第二十二章 能源与可持续发展（单元培优）-2025-2026学年九年级全一册物理人教版（2024）

第二十二章 能源与可持续发展 一．选择题（共8小题） 1．生活处处有物理。下列图中所联系到的物理知识说法正确的是（　　） A．甲图，说明力是使物体保持运动的原因 B．乙图，电压力锅是利用了锅内压强增大，沸点降低的原理工作的 C．丙图，“紫蚕岛”馆顶有雨水回收系统，水从顶部流下时重力势能不变 D．丁图，太阳能汽车所使用的太阳能光伏发电系统，是将太阳能转化为电能 2．推进碳达峰、碳中和是我国对国际社会做出的庄严承诺，为了落实“双碳”任务目标，下列能源中我们更应该去积极开发和利用的一组是（　　） A．煤、核能 B．石油、地热能 C．天然气、可燃冰 D．太阳能、风能 3．我国大力发展绿色清洁能源，减少碳排放保护环境，以下属于碳排放限制的是（　　） A．火力发电 B．水力发电 C．风力发电 D．光伏发电 4．如图所示，中国火星车“祝融号”成功“打卡”火星表面，开启火星探测之旅，“祝融号”火星车巡航速度为每小时40米，关于“祝融号”火星车，下列描述正确的是（　　） A．“祝融号”巡航速度和人行走的速度相近 B．“祝融号”巡航时相对于火星表面是静止的 C．“祝融号”所用的太阳能电池板将太阳能转化为电能 D．“祝融号”通过电磁波向地球发回探测信息的速度是340m/s 5．我国科学技术迅猛发展，在信息、能源和材料等领域取得了辉煌的成绩，下列说法正确的（　　） A．我国白鹤滩水电站中的发电机是利用电磁感应原理发电的 B．神舟十四号飞船上的新型硅光电池板主要将电能转化为太阳能 C．能量在转移和转化的过程中总量保持不变，因此我们不需要节约能源 D．超导材料可以用于制作电炉子的电炉丝 6．关于我国能源的利用和能源的节约，下列说法中正确的是（　　） A．我国化石燃料储量丰富，可以说是取之不尽、用之不竭的 B．在能源的利用中，应注意环境保护 C．能源的利用促进了人类文明的发展，没有任何负面影响 D．能源的大量开发和利用，不会造成环境污染 7．2020年12月17日，嫦娥五号探测器携带月球土壤样本安全降落在内蒙古四子王旗着落场，我国首次地外天体采样返回工程圆满成功。位于安徽合肥的中国电科第43研究所为嫦娥五号量身定做了4款高压抗辐照电源。下列关于电源的描述中正确的是（　　） A．太阳能电池是将光能转化为电能的设备 B．电池只能作为电源，不能作为用电器 C．电路中只要有了电源就有电流产生 D．电流方向总是从电源正极流向电源负极 8．宿迁市歌《清清骆马湖》中唱到“清清的骆马湖啊，一望无穷，站在那湖岸上啊，从西望不到东，秋水养肥虾和蟹，碧波怀抱菱和藕……”，节约用水，加强水资源保护。下列做法中错误的是（　　） A．农业灌溉推广滴灌 B．不向骆马湖排放工业污水 C．将饮料瓶扔进湖中 D．洗手后及时关闭水龙头 二．多选题（共8小题） （多选）9．如图所示是一种太阳能路灯。该路灯装有太阳能发电装置，白天该装置将获得的电能储存在蓄电池内，夜间蓄电池对灯泡供电。关于该路灯，下面说法正确的（　　） A．太阳能发电装置是将太阳能转化为电能 B．路灯发光过程也是蓄电池放电过程 C．对蓄电池充电是将化学能转化为电能 D．路灯发光是将电能转化为光能 （多选）10．关于太阳能的下列说法中，不正确的是（　　） A．太阳能来自太阳内部的核裂变 B．太阳能安全、清洁，利用太阳能不会给环境带来污染 C．太阳能是可供人类利用的一种新能源，但无法被人类直接利用 D．对于人类来说，太阳能几乎是一种取之不尽、用之不竭的永久性能源 （多选）11．如图所示，是一种新型节能灯。它“头顶”小风扇，“肩扛”太阳能电池板。关于节能灯的设计解释合理的是（　　） A．太阳能电池板是将太阳能转化为电能 B．小风扇是用来给太阳能电池板散热的 C．蓄电池在夜晚放电时，将电能转化为化学能 D．小风扇是风力发电机，将机械能转化为电能 （多选）12．如图所示，是我市路边的一种“风光互补式”节能灯。它“头顶”小风扇，“肩扛”太阳能电池板。关于节能灯的设计解释合理的是（　　） A．太阳能电池板工作时将太阳能转化为电能 B．小风扇是用来给太阳能电池板散热的 C．太阳能电池板同时向小风扇和节能灯供电 D．夜晚节能灯工作，节能灯属于消耗电能的装置 （多选）13．“低碳生活”人们开始关注节能问题，以下节能措施中，通过减小用电器实际功率达到省电目的是（　　） A．吊扇根据需要尽量选用低挡 B．洗衣机洗轻薄衣物时使用“快洗”程序 C．生活中用节能灯替代白炽灯 D．夏季公共建筑内空调温度不低于26℃ （多选）14．“节能减排”从我做起、从生活中的小事做起。关于家用电器的使用。下面做法符合这一理念的是（　　） A．用智能开关确保电灯人走灯灭 B．电冰箱使用中要做到及时除霜 C．家用电视机日夜处于待机状态 D．用太阳能热水器替换电热水器 （多选）15．在下列有关能或能源的讨论中，你认为正确的是（　　） A．我国煤炭资源储量丰富，不会存在能源危机 B．煤、石油、天然气等能源的储量有限，人类面临能源危机 C．很多传统能源已走向枯竭，我们可以开发新的能源 D．太阳能、风能、水能、地热能、潮汐能等是取之不尽的 （多选）16．我国城乡建设和管理越来越注重环保，下列做法不符合环保要求的是（　　） A．废旧电池随意丢弃 B．减少城市绿地和湖泊的面积 C．工业废水直接排放到江河中 D．使用太阳能、风能等清洁能源 三．填空题（共8小题） 17．人类对能源的需求越来越大，世界能源危机日益突出。如何充分 利用和开发新能源，实现低碳减排，已成为世界各国共同关注的问题。6月5日是世界环境日，我国一直主张“低碳减排，绿色生活”。目前，我国在开发、利用太阳能方面发展最快、最具潜力。 （1）你认为利用太阳能有哪些好处？　 　 。 （2）太阳能路灯已成为许多城镇、乡村的一道靓丽的风景线（如图1所示）．太阳能路灯的太阳能电池板一般是由晶体态硅制成的，它能直接把太阳能转化成电能，其主要材料是　 　 A．磁性材料 B．纳米材料 C．半导体 D．超导体 （3）太阳能热水器是采用光转化为热的方式利用太阳能的。我国太阳能热水器已走进了千家万户。小明家的太阳能热水器的采光面积是2.1m2．若我市向阳的地方每平方米的面积1h得到的太阳辐射能平均为3×106J，每天接收太阳能的时间以8h计算，热水器能把接收到的太阳能的50%转化成水的内能，则正常情况下，该热水器一天能把150kg、初温为20℃的水加热到　 　 ℃ （4）为了进一步利用太阳能，人们正在研发太阳能电动车。图2是人们研制的太阳能电动三轮车，车子顶部的太阳能电池板将　 　 能转化为　 　 能储存在太阳能电池中，电池再给三轮车的电动机供电。制造太阳能电动三轮车车架有各种不同的新材料，部分材料的技术指标如下表所示： 材料 技术指标 锰钢 铝合金 钛合金 碳纤维 性能（强度） 强 较弱 较强 强 密度（kg•m﹣3） 7.9×103 3.0×103 4.5×103 1.6×103 若让你设计制造强度高并且轻便的三轮车，你选择表中的　 　 材料，若车架的体积约为5×10﹣3m3，车架的质量是　 　 kg。 18．某新能源汽车顶部安装有太阳能电池板，太阳能电池板吸收太阳能转化成电能，再利用蓄电池将电能存储起来。该电池板装有自动清洁装置，电池板相关参数如表。 （1）太阳能属于 　 　 再生能源； （2）电池板自动清洁一次需要120min，需要消耗的电能为 　 　 J； （3）某天，电池板接收太阳辐射的平均功率为1000W/m2，若白天有效光照时间为6h，蓄电池储存的能量为 　 　 kW•h。 电池板面积 10m2 电池板的光电转换效率 20% 蓄电池的储存充电效率 70% 清洁功率 1kW 19．如图所示是太阳能路灯，灯杆顶端是太阳能电池板，它能将太阳能转化为电能，并向灯杆下方的蓄电池充电，供夜晚路灯照明。若在一定时间内，太阳光辐射到该太阳能电池板上的能量为2.7×107J，这些能量经转化后，可供额定功率为30W的路灯正常工作70h，那么该太阳能路灯的能量转化效率是　 　 %。 20．设计一台家用太阳能热水器的晒水箱，要求装有50kg水，经过6h曝晒后水能升温40℃．如果这种晒水箱的热效率是40%，那么需要安装的受阳光垂直照射的面积应是　 　 m2．（已知太阳光垂直照射地表面，地表能吸收的辐射热是1.26×103J/s•m2） 21．如图是某太阳能热水器，向其中注入35kg的水，阳光照射一段时间后，水温从10℃升高到50℃，这段时间该热水器中的水吸收的热量Q＝　 　 J；若用煤燃烧来提供如此多的热量，需完全燃烧　 　 千克煤。[C水＝4.2×103J/（kg•℃），煤的热值为3.5×107J/kg]。 22．有一种电能辅助式太阳能热水器，将它安装在阳光充足的水平台面上，并注满水。晴天时它接收太阳能的真空镀膜管的总有效面积约为1.5m2，阴雨天时用电加热。铭牌上的部分参数如表所示。 型 号 JLD﹣88 水 容 量/L 100 电热管功率 2000W 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2.8×106J．若每天日照时间按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，热水器在额定电压下工作时，将上述同样质量、初温的水升高同样的温度需多长时间？ （4）从能源和可持续发展的角度，说出提倡开发利用太阳能的主要理由是　 　 （要求写出两点）．[ρ水＝1.0×103kg/m3，c水＝4.2×103J/（kg•℃）]。 23．大营初级中学九年级（1）班的物理课外探究小组对“吸收太阳能与表面颜色之间的关系”进行了实验研究：在黑色塑料袋和白色塑料袋内装入同样质量的水，插入温度计后系好，放在阳光下暴晒，每隔相同的时间，读出温度计的示数。数据记录如下： 塑料袋 水的质量 （kg） 初温（℃） 温度（℃） 温度（℃） 温度（℃） … 黑色 1.5 14.0 23.3 28.0 33.5 … 白色 1.5 14.0 17.5 18.6 21.0 … （1）分析上表的实验数据可推知，太阳能热水器的集热管内表面颜色以　 　 色为宜； （2）若一太阳能热水器的装水80kg，集热管每小时接收太阳能约为4.2×106J，（不计热量损失）则该热水器每小时水温能升高多少℃？若这些热量用效率为30%的煤气灶燃烧获得，要消耗多少煤气？[C水＝4.2×103J/（kg•℃），q煤气＝1.8×107J/m3]。 24．我国太阳能和风能发电规模均为世界第一。太阳能和风能均属于 　 　 能源，但它们也有不稳定的缺点，为消纳电网富余电能，减少能源浪费，我国大力推动储能建设。 （1）蓄电池储能，本质是将电能转化为 　 　 能储存起来。 （2）“压缩空气储能”，即利用压缩机将空气压缩储存到容器中（需要时再利用高压空气驱动发电机发电），本质是把电能转化为 　 　 能储存。 （3）“重力储能”，方案如图，利用水泵将水从山下抽到山顶（需要时再用山顶水库中的水发电），本质是把电能转化为 　 　 能储存。若抽水消耗的电能为E1，放水发电得到的电能为E2，则E2　 　 （＞/＝/＜）E1。 四．实验探究题（共4小题） 25．在跨学科实践课上，某小组开展了“设计太阳能发电系统”的项目化学习活动。下面是该小组同学交流的实践过程，请帮助完成下列内容： 【项目分解】 （1）设计制作小型太阳能发电装置 （2）优化太阳能发电系统 【项目实践】 （1）设计制作小型太阳能发电装置 经过前期调查，我们了解到太阳能电池板虽然可以直接将太阳能转化为电能，但成本太高，所以我们想到可以通过“太阳能→内能→机械能→电能”的转化过程来发电。模型设计如下： 为了能将更多的太阳光会聚到烧瓶上，使水更快沸腾，可以换用面积更大的凹面镜，凹面镜利用了光的 　 　 现象。水被加热至沸腾后，利用水蒸气带动发电机发电，发电机是利用 　 　 现象制成的； （2）优化太阳能发电系统 我们发现，这个设计同样存在阳光不足时发电受限的问题。为了解决这个问题，我们觉得如果能一边发电，一边储存一部分太阳能，这样就可以在无阳光时，利用这部分储存的能量继续发电，从而实现24h全天发电。我们在互联网上查到，我国甘肃敦煌建成了一座1105kW的熔盐塔式太阳能光热储能电站，其原理如图所示。 为了更高效的利用太阳能，要挑选反光能力更强的凹面镜来做定日镜。将温度和外形均相同的甲、乙两块凹面镜同时放在太阳光下直射一段时间后，用高敏测温枪测得甲的温度高于乙的温度，则我们应该选择 　 　 凹面镜（选填“甲”或“乙”）。 该储能电站利用定日镜将阳光聚集在塔顶吸热器上，利用循环泵把290℃的液态熔盐压入吸热器中，被加热到565℃后，流入到高温熔盐罐内，其中一部分高温熔盐再流入到蒸气发生器中，通过 　 　 的方式来改变水的内能，从而将水加热至沸腾，产生高温高压水蒸气推动汽轮发电机来发电。另一部分高温熔盐继续储存在高温熔盐罐内，等无阳光时，就利用这部分高温熔盐所储存的能量继续发电，从而实现24h全天发电。储能电站的工作过程实际就是利用能量转化来储存能量。 【项目拓展】 在用电低谷时，电网中很多剩余的电能就白白浪费掉了。由于电能无法以电能的形式储存起来，所以只能想其他办法来进行储存。通过地理学科的学习，我们已经知道丹东地区水资源非常丰富，利用水也可以储能。如下图所示，在山顶建一座储能水电站，它是由上水库、下水库、抽水机、发电机等组成，在用电低谷时，利用这座储能电站将多余的电能储存起来，在用电高峰时再将这部分能量变成电能来使用，这样就可以减少电能的浪费。请你简要说明这种储能水电站的工作过程： （1）用电低谷时，　 　 ； （2）用电高峰时，　 　 。 26．人类对能源的需求越来越大，世界能源危机日益突出。如何充分利用和开发新能源，实现低碳减排，已成为世界各国共同关注的问题。6月5日是世界环境日，2010年我国的主题是“低碳减排，绿色生活”。目前，我国在开发、利用太阳能方面发展最快、最具潜力。 （1）太阳能路灯已成为许多城镇、乡村的一道靓丽的风景线（如图1所示）．太阳能路灯的太阳能电池板一般是由晶体态硅制成的，它能直接把太阳能转化成电能，其主要材料是　 　 。 A．磁性材料 B．纳米材料 C．半导体 D．超导体 （2）我国太阳能热水器已走进了千家万户，太阳能热水器是采用光热转换的方式利用太阳能的，将太阳能转化为　 　 能。 （3）为进一步利用太阳能，人们正在研发太阳能汽车。Quaranta是当前问世的外表最圆润也最富动感的太阳能汽车之一（如图2所示）．其车身轻便灵活，电池完全由太阳能供能﹣﹣通过安装在车顶和前端的电池板收集太阳能。某辆太阳能汽车接收太阳光能的面板面积S＝8m2，太阳照射时产生U＝120V的电压，并对整车提供最大为10A的电流，机车最大可获得800W的机械功率。设太阳光照射到地面上1平方米面积上的辐射功率P0＝1.0×103W．该车加速性能优越，从静止开始加速100m的路程最短仅需5s。 ①车载导航系统是利用　 　 来传递信息。 ②Quaranta车身的材料具有强度高且轻便的特点，则如表所列的材料中，最为理想的是　 　 。 材料 技术指标 锰钢 铝合金 钛合金 碳纤维 性能（强度） 强 较弱 较强 强 密度/kg•m﹣3 7.9×103 3.0×103 4.5×103 1.6×103 ③Quaranta从静止加速100m路程的过程中可以达到的最大平均速度为　 　 m/s。 ④太阳能电池将太阳能转化为电能的最大效率为　 　 。 27．近年来，我国大力推行太阳能光伏发电。细心的小科发现南方、北方居民的太阳能电池板（如图甲）倾斜角度不同。小科联系了北方的朋友，于6月22日正午，利用1米长的木杆、卷尺和绘图工具，同时开展了测量太阳高度的实践活动： （1）当日，太阳直射点在 　 　 附近。 （2）图乙是他们的测绘结果，则 　 　 （填“图1”或“图2”）是南方小科测绘的。 （3）查阅资料：太阳能电池板的倾斜角度与正午太阳高度H之和等于90°时（如图丙），太阳能的利用率最高。为了获得更大的太阳能利用率，南方太阳能电池板的倾斜角度 　 　 （填“大于”或“小于”）北方。 （4）安装太阳能电池板时，还要考虑太阳方位。若在丽水安装太阳能电池板，最佳朝向是朝 　 　 （填“南”或“北”）。 28．在跨学科实践课上，某小组开展了“设计太阳能路灯照明系统”的项目化学习活动。下面是该小组同学交流的实践过程，请帮助他们完成下列内容： 项目分解 ①设计制作太阳能照明电路。 ②设计太阳能路灯照明系统。 项目实施 （1）小明先设计了如图甲所示的电路，连接好电路后，放到阳光下，闭合开关灯泡发光。此电路中 　 　 提供电能。 （2）考虑到太阳能板只能在白天将太阳能转化为电能，路灯晚上实现照明。因此需要此照明系统白天储能，晚上进行照明，于是增加了蓄电池和光控开关（光控开关S在明亮环境自动接b，在较暗的环境自动接c）来实现这一功能，设计电路如图乙所示。请简要说明该路灯照明系统白天和晚上的工作过程：　 　 。 项目拓展 小明家附近的一条路想要安装100盏路灯，要求路灯高6m，每晚照明时间8小时。小组同学建议安装太阳能路灯，下表是小组成员为这条路选用的路灯的元件及参数，蓄电池的电池容量是由功率和时间相乘得到。（如果功率单位用瓦特（W），时间单位用小时（h），电池的容量就为瓦特小时（Wh）） 太阳能路灯部分技术参数表 灯杆 灯杆高6m，灯臂长1m LED灯 12V/30W 太阳能板 单晶片电池板12V/70Wp 蓄电池 直流电压12V，电池容量900Wh （3）根据以上信息可知蓄电池的容量900Wh＝　 　 J，由于阴天阳光不足，太阳能电池板几乎无法给蓄电池充电，这个太阳能照明系统能够在连续阴天的情况下至少保证 　 　 天晚上的正常照明。（假设蓄电池能够释放储存的全部电能） （4）请写出相比于普通路灯，太阳能路灯的优点：　 　 。（一条即可） 五．计算题（共5小题） 29．太阳能热水器是把太阳能转化为内能的设备之一。某品牌太阳能热水器每平方米面积上每分钟平均接收3.5×104J的太阳能，该太阳能热水器集热管接受阳光照射时的有效面积是2m2，在5小时的有效照射时间内，将热水器贮水箱中体积为100L、初温为30℃的水的温度升高到50℃。[c水＝4.2×103J/（kg•℃），ρ水＝1.0×103kg/m3]求： （1）热水器中的水吸收的热量Q吸； （2）热水器5小时内接收到的太阳能E； （3）热水器的效率η。 30．“SmartflowerPop”是一款太阳能电池板，它能确保与日照方向始终垂直，使其吸收的太阳能最多。该电池板有自动清洁装置，使得它的工作效率比沾满灰尘的电池板更高。白天，太阳能电池发出的电直接供给家用电器工作，多余部分存储在蓄电池中。 （1）太阳能属于 　 　 能源（选填“常规”或“新”），太阳能电池将光能转化为 　 　 能。 （2）“SmartflowerPop”晚间自动清洁一次需要1h，此时的耗电功率为1kW，则自动清洁一次消耗的电能为多少焦？与多少千克的焦炭完全燃烧产生的热量相等。（焦炭的热值q＝3×107J/kg） （3）若叶片面积为25m2，白天太阳能电池接收太阳辐射的平均功率为1000W/m2，光电转化效率为20%．某日，白天家庭耗电的平均功率为4kW，蓄电池的充电效率为84%，晚上若将当天存储的电能全部转化为内能，可将60kg的水从20℃加热到68℃，求当天的日照时间为多少小时。 31．太阳能是21世纪重点开发利用的能源之一，如今太阳能热水器已走进了千家万户。如图，某家庭太阳能热水器接收太阳能总有效面积为1.5m2，1m2面积上1h接收到的太阳能平均为2.8×106J，若阳光照射该热水器8h，可以使质量为100kg的水温度升高40℃。[c水＝4.2×103J/（kg•℃）]求： （1）水吸收的热量； （2）该太阳能热水器的效率。 32．为了倡导低碳生活，太阳能热水器被广泛应用于现代生活。表格提供的是一装满水的太阳能热水器的相关信息： 太阳照射时间/h 太阳能转换为水的内能的效率 热水器最大水容量/L 10 50% 100 水升高的温度/℃ 水的比热容/J•（kg•℃）﹣1 水的密度/kg•m3 60 4.2×103 1.0×103 请根据上表信息，通过计算回答问题： （1）热水器中的水吸收的热量为多少？ （2）热水器平均1h所接收的太阳能（E）约为多少？ 33．为了测量某太阳能热水器垂直于太阳光的表面上每平方米每秒接收到的太阳能，童童和同组的同学做了以下实验。控制太阳能热水器接受太阳光垂直照射的面积始终为3平方米。经过145分50秒，该太阳能热水器使质量为100kg初温为20℃的水温度升至45℃。[c水＝4.2×103J/（kg•℃）]则： （1）在这个过程中水吸收的热量是多少？ （2）已知这个太阳能热水器吸收太阳能的效率为50%。太阳能热水器在这一过程中接收的太阳能为多少？ （3）这个太阳能热水器垂直于太阳光的表面上每平方米每秒接收到的太阳能是多少？ 六．综合能力题（共4小题） 34．阅读短文，回答问题。 太空能量“供应商”——太阳能电池帆板 太阳能电池帆板（简称“电池板”）是为各类太空飞行器提供能源的装置，被称为太空能量“供应商”。电池板通常装有“向日器”，有了“向日器”，电池板就像向日葵一样迎着太阳转动。某兴趣小组为了研究影响太阳能电池产生电流大小的因素，他们用材料相同、面积分别为S和S'（S＜S'）的“电池板”进行实验，并改变电池板与光线的夹角θ，用电流表观察电流大小，实验过程如图所示。 （1）太阳能电池工作时，是把太阳能转化为 　 　 能； （2）分析比较图甲与乙可得：材料、与光线夹角相同的电池板，　 　 越大，产生的电流越大； （3）分析比较图 　 　 可得：太阳能电池帆板安装“向日器”时，要尽量使太阳光垂直照射电池板； （4）图丁所示为我国最新“天宫”与“天和”的组合体。对太空中的组合体来说，每24个小时就有16个昼夜。每昼30分钟、每夜60分钟，30分钟面对太阳的时间，就是组合体太阳能帆板发电的时候。帆板发电时，一部分电量直接供给组合体，另一部分电量则储存在柔性砷化镓薄膜电池里，供黑夜时使用。黑夜电池在供电时是把 　 　 能转化为 　 　 能。若组合体所在高度电池帆板每平方米接收的太阳光能量平均功率值为500W，为了保证每天能够产生8.28×108J的电能，则组合体电池帆板的总面积至少为 　 　 m2（太阳能电池效率为23%）。 35．能源问题是现代社会发展的三大基本要素之一，请回答以下问题： （1）能源家族中：①柴薪、②煤炭、③石油、④天然气、⑤水能、⑥风能、⑦太阳能、⑧地热能等，其中属于化石能源的有 　 　 （填序号）； （2）城区正在进行天然气工程，有人表示赞同，有人表示反对，小刚同学收集如下两组有关数据： ①根据以下数据，在一标准大气压下将2.5L，20℃水烧开，水要吸收的热量为 　 　 ，如使用煤气，则需要 　 　 m3，价格为 　 　 元；如使用天然气，则需要 　 　 m3，价格为 　 　 元。（水的比热容为4.2×103J/（kg•℃） ②现请你决策：　 　 （选填“A”或“B”） A．继续使用煤气 B．更换使用天然气 简单说明你作出这样决策的理由是：　 　 。 热值q/J•m﹣3 当地价格/元•m﹣3 每户月平均用气量/m3 更换灶具费用/元 煤气 约4×107 9 6 0 天然气 约8×107 15 3 70 36．太阳能热水器是把太阳能转化为内能的设备之一。某品牌太阳能热水器每小时平均接收4.2×106J的太阳能，在5h的有效照射时间内，将热水器中质量为50kg、初温为20℃的水加热到60℃．则： （1）太阳能热水器是通过　 　 的方式增加了水的内能。 （2）热水器中的水吸收的热量是多少？【水的比热容为4.2×103J/（kg•℃）】 （3）太阳能热水器的效率是多少？ （4）若改用煤气来加热这些水，需要完全燃烧多少千克煤气？【煤气的热值为4×107J/kg，假设煤气燃烧放出的热量全部被水吸收】 37．如图所示为一种太阳能照明灯，太阳能电池板供1只“220V 40W”的电子节能灯工作，若太阳能电池板接收太阳能的有效面积为0.3m2，该电池板平均每平方米面积上每分钟接收的太阳能约为7×104J，太阳光照一天，恰好可供电子节能灯正常工作10h，假设太阳光照射一天，不考虑天气影响，每天以8h计算，求： （1）一块太阳能电池板一天接收的太阳能是多少？ （2）太阳能照明灯利用太阳能的效率是多少？（保留1位小数） （3）该太阳能电池板每天接受的太阳能，相当于完全燃烧多少kg的煤？（煤的热值q＝3×107J/kg） 第二十二章 能源与可持续发展 参考答案与试题解析 一．选择题（共8小题） 1．生活处处有物理。下列图中所联系到的物理知识说法正确的是（　　） A．甲图，说明力是使物体保持运动的原因 B．乙图，电压力锅是利用了锅内压强增大，沸点降低的原理工作的 C．丙图，“紫蚕岛”馆顶有雨水回收系统，水从顶部流下时重力势能不变 D．丁图，太阳能汽车所使用的太阳能光伏发电系统，是将太阳能转化为电能 【答案】D 【分析】（1）力可以改变物体的运动状态； （2）液体的沸点跟气压有关，气压增大，沸点升高；气压减小，沸点降低； （3）影响重力势能大小的因素：物体的质量和物体所处的高度。物体的质量越大，所处的高度越高，物体的重力势能就越大； （4）太阳能汽车根据光电效应，利用太阳能直接转换成电能。 【解答】解：A、力可以改变物体的运动状态的原因，而不是使物体保持运动的原因，故A错误； B、电压力锅是利用了锅内压强增大，沸点升高的原理工作的，故B错误； C、水从顶部流下时质量不变，但高度降低，重力势能减小，故C错误； D、太阳能汽车所使用的太阳能光伏发电系统，是将太阳能转化为电能，故D正确。 故选：D。 【点评】本题考查的知识点较多，都是基础知识。 2．推进碳达峰、碳中和是我国对国际社会做出的庄严承诺，为了落实“双碳”任务目标，下列能源中我们更应该去积极开发和利用的一组是（　　） A．煤、核能 B．石油、地热能 C．天然气、可燃冰 D．太阳能、风能 【答案】D 【分析】（1）煤、石油、天然气这些化石能源，都属于不可再生能源，储量是有限的； （2）煤、石油产品会造成大气污染，只能尽量减少使用，不能停止开采； （3）太阳能和风能是环保无污染，所以应该积极开发和利用。 【解答】解：ABCD．煤、石油、天然气这些化石能源，都属于不可再生能源，会产生大量的二氧化碳气体，且对环境有污染，不适合积极开发和利用；太阳能、风能是可再生能源，环保无污染，所以应该积极开发和利用，故ABC不符合，D符合。 故选：D。 【点评】本题考查能源的利用和对环境的危害相关知识点，难度不大，属于基础题目。 3．我国大力发展绿色清洁能源，减少碳排放保护环境，以下属于碳排放限制的是（　　） A．火力发电 B．水力发电 C．风力发电 D．光伏发电 【答案】A 【分析】可再生资源是指能够通过自然力以某一增长率保持或增加蕴藏量的自然资源。太阳能、水能、风能、地热能、生物资源都是可再生资源，没有碳排放； 火力发电燃烧煤等物质，有碳排放限制。 【解答】解：太阳能、水能、光伏发电都是可再生资源，没有碳排放，火力发电燃烧煤等物质，有碳排放，故A符合题意。 故选：A。 【点评】明确能源的利用以及对环境的危害，难度不大。 4．如图所示，中国火星车“祝融号”成功“打卡”火星表面，开启火星探测之旅，“祝融号”火星车巡航速度为每小时40米，关于“祝融号”火星车，下列描述正确的是（　　） A．“祝融号”巡航速度和人行走的速度相近 B．“祝融号”巡航时相对于火星表面是静止的 C．“祝融号”所用的太阳能电池板将太阳能转化为电能 D．“祝融号”通过电磁波向地球发回探测信息的速度是340m/s 【答案】C 【分析】（1）人正常行走的速度约为1.2m/s＝4.32km/h，火星车的速度为40m/h； （2）物体相对参照物的位置发生了变化，则物体是运动的；物体相对于参照物的位置没有发生变化，则物体是静止的； （3）太阳能电池将太阳能转化为电能； （4）电磁波在真空中的传播速度为3×108m/s。 【解答】解：A、人正常行走的速度约为1.2m/s＝4.32km/h，远大于火星车的速度为40m/h＝0.04km/h，故A错误； B、“祝融号”巡航时相对于火星表面位置在不断发生变化，所以“祝融号”巡航时相对于火星表面是运动的，故B错误； C、“祝融号”所用的太阳能电池板将太阳能转化为电能，故C正确； D、“祝融号”通过电磁波向地球发回探测信息的速度是3×108m/s，故D错误。 故选：C。 【点评】本题考查对常见速度的了解、运动与静止的相对性、太阳能电池工作原理以及电磁波的传播速度，是一道基础题。 5．我国科学技术迅猛发展，在信息、能源和材料等领域取得了辉煌的成绩，下列说法正确的（　　） A．我国白鹤滩水电站中的发电机是利用电磁感应原理发电的 B．神舟十四号飞船上的新型硅光电池板主要将电能转化为太阳能 C．能量在转移和转化的过程中总量保持不变，因此我们不需要节约能源 D．超导材料可以用于制作电炉子的电炉丝 【答案】A 【分析】（1）白鹤滩水电站的发电机是利用电磁感应原理发电的。 （2）神舟十四号飞船上的新型硅光电池板主要是将太阳能转化为电能。 （3）能量在转移和转化过程中总量虽然保持不变，但是能量的转化和转移具有方向性。 （4）超导材料是指在低温下电阻消失的材料，而电炉丝是利用电流的热效应工作的，需要电阻较大的材料。 【解答】解：A、白鹤滩水电站的发电机是利用电磁感应原理发电的。水流推动转轮转动产生机械能，机械能再带动转子切割磁场产生电能。故A正确。 B、神舟十四号飞船上的新型硅光电池板主要是将太阳能转化为电能，而不是将电能转化为太阳能。故B错误。 C、能量在转移和转化过程中总量虽然保持不变，但是能量的转化和转移具有方向性，例如煤炭燃烧转化为热能，这些热能散失到环境中后，很难再被收集起来重新转化为煤炭的化学能。所以可利用的能源会越来越少，我们需要节约能源。故C错误。 D、超导材料是指在低温下电阻消失的材料，而电炉丝是利用电流的热效应工作的，需要电阻较大的材料。如果用超导材料制作电炉丝，由于其电阻为零，根据Q＝I2Rt，不会产生热量，无法达到加热的目的。所以超导材料不能用于制作电炉子的电炉丝，故D错误。 故选：A。 【点评】本题考查发电机的原理，超导体的特点和应用及太阳能的转化，能源危机和节约资源，属于基础题。 6．关于我国能源的利用和能源的节约，下列说法中正确的是（　　） A．我国化石燃料储量丰富，可以说是取之不尽、用之不竭的 B．在能源的利用中，应注意环境保护 C．能源的利用促进了人类文明的发展，没有任何负面影响 D．能源的大量开发和利用，不会造成环境污染 【答案】B 【分析】目前人类利用最多的能源，依然是化石能源，而化石能源在地球上的总量是有限的，我们在利用时必须倡导节约，而且注意对环境的保护。 【解答】解：A、储量再丰富也是有限的，而且人均很少，不加节制总有用完的一天，所以错误； B、能源的利用过程中会对环境造成破坏，只有注意保护才能人与自然和谐发展，所以正确； C、能源的负面影响主要是造成了环境的污染以及生态的破坏，都应引起重视，所以错误； D、化石能源在消耗中会放出大量的有害气体，造成环境的污染，所以错误。 故选：B。 【点评】如何合理开发和合理利用能源，并在发展的同时保护好地球的环境，是整个人类面临的重大课题，我们也应该充分认识到这一点。 7．2020年12月17日，嫦娥五号探测器携带月球土壤样本安全降落在内蒙古四子王旗着落场，我国首次地外天体采样返回工程圆满成功。位于安徽合肥的中国电科第43研究所为嫦娥五号量身定做了4款高压抗辐照电源。下列关于电源的描述中正确的是（　　） A．太阳能电池是将光能转化为电能的设备 B．电池只能作为电源，不能作为用电器 C．电路中只要有了电源就有电流产生 D．电流方向总是从电源正极流向电源负极 【答案】A 【分析】（1）太阳能电池是将太阳能转化为电能的装置； （2）蓄电在向外供电时是电源，当给蓄电池充电时，消耗电能转化为化学能，就是一个用电器； （3）产生持续电流的条件是：一是有电源，二是一个闭合的电路； （4）在电路中，电流从电源的正极出来，经过用电器后回到电源的负极，在电源的内部，电流从负极流向正极。 【解答】解： A、太阳能电池是将光能转化为电能的设备，故A正确； B、在给蓄电池充电时，消耗电能转化为化学能，就是一个用电器，故B错误； C、电路中只有电源，若电路没有闭合是没有电流的，故C错误； D、在电源的外部，电流从电源的正极出来，经过用电器后回到电源的负极，在电源的内部，电流从负极流向正极，故D错误。 故选：A。 【点评】此题考查了太阳能电池和蓄电池能量的转化、形成电流的条件以及电流的方向，是一道电学基础题，难度不大，有较强的综合性。 8．宿迁市歌《清清骆马湖》中唱到“清清的骆马湖啊，一望无穷，站在那湖岸上啊，从西望不到东，秋水养肥虾和蟹，碧波怀抱菱和藕……”，节约用水，加强水资源保护。下列做法中错误的是（　　） A．农业灌溉推广滴灌 B．不向骆马湖排放工业污水 C．将饮料瓶扔进湖中 D．洗手后及时关闭水龙头 【答案】C 【分析】尽管地球上的总水量很大，但是淡水资源却很不充足，其中可用的淡水量就更少，还不到总水量的1%，且分布又很不均匀，人类对水资源的过量使用和水污染都是造成水资源危机的原因。 【解答】解：节约用水，加强水资源保护应该采取的做法有：农业灌溉推广滴灌、不向骆马湖排放工业污水、洗手后及时关闭水龙头。将饮料瓶扔进湖中会污染水资源，故C符合题意，ABD不符合题意。 故选：C。 【点评】本题考查能源危机即节约水资源，属于基础题。 二．多选题（共8小题） （多选）9．如图所示是一种太阳能路灯。该路灯装有太阳能发电装置，白天该装置将获得的电能储存在蓄电池内，夜间蓄电池对灯泡供电。关于该路灯，下面说法正确的（　　） A．太阳能发电装置是将太阳能转化为电能 B．路灯发光过程也是蓄电池放电过程 C．对蓄电池充电是将化学能转化为电能 D．路灯发光是将电能转化为光能 【答案】ABD 【分析】直接利用太阳能的方式有两种： 一是把太阳能转化为内能，如太阳能热水器是把太阳能转化为内能； 二是把太阳能转化为电能，太阳能电池是把太阳能转化为电能。 【解答】解：AC、太阳能电池板工作时，将太阳能转化为电能，然后将电能转化为化学能储存在蓄电池中，故A正确，C错误； BD、路灯发光过程也是蓄电池放电过程，蓄电池将化学能转化成电能，然后电能转化成光能，故B正确，D也正确。 故选：ABD。 【点评】本题考查了学生对太阳能利用的掌握，注重了物理和生活的联系，难度不大。 （多选）10．关于太阳能的下列说法中，不正确的是（　　） A．太阳能来自太阳内部的核裂变 B．太阳能安全、清洁，利用太阳能不会给环境带来污染 C．太阳能是可供人类利用的一种新能源，但无法被人类直接利用 D．对于人类来说，太阳能几乎是一种取之不尽、用之不竭的永久性能源 【答案】AC 【分析】（1）太阳能的能量来自于太阳内部的核聚变； （2）太阳能是一种清洁、无污染、可再生能源，它取之不尽用之不竭，是一种新型的能源，越来越被广泛利用。它的优点很多，比如：太阳能分布广阔，获取方便；清洁不会造成环境污染。 【解答】解：A、太阳能的能量来自于太阳内部的核聚变，故A错误； B、太阳能是一种清洁、无污染的能源，故B正确； C、太阳能是可供人类利用的一种新能源，可以直接被人类利用，故C错误； D、对于人类来说，太阳能几乎是一种取之不尽、用之不竭的永久性能源，故D正确。 故选：AC。 【点评】本题主要考查对太阳能优点的掌握和理解，属于基础题目。 （多选）11．如图所示，是一种新型节能灯。它“头顶”小风扇，“肩扛”太阳能电池板。关于节能灯的设计解释合理的是（　　） A．太阳能电池板是将太阳能转化为电能 B．小风扇是用来给太阳能电池板散热的 C．蓄电池在夜晚放电时，将电能转化为化学能 D．小风扇是风力发电机，将机械能转化为电能 【答案】AD 【分析】自然界中的风能和太阳能是能量巨大的资源，现在科学家都在设计装置利用它们的能量； 风扇式发电机可以通过风吹动扇片转动，把风能转化为电能； 太阳能电池可以把太阳能转化为电能。 【解答】解：A、这种新能源的路灯，“肩扛”太阳能电池板也可以把太阳能转化为电能，所以A正确； B、小风扇的作用可以把风能转化为电能，不是用来散热的，所以B错误； C、蓄电池在夜晚放电时，将化学能转化为电能，所以C错误； D、“头顶”的小风扇可以把风能转化为电能，这样只要有风，这种路灯也可以发电，填补了一点阴天和晚上不能发电的空白，有利于路灯晚上照明使用，所以D正确。 故选：AD。 【点评】风能和太阳能都是清洁能源，且能量取之不尽用之不竭，能够巧妙的设计利用是关键。 （多选）12．如图所示，是我市路边的一种“风光互补式”节能灯。它“头顶”小风扇，“肩扛”太阳能电池板。关于节能灯的设计解释合理的是（　　） A．太阳能电池板工作时将太阳能转化为电能 B．小风扇是用来给太阳能电池板散热的 C．太阳能电池板同时向小风扇和节能灯供电 D．夜晚节能灯工作，节能灯属于消耗电能的装置 【答案】AD 【分析】（1）自然界中的风能和太阳能是能量巨大的资源，现在科学家都在设计装置利用它们的能量，太阳能电池可以把太阳能转化为电能； （2）风扇式发电机可以通过风吹动扇片转动，把风能转化为电能； （3）夜晚节能灯工作时把电能转化为光能。 【解答】解： A、“肩扛”太阳能电池板将太阳能转化为电能，故A正确； B、“头顶”的小风扇可以把风能转化为电能，故B错误； C、太阳能电池板只向节能灯供电，故C错误； D、夜晚节能灯工作，节能灯属于消耗电能的装置，故D正确。 故选：AD。 【点评】风能和太阳能都是清洁能源，且能量取之不尽用之不竭，能够巧妙的设计利用是关键。 （多选）13．“低碳生活”人们开始关注节能问题，以下节能措施中，通过减小用电器实际功率达到省电目的是（　　） A．吊扇根据需要尽量选用低挡 B．洗衣机洗轻薄衣物时使用“快洗”程序 C．生活中用节能灯替代白炽灯 D．夏季公共建筑内空调温度不低于26℃ 【答案】AC 【分析】此题考查了日常生活中的节约能源的办法，学会利用物理知识分析这种节约电能的物理原理。 【解答】解：A、用电风扇吹凉时，转速越高实际功率越大，降低转速，实际功率减小，是通过减小实际功率达到省电的目的，A符合题意； B、洗衣机洗薄衣服时，采用快洗程序，缩短了用电时间，是通过增大功率来缩短时间的，B不符合题意； C、节能灯与白炽灯，发光亮度差不多，但实际功率要小得多，是通过减小实际功率达到省电的目的，C符合题意； D、夏季公共建筑内空调温度应不低于26℃，与室温越接近，空调的工作时间越短，而空调的制冷功率几乎不变，所以这是通过减少工作时间来达到省电的目的，D不符合题意。 故选：AC。 【点评】学会正确的省电方法，可以节约电能，如果我们人人都会正确的使用方法，那么会为能源危机作出巨大的贡献。 （多选）14．“节能减排”从我做起、从生活中的小事做起。关于家用电器的使用。下面做法符合这一理念的是（　　） A．用智能开关确保电灯人走灯灭 B．电冰箱使用中要做到及时除霜 C．家用电视机日夜处于待机状态 D．用太阳能热水器替换电热水器 【答案】ABD 【分析】“低碳经济”指的是生产时所耗用的能量要尽量减少，特别是减少二氧化碳的排放量，减缓生态恶化；可以从节电、节能等环节来改变生产细节，据此进行分析解答即可。 【解答】解： A、用智能开关确保人走灯灭，可以节约电能，故A不符合题意； B、冰箱使用中要做到及时除霜，可以减少电能的浪费，故B不符合题意； C、家用电视机日夜处于待机状态，这样浪费电能，故C符合题意； D、太阳能热水器替换电热水器，可以节约电能，故D不符合题意。 故选：ABD。 【点评】低碳经济、节能减排理念已成为人们的共识，节能减排的措施和观念是化学考查的热点，要用低碳理念指导自己的活动，把节能减排的措施运用到生产、生活中去。 （多选）15．在下列有关能或能源的讨论中，你认为正确的是（　　） A．我国煤炭资源储量丰富，不会存在能源危机 B．煤、石油、天然气等能源的储量有限，人类面临能源危机 C．很多传统能源已走向枯竭，我们可以开发新的能源 D．太阳能、风能、水能、地热能、潮汐能等是取之不尽的 【答案】BCD 【分析】（1）化石能源属于不可再生能源，按照人类目前对化石能源的消耗速度，化石能源将很快枯竭； （2）太阳能、风能、水能、地热能、潮汐能属于可再生能源，对于人类来说，是取之不尽的。 【解答】解：A、我国的煤炭资源储量丰富，但是煤炭资源属于不可再生能源，总会有消耗完的时候，所以我国存在能源危机，故A说法错误； B、煤、石油、天然气等化石能源属于不可再生能源，储量有限，人类面临能源危机，故B说法正确； C、目前很多传统能源已经走向枯竭，开发新的能源已成为人类解决能源危机的必要手段，故C说法正确； D、太阳能、风能、水能、地热能、潮汐能属于可再生能源，对于人类来说，是取之不尽的，故D说法正确。 故选：BCD。 【点评】本题考查我们对能源的分类、能源危机等的了解，难度较低。 （多选）16．我国城乡建设和管理越来越注重环保，下列做法不符合环保要求的是（　　） A．废旧电池随意丢弃 B．减少城市绿地和湖泊的面积 C．工业废水直接排放到江河中 D．使用太阳能、风能等清洁能源 【答案】ABC 【分析】（1）根据废旧电池中含有有毒的重金属离子来分析； （2）根据城市绿地和湖泊对环境的影响分析； （3）根据水污染、节约用水的措施来分析； （4）根据减少环境污染和节约能源来分析。 【解答】解：A、废旧电池中含有重金属离子，随意丢弃会对土壤、地下水造成污染，故A不符合环保要求； B、减少城市绿地和湖泊的面积，不利于改善空气质量和调节空气温度等，故B不符合环保要求； C、工业废水直接排放到江河中会严重污染水资源，且工业用水处理后重复利用可以节约用水，故C不符合环保要求； D、使用太阳能、风能等清洁能源可以大大减少能源使用带来的污染，同时可以节约能源，减少能源危机带来的影响，故D符合环保要求。 故选：ABC。 【点评】保护环境、减少污染、节约能源等有关知识需要熟知，与人类生产生活相关，也是重要的中考热点之一。 三．填空题（共8小题） 17．人类对能源的需求越来越大，世界能源危机日益突出。如何充分 利用和开发新能源，实现低碳减排，已成为世界各国共同关注的问题。6月5日是世界环境日，我国一直主张“低碳减排，绿色生活”。目前，我国在开发、利用太阳能方面发展最快、最具潜力。 （1）你认为利用太阳能有哪些好处？　无污染、环保、可再生　 。 （2）太阳能路灯已成为许多城镇、乡村的一道靓丽的风景线（如图1所示）．太阳能路灯的太阳能电池板一般是由晶体态硅制成的，它能直接把太阳能转化成电能，其主要材料是　C　 A．磁性材料 B．纳米材料 C．半导体 D．超导体 （3）太阳能热水器是采用光转化为热的方式利用太阳能的。我国太阳能热水器已走进了千家万户。小明家的太阳能热水器的采光面积是2.1m2．若我市向阳的地方每平方米的面积1h得到的太阳辐射能平均为3×106J，每天接收太阳能的时间以8h计算，热水器能把接收到的太阳能的50%转化成水的内能，则正常情况下，该热水器一天能把150kg、初温为20℃的水加热到　60　 ℃ （4）为了进一步利用太阳能，人们正在研发太阳能电动车。图2是人们研制的太阳能电动三轮车，车子顶部的太阳能电池板将　光　 能转化为　电　 能储存在太阳能电池中，电池再给三轮车的电动机供电。制造太阳能电动三轮车车架有各种不同的新材料，部分材料的技术指标如下表所示： 材料 技术指标 锰钢 铝合金 钛合金 碳纤维 性能（强度） 强 较弱 较强 强 密度（kg•m﹣3） 7.9×103 3.0×103 4.5×103 1.6×103 若让你设计制造强度高并且轻便的三轮车，你选择表中的　碳纤维　 材料，若车架的体积约为5×10﹣3m3，车架的质量是　8　 kg。 【答案】见试题解答内容 【分析】（1）太阳能热水器利用太阳能，不仅节省了能源，而且比较环保。 （2）根据材料的分类：导体、半导体、绝缘体和太阳能电池板的材料进行解答； （3）由题干提供条件可以求8h水吸收的热量，再利用吸热公式求出水温度的变化值，进一步求出水加热后的末温； （4）车子顶部的太阳能电池板将光能转化为电能储存在太阳能电池中，电池再给三轮车的电动机供电； 根据表格和要求选择三轮车的材料，根据m＝ρV求出车架的质量。 【解答】解：（1）利用太阳能有哪些好处：无污染、环保、可再生（或取之不尽、用之不竭）； （2）太阳能电池板是由晶体态硅制成的，硅属于半导体； （3）太阳能热水器中的水一天吸收的热量： Q＝3×106J×2.1×8×50%＝2.52×107J， 水温度的变化量： Δt40℃； 水加热的末温： t2＝t1+Δt＝20℃+40℃＝60℃。 （4）车子顶部的太阳能电池板将太阳能转化为电能。 制造强度高并且轻便的三轮车时，由表格可知应选碳纤维材料； 车架的质量： m＝ρV＝1.6×103kg/m3×5×10﹣3m3＝8kg。 故答案为：（1）无污染、环保、可再生；（2）C；（3）60；（4）光；电；碳纤维；8。 【点评】本题考查了质量的计算、热量的计算、欧姆定律的应用和电功率的计算，还涉及到了太阳能的优点、材料的分类和环境保护等，知识点较多，综合性强，难度较大。 18．某新能源汽车顶部安装有太阳能电池板，太阳能电池板吸收太阳能转化成电能，再利用蓄电池将电能存储起来。该电池板装有自动清洁装置，电池板相关参数如表。 （1）太阳能属于 　可　 再生能源； （2）电池板自动清洁一次需要120min，需要消耗的电能为 　7.2×106　 J； （3）某天，电池板接收太阳辐射的平均功率为1000W/m2，若白天有效光照时间为6h，蓄电池储存的能量为 　8.4　 kW•h。 电池板面积 10m2 电池板的光电转换效率 20% 蓄电池的储存充电效率 70% 清洁功率 1kW 【答案】可；7.2×10；8.4。 【分析】（1）能从自然界源源不断得到的能量称为可再生资源； （2）根据电功的计算公式W＝Pt即可求出消耗的电能； （3）根据表格所给信息，通过计算求出蓄电池储存的能量。 【解答】解：（1）太阳能可以从自然界源源不断得到，所以太阳能是可再生资源； （2）电池板消耗的电能就是电池板自动清洁时电流所做的功，根据电功公式可得： W＝Pt＝1000W×120×60s＝7.2×106J （3）由题意得：10m2的电池板接收太阳辐射的总功率为： P总＝1000W/m2×10m2＝10000W＝10kW 光照6h的接收的总的光能为： W总＝P总t′＝10kW×6h＝60kW•h 蓄电池储存的能量为： W蓄＝60kW•h×20%×70%＝8.4kW•h 故答案为：可；7.2×10；8.4。 【点评】本题考查了有关太阳能的知识及太阳能的转化。 19．如图所示是太阳能路灯，灯杆顶端是太阳能电池板，它能将太阳能转化为电能，并向灯杆下方的蓄电池充电，供夜晚路灯照明。若在一定时间内，太阳光辐射到该太阳能电池板上的能量为2.7×107J，这些能量经转化后，可供额定功率为30W的路灯正常工作70h，那么该太阳能路灯的能量转化效率是　28　 %。 【答案】见试题解答内容 【分析】已知灯泡的功率和工作时间，根据Q＝W＝Pt求转化为的电能，即有用能量；利用效率公式求出太阳能路灯的能量转化效率。 【解答】解：太阳能转化后的有用能量： Q有＝W电＝Pt＝30W×70×3600s＝7.56×106J， 该太阳能路灯的能量转化效率： η28%。 故答案为：28。 【点评】本题考查了电功和能量利用效率的计算，灵活的运用公式是关键，体现了物理知识在生活中的应用，符合新课标的要求。 20．设计一台家用太阳能热水器的晒水箱，要求装有50kg水，经过6h曝晒后水能升温40℃．如果这种晒水箱的热效率是40%，那么需要安装的受阳光垂直照射的面积应是　0.77　 m2．（已知太阳光垂直照射地表面，地表能吸收的辐射热是1.26×103J/s•m2） 【答案】见试题解答内容 【分析】（1）知道水的质量、水的比热容和水温度的升高值，利用吸热公式水吸收的热量； （2）上述热量从太阳光吸收，根据Q吸＝1.26×103J/s•m2×S×T×40%求晒水箱的底面积S 【解答】解：（1）水吸收的热量： Q吸＝cmΔt＝4.2×103J/（kg•℃）×50kg×40℃＝8.4×106J， （2）由题知，Q吸＝1.26×103J/s•m2×S×6×3600s×40%， 即：8.4×106J＝1.26×103J/s•m2×S×6×3600s×40%， 解得：S≈0.77m2。 故答案为：0.77。 【点评】本题考查了学生对热量公式、效率公式的掌握和运用，及其太阳能的利用，知识面广，难度大，要求学生掌握各方面的知识，才能解决综合性的问题。计算时注意单位统一。 21．如图是某太阳能热水器，向其中注入35kg的水，阳光照射一段时间后，水温从10℃升高到50℃，这段时间该热水器中的水吸收的热量Q＝　5.88×106　 J；若用煤燃烧来提供如此多的热量，需完全燃烧　0.168　 千克煤。[C水＝4.2×103J/（kg•℃），煤的热值为3.5×107J/kg]。 【答案】见试题解答内容 【分析】利用公式Q＝cmΔt可计算水吸收热量的多少；利用公式Q＝mq可计算需要燃烧天然气的质量。 【解答】解： 水吸收的热量：Q吸＝cm（t﹣t0）＝4.2×103J/（kg•℃）×35kg×（50℃﹣10℃）＝5.88×106J； 相当于完全燃烧煤的质量：m0.168kg。 故答案为：5.88×106；0.168。 【点评】（1）此题中热量的计算公式Q＝cmΔt和Q＝mq是解题中用到的主要知识，是我们应该熟练运用的。 （2）注意Δt的含义是温度升高（或降低）了多少。 22．有一种电能辅助式太阳能热水器，将它安装在阳光充足的水平台面上，并注满水。晴天时它接收太阳能的真空镀膜管的总有效面积约为1.5m2，阴雨天时用电加热。铭牌上的部分参数如表所示。 型 号 JLD﹣88 水 容 量/L 100 电热管功率 2000W 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2.8×106J．若每天日照时间按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，热水器在额定电压下工作时，将上述同样质量、初温的水升高同样的温度需多长时间？ （4）从能源和可持续发展的角度，说出提倡开发利用太阳能的主要理由是　节能、环保，无污染　 （要求写出两点）．[ρ水＝1.0×103kg/m3，c水＝4.2×103J/（kg•℃）]。 【答案】见试题解答内容 【分析】（1）已知容积与水的密度，由密度公式的变形公式可以求出水的质量。 （2）已知面积与单位面积上获得的太阳能、光照时间，可以求出一天接受的太阳能，由热量公式的变形公式可以求出水升高的温度。 （3）已知电流做的功与电热管的功率，由电功率的变形公式可以求出加热时间。 （4）太阳能环保、节能、无污染。 【解答】解：（1）∵ρ， ∴水的质量m＝ρV＝1×103kg/m3×0.1m3＝100kg； （2）一天获得的太阳能E＝2.8×106J/（h•m2）×10h×1.5m2＝4.2×107J， 水吸收的热量Q＝ηE＝4.2×107J×50%＝2.1×107J， ∵Q＝cmΔt， ∴水升高的温度Δt50℃； （3）电流所做的功W＝Q＝2.1×107J， ∵P， ∴加热时间t1.05×104s； （4）太阳能是可再生能源、太阳能是清洁能源，不会造成环境污染，使用太阳能可节约传统能源。 答：（1）水的质量为100kg。 （2）一天中接收的太阳能约为4.2×107J；若这些太阳能有50%被热水器中的水吸收，则可使水温升高50℃。 （3）将上述同样质量、初温的水升高同样的温度需1.05×104s。 （4）节能、环保，无污染。 【点评】本题考查了求水的质量、接受的太阳能、水的温度变化、电加热的时间、利用太阳能的优点等，本题难度不大，从题中获取所需信息、应用基础知识即可正确解题。 23．大营初级中学九年级（1）班的物理课外探究小组对“吸收太阳能与表面颜色之间的关系”进行了实验研究：在黑色塑料袋和白色塑料袋内装入同样质量的水，插入温度计后系好，放在阳光下暴晒，每隔相同的时间，读出温度计的示数。数据记录如下： 塑料袋 水的质量 （kg） 初温（℃） 温度（℃） 温度（℃） 温度（℃） … 黑色 1.5 14.0 23.3 28.0 33.5 … 白色 1.5 14.0 17.5 18.6 21.0 … （1）分析上表的实验数据可推知，太阳能热水器的集热管内表面颜色以　黑　 色为宜； （2）若一太阳能热水器的装水80kg，集热管每小时接收太阳能约为4.2×106J，（不计热量损失）则该热水器每小时水温能升高多少℃？若这些热量用效率为30%的煤气灶燃烧获得，要消耗多少煤气？[C水＝4.2×103J/（kg•℃），q煤气＝1.8×107J/m3]。 【答案】见试题解答内容 【分析】本题为实验探究和计算相结合的问题，首先根据实验数据分析不同时刻，黑色和白色塑料袋内水的温度，从而确定哪种颜色易吸热，然后利用热量公式Q＝cmΔt和Q放＝qm求解水的温度及消耗的煤气。 【解答】解：（1）根据实验结果，同样质量的水，在相同的时间内，在黑色塑料袋内温度高，说明吸收的热量多，故应选用黑色的。 （2）由公式Q＝cmΔt得： Δt12.5℃； 热量公式Q＝ηqm得 m0.78m3 答：（1）集热管内表面颜色以黑色为宜； （2）每小时水温能升高12.5℃；需要消耗煤气0.78m3。 【点评】根据实验数据分析得出实验结论，利用热量公式Q＝cmΔt和Q放＝ηqm再进行计算即可。 24．我国太阳能和风能发电规模均为世界第一。太阳能和风能均属于 　可再生　 能源，但它们也有不稳定的缺点，为消纳电网富余电能，减少能源浪费，我国大力推动储能建设。 （1）蓄电池储能，本质是将电能转化为 　化学　 能储存起来。 （2）“压缩空气储能”，即利用压缩机将空气压缩储存到容器中（需要时再利用高压空气驱动发电机发电），本质是把电能转化为 　内　 能储存。 （3）“重力储能”，方案如图，利用水泵将水从山下抽到山顶（需要时再用山顶水库中的水发电），本质是把电能转化为 　机械　 能储存。若抽水消耗的电能为E1，放水发电得到的电能为E2，则E2　＜　 （＞/＝/＜）E1。 【答案】可再生；（1）化学；（2）内；（3）机械；＜。 【分析】可再生能源与不可再生能源的区别，使用之后可以在短时间内从自然界中再次产生的能源是可再生能源，使用之后在短时间内无法在自然界中再次产生的能源是不可再生能源； （1）蓄电池的充电过程，消耗电能转化为化学能，并将化学能储存在蓄电池内； （2）做功改变物体内能，做功主要有摩擦生热和压缩气体做功，物体内能会增加； （3）把水抽到山顶的水库是把电能转化为水的机械能；在抽水的过程中，有能量的散失。 【解答】解：太阳能和风能均属于可再生能源； （1）蓄电池充电是将电能转化为化学能储存起来； （2）将多余电能利用压缩机把空气压缩到密闭容器中，压缩气体做功，气体的内能增加，这是通过做功的方式改变物体的内能； （3）深夜把水抽到山顶的水库，水的机械能增加了，所以是把电能转化为水的机械能储存起来；由于能量的损失，消耗的电能不可能全部转化为水的机械能，白天发电时，水的机械能不能全部转化为电能，故E2＜E1。 故答案为：可再生；（1）化学；（2）内；（3）机械；＜。 【点评】本题考查了做功改变物体内能的方式，还要记住能量的相互转化。 四．实验探究题（共4小题） 25．在跨学科实践课上，某小组开展了“设计太阳能发电系统”的项目化学习活动。下面是该小组同学交流的实践过程，请帮助完成下列内容： 【项目分解】 （1）设计制作小型太阳能发电装置 （2）优化太阳能发电系统 【项目实践】 （1）设计制作小型太阳能发电装置 经过前期调查，我们了解到太阳能电池板虽然可以直接将太阳能转化为电能，但成本太高，所以我们想到可以通过“太阳能→内能→机械能→电能”的转化过程来发电。模型设计如下： 为了能将更多的太阳光会聚到烧瓶上，使水更快沸腾，可以换用面积更大的凹面镜，凹面镜利用了光的 　反射　 现象。水被加热至沸腾后，利用水蒸气带动发电机发电，发电机是利用 　电磁感应　 现象制成的； （2）优化太阳能发电系统 我们发现，这个设计同样存在阳光不足时发电受限的问题。为了解决这个问题，我们觉得如果能一边发电，一边储存一部分太阳能，这样就可以在无阳光时，利用这部分储存的能量继续发电，从而实现24h全天发电。我们在互联网上查到，我国甘肃敦煌建成了一座1105kW的熔盐塔式太阳能光热储能电站，其原理如图所示。 为了更高效的利用太阳能，要挑选反光能力更强的凹面镜来做定日镜。将温度和外形均相同的甲、乙两块凹面镜同时放在太阳光下直射一段时间后，用高敏测温枪测得甲的温度高于乙的温度，则我们应该选择 　甲　 凹面镜（选填“甲”或“乙”）。 该储能电站利用定日镜将阳光聚集在塔顶吸热器上，利用循环泵把290℃的液态熔盐压入吸热器中，被加热到565℃后，流入到高温熔盐罐内，其中一部分高温熔盐再流入到蒸气发生器中，通过 　热传递　 的方式来改变水的内能，从而将水加热至沸腾，产生高温高压水蒸气推动汽轮发电机来发电。另一部分高温熔盐继续储存在高温熔盐罐内，等无阳光时，就利用这部分高温熔盐所储存的能量继续发电，从而实现24h全天发电。储能电站的工作过程实际就是利用能量转化来储存能量。 【项目拓展】 在用电低谷时，电网中很多剩余的电能就白白浪费掉了。由于电能无法以电能的形式储存起来，所以只能想其他办法来进行储存。通过地理学科的学习，我们已经知道丹东地区水资源非常丰富，利用水也可以储能。如下图所示，在山顶建一座储能水电站，它是由上水库、下水库、抽水机、发电机等组成，在用电低谷时，利用这座储能电站将多余的电能储存起来，在用电高峰时再将这部分能量变成电能来使用，这样就可以减少电能的浪费。请你简要说明这种储能水电站的工作过程： （1）用电低谷时，　通过储能水电站来储存电能　 ； （2）用电高峰时，　利用储存在上水库中的水通过发电机发电，以补充电网中的电能　 。 【答案】【项目实践】（1）反射；电磁感应；（2）甲；热传递； 【项目拓展】（1）通过储能水电站来储存电能；（2）利用储存在上水库中的水通过发电机发电，以补充电网中的电能。 【分析】（1）发电机的原理是电磁感应，凹面镜对光线有会聚作用； （2）在用电低谷时，我们可以通过储能水电站来储存电能，在用电高峰时，再利用储存在上水库中的水通过发电机发电。 【解答】解：【项目实践】 （1）为了能将更多的太阳光会聚到烧瓶上，使水更快沸腾，可以换用面积更大的凹面镜。凹面镜利用了光的反射现象。当阳光照射到凹面镜上时，它可以将光线反射并会聚到一个点上，这个点的温度会非常高，足以使水沸腾。水被加热至沸腾后，产生的水蒸气会推动发电机发电，发电机则是利用电磁感应现象制成的。当水蒸气推动发电机的转子转动时，会在发电机的线圈中产生感应电流，从而将机械能转化为电能。 （2）为了更高效的利用太阳能，我们需要挑选反光能力更强的凹面镜来做定日镜。由于甲凹面镜的反射能力强于乙凹面镜（因为甲的温度高于乙），所以我们应该选择甲凹面镜。 该储能电站利用定日镜将阳光聚集在塔顶吸热器上，加热液态熔盐至高温。然后，通过循环泵将高温熔盐流入蒸气发生器中，利用热传递的方式来改变水的内能，从而将水加热至沸腾，产生高温高压水蒸气推动汽轮发电机来发电。另一部分高温熔盐则继续储存在高温熔盐罐内，等待无阳光时使用，实现24h全天发电。 【项目拓展】 （1）在用电低谷时，我们可以通过储能水电站来储存电能。当电网中有剩余电能时，利用抽水机将下水库的水抽到上水库中储存起来。 （2）在用电高峰时，再利用储存在上水库中的水通过发电机发电，以补充电网中的电能。这种方式有效地利用了电能，避免了电能的浪费。 故答案为：【项目实践】（1）反射；电磁感应；（2）甲；热传递； 【项目拓展】（1）通过储能水电站来储存电能；（2）利用储存在上水库中的水通过发电机发电，以补充电网中的电能。 【点评】本题考查了发电机的原理，太阳能发电和水能发电，是一个开放性题目。 26．人类对能源的需求越来越大，世界能源危机日益突出。如何充分利用和开发新能源，实现低碳减排，已成为世界各国共同关注的问题。6月5日是世界环境日，2010年我国的主题是“低碳减排，绿色生活”。目前，我国在开发、利用太阳能方面发展最快、最具潜力。 （1）太阳能路灯已成为许多城镇、乡村的一道靓丽的风景线（如图1所示）．太阳能路灯的太阳能电池板一般是由晶体态硅制成的，它能直接把太阳能转化成电能，其主要材料是　C　 。 A．磁性材料 B．纳米材料 C．半导体 D．超导体 （2）我国太阳能热水器已走进了千家万户，太阳能热水器是采用光热转换的方式利用太阳能的，将太阳能转化为　内　 能。 （3）为进一步利用太阳能，人们正在研发太阳能汽车。Quaranta是当前问世的外表最圆润也最富动感的太阳能汽车之一（如图2所示）．其车身轻便灵活，电池完全由太阳能供能﹣﹣通过安装在车顶和前端的电池板收集太阳能。某辆太阳能汽车接收太阳光能的面板面积S＝8m2，太阳照射时产生U＝120V的电压，并对整车提供最大为10A的电流，机车最大可获得800W的机械功率。设太阳光照射到地面上1平方米面积上的辐射功率P0＝1.0×103W．该车加速性能优越，从静止开始加速100m的路程最短仅需5s。 ①车载导航系统是利用　电磁波　 来传递信息。 ②Quaranta车身的材料具有强度高且轻便的特点，则如表所列的材料中，最为理想的是　碳纤维　 。 材料 技术指标 锰钢 铝合金 钛合金 碳纤维 性能（强度） 强 较弱 较强 强 密度/kg•m﹣3 7.9×103 3.0×103 4.5×103 1.6×103 ③Quaranta从静止加速100m路程的过程中可以达到的最大平均速度为　20　 m/s。 ④太阳能电池将太阳能转化为电能的最大效率为　15%　 。 【答案】见试题解答内容 【分析】（1）根据材料的分类（导体、半导体、绝缘体）和太阳能电池板的材料进行解答； （2）太阳能热水器将太阳能转化为内能，用来加热水； （3）①声音和电磁波都能传递信息； ②根据表格和要求选择三轮车的材料； ③已知路程和时间，利用v计算平均速度； ④根据电池组的功率和辐射总功率计算效率。 【解答】解：（1）太阳能电池板是由晶体态硅制成的，硅属于半导体；故选C。 （2）太阳能热水器将太阳能转化为内能，使水的温度升高； （3）①车载导航系统是利用电磁波传递信息的； ②制造强度高并且轻便的太阳能汽车时，由表格可知应选碳纤维材料； ③从静止加速100m路程的过程中可以达到的最大平均速度：v20m/s； ④太阳能电池的功率：P＝UI＝120V×10A＝1200W， 辐射功率：P总＝P0S＝1.0×103W/m2×8m2＝8.0×103W， 太阳能电池将太阳能转化为电能的最大效率：η100%＝15%。 故答案为：（1）C；（2）内；（3）①电磁波；②碳纤维；③20；④15%。 【点评】本题考查了速度的计算、热量的计算、密度计算，还涉及到了太阳能的优点、材料的分类和环境保护等，知识点较多，综合性强，难度较大。 27．近年来，我国大力推行太阳能光伏发电。细心的小科发现南方、北方居民的太阳能电池板（如图甲）倾斜角度不同。小科联系了北方的朋友，于6月22日正午，利用1米长的木杆、卷尺和绘图工具，同时开展了测量太阳高度的实践活动： （1）当日，太阳直射点在 　北回归线　 附近。 （2）图乙是他们的测绘结果，则 　图2　 （填“图1”或“图2”）是南方小科测绘的。 （3）查阅资料：太阳能电池板的倾斜角度与正午太阳高度H之和等于90°时（如图丙），太阳能的利用率最高。为了获得更大的太阳能利用率，南方太阳能电池板的倾斜角度 　小于　 （填“大于”或“小于”）北方。 （4）安装太阳能电池板时，还要考虑太阳方位。若在丽水安装太阳能电池板，最佳朝向是朝 　南　 （填“南”或“北”）。 【答案】（1）北回归线；（2）图2；（3）小于；（4）南。 【分析】（1）夏至日在6月22日前后，太阳直射北回归线； （2）当太阳直射点在北回归线附近时，纬度越接近北回归线，则太阳高度角越大； （3）对于北半球而言，北方比南方的太阳高度角大，故∠H，南方大于北方，为了获得更大的太阳能利用率，则∠α南方小于北方； （4）丽水正午太阳位于正南方向天空，阳光射向北方。 【解答】解：（1）6月22日前后是夏至日，太阳直射点在北回归线附近； （2）当太阳直射点在北回归线附近时，纬度越接近北回归线则太阳高度角越大，故图2应该是南方小科测绘的； （3）在北半球，北方比南方的太阳高度角大，故南方的∠H大于北方，为了获得更大的太阳能利用率，则南方太阳能电池板的倾斜角度小于北方； （4）由地理位置可知，丽水正午太阳位于正南方向天空，阳光射向北方，故在丽水安装太阳能电池板，最佳朝向为朝南。 故答案为：（1）北回归线；（2）图2；（3）小于；（4）南。 【点评】本题主要结合地理知识，考查了对太阳能的利用，需要我们对相关的地理知识有一定的了解。 28．在跨学科实践课上，某小组开展了“设计太阳能路灯照明系统”的项目化学习活动。下面是该小组同学交流的实践过程，请帮助他们完成下列内容： 项目分解 ①设计制作太阳能照明电路。 ②设计太阳能路灯照明系统。 项目实施 （1）小明先设计了如图甲所示的电路，连接好电路后，放到阳光下，闭合开关灯泡发光。此电路中 　太阳能板　 提供电能。 （2）考虑到太阳能板只能在白天将太阳能转化为电能，路灯晚上实现照明。因此需要此照明系统白天储能，晚上进行照明，于是增加了蓄电池和光控开关（光控开关S在明亮环境自动接b，在较暗的环境自动接c）来实现这一功能，设计电路如图乙所示。请简要说明该路灯照明系统白天和晚上的工作过程：　白天光能转换为电能存储起来，等到了晚上再将电能释放，转化为光能。　 。 项目拓展 小明家附近的一条路想要安装100盏路灯，要求路灯高6m，每晚照明时间8小时。小组同学建议安装太阳能路灯，下表是小组成员为这条路选用的路灯的元件及参数，蓄电池的电池容量是由功率和时间相乘得到。（如果功率单位用瓦特（W），时间单位用小时（h），电池的容量就为瓦特小时（Wh）） 太阳能路灯部分技术参数表 灯杆 灯杆高6m，灯臂长1m LED灯 12V/30W 太阳能板 单晶片电池板12V/70Wp 蓄电池 直流电压12V，电池容量900Wh （3）根据以上信息可知蓄电池的容量900Wh＝　3.24×106　 J，由于阴天阳光不足，太阳能电池板几乎无法给蓄电池充电，这个太阳能照明系统能够在连续阴天的情况下至少保证 　3　 天晚上的正常照明。（假设蓄电池能够释放储存的全部电能） （4）请写出相比于普通路灯，太阳能路灯的优点：　节能环保　 。（一条即可） 【答案】（1）太阳能板；（2）白天光能转换为电能然后转化为化学能存储起来，等到了晚上再将化学能转化为电能释放通过路灯转化为光能；（3）3；（4）节能环保。 【分析】阅读材料可解答前两问，第三问应用公式W＝Pt求解。 【解答】解：（1）此电路中利用太阳能发电来提供电能； （2）白天光能转换为电能然后转化为化学能存储起来，等到了晚上再将化学能转化为电能释放通过路灯转化为光能； （3）利用公式W＝Pt＝900W×1×3600s＝3.24×106J； 蓄电池供LED灯工作的时间1.08×105s＝30h， 每天照明8小时，可以使用的天数为：天＝3.75天，则至少能保证3天晚上的正常照明。 （4）太阳能是一种清洁能源，节能环保。 故答案为：（1）太阳能板；（2）白天光能转换为电能然后转化为化学能存储起来，等到了晚上再将化学能转化为电能释放通过路灯转化为光能；（3）3；（4）节能环保。 【点评】题目难度中等，需要充分理解题目中给的信息，结合物理知识求解。 五．计算题（共5小题） 29．太阳能热水器是把太阳能转化为内能的设备之一。某品牌太阳能热水器每平方米面积上每分钟平均接收3.5×104J的太阳能，该太阳能热水器集热管接受阳光照射时的有效面积是2m2，在5小时的有效照射时间内，将热水器贮水箱中体积为100L、初温为30℃的水的温度升高到50℃。[c水＝4.2×103J/（kg•℃），ρ水＝1.0×103kg/m3]求： （1）热水器中的水吸收的热量Q吸； （2）热水器5小时内接收到的太阳能E； （3）热水器的效率η。 【答案】（1）热水器中的水吸收的热量Q为8.4×106J； （2）热水器5小时内接收到的太阳能E为2.1×107J； （3）热水器的效率η为40%。 【分析】（1）根据Q吸＝cm（t﹣t0）求出水吸收的热量； （2）太阳能热水器每小时平均接受4.2×106J的太阳能，求出在5小时的有效照射时间内热水器接收到的太阳能； （3）根据η求出热水器的效率。 【解答】解：（1）由ρ可得，m水＝ρ水V水＝1.0×103kg/m3×0.1m3＝100kg， 热水器中的水吸收的热量： Q吸＝c水m水（t﹣t0）＝4.2×103J/（kg•℃）×100kg×（50℃﹣30℃）＝8.4×106J； （2）5h＝300min 热水器5小时内接收到的太阳能： E＝3.5×104J/min×300min×2m2＝2.1×107J； （3）热水器的效率： η100%100%＝40%； 答：（1）热水器中的水吸收的热量Q为8.4×106J； （2）热水器5小时内接收到的太阳能E为2.1×107J； （3）热水器的效率η为40%。 【点评】此题主要考查的是学生对热量计算公式、效率计算公式的理解和掌握，基础性题目。 30．“SmartflowerPop”是一款太阳能电池板，它能确保与日照方向始终垂直，使其吸收的太阳能最多。该电池板有自动清洁装置，使得它的工作效率比沾满灰尘的电池板更高。白天，太阳能电池发出的电直接供给家用电器工作，多余部分存储在蓄电池中。 （1）太阳能属于 　新　 能源（选填“常规”或“新”），太阳能电池将光能转化为 　电　 能。 （2）“SmartflowerPop”晚间自动清洁一次需要1h，此时的耗电功率为1kW，则自动清洁一次消耗的电能为多少焦？与多少千克的焦炭完全燃烧产生的热量相等。（焦炭的热值q＝3×107J/kg） （3）若叶片面积为25m2，白天太阳能电池接收太阳辐射的平均功率为1000W/m2，光电转化效率为20%．某日，白天家庭耗电的平均功率为4kW，蓄电池的充电效率为84%，晚上若将当天存储的电能全部转化为内能，可将60kg的水从20℃加热到68℃，求当天的日照时间为多少小时。 【答案】见试题解答内容 【分析】（1）太阳能属于新能源；太阳能电池板就是将太阳能转化为电能的装置，这种电能再以化学能的形式储存在电池中； （2）根据W＝Pt算出自动清洁一次消耗的电能，根据m算出焦炭的质量； （3）先算出白天接受的太阳辐射的平均功率，再根据光电转化效率算出电功率，根据白天家庭耗电的平均功率算出剩余的电功率再根据蓄电池的充电效率算出得到的电功率，算出水吸收的热量，根据t算出当天的日照时间。 【解答】解： （1）太阳能属于新能源；太阳能电池板将光能转化为电能； （2）根据P得 自动清洁一次消耗的电能为：W＝Pt＝1000W×3600s＝3.6×106J； 消耗的电能与焦炭完全燃烧产生的热量相等，根据Q＝mq得， 完全燃烧焦炭的质量：m0.12kg； （3）白天太阳能电池接收太阳辐射的功率为P＝P0＝1000W/m2×25m2＝25000W， 白天太阳能电池储存的电功率为P电＝P光η＝25000W×20%＝5000W； 白天剩余的功率为：P′＝P电﹣P白＝5000W﹣4000W＝1000W； 因为蓄电池的充电效率为84%，所以储存的电功率为P″＝P′×84%＝1000W×84%＝840W 水吸收的热量：Q吸＝cm（t﹣t0）＝4.2×103J/（kg•℃）×60kg×（68℃﹣20℃）＝1.2096×107J； 因为晚上电能全部转化为内能，故W＝Q吸＝1.2096×107J； 当天的日照时间为：t1.44×104s＝4h。 故答案为：（1）新；电；（2）则自动清洁一次消耗的电能为3.6×106J，与 0.12kg的焦炭完全燃烧产生的热量相等；（3）当天的日照时间为4h。 【点评】本题考查了功、功率、光电转化率的问题，是一道综合题，有一定的难度。 31．太阳能是21世纪重点开发利用的能源之一，如今太阳能热水器已走进了千家万户。如图，某家庭太阳能热水器接收太阳能总有效面积为1.5m2，1m2面积上1h接收到的太阳能平均为2.8×106J，若阳光照射该热水器8h，可以使质量为100kg的水温度升高40℃。[c水＝4.2×103J/（kg•℃）]求： （1）水吸收的热量； （2）该太阳能热水器的效率。 【答案】（1）水吸收的热量为1.68×107J； （2）该太阳能热水器的效率为50%。 【分析】（1）已知水的比热容、质量和升高的温度，利用Q吸＝cmΔt求出水吸收的热量； （2）已知太阳能热水器的受热面积、光照时间和每小时获得的热量，可以得到太阳能热水器每天获得的太阳能，水吸收的热量与太阳能之比是热水器的效率。 【解答】解：（1）水吸收的热量为： Q吸＝c水m水Δt＝4.2×103J/（kg•℃）×100kg×40℃＝1.68×107J； （2）该太阳能热水器8h接收到的太阳能为： ， 该太阳能热水器的效率 。 答：（1）水吸收的热量为1.68×107J； （2）该太阳能热水器的效率为50%。 【点评】此题是一道关于热量及效率的综合题，关键是公式及变形公式的灵活应用，体现了物理知识与现实生活的密切联系。 32．为了倡导低碳生活，太阳能热水器被广泛应用于现代生活。表格提供的是一装满水的太阳能热水器的相关信息： 太阳照射时间/h 太阳能转换为水的内能的效率 热水器最大水容量/L 10 50% 100 水升高的温度/℃ 水的比热容/J•（kg•℃）﹣1 水的密度/kg•m3 60 4.2×103 1.0×103 请根据上表信息，通过计算回答问题： （1）热水器中的水吸收的热量为多少？ （2）热水器平均1h所接收的太阳能（E）约为多少？ 【答案】（1）热水器中的水吸收的热量是2.52×107J。 （2）热水器平均1h所接收的太阳能是5.04×106J 【分析】（1）先利用密度公式根据水的体积求出热水器中水的质量，再用公式Q＝cmΔt即可求出水吸收的热量； （2）先由效率公式求出热水器共接收到的太阳能，再根据太阳照射时间求出平均每小时接收的太阳能。 【解答】解：（1）热水器中水的质量m＝ρV＝1.0×103kg/m3×100×10﹣3m3＝100kg。 热水器中的水吸收的热量Q＝cmΔt＝4.2×103J/（kg•℃）×100kg×60℃＝2.52×107J。 （2）热水器接收的太阳能E总； 热水器平均1h所接收的太阳能E。 故答案为：（1）热水器中的水吸收的热量是2.52×107J。 （2）热水器平均1h所接收的太阳能是5.04×106J 【点评】本题考查了吸热公式和效率，要注意根据水的体积先求出水的质量。 33．为了测量某太阳能热水器垂直于太阳光的表面上每平方米每秒接收到的太阳能，童童和同组的同学做了以下实验。控制太阳能热水器接受太阳光垂直照射的面积始终为3平方米。经过145分50秒，该太阳能热水器使质量为100kg初温为20℃的水温度升至45℃。[c水＝4.2×103J/（kg•℃）]则： （1）在这个过程中水吸收的热量是多少？ （2）已知这个太阳能热水器吸收太阳能的效率为50%。太阳能热水器在这一过程中接收的太阳能为多少？ （3）这个太阳能热水器垂直于太阳光的表面上每平方米每秒接收到的太阳能是多少？ 【答案】（1）在这个过程中水吸收的热量是1.05×107J； （2）已知这个太阳能热水器吸收太阳能的效率为50%。太阳能热水器在这一过程中接收的太阳能为2.1×107J； （3）这个太阳能热水器垂直于太阳光的表面上每平方米每秒接收到的太阳能是800J。 【分析】（1）已知水的质量、比热容、初温和末温，根据Q吸＝cm（t﹣t0）可以求出水所吸收的热量； （2）根据效率公式求出太阳能热水器在这一过程中接收的太阳能； （3）已知总面积、吸热时间和吸收的太阳能，直接计算出1m2表面上，每秒钟接收到的太阳能。 【解答】解：（1）水吸收的热量：Q吸＝c水m（t﹣t0）＝4.2×103J/（kg•℃）×100kg×（45℃﹣20℃）＝1.05×107J； （2）由η可知，太阳能热水器在这一过程中接收的太阳能：E2.1×107J； （3）吸热时间t′＝145min50s＝8750s， 根据题意可知，垂直于太阳光的1m2表面上，每秒钟接受到的太阳能：E0800J。 答：（1）在这个过程中水吸收的热量是1.05×107J； （2）已知这个太阳能热水器吸收太阳能的效率为50%。太阳能热水器在这一过程中接收的太阳能为2.1×107J； （3）这个太阳能热水器垂直于太阳光的表面上每平方米每秒接收到的太阳能是800J。 【点评】本题考查吸热公式、效率公式以及对太阳能的利用和开发，是一道综合题，难度不大。 六．综合能力题（共4小题） 34．阅读短文，回答问题。 太空能量“供应商”——太阳能电池帆板 太阳能电池帆板（简称“电池板”）是为各类太空飞行器提供能源的装置，被称为太空能量“供应商”。电池板通常装有“向日器”，有了“向日器”，电池板就像向日葵一样迎着太阳转动。某兴趣小组为了研究影响太阳能电池产生电流大小的因素，他们用材料相同、面积分别为S和S'（S＜S'）的“电池板”进行实验，并改变电池板与光线的夹角θ，用电流表观察电流大小，实验过程如图所示。 （1）太阳能电池工作时，是把太阳能转化为 　电　 能； （2）分析比较图甲与乙可得：材料、与光线夹角相同的电池板，　面积　 越大，产生的电流越大； （3）分析比较图 　甲与丙　 可得：太阳能电池帆板安装“向日器”时，要尽量使太阳光垂直照射电池板； （4）图丁所示为我国最新“天宫”与“天和”的组合体。对太空中的组合体来说，每24个小时就有16个昼夜。每昼30分钟、每夜60分钟，30分钟面对太阳的时间，就是组合体太阳能帆板发电的时候。帆板发电时，一部分电量直接供给组合体，另一部分电量则储存在柔性砷化镓薄膜电池里，供黑夜时使用。黑夜电池在供电时是把 　化学　 能转化为 　电　 能。若组合体所在高度电池帆板每平方米接收的太阳光能量平均功率值为500W，为了保证每天能够产生8.28×108J的电能，则组合体电池帆板的总面积至少为 　250　 m2（太阳能电池效率为23%）。 【答案】（1）电；（2）面积；（3）甲与丙；（4）化学；电；250。 【分析】（1）太阳能电池是把太阳能转化为电能的装置； （2）分析比较图甲与乙中相同的物理量和不同的物理量，然后比较电流表的示数得出结论； （3）要得出太阳能电池帆板安装“向日器”时电池板与光线的夹角关系，应控制其它变量不变，改变夹角的大小，据此进行解答； （4）电池板是电源的一种，它在对外供电的时候是把化学能转化为电能；知道获得的电能和太阳能电池效率可求获得的太阳能；知道每平方米接收的太阳光能量平均功率值为500W，可得每秒每平方米接收的太阳光能量平均值为500J，每天以8小时计算，可求太阳能电池的最小总面积。 【解答】解：（1）太阳能电池工作时，是把太阳能转化为电能； （2）分析比较图甲与乙可知，电池板的材料、与阳光夹角相同，乙的面积大，电流表的示数大，即产生的电流大， 故可以得出结论：材料与阳光夹角相同的电池板，面积越大，产生的电流越大； （3）分析比较图甲与丙可知，电池板的材料、面积相同，甲与阳光的夹角大，电流表的示数大，即产生的电流大， 据此可知，太阳能电池帆板安装“向日器”时，要尽量使太阳光垂直照射电池板； （4）电池板在供电时是把化学能转化为电能； 由η100%可得，太阳能电池板获得的太阳能： E3.6×109J； 由题意知，每平方米接收的太阳光能量平均功率值为500W，则每秒每平方米接收的太阳光能量平均值为500J，每天的日照时间为16×0.5h＝8h，机翼的太阳能电池的最小总面积： S250m2。 故答案为：（1）电；（2）面积；（3）甲与丙；（4）化学；电；250。 【点评】本题为影响太阳能电池产生电流大小因素的探究实验，控制变量法、效率公式的应用，认真审题、从中获取相关信息是关键。 35．能源问题是现代社会发展的三大基本要素之一，请回答以下问题： （1）能源家族中：①柴薪、②煤炭、③石油、④天然气、⑤水能、⑥风能、⑦太阳能、⑧地热能等，其中属于化石能源的有 　②③④　 （填序号）； （2）城区正在进行天然气工程，有人表示赞同，有人表示反对，小刚同学收集如下两组有关数据： ①根据以下数据，在一标准大气压下将2.5L，20℃水烧开，水要吸收的热量为 　8.4×105J　 ，如使用煤气，则需要 　2.1×10﹣2　 m3，价格为 　0.189　 元；如使用天然气，则需要 　1.05×10﹣2　 m3，价格为 　0.1575　 元。（水的比热容为4.2×103J/（kg•℃） ②现请你决策：　B　 （选填“A”或“B”） A．继续使用煤气 B．更换使用天然气 简单说明你作出这样决策的理由是：　理由为从长远看，更经济　 。 热值q/J•m﹣3 当地价格/元•m﹣3 每户月平均用气量/m3 更换灶具费用/元 煤气 约4×107 9 6 0 天然气 约8×107 15 3 70 【答案】见试题解答内容 【分析】（1）化石能源指的是亿万年前的大量生物经过地壳变化，被埋藏在地下，受地层压力和温度的影响，缓慢地形成的可以燃烧的矿物质，化石能源是在短时间内不能形成的能源，像煤、石油和天然气等； （2）①知道水的质量、水的比热容、水的初温和末温，利用吸热公式Q吸＝cmΔt求水吸收的热量；若烧开水用煤气、天然气作燃料，Q放＝Q吸，再利用Q放＝qV求需要煤气、天然气的体积；再计算出价格； ②从表中信息可以看出，每户每月的用气量和价格，计算出每月的支出、更换器具费用，比较即可得出决策。 【解答】解： （1）属于化石能源的有煤、石油、天然气； （2）根据密度公式，可知水的质量为：m＝ρV＝1×103kg/m3×0.0025m3＝2.5kg； 水吸收的热量：Q吸＝cmΔt＝4.2×103J/（kg•℃）×2.5kg×（100℃﹣20℃）＝8.4×105J； 由题知，Q放＝qV＝Q吸＝8.4×105J， 需要煤气的体积：V煤气0.021m3； 价格：9元/m3×0.021m3＝0.189元； 需要天然气的体积：V天然气0.0105m3； 价格：15元/m3×0.0105m3＝0.1575元； 若选A，则每月的支出是9元×6＝54元；若选B，则每月的支出是15元×3＝45元＜54元； 所以，若选A，每月的支出多，但可以不用为更新灶具投入；若选B，需要更换灶具费70元，但是从长远看更经济。 故答案为：（1）②③④；（2）①8.4×105J；2.1×10﹣2；0.189；1.05×10﹣2；0.1575；②B，理由为从长远看，更经济。 【点评】本题主要考查学生对能源的分类以及化石能源、吸热公式Q吸＝cmΔt、燃料完全燃烧放热公式Q放＝Vq的了解和掌握。通过本题的计算，让学生把学到的物理知识应用到实际生活中去，做到了学以致用！ 36．太阳能热水器是把太阳能转化为内能的设备之一。某品牌太阳能热水器每小时平均接收4.2×106J的太阳能，在5h的有效照射时间内，将热水器中质量为50kg、初温为20℃的水加热到60℃．则： （1）太阳能热水器是通过　热传递　 的方式增加了水的内能。 （2）热水器中的水吸收的热量是多少？【水的比热容为4.2×103J/（kg•℃）】 （3）太阳能热水器的效率是多少？ （4）若改用煤气来加热这些水，需要完全燃烧多少千克煤气？【煤气的热值为4×107J/kg，假设煤气燃烧放出的热量全部被水吸收】 【答案】（1）热传递；（2）热水器中的水吸收的热量是8.4×106J；（3）太阳能热水器的效率是40%；（4）改用煤气来加热这些水，需要完全燃烧0.21kg煤气。 【分析】（1）改变内能的方式有两种：做功和热传递； （2）知道水的比热容、水的初温和末温，利用吸热公式Q吸＝cm（t﹣t0）求水吸收的热量； （3）太阳能热水器每小时平均接受4.2×106J的太阳能，求出在5小时的有效照射时间内热水器接收到的太阳能；根据η求出太阳能热水器的效率； （4）煤气放出的热量等于水吸收的热量，根据Q＝mq求出完全燃烧煤气的质量。 【解答】解：（1）当太阳光入射到黑色的吸热层上时，将内能传递给管内的水，使水的内能增大，太阳能热水器是通过热传递的方式增加了水的内能； （2）水吸收的热量： Q吸＝cm（t﹣t0） ＝4.2×103J/（kg•℃）×50kg×（60℃﹣20℃） ＝8.4×106J； （3）热水器5小时内接收到的太阳能： E＝4.2×106J/h×5h＝2.1×107J； 热水器的效率： η100%100%＝40%； （4）由题知，煤气燃烧放出的热量全部被水吸收，即Q放′＝Q吸＝8.4×106J 由Q放＝mq可得完全燃烧煤气的质量： m′0.21kg； 故答案为：（1）热传递；（2）热水器中的水吸收的热量是8.4×106J；（3）太阳能热水器的效率是40%；（4）改用煤气来加热这些水，需要完全燃烧0.21kg煤气。 【点评】此题主要考查的是学生对热量计算公式、热值计算公式、效率计算公式的理解和掌握，基础性题目。 37．如图所示为一种太阳能照明灯，太阳能电池板供1只“220V 40W”的电子节能灯工作，若太阳能电池板接收太阳能的有效面积为0.3m2，该电池板平均每平方米面积上每分钟接收的太阳能约为7×104J，太阳光照一天，恰好可供电子节能灯正常工作10h，假设太阳光照射一天，不考虑天气影响，每天以8h计算，求： （1）一块太阳能电池板一天接收的太阳能是多少？ （2）太阳能照明灯利用太阳能的效率是多少？（保留1位小数） （3）该太阳能电池板每天接受的太阳能，相当于完全燃烧多少kg的煤？（煤的热值q＝3×107J/kg） 【答案】（1）一块太阳能电池板一天接收的太阳能是1.008×107J； （2）太阳能照明灯利用太阳能的效率是14.3%； （3）该太阳能电池板每天接受的太阳能，相当于完全燃烧0.336kg的煤。 【分析】（1）知道电池板平均每平方米面积上每分钟接收的太阳能，可求一块太阳能电池板一天（有效面积为0.3m2、照射8h）接收的太阳能； （2）电子节能灯正常工作的电功率等于其额定功率，知道工作时间，利用W＝Pt求灯消耗的电能W有用；太阳能照明灯利用太阳能的效率等于灯消耗的电能与接收的太阳能之比。 （3）煤完全燃烧放出的热量等于太阳能电池板一天接收的太阳能，利用Q放＝mq计算相当于完全燃烧多少kg煤。 【解答】解：（1）太阳能电池板有效面积为0.3m2、照射时间为8h＝8×60min＝480min， 一块太阳能电池板一天收集的太阳能： E＝7×104J/（min•m2）×480min×0.3m2＝1.008×107J； （2）电子节能灯正常工作的电功率P＝P额＝40W，工作时间t＝10h＝10×3600s＝36000s， 消耗的电能： W电＝Pt＝40W×36000s＝1.44×106 J； 太阳能照明灯利用太阳能的效率： η100%100%≈14.3%； （3）煤完全燃烧放出的热量： Q放＝E＝1.008×107J， 由Q放＝mq得煤的质量： m煤0.336kg。 答：（1）一块太阳能电池板一天接收的太阳能是1.008×107J； （2）太阳能照明灯利用太阳能的效率是14.3%； （3）该太阳能电池板每天接受的太阳能，相当于完全燃烧0.336kg的煤。 【点评】本题考查了接收太阳能、消耗电能、利用太阳能的效率的计算，以及燃料完全燃烧放热公式的应用，利用所学知识解决实际问题（新开发的太阳能照明灯能量转化问题），加强了学生的节能意识。 第1页（共1页） 学科网（北京）股份有限公司 $$