第二十一章 能源、材料与社会（举一反三复习讲义）物理沪科版2024九年级全一册

第二十一章 能源、材料与社会 目录 【单元目标聚焦·明核心】.........................................................1 【知识图谱梳理·固基础】.........................................................2 【教材要点精析·夯重点】.........................................................2 【考点题型突破·拓思维】.........................................................3 考点1. 能量的转化与守恒........................................................3 考点2. 能源的开发与利用........................................................5 考点3. 材料的利用与开发........................................................6 【分层阶梯训练·提能力】.......................................................8 基础巩固通关测.................................................................8 能力提升进阶练................................................................16 初中物理课程标准对本单元目标要求如下（表格形式呈现）： 课标要求 1.通过实验，认识能量可以从一个物体转移到其他物体, 不同形式的能量可以相互转化。列举生活中能量转移和转化的实例。 2.知道能量守恒定律。列举日常生活中能量守恒的实例。有用能量转化与守恒的观点分析问题的意识。 3.从能量转化和转移的角度认识效率。 4.列举能量转化和转移具有方向性的常见实例。 5.列举常见的不可再生能源和可再生能源。 6.知道核能的特点和核能利用可能带来的问题。了解处理核废料的常用方法。 7.从能源开发与利用的角度体会可持续发展的重要性。了解太阳能、风能、氢能等能源的开发对可持续发展的意义。 8.结合实例，了解一些新材料的特点及其应用。了解新材料的研发与应用对社会发展的影响。例如：了解半导体、超导体的主要特点，展望超导体应用对社会发展的影响。了解纳米材料等新型材料的主要特点，以及这些新材料技术的应用对社会发展的影响。 本单元思维导图（框架图形式呈现）： 本单元重要考点、考点解读 易错点总结归纳（表格形式呈现）： 重要考点 考点解读 易错点 易错点解读 能量的转化与守恒 1.能量的转移与转化 2.能量守恒定律 3.能量转移与转化的方向 4.能量转移和转化效率 区分转移和转化，不能模糊 1. 能量的转移：同种形式的能量在不同物体之间或同一物体的不同部分之间发生转移，称为能量的转移。 2. 能量的转化：自然界中，能量不但可以从一个物体转移到其他物体，而且可以从一种形式转化为其他形式。 （1）能量转化的过程是一种形式的能转化为其他形式的能的过程。（2）不同形式的能量可以在一定条件下相互转化。 能源的开发与利用. 1.能源与社会 2.能源与环境 3.开发新能源 对能源分类要清晰 材料的利用与开发 1.材料与社会 2.材料的导电性 3.开发新新材料 记忆材料特性表格化 考点1. 能量的转化与守恒 【例题1】 （2025山东省）2025年1月，中国“人造太阳”——全超导托卡马克核聚变实验装置实现1亿摄氏度高温下1066秒的稳态运行。在核聚变过程中核能转化为内能，但内能却不能自发地转化为核能。说明能量的转化具有____性；在能量转化和转移的过程中，能量的总量保持____。 【答案】 方向 守恒 【解析】由题意可知，核能转化为内能的过程不能自发逆向进行，说明能量转化具有方向性，即某些转化需要特定条件。 根据能量守恒定律，无论能量如何转化或转移，其总量始终守恒即保持不变。 【变式1-1】 仿照例子，写出下列过程中能量转化或转移的情况. 例子：使用充电器为手机充电：电能转化为化学能. （1）燃料燃烧：　 　. （2）壶中的水沸腾时，壶盖不断地跳动：　 　. （3）滑滑梯时，臀部会发烫：　 　. （4）风力发电机发电：　 　. （5）植物进行光合作用：　 　. 【答案】见解析 【解析】（1）燃料燃烧是化学能转化为内能。 （2）壶中的水沸腾时，壶盖不断地跳动属于内能转化为机械能。 （3）滑滑梯时，臀部会发烫是机械能转化为内能。 （4）风力发电机发电是机械能转化为电能。 （5）植物进行光合作用是光能转化为化学能。　 【变式1-2】在各种形式的能量相互转化的过程中,下列说法中正确的是（ ） A.机械能一定守恒 B.每种形式的能量都是守恒的 C.各种形式的能的总量守恒 D.只有机械能转化为内能才守恒 【答案】C 【解析】如果只有动能和势能的相互转化,机械能守恒,如果存在其他形式的力做功(如摩擦力、空气阻力等),机械能就会发生变化,转化为其他形式的能(如内能),A错误; 能量有多种形式,如机械能、内能、电能、化学能等,它们之间可以相互转化。但是,并不是每种形式的能量都单独守恒,而是各种形式的能的总量守恒,B错误,C正确; 能量守恒定律适用于所有形式的能量转化和转移,不仅仅是机械能转化为内能,D错误。故选C。 【变式1-3】下列关于能量转移和转化的方向性的说法中,不正确的是（ ） A.在自然界中不是所有能量都能利用 B.能量的利用是有条件的,也是有代价的 C.不同温度的物体发生热传递时,热传递的方向只能从高温物体到低温物体,不会相反 D.汽车刹车时,车的动能转化为内能,这些内能可以自动收集起来,再作为车行驶的动力 【答案】D 【解析】 在自然界中不是所有能量都能利用,例如雷电带来的能量,还不能被人类所利用,A正确,不符合题意;能量的利用是有条件的,也是有代价的,例如利用核能来发电,一旦核泄漏,造成的后果将不堪设想,B正确,不符合题意; 热量可以自发地从高温物体传递给低温物体,但却不能自发地从低温物体传递到高温物体,说明能量转移具有方向性,C正确,不符合题意; 汽车刹车时,车的动能转化为内能,内能不可以自动地收集起来转化为机械能,说明能量转化具有方向性,D错误,符合题意。故选D。 考点2. 能源的开发与利用 【例题2】（2025江苏苏州） 下列属于可再生能源的是（　　） A. 煤 B. 太阳能 C. 石油 D. 天然气 【答案】B 【解析】ACD．煤、石油和天然气在短期内自然界无法得到补充的，故这些能源是不可再生能源，故ACD不符合题意。 B．太阳能是能够源源不断的从自然界得到的能源，是可再生能源，故B符合题意。故选B。 【变式2-1】为了推动风能开发利用，我国规划“十四五”期间风力发电量实现翻倍。风能属于（　　） A. 可再生的清洁能源 B. 不可再生的清洁能源 C. 可再生的非清洁能源 D. 不可再生的非清洁能源 【答案】A 【解析】风能作为一种从自然界直接获取的能源，清洁无污染且可以再生更新、被人类反复利用，属于可再生的清洁能源，故A符合题意，BCD不符合题意。故选A。 【变式2-2】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 【解析】A．火力发电主要利用煤、石油、天然气等化石燃料燃烧时产生的热能来发电，会排放大量的二氧化碳，故A符合题意； B．水力发电是利用水的动能和势能来发电，不会排放二氧化碳，故B不符合题意； C．风力发电是利用风力带动风车叶片旋转，再透过增速机将旋转的速度提升，来促使发电机发电，不会排放二氧化碳，故C不符合题意； D．光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术，不会排放二氧化碳，故D不符合题意。故选A。 【变式2-3】我国发布了“十四五”可再生能源发展规划，确立了到2025年实现可再生能源年发电量达到3.3万亿千瓦时的目标，为此需要逐步减少（　　） A. 煤炭、天然气发电 B. 太阳能、风力发电 C. 海水涨落的潮汐发电 D. 水力发电 【答案】A 【解析】能源按能否可再生分为可再生能源和不可再生能源。其中，太阳能、风能、潮汐能、水能等属于可再生能源，而煤炭、天然气属于不可再生能源，提高利用可再生能源发电的比例，需减小利用不可再生能源发电的比例，故A符合题意，BCD不符合题意。故选A。 考点3. 材料的利用与开发 【例题3】（2025山东威海）为应对低温环境，中国第五座南极科考站秦岭站主楼外墙采用了30cm厚的聚苯乙烯泡沫作为保温材料，如图所示。下列物品应用材料的性质与其不同的是（　　） A. 羽绒服——鹅绒 B. 暖水瓶塞——软木 C. 铁锅——铁 D. 冰箱壁填充物——发泡棉 【答案】C 【解析】中国第五座南极科考站秦岭站主楼外墙采用了30cm厚的聚苯乙烯泡沫作为保温材料，说明聚苯乙烯泡沫导热性差。 A．羽绒服中的鹅绒是一种天然保温材料，它的导热性差，故A不符合题意； B．暖水瓶塞通常用软木制成，软木也是一种保温材料，它的导热性差，故B不符合题意； C．铁锅的材料是铁，铁是一种金属，它的导热性好，故C符合题意； D．冰箱壁填充物通常采用发泡棉（如聚氨酯泡沫），是一种保温材料，用于阻止外界热量传入冰箱内部，它的导热性差，故D不符合题意。故选C。 【变式3-1】数千年来，寻找和开发新材料造福社会是人类的核心追求之一、半导体材料的应用促进科技日新月异的发展，这意味着人类已经步入了（　　） A. 石器时代 B. 青铜器时代 C. 铁器时代 D. “硅器”时代 【答案】D 【解析】A．石器时代表示当时人们是使用石器为主，故A不符合题意； B．青铜器时代表示人们是使用青铜器为标志，故B不符合题意； C．铁器时代表示人们是使用铁器为标志，故C不符合题意； D．“硅器”时代，指的是人们使用半导体材料为标志，故D符合题意。故选D。 【变式3-2】 石墨烯又称单层墨，它仅由一层碳原子组成，具有许多奇特的属性，包括极强的拉力，优良的导电性和导热性，硬度最大，熔点超过3000℃等，这种高新材料有可能代替硅成为新的半导体材料。发现石墨烯的两位俄裔科学家因此获2010年诺贝尔物理学奖。根据石墨烯的特性，你认为石墨烯不能用来制成 ( ) A．高压输电线 B．坚韧的防弹衣 C．发光二极管 D．保温隔热材料 【答案】D 【解析】由于石墨烯具有优良的导电性和导热性，所以可以利用石墨烯制成高压输电线； 石墨烯有极强的拉力，硬度最大，所以可以制成坚韧的防弹衣； 石墨烯这种高新材料有可能代替硅成为新的半导体材料，因此可以用来制成发光二极管； 根据石墨烯优良的导热性，不能用来制成保温隔热材料。故D符合题意为答案。 【变式3-3】北京冬奥会颁奖礼仪服的内胆添加“神秘材料”——石墨烯，只要衣服某一处加热，石墨烯 复合材料就能把热量均匀传递到全身，薄薄一层，就能抵御的低温。由此可知，石墨烯具有很好 的（　　） A. 延展性 B. 导热性 C. 磁性 D. 弹性 【答案】B 【解析】根据题意知道“只要衣服某一处加热，石墨烯复合材料就能把热量均匀传递到全身”，说明石墨烯具有良好的导热性，故B符合题意。故选B。 基础巩固通关测 一、选择题（本大题有10小题，每小题4分，共40分） 1.科学家们经过长期探索,发现能量转化是非常普遍的。下列关于能的转化描述错误的是（ ） A.摩擦生热,机械能转化为内能 B.电动机把水抽到高处,电能转化为机械能 C.植物进行光合作用,太阳能转化为电能 D.水轮机带动发电机发电,机械能转化为电能 【答案】C 【解析】摩擦生热时,克服摩擦做功,机械能转化为内能,A正确; 电动机把水抽到高处,电能转化为机械能,B正确; 植物进行光合作用,太阳能转化为化学能,C错误; 水轮机带动发电机发电,机械能转化为电能,D正确。故选C。 2.下列事例中,属于能量转移的是（ ） A.两手相互搓一搓,手心发热 B.水沸腾后,壶盖被水蒸气顶起 C.用嘴对手心吹气,手心变热 D.流星与空气摩擦,发光发热 【答案】C 【解析】两手相互搓一搓,手心发热,是做功改变了物体的内能,是能量的转化过程,A不符合题意;水沸腾后,壶盖被水蒸气顶起,是水蒸气对壶盖做功,内能转化为机械能,是能量的转化过程,B不符合题意;用嘴对手心吹气,手心变热,是嘴里吹出的热气的内能转移到了手上,热传递改变了物体的内能,是能量的转移过程,C符合题意;流星与空气摩擦,发光发热,是做功改变了物体的内能,是能量的转化过程,D不符合题意。故选C。 3.有关能量守恒定律,下列说法中正确的是（ ） A.能量守恒定律只适用于机械能与内能的相互转化 B.能量守恒定律只适用于能量转化过程 C.“摩擦生热”是创造了热,它不符合能量守恒定律 D.按照能量守恒定律,宇宙中的能量总和永远不会增减 【答案】D 【解析】能量守恒定律适用于自然界中任何形式能的相互转化,A错误； 能量守恒定律既适用于能量转化过程,又适用于能量转移过程,B错误； “摩擦生热”是将机械能转化为内能,它也是符合能量守恒定律的,C错误； 根据能量守恒定律,宇宙中的能量总和不变,D正确。故选D。 4. 各种形式的能量都不是孤立的,它们可以在一定条件下发生转化,且能量的转化是有方向的,下面几幅图按能量转化的顺序,排列正确的是（ ） A.①②③④　　　　    B.②③④① C.④③①②　　　　    D.②①③④ 【答案】C 【解析】各种形式的能量都不是孤立的,它们可以在一定条件下发生转化,且能量的转化是有方向的,地球上大多数能量都直接或间接来自太阳能,植物通过光合作用,将太阳能转化为自身的化学能,再经过地壳变动,在地质作用下,最终形成煤炭,发电厂将煤炭的化学能转化为电能,家用电器再将电能转化为其他形式的能,故四幅图中能量的转化顺序为④③①②,C正确。 5. 某路灯照明系统的太阳能电池白天将太阳能转化为电能，对蓄电池充电，晚上蓄电池对路灯供电，对下图方框中能量形式判断正确的是（　　） A. 甲是“电能” B. 乙是“太阳能” C. 丙是“电能” D. 丁是“机械能” 【答案】C 【解析】由题意可知整个过程是太阳能通过太阳能电池将太阳能转化为电能，电能通过蓄电池将电能转化为化学能储存在蓄电池中，晚上蓄电池对外放电，将化学能转化为电能供应路灯工作，路灯工作时将电能转化为光能，故C符合题意，ABD不符合题意。故选C。 6. 核电站发电流程如图所示，在核电站的发电过程中，下列所述能量转化顺序正确的是（　　） A. 核能→化学能→内能→电能 B. 核能→化学能→机械能→电能 C. 核能→内能→机械能→电能 D. 核能→机械能→内能→电能 【答案】C 【解析】核电站以核反应堆来代替火电站的锅炉，以核燃料（铀）在反应堆内进行裂变并释放出大量热能，来加热水使之变成蒸汽，蒸汽通过管路进入汽轮机，推动汽轮带动发电机发电．所以核电站的发电过程中，能量的转化是核能→内能→机械能→电能．选项C合题意． 7. （2024四川成都）三峡水电站是当今世界上装机容量最大的水电站，三峡大坝横跨长江，雄伟壮丽（如图）。下列说法正确的是（　　） A. 水力发电是将电能转化为机械能 B. 水能是一次能源，电能是二次能源 C. 利用大坝提高水位的目的是储蓄更多内能，用来发电 D. 机械能和电能可以相互转化，所以能量转化没有方向性 【答案】B 【解析】A．水力发电是将水的机械能转化为电能，故A错误； B．水能可以从自然界直接获取使用，是一次能源，而电能是由其他形式的能量转化来的，是二次能源，故B正确； C．利用大坝提高水位的目的是储蓄更多机械能，用来发电，故C错误； D．虽然机械能和电能可以相互转化，但是转化是有条件的，所以能量转化是有方向性，故D错误。 故选B。 8. 年仅24岁的成都青年曹原，解决了困扰世界物理学家多年的难题，取得了在石墨烯超导领域中的重大突破。超导材料不能用来制作（　　） A. 电热丝 B. 电磁铁 C. 电动机线圈 D. 输电导线 【答案】A 【解析】超导材料的电阻为0，根据Q=I2Rt可知，超导材料不会产生热量，故不能用来制作电热丝；可以用来制作电磁铁，使磁性更大；可以用来制作电动线圈、输电导线减小电能的损耗。故A符合题意，BCD不符合题意。 9.第24届冬奥会火炬，其外壳由碳纤维复合材料制成，质量约为同体积钢的四分之一，强度为钢的7至9倍。火炬采用氢作燃料，燃烧时温度能达到800℃，但外壳温度却不高。关于碳纤维复合材料的特性，下列说法正确的是（　　） A. 密度大 B. 硬度小 C. 导热性好 D. 耐高温 【答案】D 【解析】A．碳纤维质量约为同体积钢质量的四分之一，说明碳纤维具有密度小的特点，故A错误； B．碳纤维复合材料强度为钢的7至9倍，说明碳纤维复合材料的硬度大，故B错误； CD．氢燃烧时温度能达到800℃，但外壳温度却不高，说明碳纤维复合材料的导热性差，耐高温，故C错误，D正确。故选D。 10.新材料的研发和利用极大促进了现代科技的发展，也密切影响整个人类社会生活方式的变化，下面关于各种新材料的叙述中错误的说法是（ ） A. 提到纳米材料，所指的“纳米”实际上是一种很小的微粒 B. 用超导材料制造的电子元件，可不必考虑元件的散热问题 C. 智能手机芯片等体积的微型化得益于一种纳米材料的研发 D. 计算机芯片制造所用的材料与发光二极管都是半导体材料 【答案】A 【解析】“纳米”是一个长度单位，，与原子直径的数量级差不多大； 超导材料的特点就是在温度很低时电阻为零。当电阻为零时用超导材料传输电能可以减少热损耗，用作输电导线或制作电子元件。根据焦耳定律，电热是克服电阻做功产生的。制造电子元件时，由于没有电阻，不必考虑散热问题； 半导体的导电性能介于导体和绝缘体之间。 本题主要考查学生对新型的材料的了解和掌握，是一道基础题。 A.纳米材料，纳米科学技术是现代科学技术前沿，“纳米”是一个很小的长度单位，纳米科学的研究对象是原子等微观粒子，故A错误； B.超导材料的特点就是在温度很低时电阻为零，根据焦耳定律，电热是克服电阻做功产生的。在制造电子元件时，由于其电阻为零，所以不必考虑散热问题，故B正确； C.智能手机芯片所占空间体积极小，空间尺度在纳米级，所以属于纳米材料，故C正确； D.半导体的导电性能介于导体和绝缘体之间，计算机芯片制造所用的材料与发光二极管都是半导体材料，故D正确。 二、填空题（本大题有5小题，18个空，每空2分，共36分） 11. 原子由原子核和________构成。原子核发生变化时，释放出的能量被称为核能，核能属于________（选填“可再生”或“不可再生”）能源。我国自主设计、建造的“东方超环”核反应装置用于研究如图所示的核反应，这种反应叫做核________（选填“裂”或“聚”）变。 【答案】 核外电子 不可再生 聚 【解析】原子是由带正电的原子核和带负电的核外电子构成。 核能消耗的原料是矿产资源，使用后不可能在短期内从自然界得到补充，故属于不可再生能源。 我国自主设计的“人造太阳”实验装置——东方超环，其反应原理与太阳类似，太阳是通过核聚变释放能量，所以“人造太阳”是通过核聚变释放巨大的核能。 12. 核能是一种______（选填“可再生”或“不可再生”）能源。我国在核能利用方面取得了巨大成就，其中具有完全自主知识产权的“华龙一号”核电站是通过______（选填“核裂变”或“核聚变”）发电；中国“人造太阳”——大型核实验装置“东方超环”是通过______（选填“核裂变”或“核聚变”）释放巨大的能量。 【答案】 不可再生 核裂变 核聚变 【解析】核能一旦消耗就很难再生的能源，故属于不可再生能源。 核电站可以通过获取核能，来缓解能源危机。它的原理是通过核裂变来获得核能进行的。目前核聚变技术尚不成熟。 “东方超环”的反应原理与太阳类似，即通过轻核聚变释放巨大的核能。 13. 记忆合金的主要成分是 和 ，它的物理性质是当温度达到一定的数值时材料内部的 结构会发生变化，从而导致了 的变化。 【答案】镍 钛， 晶体， 形状。 【解析】（1）形状记忆合金:形状记忆合金：加热后能随意拉长和扭曲，冷却后形状不变；再次加热可恢复到原来形状。  （2）主要成分是：镍和钛；  （3）物理特性：当温度达到某一数值时，材料内部的晶体结构会发生变化，从而导致了外形的变化.  14. “三峡引领号”——全球首台抗台风型漂浮式海上风电机组及基础平台，是引领我国海上风电行业走向深海的重大成果。 （1）风能是______（填“可再生”或“不可再生”）能源。风力发电将空气的______能转化为电能，电能是______次能源； （2）“三峡引领号”与北斗系统建立关联，利用______（填“超声波”或“电磁波”）向工作人员传递平台运动的动态信息。当海上风速变大时，应______（填“增加”或“减少”）平台内水仓中水的质量，使平台下沉一些，保持平台稳定。给“三峡引领号”风力发电机安装消声器，通过防止噪声______来降低噪声； （3）当风速为v时，风力发电机的发电功率为1200kW，风力发电机叶片转动一圈的发电量为2.5kW·h，则风力发电机叶片的转速为每分钟转动______圈；若风力发电机叶片的转速与风速成正比，风力发电机的发电功率与风速的三次方成正比，则当风速为2v时，风力发电机叶片转动一圈的发电量为______kW·h。 【答案】 （1）可再生 机械 二 （2） 电磁波 增加 产生 （3）8 10 【解析】（1）风能是能够源源不断的从自然界得到的能源，属于可再生能源；风力发电时，空气流动带动扇叶转动，将空气的机械能转化为电能；电能不能够从自然界直接获取，需要由一次能源转化而来，属于二次能源。 （2）电磁波可以传递信息，电磁波可以在真空中传播，北斗系统是通过电磁波传递信息。 使平台下沉一些，排开液体体积增大，则浮力增大，根据漂浮时，浮力等于重力，故重力增大，即需增加平台内水仓中水的质量。 控制噪声的方法：声源处（防止噪声产生）；传播过程中（阻断噪声传播）；人耳处（防止噪声进入人耳）；风力发电机安装消声器，通过防止噪声产生来降低噪声。 （3）风力发电机工作1分钟发电量为 若风力发电机叶片的转速与风速成正比，当风速为2v时，转速为每分钟转动2×8圈，即n'=16圈；风力发电机的发电功率与风速的三次方成正比，当风速为2v时，风力发电机的发电功率为8×1200kW，即9600kW；则一分钟发电量为 三、综合能力题（本大题有2小题，共24分） 15. （9分）阅读理解题 石墨烯—改变世界的神奇新材料 一片碳，看似普通，厚度为单个原子，却使两位科学家海姆和诺沃肖洛夫赢得2010年度诺贝尔物理学奖。这种全新材料名为“石墨烯”。 石墨烯不仅“最簿、最强”，作为电导体，它和铜有着一样出色的导电性；作为热导体，它比目前任何其他材料的导热效果都好。利用石墨烯，科学家能够研发一系列具有特殊性质的新材料。比如，石墨烯晶体管的传输速度远远超过目前的硅晶体管，因此有希望应用于全新超级计算机的研发；石墨烯还可以用于制造触摸屏、发光板，甚至太阳能电池。如果和其他材料混合，石墨烯还可用于制造更耐热、更结实的电导体，从而使新材料更薄、更轻、更富有弹性，从柔性电子产品到智能服装，从超轻型飞机材料到防弹衣，甚至未来的太空电梯都可以以石墨烯为原料。因此其应用前景十分广阔。 （1）这种新材料属于 （填“导体”或“绝缘体”）。 （2）石墨烯应用于超级计算机的研发，是因为 。 （3）石墨烯的应用领域十分广泛，请你从材料中找出两例 。 【答案】（1）导体。（2）石墨烯晶体管的传输速度远远超过目前的硅晶体管。（3）柔性电子产品、智能服装、超轻型飞机材料、防弹衣、太空电梯等。 【解析】本题是考查新材料的特点及其应用。通过阅读能认识到新材料的发展和应用正在改变着人们的生活方式，提高了我们的生活质量，促进了社会的进步和发展。能正确理解短文含义，在短文中就能找到正确答案。考查的目标属于知识领域中的“了解”水平。 16. （15分）6月5日是世界环境日，为了创造美好的生活环境，我国逐步推广风力发电取代火力发电，实现生态文明建设新环境。下图是某风力发电机正在发电，其发电功率为。 （1）若用密度为的铝合金材料制作风车的桨叶，所用材料的体积为，计算需用材料的质量。 （2）计算该风力发电机工作10s的发电量（）。 （3）若风车10s获得的风能（）为，请计算利用此风车发电时风能的利用率（）。 【答案】（1）；（2）；（3）10% 【解析】（1）由可得需用材料的质量 （2）由可得该风力发电机工作10s的发电量 （3）风能利用率 答：（1）需用材料的质量为； （2）风力发电机工作10s的发电量为； （3）风车发电时风能的利用率为10%。 能力提升进阶练 1.如图所示是不同形式的能量的相互转化图,下列说法不正确的是（ ） A.序号①的实例可以是“炙手可热”和“钻木取火” B.序号②的实例可以是电动机带动水泵把水送到高处 C.序号③的实例可以是植物吸收太阳光进行光合作用 D.序号④的实例可以是将塑料尺在头发上摩擦后带电 【答案】A 【解析】“炙手可热”属于热传递改变内能,是能量的转移,“钻木取火”属于克服摩擦做功,将机械能转化为内能,所以序号①的实例可以是“钻木取火”,但不能是“炙手可热”, A错误;电动机带动水泵把水送到高处是将电能转化为机械能,所以序号②的实例可以是电动机带动水泵把水送到高处, B正确;植物吸收太阳光进行光合作用是将光能转化为化学能,所以序号③的实例可以是植物吸收太阳光进行光合作用, C正确;将塑料尺在头发上摩擦后带电是将机械能转化为电能,所以序号④的实例可以是将塑料尺在头发上摩擦后带电, D正确。故选A。 2. （2025湖南省）输电线路大范围覆冰给工业生产和日常生活带来了许多困扰。目前常用大电流通过导线产生的热量融冰，这是利用电流的___________效应；还可以在线路表面涂上光热材料，吸收太阳辐射融冰，其中太阳能属于___________再生能源。 【答案】 热 可 【解析】[1]当电流通过导体时，由于电阻的存在，电能会转化为内能，导致导体温度升高，这就是电流的热效应，故利用电流的热效应用于融冰。 [2]太阳能可以源源不断获得且无污染，属于清洁、可持续的能源，因此是可再生能源。 3.（2025湖北省）使用下列燃料符合低碳生活理念的是（　　） A. 石油 B. 煤炭 C. 木柴 D. 氢燃料 【答案】D 【解析】低碳生活的核心是减少二氧化碳（CO2）等温室气体的排放，以缓解全球变暖。因此需要选择燃烧后 不产生或极少产生二氧化碳的燃料。 A．石油属于化石燃料，燃烧会释放大量二氧化碳（如汽油、柴油），不符合低碳理念，故A不符合题意； B．煤炭同样是化石燃料，燃烧时二氧化碳，排放量极高，且产生其他污染物（如二氧化硫），故B不符合题意； C．木柴虽然可再生，但燃烧会释放二氧化碳（木材中的碳元素与氧气结合），并可能导致森林砍伐，加剧碳排放，故C不符合题意； D．氢燃料燃烧产物仅为水，不产生任何二氧化碳。若氢气通过可再生能源（如太阳能、风能电解水）制备，则全生命周期接近“零碳排放”是当前清洁能源技术的重点发展方向（如氢能源汽车），故D符合题意。 故选D。 4. （2025江苏连云港）下图为某核电站的发电流程图，关于核电站发电的过程，下列说法正确的是（　　） A. 核反应堆中，发生的是核裂变 B. 核反应堆中，将核能转化为电能 C. 汽轮机工作时，将内能转化为电能 D. 发电机工作时，将内能转化为电能 【答案】A 【解析】A．利用核能的方式是核裂变和核聚变，核反应堆中，发生的是核裂变，故A正确； B．核反应堆中，将核能转化为内能，故B错误； C．汽轮机工作时，将内能转化为机械能，故C错误； D．发电机工作时，将机械能转化为电能，故D错误。故选A。 5. 21世纪人类社会正面临“能源危机”。节约能源，从我做起，下列说法正确的是（　　） A. 煤、石油、天然气属于可再生能源 B. 电视机在特机状态下不消耗电能 C. 太阳的惊人能量来自核聚变 D. 核电站的废水可直接排入大海 【答案】C 【解析】A．煤、石油、天然气都属于不可再生能源，故A错误； B．电视机在待机状态下也会消耗电能，故B错误； C．太阳的惊人能量来自核聚变，故C正确； D．核电站的废水具有核辐射，直接排入大海会造成核污染，故D错误。故选C。 6. （2025北京）如图所示，一只太阳能草坪节能灯，由太阳能电池板、蓄电池、“6V1W”的节能灯等组成，太阳能电池板发电并将电能储存在蓄电池中，供节能灯晚间照明；该太阳能电池板接收太阳辐射的面积为，其光电转化效率（即发电效率）为20%。若在太阳能电池板接收太阳辐射的有效时间内，太阳能电池板接收太阳辐射的功率为640W。下列说法正确的是（　　） A. 太阳能是可再生能源 B. 太阳能电池板给蓄电池充电过程中将化学能转化成电能 C. 该灯的太阳能电池板发电功率为16W D. 节能灯正常发光10h消耗电能为 【答案】AD 【解析】A．太阳能可从自然界不断获得，是可再生能源，故A正确； B．太阳能电池板给蓄电池充电，是将太阳能转化的电能转化为蓄电池的化学能，故B错误； C．太阳能电池板接收太阳辐射的总功率 发电功率 故C错误； D．节能灯正常发光10h消耗电能 故D正确。故选AD。 7.下列对各个效率意义的解释中,正确的是（ ） A.某锂电池充电时的效率是99%,表示锂电池将其消耗的电能的99%转化为光能 B.某电动机工作的效率是83%,表示电动机把其消耗的电能的83%转化为内能 C.某柴油机工作的效率是35%,表示柴油机把柴油燃烧时释放的能量的35%转化为化学能 D.某电热水器工作的效率是87%,表示电热水器把其消耗的电能的87%转化为水的内能 【答案】D 【解析】有用能量和总能量的比为能量效率;某锂电池充电时的效率是99%,其意义是:该锂电池充电时可以把消耗电能的99%转化为化学能,A错误; 某电动机工作的效率是83%,其意义是:该电动机可以把消耗的电能的83%转化为机械能,B错误; 某柴油机工作的效率是35%,其意义是:该柴油机可以把燃料完全燃烧所放出的热量的35%转化为机械能,C错误; 某电热水器工作的效率是87%,其意义是:该电热水器可以把消耗电能的87%转化为水的内能,D正确。故选D。 8.已知某电动机的工作效率为60%,圆的面积表示输入电动机的总能量,电动机输出有用的能量用灰色底表示,工作过程中损失的能量是内能。如图中能量的形式以及大小最符合该电动机要求的是( ) 【答案】B 【解析】电动机工作时将电能转化为机械能和内能,其中机械能属于有用的能量,且占总能量的60%,所以可排除C、D选项; 题中要求有用的能量用灰色底表示,故A标注错误, 选项B中的工作效率为   =60%,灰色底为机械能,符合题意,故选B。 9. （2025长沙）信息、能源、材料并列为现代文明的三大支柱。下列说法正确的是（　　） A. 电磁波可以在真空中传播 B. 石油属于可再生能源 C. 太阳能属于化石能源 D. 超导材料可用于制作电热丝 【答案】A 【解析】A．电磁波传播不需要介质，电磁波可以在真空中传播，故A正确； B．石油短期内不能够从自然界源源不断得到补充，属于不可再生能源，故B错误； C．煤、石油、天然气属于化石能源，太阳能不是化石能源，故C错误； D．超导体的电阻为零，电流流过超导体时导体不发热，超导材料不能用来制作电热丝，故D错误。 故选A。 10. （2025江苏扬州） 《江苏省推动氢能产业高质量发展行动方案（2025—2030年）》明确重点发展可再生能源制氢。下列属于可再生能源的是（ ） A. 风能 B. 石油 C. 天然气 D. 核燃料 【答案】A 【解析】A．风能可以自然循环再生，属于可再生能源，故A符合题意； B．石油是化石燃料，形成需漫长地质时期，不可再生，故B不符合题意； C．天然气与石油类似，是化石燃料的一种，属于不可再生能源，故C不符合题意； D．核燃料（如铀）是矿物资源，储量有限，且开采后无法快速再生，属于非可再生能源。故D不符合题意。故选A。 11. （2025四川成都）能源是人类一切物质生活、社会经济发展的基础，人类社会的发展伴随着对能源的开发和利用。下列说法不正确的是（　　） A. 人类利用的能量大多由太阳能转移或转化而来 B. 核电站的能量转化是将核能直接转化为电能 C. 核裂变发电能量转化效率不能达到100% D. 太阳能、水能、风能都是可再生能源 【答案】B 【解析】A．太阳能通过光合作用、水循环、大气运动等转化为其它形式的能量，人类利用的化石能源、水能、风能等大多来源于太阳能，故A正确，不符合题意； B．核电站中，核反应堆通过核裂变释放核能，将核能转化为水的内能，蒸汽推动汽轮机将内能转化为机械能，最后发电机将机械能转化为电能，并非直接转化，故B错误，符合题意； C．任何能量转化过程都存在能量损耗（如热散失），效率不可能达到100%，故C正确，不符合题意； D．太阳能、水能、风能都可以从大自然中源源不断的获取，所以都属于可再生能源，故D正确，不符合题意。故选B。 12. （2025四川达州）近年来我国新能源汽车技术飞速发展。下列说法正确的是（　　） A. 锂电池储存的电能是一次能源 B. 电动汽车利用充电桩充电，电动汽车是用电器 C. 新能源汽车的动能回收过程是电能转化为机械能 D. 电动汽车人工智能系统所使用的芯片主要由超导材料制成 【答案】B 【解析】A．电能需要消耗一次能源才能得到，是二次能源，锂电池储存的电能是二次能源，故A错误； B．电动汽车利用充电桩充电时，需要消耗电能，电动汽车是用电器，故B正确； C．新能源汽车减速时会对动能进行回收，动能回收过程是机械能转化为电能，故C错误； D．电动汽车人工智能系统所使用的芯片主要由半导材料制成，半导体材料的导电性能介于导体和绝缘体之间，故D错误。故选B。 13. （2025云南省）能源是人类文明进步的基础和动力。关于能源，下列说法正确的是（ ） A. 太阳能属于可再生能源 B. 石油取之不尽用之不竭 C. 核电站是利用核裂变发电的 D. 风力发电的效率可以达到100% 【答案】AC 【解析】A．太阳能可以从自然界源源不断地得到，是可再生能源，故A正确； B．煤、石油、天然气是化石能源，化石能源等会越用越少，不能在短期内从自然界得到补充，是不可再生能源，故B错误； C．核电站是通过铀核裂变得到能量，是利用核裂变发电的，故C正确； D．能量的转化和转移过程，总伴随着能量损失，所以风力发电的效率不可能达到100%，故D错误。 故选AC。 14.（2025山东威海）搭载“天问二号”探测器火箭升空时，由于摩擦，部分机械能转化为空气和箭体的内能，这些消耗的能量不能再自动地被用来推动火箭，说明能量的转化具有___________；我国自主研发的“偏二甲肼”火箭燃料属于_______（选填“一次”“二次”）能源。 【答案】 方向性 二次 【解析】火箭升空时，由于摩擦，部分机械能转化为空气和箭体的内能，由于能量的转化具有方向性，这些消耗的能量不能再自动地被用来推动火箭。 我国自主研发的“偏二甲肼”火箭燃料必须通过一次能源的消耗才能得到的能源，属于二次能源。 15. （2025广西）太阳能可以从自然界源源不断地得到，它___________（选填“是”或“不是”）一种可再生能源。我国月球车在月球上利用太阳能电池将太阳能转化为___________能，供月球车使用。 【答案】 是 电 【解析】可再生能源是指在自然界中可以不断再生、永续利用的能源。太阳能可以从自然界源源不断地得到，所以它是一种可再生能源。 太阳能电池消耗太阳能，为电路提供电能，所以是将太阳能转化为电能，从而供月球车使用。 16. 风力发电机发电时,风机叶片在风力的推动下转动,然后带动发电机发电。输入风机的风能的功率为3×106 W,发电机1 h输出电能约为960 kW·h。若传动装置和齿轮箱的能量损失不计,发电机的效率为80%,则风机 的效率是___________。 【答案】40%    【解析】若风机1 h输出给发电机的能量为W,则W= ==1 200 kW·h; 输入风机的风能的功率为3×106 W=3×103 kW, 则1 h输入风机的风能为W风=3×103 kW·h; 所以风机的效率η风=×100%=×100%=40%。 17. （2025山东烟台）阅读短文，回答问题。 “返老还童”的锂电池 据央视报道，中国科学院某研究所在锂电池材料研究方面取得突破性进展，提出让锂电池“返老还童”的方法，为开发更智能、耐用的下一代锂电池提供了全新思路，有望提高电动汽车和电动航空器等的续航里程。 富锂锰基正极材料具有氧阴离子氧化还原的额外容量，其放电比容量高达300mAh/g，可将电池能量密度提升30%以上，但作为氧活性正极材料经过多次充放电后电池会出现老化现象，充电时注入的能量超过放电时释放的能量，导致富锂锰基电池使用寿命和效率大打折扣。 研究发现，对富锂锰基正极材料进行适当升温可以消除外力对材料结构的影响，使材料从无序状态恢复到更稳定、能量更低的有序结构。在升温的过程中，正极材料的原子排列变得更紧密，导致体积缩小，表现出“负热膨胀”的现象。然而对电池进行加热不够现实，科研人员进一步提出通过智能化浅充电的方式让老化的富锂锰基电池“返老还童”的新方法，让电池在不充满的条件下持续循环数次充电，可以修复材料的结构损伤，进而显著延长电池使用寿命。这一成果为电池技术进一步发展提供了科学依据。 （1）给锂电池充电时，锂电池相当于电路中的______（选填“电源”或“用电器”）； （2）文中的“负热膨胀”现象是指当温度升高时富锂锰基正极材料的体积______。未来的富锂锰基电池“返老还童”可以通过______方式来实现； （3）某电动汽车的锂电池容量为90Ah，若使用上述放电比容量的富锂锰基正极材料制作，需用______g。 【答案】（1）用电器 （2） 减小 智能化浅充电 （3）300 【解析】（1）给锂电池充电时，锂电池消耗电能，相当于电路中的用电器。 （2）在升温的过程中，正极材料的原子排列变得更紧密，导致体积缩小，表现出“负热膨胀”的现象。所以文中的“负热膨胀”现象是指当温度升高时富锂锰基正极材料的体积减小。 对电池进行加热不够现实，科研人员进一步提出通过智能化浅充电的方式让老化的富锂锰基电池“返老还童”的新方法，让电池在不充满的条件下持续循环数次充电，可以修复材料的结构损伤，进而显著延长电池使用寿命。这一成果为电池技术进一步发展提供了科学依据。所以未来的富锂锰基电池“返老还童”可以通过智能化浅充电方式来实现。 （3）富锂锰基正极材料放电比容量高达300mAh/g，则需要富锂锰基正极材料质量为 1 学科网（北京）股份有限公司 $ 第二十一章 能源、材料与社会 目录 【单元目标聚焦·明核心】.........................................................1 【知识图谱梳理·固基础】.........................................................2 【教材要点精析·夯重点】.........................................................2 【考点题型突破·拓思维】.........................................................3 考点1. 能量的转化与守恒........................................................3 考点2. 能源的开发与利用........................................................4 考点3. 材料的利用与开发........................................................5 【分层阶梯训练·提能力】.......................................................6 基础巩固通关测.................................................................6 能力提升进阶练................................................................10 初中物理课程标准对本单元目标要求如下（表格形式呈现）： 课标要求 1.通过实验，认识能量可以从一个物体转移到其他物体, 不同形式的能量可以相互转化。列举生活中能量转移和转化的实例。 2.知道能量守恒定律。列举日常生活中能量守恒的实例。有用能量转化与守恒的观点分析问题的意识。 3.从能量转化和转移的角度认识效率。 4.列举能量转化和转移具有方向性的常见实例。 5.列举常见的不可再生能源和可再生能源。 6.知道核能的特点和核能利用可能带来的问题。了解处理核废料的常用方法。 7.从能源开发与利用的角度体会可持续发展的重要性。了解太阳能、风能、氢能等能源的开发对可持续发展的意义。 8.结合实例，了解一些新材料的特点及其应用。了解新材料的研发与应用对社会发展的影响。例如：了解半导体、超导体的主要特点，展望超导体应用对社会发展的影响。了解纳米材料等新型材料的主要特点，以及这些新材料技术的应用对社会发展的影响。 本单元思维导图（框架图形式呈现）： 本单元重要考点、考点解读 易错点总结归纳（表格形式呈现）： 重要考点 考点解读 易错点 易错点解读 能量的转化与守恒 1.能量的转移与转化 2.能量守恒定律 3.能量转移与转化的方向 4.能量转移和转化效率 区分转移和转化，不能模糊 1. 能量的转移：同种形式的能量在不同物体之间或同一物体的不同部分之间发生转移，称为能量的转移。 2. 能量的转化：自然界中，能量不但可以从一个物体转移到其他物体，而且可以从一种形式转化为其他形式。 （1）能量转化的过程是一种形式的能转化为其他形式的能的过程。（2）不同形式的能量可以在一定条件下相互转化。 能源的开发与利用. 1.能源与社会 2.能源与环境 3.开发新能源 对能源分类要清晰 材料的利用与开发 1.材料与社会 2.材料的导电性 3.开发新新材料 记忆材料特性表格化 考点1. 能量的转化与守恒 【例题1】 （2025山东省）2025年1月，中国“人造太阳”——全超导托卡马克核聚变实验装置实现1亿摄氏度高温下1066秒的稳态运行。在核聚变过程中核能转化为内能，但内能却不能自发地转化为核能。说明能量的转化具有____性；在能量转化和转移的过程中，能量的总量保持____。 【答案】 方向 守恒 【解析】由题意可知，核能转化为内能的过程不能自发逆向进行，说明能量转化具有方向性，即某些转化需要特定条件。 根据能量守恒定律，无论能量如何转化或转移，其总量始终守恒即保持不变。 【变式1-1】 仿照例子，写出下列过程中能量转化或转移的情况. 例子：使用充电器为手机充电：电能转化为化学能. （1）燃料燃烧：. （2）壶中的水沸腾时，壶盖不断地跳动：. （3）滑滑梯时，臀部会发烫：. （4）风力发电机发电：. （5）植物进行光合作用：. 【变式1-2】在各种形式的能量相互转化的过程中,下列说法中正确的是（ ） A.机械能一定守恒 B.每种形式的能量都是守恒的 C.各种形式的能的总量守恒 D.只有机械能转化为内能才守恒 【变式1-3】下列关于能量转移和转化的方向性的说法中,不正确的是（ ） A.在自然界中不是所有能量都能利用 B.能量的利用是有条件的,也是有代价的 C.不同温度的物体发生热传递时,热传递的方向只能从高温物体到低温物体,不会相反 D.汽车刹车时,车的动能转化为内能,这些内能可以自动收集起来,再作为车行驶的动力 考点2. 能源的开发与利用 【例题2】（2025江苏苏州） 下列属于可再生能源的是（　　） A. 煤 B. 太阳能 C. 石油 D. 天然气 【答案】B 【解析】ACD．煤、石油和天然气在短期内自然界无法得到补充的，故这些能源是不可再生能源，故ACD不符合题意。 B．太阳能是能够源源不断的从自然界得到的能源，是可再生能源，故B符合题意。故选B。 【变式2-1】为了推动风能开发利用，我国规划“十四五”期间风力发电量实现翻倍。风能属于（　　） A. 可再生的清洁能源 B. 不可再生的清洁能源 C. 可再生的非清洁能源 D. 不可再生的非清洁能源 【变式2-2】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 【变式2-3】我国发布了“十四五”可再生能源发展规划，确立了到2025年实现可再生能源年发电量达到3.3万亿千瓦时的目标，为此需要逐步减少（　　） A. 煤炭、天然气发电 B. 太阳能、风力发电 C. 海水涨落的潮汐发电 D. 水力发电 考点3. 材料的利用与开发 【例题3】（2025山东威海）为应对低温环境，中国第五座南极科考站秦岭站主楼外墙采用了30cm厚的聚苯乙烯泡沫作为保温材料，如图所示。下列物品应用材料的性质与其不同的是（　　） A. 羽绒服——鹅绒 B. 暖水瓶塞——软木 C. 铁锅——铁 D. 冰箱壁填充物——发泡棉 【答案】C 【解析】中国第五座南极科考站秦岭站主楼外墙采用了30cm厚的聚苯乙烯泡沫作为保温材料，说明聚苯乙烯泡沫导热性差。 A．羽绒服中的鹅绒是一种天然保温材料，它的导热性差，故A不符合题意； B．暖水瓶塞通常用软木制成，软木也是一种保温材料，它的导热性差，故B不符合题意； C．铁锅的材料是铁，铁是一种金属，它的导热性好，故C符合题意； D．冰箱壁填充物通常采用发泡棉（如聚氨酯泡沫），是一种保温材料，用于阻止外界热量传入冰箱内部，它的导热性差，故D不符合题意。故选C。 【变式3-1】数千年来，寻找和开发新材料造福社会是人类的核心追求之一、半导体材料的应用促进科技日新月异的发展，这意味着人类已经步入了（　　） A. 石器时代 B. 青铜器时代 C. 铁器时代 D. “硅器”时代 【变式3-2】 石墨烯又称单层墨，它仅由一层碳原子组成，具有许多奇特的属性，包括极强的拉力，优良的导电性和导热性，硬度最大，熔点超过3000℃等，这种高新材料有可能代替硅成为新的半导体材料。发现石墨烯的两位俄裔科学家因此获2010年诺贝尔物理学奖。根据石墨烯的特性，你认为石墨烯不能用来制成 ( ) A．高压输电线 B．坚韧的防弹衣 C．发光二极管 D．保温隔热材料 【变式3-3】北京冬奥会颁奖礼仪服的内胆添加“神秘材料”——石墨烯，只要衣服某一处加热，石墨烯 复合材料就能把热量均匀传递到全身，薄薄一层，就能抵御的低温。由此可知，石墨烯具有很好 的（　　） A. 延展性 B. 导热性 C. 磁性 D. 弹性 基础巩固通关测 一、选择题（本大题有10小题，每小题4分，共40分） 1.科学家们经过长期探索,发现能量转化是非常普遍的。下列关于能的转化描述错误的是（ ） A.摩擦生热,机械能转化为内能 B.电动机把水抽到高处,电能转化为机械能 C.植物进行光合作用,太阳能转化为电能 D.水轮机带动发电机发电,机械能转化为电能 2.下列事例中,属于能量转移的是（ ） A.两手相互搓一搓,手心发热 B.水沸腾后,壶盖被水蒸气顶起 C.用嘴对手心吹气,手心变热 D.流星与空气摩擦,发光发热 3.有关能量守恒定律,下列说法中正确的是（ ） A.能量守恒定律只适用于机械能与内能的相互转化 B.能量守恒定律只适用于能量转化过程 C.“摩擦生热”是创造了热,它不符合能量守恒定律 D.按照能量守恒定律,宇宙中的能量总和永远不会增减 4. 各种形式的能量都不是孤立的,它们可以在一定条件下发生转化,且能量的转化是有方向的,下面几幅图按能量转化的顺序,排列正确的是（ ） A.①②③④　　　　    B.②③④① C.④③①②　　　　    D.②①③④ 5. 某路灯照明系统的太阳能电池白天将太阳能转化为电能，对蓄电池充电，晚上蓄电池对路灯供电，对下图方框中能量形式判断正确的是（　　） A. 甲是“电能” B. 乙是“太阳能” C. 丙是“电能” D. 丁是“机械能” 6. 核电站发电流程如图所示，在核电站的发电过程中，下列所述能量转化顺序正确的是（　　） A. 核能→化学能→内能→电能 B. 核能→化学能→机械能→电能 C. 核能→内能→机械能→电能 D. 核能→机械能→内能→电能 7. （2024四川成都）三峡水电站是当今世界上装机容量最大的水电站，三峡大坝横跨长江，雄伟壮丽（如图）。下列说法正确的是（　　） A. 水力发电是将电能转化为机械能 B. 水能是一次能源，电能是二次能源 C. 利用大坝提高水位的目的是储蓄更多内能，用来发电 D. 机械能和电能可以相互转化，所以能量转化没有方向性 8. 年仅24岁的成都青年曹原，解决了困扰世界物理学家多年的难题，取得了在石墨烯超导领域中的重大突破。超导材料不能用来制作（　　） A. 电热丝 B. 电磁铁 C. 电动机线圈 D. 输电导线 9.第24届冬奥会火炬，其外壳由碳纤维复合材料制成，质量约为同体积钢的四分之一，强度为钢的7至9倍。火炬采用氢作燃料，燃烧时温度能达到800℃，但外壳温度却不高。关于碳纤维复合材料的特性，下列说法正确的是（　　） A. 密度大 B. 硬度小 C. 导热性好 D. 耐高温 10.新材料的研发和利用极大促进了现代科技的发展，也密切影响整个人类社会生活方式的变化，下面关于各种新材料的叙述中错误的说法是（ ） A. 提到纳米材料，所指的“纳米”实际上是一种很小的微粒 B. 用超导材料制造的电子元件，可不必考虑元件的散热问题 C. 智能手机芯片等体积的微型化得益于一种纳米材料的研发 D. 计算机芯片制造所用的材料与发光二极管都是半导体材料 二、填空题（本大题有5小题，18个空，每空2分，共36分） 11. 原子由原子核和________构成。原子核发生变化时，释放出的能量被称为核能，核能属于________（选填“可再生”或“不可再生”）能源。我国自主设计、建造的“东方超环”核反应装置用于研究如图所示的核反应，这种反应叫做核________（选填“裂”或“聚”）变。 12. 核能是一种______（选填“可再生”或“不可再生”）能源。我国在核能利用方面取得了巨大成就，其中具有完全自主知识产权的“华龙一号”核电站是通过______（选填“核裂变”或“核聚变”）发电；中国“人造太阳”——大型核实验装置“东方超环”是通过______（选填“核裂变”或“核聚变”）释放巨大的能量。 13. 记忆合金的主要成分是 和 ，它的物理性质是当温度达到一定的数值时材料内部的 结构会发生变化，从而导致了 的变化。 14. “三峡引领号”——全球首台抗台风型漂浮式海上风电机组及基础平台，是引领我国海上风电行业走向深海的重大成果。 （1）风能是______（填“可再生”或“不可再生”）能源。风力发电将空气的______能转化为电能，电能是______次能源； （2）“三峡引领号”与北斗系统建立关联，利用______（填“超声波”或“电磁波”）向工作人员传递平台运动的动态信息。当海上风速变大时，应______（填“增加”或“减少”）平台内水仓中水的质量，使平台下沉一些，保持平台稳定。给“三峡引领号”风力发电机安装消声器，通过防止噪声______来降低噪声； （3）当风速为v时，风力发电机的发电功率为1200kW，风力发电机叶片转动一圈的发电量为2.5kW·h，则风力发电机叶片的转速为每分钟转动______圈；若风力发电机叶片的转速与风速成正比，风力发电机的发电功率与风速的三次方成正比，则当风速为2v时，风力发电机叶片转动一圈的发电量为______kW·h。 三、综合能力题（本大题有2小题，共24分） 15. （9分）阅读理解题 石墨烯—改变世界的神奇新材料 一片碳，看似普通，厚度为单个原子，却使两位科学家海姆和诺沃肖洛夫赢得2010年度诺贝尔物理学奖。这种全新材料名为“石墨烯”。 石墨烯不仅“最簿、最强”，作为电导体，它和铜有着一样出色的导电性；作为热导体，它比目前任何其他材料的导热效果都好。利用石墨烯，科学家能够研发一系列具有特殊性质的新材料。比如，石墨烯晶体管的传输速度远远超过目前的硅晶体管，因此有希望应用于全新超级计算机的研发；石墨烯还可以用于制造触摸屏、发光板，甚至太阳能电池。如果和其他材料混合，石墨烯还可用于制造更耐热、更结实的电导体，从而使新材料更薄、更轻、更富有弹性，从柔性电子产品到智能服装，从超轻型飞机材料到防弹衣，甚至未来的太空电梯都可以以石墨烯为原料。因此其应用前景十分广阔。 （1）这种新材料属于 （填“导体”或“绝缘体”）。 （2）石墨烯应用于超级计算机的研发，是因为 。 （3）石墨烯的应用领域十分广泛，请你从材料中找出两例 。 16. （15分）6月5日是世界环境日，为了创造美好的生活环境，我国逐步推广风力发电取代火力发电，实现生态文明建设新环境。下图是某风力发电机正在发电，其发电功率为。 （1）若用密度为的铝合金材料制作风车的桨叶，所用材料的体积为，计算需用材料的质量。 （2）计算该风力发电机工作10s的发电量（）。 （3）若风车10s获得的风能（）为，请计算利用此风车发电时风能的利用率（）。 能力提升进阶练 1.如图所示是不同形式的能量的相互转化图,下列说法不正确的是（ ） A.序号①的实例可以是“炙手可热”和“钻木取火” B.序号②的实例可以是电动机带动水泵把水送到高处 C.序号③的实例可以是植物吸收太阳光进行光合作用 D.序号④的实例可以是将塑料尺在头发上摩擦后带电 2. （2025湖南省）输电线路大范围覆冰给工业生产和日常生活带来了许多困扰。目前常用大电流通过导线产生的热量融冰，这是利用电流的___________效应；还可以在线路表面涂上光热材料，吸收太阳辐射融冰，其中太阳能属于___________再生能源。 3.（2025湖北省）使用下列燃料符合低碳生活理念的是（　　） A. 石油 B. 煤炭 C. 木柴 D. 氢燃料 4. （2025江苏连云港）下图为某核电站的发电流程图，关于核电站发电的过程，下列说法正确的是（　　） A. 核反应堆中，发生的是核裂变 B. 核反应堆中，将核能转化为电能 C. 汽轮机工作时，将内能转化为电能 D. 发电机工作时，将内能转化为电能 5. 21世纪人类社会正面临“能源危机”。节约能源，从我做起，下列说法正确的是（　　） A. 煤、石油、天然气属于可再生能源 B. 电视机在特机状态下不消耗电能 C. 太阳的惊人能量来自核聚变 D. 核电站的废水可直接排入大海 6. （2025北京）如图所示，一只太阳能草坪节能灯，由太阳能电池板、蓄电池、“6V1W”的节能灯等组成，太阳能电池板发电并将电能储存在蓄电池中，供节能灯晚间照明；该太阳能电池板接收太阳辐射的面积为，其光电转化效率（即发电效率）为20%。若在太阳能电池板接收太阳辐射的有效时间内，太阳能电池板接收太阳辐射的功率为640W。下列说法正确的是（　　） A. 太阳能是可再生能源 B. 太阳能电池板给蓄电池充电过程中将化学能转化成电能 C. 该灯的太阳能电池板发电功率为16W D. 节能灯正常发光10h消耗电能为 7.下列对各个效率意义的解释中,正确的是（ ） A.某锂电池充电时的效率是99%,表示锂电池将其消耗的电能的99%转化为光能 B.某电动机工作的效率是83%,表示电动机把其消耗的电能的83%转化为内能 C.某柴油机工作的效率是35%,表示柴油机把柴油燃烧时释放的能量的35%转化为化学能 D.某电热水器工作的效率是87%,表示电热水器把其消耗的电能的87%转化为水的内能 8.已知某电动机的工作效率为60%,圆的面积表示输入电动机的总能量,电动机输出有用的能量用灰色底表示,工作过程中损失的能量是内能。如图中能量的形式以及大小最符合该电动机要求的是( ) 9. （2025长沙）信息、能源、材料并列为现代文明的三大支柱。下列说法正确的是（　　） A. 电磁波可以在真空中传播 B. 石油属于可再生能源 C. 太阳能属于化石能源 D. 超导材料可用于制作电热丝 10. （2025江苏扬州） 《江苏省推动氢能产业高质量发展行动方案（2025—2030年）》明确重点发展可再生能源制氢。下列属于可再生能源的是（ ） A. 风能 B. 石油 C. 天然气 D. 核燃料 11. （2025四川成都）能源是人类一切物质生活、社会经济发展的基础，人类社会的发展伴随着对能源的开发和利用。下列说法不正确的是（　　） A. 人类利用的能量大多由太阳能转移或转化而来 B. 核电站的能量转化是将核能直接转化为电能 C. 核裂变发电能量转化效率不能达到100% D. 太阳能、水能、风能都是可再生能源 12. （2025四川达州）近年来我国新能源汽车技术飞速发展。下列说法正确的是（　　） A. 锂电池储存的电能是一次能源 B. 电动汽车利用充电桩充电，电动汽车是用电器 C. 新能源汽车的动能回收过程是电能转化为机械能 D. 电动汽车人工智能系统所使用的芯片主要由超导材料制成 13. （2025云南省）能源是人类文明进步的基础和动力。关于能源，下列说法正确的是（ ） A. 太阳能属于可再生能源 B. 石油取之不尽用之不竭 C. 核电站是利用核裂变发电的 D. 风力发电的效率可以达到100% 14.（2025山东威海）搭载“天问二号”探测器火箭升空时，由于摩擦，部分机械能转化为空气和箭体的内能，这些消耗的能量不能再自动地被用来推动火箭，说明能量的转化具有___________；我国自主研发的“偏二甲肼”火箭燃料属于_______（选填“一次”“二次”）能源。 15. （2025广西）太阳能可以从自然界源源不断地得到，它___________（选填“是”或“不是”）一种可再生能源。我国月球车在月球上利用太阳能电池将太阳能转化为___________能，供月球车使用。 16. 风力发电机发电时,风机叶片在风力的推动下转动,然后带动发电机发电。输入风机的风能的功率为3×106 W,发电机1 h输出电能约为960 kW·h。若传动装置和齿轮箱的能量损失不计,发电机的效率为80%,则风机的效率是___________。 17. （2025山东烟台）阅读短文，回答问题。 “返老还童”的锂电池 据央视报道，中国科学院某研究所在锂电池材料研究方面取得突破性进展，提出让锂电池“返老还童”的方法，为开发更智能、耐用的下一代锂电池提供了全新思路，有望提高电动汽车和电动航空器等的续航里程。 富锂锰基正极材料具有氧阴离子氧化还原的额外容量，其放电比容量高达300mAh/g，可将电池能量密度提升30%以上，但作为氧活性正极材料经过多次充放电后电池会出现老化现象，充电时注入的能量超过放电时释放的能量，导致富锂锰基电池使用寿命和效率大打折扣。 研究发现，对富锂锰基正极材料进行适当升温可以消除外力对材料结构的影响，使材料从无序状态恢复到更稳定、能量更低的有序结构。在升温的过程中，正极材料的原子排列变得更紧密，导致体积缩小，表现出“负热膨胀”的现象。然而对电池进行加热不够现实，科研人员进一步提出通过智能化浅充电的方式让老化的富锂锰基电池“返老还童”的新方法，让电池在不充满的条件下持续循环数次充电，可以修复材料的结构损伤，进而显著延长电池使用寿命。这一成果为电池技术进一步发展提供了科学依据。 （1）给锂电池充电时，锂电池相当于电路中的______（选填“电源”或“用电器”）； （2）文中的“负热膨胀”现象是指当温度升高时富锂锰基正极材料的体积______。未来的富锂锰基电池“返老还童”可以通过______方式来实现； （3）某电动汽车的锂电池容量为90Ah，若使用上述放电比容量的富锂锰基正极材料制作，需用______g。 1 学科网（北京）股份有限公司 $