将图中的电灯、开关和三孔插座用笔画线代替导线正确接入家庭电路中。 17．请在图中完成家庭电路的连接，要求开关控制灯泡，插座单独使用。 四、实验题:本大題共3小题，第16小题7分，第17、18小题各6分，共19分。 18．某小组的同学研究水受到太阳照射时升温的情况，对水温上升快慢的影响因素进行了猜想： 猜想1：太阳光照时间 猜想2：水量的多少 猜想3：水受到的光照面积（简称受光面积） （1）关于猜想1：小明同学认为借助 （选填“功率”或“效率”）的概念可以判断猜想1是错误的； （2）在研究猜想2时，小明利用图甲所示的装置，分别在玻璃水槽中装入不同质量的水，发现在相同的照射时间中，水质量越大，水温变化越慢。这样的操作过程 （选填“合理”或“不合理”），理由是 ； （3）为研究猜想3，小明准备了三个侧面大小相同而厚度稍有不同的透明玻璃水槽（有盖，忽略水微弱形变带来的受光面积变化），在水槽A中装满水使光垂直照射在透明水槽的表面。同学们记录了A水槽中水温随照射时间的变化情况，如下表所示。 t/min 0 2 4 6 8 ΔT/℃ 0 3.0 4.8 5.6 5.9 ①请在图乙中描点作出ΔT﹣t图像；( ) ②为进行对比，小明应在水槽 （选填“B”或“C”） 中装入水，再进行实验； ③小明发现经过一段时间后，水温趋于稳定。小明了解到，水接受太阳辐射的同时，也在对周围环境放热。已知水的受光面积为S，此时太阳光单位面积辐射功率为P1，水每侧单位面积（研究中忽略薄水槽较小的侧、底面积）对周边的散热功率为P2，则利用给定的字母写出水温稳定时，水对太阳能的吸收效率为 。 19．如图甲是一种太阳能路灯，它由太阳能电池板、控制器、蓄心池组、LED发光二极管、灯杆及灯具外壳组成，其结构示意图如图乙所示，工作时的能量流程如图丙所示，其中太阳能电池板的核心部件是光电板。某兴趣小组想知道光电板吸收太阳能的多少与哪些因素有关，他们提出了以下猜想： 猜想1：可能与光电板的光照时间有关； 猜想2：可能与光电板的面积有关； 猜想3：可能与光电板的颜色有关。 根据以上猜想，他们设计好实验方案，让太阳光对光电板照射并对蓄电池充电，一段时间后用蓄电池给相同的LED灯供电直到LED灯熄灭，实验记录数据如下表。 序号 光电板的面积/ 光照时间/min 光电板表面所涂颜色 LED灯的发光时间/min 1 0.1 10 黑色 30 2 0.1 20 黑色 60 3 0.1 30 黑色 90 4 0.2 10 黑色 60 5 0.3 10 黑色 90 6 0.1 10 绿色 20 7 0.1 10 白色 5 （1）如图乙所示，白天控制开关S应与触点 接通（选填“b”或“c”）；该实验中，光电板吸收太阳能的多少是通过LED灯的 （选填“亮暗程度”或“发光时间”）反映的； （2）①由表中 （填表中的序号）三组数据对猜想1进行验证，可得出猜想1是正确的； ②由表中数据分析可知：光电板吸收太阳能的多少与光电板的面积成 ； ③由表中数据分析可知：制作太阳能光电板用 色最好； （3）若将上述同规格的两个LED灯串联，由序号1光电板充电的蓄电池对其供电并使其能发光45min，则至少需要的光照时间为 min（设LED灯丝电阻不变）； （4）光电板吸收太阳能的多少还可能与 因素有关。（写出一种即可） 20．创新小组同学在调研“太阳能使用情况”的综合实践活动中发现不同型号的太阳能热水器水温上升快慢情况不一样，由此对水温上升快慢的影响因素进行了三种猜想： 猜想1：水量的多少； 猜想2：太阳光照时间； 猜想3：水受到的光照面积（简称受光面积）。 （1）在研究猜想1时，小明利用如图1所示的装置，发现照射时间相同时，水质量越大，水温上升越慢，这样的操作 （选填“合理”或“不合理”），理由是 ； （2）在研究猜想2时，小明同学认为借助 （选填“功率”或“效率”）的概念可以判断猜想2是错误的； （3）为了研究猜想3，小明准备了三个受光面积相同而厚度不同的透明玻璃水槽（有盖，忽略水微弱形变带来的受光面积变化），在水槽A中装满水使光垂直照射在透明水槽的正表面。同学们记录了A水槽中水温随照射时间的变化情况。 t/min 0 2 4 6 8 ΔT/℃ 0 3.0 4.8 5.6 5.9 ①分析表格数据可知，水温升高的快慢特点 （选填“均匀升高”、“由快到慢”或“由慢到快”）； ②为了进行对比，小明应该在水槽 （选填“B”或“C”）中装入水，再进行实验； ③小明发现经过一段时间后，水温趋于稳定，小明了解到，也在对周围环境放热。已知水的受光面积为S，此时太阳光单位面积辐射功率为P1，水单位面积（研究中忽略薄水槽较小的四侧面积）对周边的散热功率为P2，则利用给定的字母写出水温稳定时，水对太阳能的吸收效率为 。 （4）你对水吸收太阳能的升温快慢的影响因素还有什么猜想： 。 五、计算题:本大题共2小题，第19小题6分，第20小题7分，共13分。 21．一个能装水100L的太阳能晒水箱，其接收太阳能的面积为2m2，该晒水箱接受的太阳辐射能为E=3.2×106J/（h•m2）。求： （1）如果每天接收太阳能的时间为8h，则该晒水箱每天可以接收多少焦的太阳能？ （2）由于热量的散失等原因，水的吸热效率只有60%。那么，该晒水箱一天吸收的太阳能可使这50L的水从20℃升高到多少℃ （3）请说出利用太阳能热水器的优点。 22．太阳能热水器是直接利用太阳能给水加热的装置，下表是小明家的太阳能热水器某天在阳光照射下的相关信息： 光照时间 （h） 装水量 （kg） 吸热板面积 （m2） 水升高的温度 （℃） 水的比热容 J/（kg·℃） 太阳辐射功率 J/（m2·h） 8 100 2.5 30 4.2×103 1.26×106 其中太阳辐射功率是指1h内投射到1m2面积上的太阳能。求： （1）水在8h内吸收的热。 （2）如果水吸收的热量用天然气来提供，需要完全燃烧多少m3的天然气。（天然气的热值为8.4×107J/m3，天然气完全燃烧放出的热量全部被水吸收。） （3）该太阳能热水器的能量转化效率。 六、综合能力题:本大题共3小题，第21小题7分，第22、23小题各6分，共19分 23．太阳是人类能源的宝库，目前人类直接利用太阳能的方式主要有以下两种： （1）如图甲，太阳能汽车利用太阳能电池将太阳能E1转化为电能E2，储存在车上的蓄电池内，为汽车提供动力。太阳能是一种 能源（选填“可再生”、“不可再生”），E1 E2（选填“>”、“=”、“<”）； （2）如图乙，太阳能热水器将太阳能转化为内能，若热水器装满100L、20℃的水，在阳光的照射下，水温升高到60℃，那么这些水吸收的热量为 J，若改用效率为60%的天然气灶给这些水加热，温度升高30℃时，则需要完全燃烧 m3的天然气。[天然气的热值为4.2×107 J/m3，水的比热容为4.2×103 J/（kg.℃），1L=1dm3]    24．在敦煌戈壁难上，有一座熔岩塔式光热电站如图所示，电站内有12万面可随太阳转动，略有弧度的定日镜能将太阳光反射到吸热塔的顶部，加热其中的熔盘。熔盘的比热容是，熔点是131℃，将290℃左右的熔盐存储在保温性能较好的低温储热器中，输送到接收器内，通过太阳能加热使其温度达到566℃以上。再存储在高温的储热器中，当需要发电时，将高温熔盐送往蒸汽发生器，产生高温高压的水蒸气驱动涡轮发电机发电。            （1）为提高日定的聚光效果，每面定日镜应设计成 （选填“平面镜”、“凹面镜”或“凸面镜”）。 （2）在电厂投产前，需要将固态的熔盐熔化后注入低温储热器中，在熔化过程中，熔盐的温度为 ℃。在蒸汽发生器中水是通过 方式增大内能的，熔盐发电最终将太阳能转化为 。 （3）请计算在蒸汽发生器中若1kg的高温熔盐温度由560℃降到300℃时放出的热量是多少？( ) （4）熔盐塔式光热电站与火力发电站相比，有什么优点（写出一条即可） 25．我国海阳核电厂在利用核能发电的同时给居民供暖。其工作流程如图所示，核燃料反应堆内有低浓度的铀-235，发生核反应后产生大量的热，一回路和二回路是两个互不相通的水循环回路，一回路的水流过核燃料反应堆的堆芯，带走核反应堆产生的热量，在蒸汽发生器中将热量传递给二回路的水，然后流回堆芯，二回路的水在蒸汽发生器中受热，产生大量高温水蒸气，水蒸气做功推动汽轮机发电，做功后的水蒸气冷凝后返回蒸汽发生器。核能供暖是将发电之后的低品位余热取出来通过管道送给居民。单个机组，如果仅供电，每秒提供的电能为；若在供电的同时进行供热，每秒提供的电能为、热量为，对单个机组核燃料反应堆产生的能量使用效率提高了3.2%。（标准煤的热值取） （1）核燃料反应堆中的铀-235是 （选填“可再生”或“不可再生”）能源。二回路中的水在蒸汽发生器中发生 （填物态变化名称）吸收热量； （2）在下列方框中补充完整核能发电的能量转化过程 ； （3）若给居民供热，相当于完全燃烧多少千克标准煤产生的热量？ （4）单个机组核燃料反应堆每秒产生的能量为 J。 ( 2 ) 学科网（北京）股份有限公司 $$