第二十章 能源与能量守恒（知识清单）物理新教材沪粤版九年级下册

该初中物理“能源与能量守恒定律”单元知识清单全面梳理了能源分类、新能源开发、能量转化与守恒、能源环境与可持续发展等核心内容，通过思维导图、核心概念解析、关键数据应用搭建递进式学习支架。 清单以“核心考点总结+典型题型导向”构建知识体系，标注核能裂变与聚变应用差异等重难点，设计能量转化实例分析培养科学思维，结合“双碳”目标渗透科学态度与责任，助力学生高效掌握要点，为教师教学提供精准支持。

第二十章 能源与能量守恒定律（知识清单） 思维导图 20.1 能源 一、核心概念 1．能源的定义：人类社会生存和发展的基础，是能提供能量的物质资源，如煤、石油、太阳能等。 　　2．人类利用能源的历程：钻木取火（______为主要能源）→工业革命（______成为核心能源，进入“煤炭时代”）→20世纪60年代后（______广泛应用，进入“石油时代”）→21世纪（____________快速发展）。 　　3．能源的分类：按能否再生分为____________（消耗后不能再生，如煤、石油、天然气）和______（可从自然界源源不断获取，如太阳能、水能、风能）。 4．能源危机：全球能源消耗以____________为主，其储量有限，按现行使用量预计最短不足100年耗尽。 5．我国能源现状：2021年能源消耗结构中，______占比最高（56.0%）；可再生能源发电装机规模（水电、风电、光伏发电等）稳居世界______；推进能源革命，聚焦能源______、低碳、高效利用。 二、关键数据与应用 1. 我国2021年能源消耗结构：煤56.0%、石油18.5%、天然气8.9%、其他（可再生能源等）______。 2. 常见能源应用：电能是二次能源，由一次能源（可再生或不可再生）______而来，是目前使用最广的能源。 20.2 开发新能源 一、核心概念 1. 太阳能：来自太阳的光和热辐射，到达地球表面的辐射功率达kW，是清洁、可再生能源；直接利用方式包括转化为______（太阳能热水器）、______（太阳能电池）、______（太阳能制氢）。 2. 核能：原子核内部蕴藏的巨大能量，释放方式有两种——______（较重原子核裂变为较轻原子核，如铀核裂变，用于核电站、原子弹）和______（超高温下较轻原子核聚合成较重原子核，如氘和氚聚变，用于氢弹、太阳能量来源）。 3. 核电站：利用____________链式反应发电，工作流程为：核能→______→机械能→电能；我国第一座自行设计建造的核电站是______核电站，“华龙一号”核电机组已出口国外。 4. 其他新能源： 水能：可再生能源，我国______水电站是世界最大水力发电站，______水电站单机容量居世界首位。 风能：清洁可再生，我国风力发电装机规模居世界______。 海洋能：包括波浪能、潮流能等，“奋进号”潮流能发电机组是世界最大单机容量机组。 氢能：高效、干净，可作为火箭燃料（如长征五号B运载火箭），太阳能制氢是重要发展方向。 二、关键原理与注意事项 1．核裂变链式反应：中子轰击铀核→铀核裂变释放核能和中子→中子继续轰击其他铀核，持续反应；核电站通过______控制反应速度，避免失控。 2．核聚变：需______条件（千万摄氏度以上），目前尚未实现受控应用，海水中“氘”储量丰富，是未来理想能源之一。 3．核废料处理：需装入____________的金属罐，深埋地下500~1000m处置库，我国处理技术世界领先。 20.3 能量的转化与能量守恒 一、核心概念 1. 能量的形式：包括机械能、内能、光能、电能、化学能、核能等，可相互______或在物体间______。 2. 能量守恒定律：能量既不会凭空______，也不会凭空______，只能从一个物体转移到其他物体，或从一种形式转化为其他形式，总量____________；是自然界最普遍、最根本的定律之一。 3. 能量转移/转化的方向性：内能自动从______物体转移到______物体；能量转化后总有部分无法有效利用，成为“无用能量”，因此需节约能源。 4. 永动机：违背____________定律，无法实现，因为能量会有损耗，不能凭空产生。 二、关键实例与应用 1. 能量转移实例：用热水袋取暖（______转移）、电能通过输电线输送（______转移）。 2. 能量转化实例： 手机充电：______→化学能；手机放电：化学能→______。 核电站：核能→内能→______→电能。 抽水蓄能电站：夜间（电能→______）、白天（势能→______→电能），实现电能储存与调配。 20.4 能源、环境与可持续发展 一、核心概念 1. 能源与环境问题：化石燃料（煤、石油、天然气）燃烧排放____________、二氧化硫、氮氧化物等，引发____________（全球变暖）、酸雨、大气污染；工业余热导致热污染，石油泄漏污染海洋。 2. 温室效应危害：两极冰盖融化、海平面上升、生物圈平衡破坏、良田盐碱化等。 3. “双碳”目标：我国承诺2030年前实现______（碳排放达峰值），2060年前实现______（二氧化碳“零排放”）。 4. 可持续发展：倡导______能源开发、低碳环保生活（如绿色出行、使用电动汽车）、提高能源利用率，践行“绿水青山就是金山银山”理念。 二、关键措施与应用 1. 减少污染的措施：推广无铅汽油、乙醇汽油；开发风能、太阳能等清洁能源；改进能源利用技术，减少废气排放。 2. 新能源汽车：以电能、氢能等为动力，绿色低碳，我国新能源汽车市场占全球一半以上，配套充电桩逐步普及。 单元核心考点总结 能源分类：核心区分不可再生能源（煤、石油、天然气）与可再生能源（太阳能、水能等）。 新能源开发：重点掌握太阳能、核能的利用方式，核电站能量转化流程。 核心定律：能量守恒定律，理解“能量不凭空产生或消失，总量守恒”。 环境与能源：化石燃料的环境危害，“双碳”目标与可持续发展措施。 易错点：核能释放的两种方式（核裂变用于核电站，核聚变目前未受控）；能量转化的方向性（不可逆向自动完成）。 典型题型导向 概念辨析题：聚焦能源分类、核能释放方式、能量守恒定律核心内涵。考查重点为 “可再生与不可再生能源的区分”“核裂变与核聚变的应用差异”“能量转移与转化的方向性”“‘双碳’目标与可持续发展的关联”，解题关键是紧扣定义，排除易混淆点（如核电站与氢弹的能量来源、永动机的不可能性），结合能源现状与应用场景判断表述正误。 能量转化分析题：围绕生活实例、能源设备的能量流向设计。常见考点包括 “核电站、太阳能热水器、抽水蓄能电站的能量转化流程”“手机充放电、新能源汽车的能量形式变化”，解题需拆解设备工作环节，按 “初始能量→中间能量→最终能量” 的逻辑梳理，牢记核心转化链条，注意区分 “能量转移”（形式不变）与 “能量转化”（形式改变）。 应用题：结合新能源开发、环境问题与可持续发展设计。考查重点为 “太阳能、核能、风能等新能源的利用方式”“化石燃料的环境危害及应对措施”“‘双碳’目标的实现路径”，解题需联系生活实际与科技热点（如华龙一号、三峡水电站、新能源汽车），整合能源利用与环保知识，推导合理方案或分析原理。 综合判断题：跨考点融合能源分类、能量守恒、环境影响等知识。常见形式为选择题或简答题，考查对能源革命、能量定律应用、低碳生活的综合理解，解题关键是构建 “能源→能量→环境” 的关联框架，兼顾科学性与实用性，明确易错点（如核能应用的安全性、能量转化的方向性），逐一验证选项或梳理逻辑。 一、单选题 1．三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 2．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” 3．信息、能源和材料是现代文明的三大支柱。下列说法错误的是（   ） A．核电站是利用核聚变释放的能量来发电的 B．煤、石油、天然气称为化石能源，属于一次能源 C．用三颗地球同步卫星就可以实现全球通信 D．如果将超导材料应用于电能输送，就可以大大降低由电阻引起的电能损耗 4．了解能源分类对实现能源可持续发展有重要的意义。下列能源既是来自太阳辐射的能源，又属于可再生能源的一组是（　　） A．煤炭、沼气 B．石油、潮汐能 C．风能、水能 D．柴薪、天然气 二、填空题 5．如图为火箭发射的场景，火箭的燃料使用了液态氢，主要是因为它的 大，火箭发射升空时，燃料的化学能转化为 能，再转化为火箭的机械能，这个过程中火箭的机械能 （选填“守恒”或“不守恒”）。 6．在太阳内部，氢原子核在超高温下发生 （选填“聚变”或“裂变”），释放出巨大的核能。太阳能属于 （选填“可再生”或“不可再生”）能源。请写出太阳能的1个优点： 。 7．下图是某科技馆展出的名为“叶子”的小型低碳化未来汽车，汽车顶部的巨型叶子实际上是一个高效光电转换器，车子的动力由压缩空气膨胀推动活塞做功提供。光电转换器的作用实际就是把 能转化为 能，能量转化过程中，能的总量 （选填“增加”“减少”或“保持不变”）。 8．2025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 。 三、实验题 9．将一杯冰粒放在恒温环境下，其状态和温度的变化过程如图甲到图丁所示。已知 (1)上述过程发生的物态变化是 ； (2) 图杯中物质的分子无规则运动最剧烈； (3)杯中物质从乙到丙吸热为，从丙到丁吸热为，则： （选填“<”“=”或“>”）； (4)从丙到丁，水增加的内能为 J； (5)从甲到丁的过程，热量自发地从温度较高的空气传递到温度较低的杯中物质，这说明能量在转移过程中具有 性。 10．为估测LED发光二极管的发光效率，小明设计如图1装置。该装置由电路、密封箱和光照计组成，光照计是测量光照强度的仪器。电路中的小灯泡和光照计的感光器安装在密封箱内。已知：小灯泡额定电压是2.5V，正常发光时的效率为10%。 (1)小灯泡的发光效率为10%的含义是：10%输入的电能转化为 能； (2)测量小灯泡正常发光时的光照强度 ①请用笔画线代替导线，将电压表正确接入电路 ； ②闭合开关前，应将滑动变阻器的滑片移至最 端（选填“左”或“右”）； ③闭合开关，小明发现调节滑动变阻器时，电压表示数保持不变，电流表无示数。若导线及各接线柱连接完好，则电路中的灯泡可能出现了 故障； ④排除故障后，移动滑动变阻器滑片，当电压表示数调至2.5V时，电流表示数如图2所示，小灯泡的额定功率为 W。此时光照计的示数为 80lx（照度的单位为 lx）。 (3)估测 LED 发光二极管的发光效率 ①LED 发光二极管由 材料制成；（选填“超导体”“半导体”或“绝缘体”） ②将LED发光二极管固定在密封箱内，并连接合适的测量电路，改变发光二极管的亮度，当光照计的示数为80lx时，测出发光二极管两端的电压为2.5V，发光二极管中的电流为40mA，则LED发光二极管的发光效率为 。 四、计算题 11．在郑州至开封的郑开大道成为郑州大学生骑行的打卡地之后，郑州的共享单车成为了稀缺资源。共享单车是一种轻便、环保的交通工具，骑行共享单车可以缓解交通压力、节能减排。若一辆共享单车的质量为15kg，骑行时受到的阻力为总重力的0.1倍（g取，焦炭的热值）。求： (1)共享单车的电子锁工作时，需要的电能由车筐底部的太阳能电池板提供，太阳能电池板工作时是将 能转化为 能。 (2)假设质量为75kg的李同学在平直公路上以12km/h的速度匀速骑行了5h到达目的地，则李同学在骑行过程中的功率是多少？ (3)（2）中李同学的此次骑行所做的功相当于完全燃烧多少焦炭放出的热量？ 12．如图甲是一艘完全依靠太阳能驱动的船，排水量60t，船的表面安装有太阳能电池板，太阳能电池板的输出功率为1.6×105W，若接收的太阳能只用来驱动船前进。在一次航行中，从某一时刻开始，太阳能船受到水平方向的牵引力F随时间t的变化关系如图乙所示，船的运动速度v随时间t的变化关系如图丙所示。求： (1)船满载时受到的浮力； (2)第50s到第100s内牵引力所做的功； (3)第50s到第100s的运动过程中，太阳能船的效率； (4)已知太阳辐射的总功率P=4×1026W，太阳到地球的距离r=1.5×1011m，太阳光传播到达地面的过程中由于云层的反射和大气的吸收作用，大约有60%的能量损耗，太阳能电池的能量转化效率为15%，满足太阳能电池板的输出功率为1.6×105W，需要太阳能电池板的最小面积。（球表面积公式为S=4πr2，π取3.14） 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 第二十章 能源与能量守恒定律（知识清单） 思维导图 20.1 能源 一、核心概念 1．能源的定义：人类社会生存和发展的基础，是能提供能量的物质资源，如煤、石油、太阳能等。 　　2．人类利用能源的历程：钻木取火（薪柴为主要能源）→工业革命（煤炭成为核心能源，进入“煤炭时代”）→20世纪60年代后（石油广泛应用，进入“石油时代”）→21世纪（清洁能源快速发展）。 　　3．能源的分类：按能否再生分为不可再生能源（消耗后不能再生，如煤、石油、天然气）和可再生能源（可从自然界源源不断获取，如太阳能、水能、风能）。 4．能源危机：全球能源消耗以不可再生能源为主，其储量有限，按现行使用量预计最短不足100年耗尽。 5．我国能源现状：2021年能源消耗结构中，煤占比最高（56.0%）；可再生能源发电装机规模（水电、风电、光伏发电等）稳居世界第一位；推进能源革命，聚焦能源清洁、低碳、高效利用。 二、关键数据与应用 1. 我国2021年能源消耗结构：煤56.0%、石油18.5%、天然气8.9%、其他（可再生能源等）16.6%。 2. 常见能源应用：电能是二次能源，由一次能源（可再生或不可再生）转化而来，是目前使用最广的能源。 20.2 开发新能源 一、核心概念 1. 太阳能：来自太阳的光和热辐射，到达地球表面的辐射功率达kW，是清洁、可再生能源；直接利用方式包括转化为内能（太阳能热水器）、电能（太阳能电池）、化学能（太阳能制氢）。 2. 核能：原子核内部蕴藏的巨大能量，释放方式有两种——核裂变（较重原子核裂变为较轻原子核，如铀核裂变，用于核电站、原子弹）和核聚变（超高温下较轻原子核聚合成较重原子核，如氘和氚聚变，用于氢弹、太阳能量来源）。 3. 核电站：利用可控核裂变链式反应发电，工作流程为：核能→内能→机械能→电能；我国第一座自行设计建造的核电站是秦山核电站，“华龙一号”核电机组已出口国外。 4. 其他新能源： 水能：可再生能源，我国三峡水电站是世界最大水力发电站，白鹤滩水电站单机容量居世界首位。 风能：清洁可再生，我国风力发电装机规模居世界第一位。 海洋能：包括波浪能、潮流能等，“奋进号”潮流能发电机组是世界最大单机容量机组。 氢能：高效、干净，可作为火箭燃料（如长征五号B运载火箭），太阳能制氢是重要发展方向。 二、关键原理与注意事项 1．核裂变链式反应：中子轰击铀核→铀核裂变释放核能和中子→中子继续轰击其他铀核，持续反应；核电站通过控制棒控制反应速度，避免失控。 2．核聚变：需超高温条件（千万摄氏度以上），目前尚未实现受控应用，海水中“氘”储量丰富，是未来理想能源之一。 3．核废料处理：需装入屏蔽辐射的金属罐，深埋地下500~1000m处置库，我国处理技术世界领先。 20.3 能量的转化与能量守恒 一、核心概念 1. 能量的形式：包括机械能、内能、光能、电能、化学能、核能等，可相互转化或在物体间转移。 2. 能量守恒定律：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，只能从一个物体转移到其他物体，或从一种形式转化为其他形式，总量保持不变；是自然界最普遍、最根本的定律之一。 3. 能量转移/转化的方向性：内能自动从高温物体转移到低温物体；能量转化后总有部分无法有效利用，成为“无用能量”，因此需节约能源。 4. 永动机：违背能量守恒定律，无法实现，因为能量会有损耗，不能凭空产生。 二、关键实例与应用 1. 能量转移实例：用热水袋取暖（内能转移）、电能通过输电线输送（电能转移）。 2. 能量转化实例： 手机充电：电能→化学能；手机放电：化学能→电能。 核电站：核能→内能→机械能→电能。 抽水蓄能电站：夜间（电能→势能）、白天（势能→机械能→电能），实现电能储存与调配。 20.4 能源、环境与可持续发展 一、核心概念 1. 能源与环境问题：化石燃料（煤、石油、天然气）燃烧排放二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物等，引发温室效应（全球变暖）、酸雨、大气污染；工业余热导致热污染，石油泄漏污染海洋。 2. 温室效应危害：两极冰盖融化、海平面上升、生物圈平衡破坏、良田盐碱化等。 3. “双碳”目标：我国承诺2030年前实现碳达峰（碳排放达峰值），2060年前实现碳中和（二氧化碳“零排放”）。 4. 可持续发展：倡导清洁能源开发、低碳环保生活（如绿色出行、使用电动汽车）、提高能源利用率，践行“绿水青山就是金山银山”理念。 二、关键措施与应用 1. 减少污染的措施：推广无铅汽油、乙醇汽油；开发风能、太阳能等清洁能源；改进能源利用技术，减少废气排放。 2. 新能源汽车：以电能、氢能等为动力，绿色低碳，我国新能源汽车市场占全球一半以上，配套充电桩逐步普及。 单元核心考点总结 能源分类：核心区分不可再生能源（煤、石油、天然气）与可再生能源（太阳能、水能等）。 新能源开发：重点掌握太阳能、核能的利用方式，核电站能量转化流程。 核心定律：能量守恒定律，理解“能量不凭空产生或消失，总量守恒”。 环境与能源：化石燃料的环境危害，“双碳”目标与可持续发展措施。 易错点：核能释放的两种方式（核裂变用于核电站，核聚变目前未受控）；能量转化的方向性（不可逆向自动完成）。 典型题型导向 概念辨析题：聚焦能源分类、核能释放方式、能量守恒定律核心内涵。考查重点为 “可再生与不可再生能源的区分”“核裂变与核聚变的应用差异”“能量转移与转化的方向性”“‘双碳’目标与可持续发展的关联”，解题关键是紧扣定义，排除易混淆点（如核电站与氢弹的能量来源、永动机的不可能性），结合能源现状与应用场景判断表述正误。 能量转化分析题：围绕生活实例、能源设备的能量流向设计。常见考点包括 “核电站、太阳能热水器、抽水蓄能电站的能量转化流程”“手机充放电、新能源汽车的能量形式变化”，解题需拆解设备工作环节，按 “初始能量→中间能量→最终能量” 的逻辑梳理，牢记核心转化链条，注意区分 “能量转移”（形式不变）与 “能量转化”（形式改变）。 应用题：结合新能源开发、环境问题与可持续发展设计。考查重点为 “太阳能、核能、风能等新能源的利用方式”“化石燃料的环境危害及应对措施”“‘双碳’目标的实现路径”，解题需联系生活实际与科技热点（如华龙一号、三峡水电站、新能源汽车），整合能源利用与环保知识，推导合理方案或分析原理。 综合判断题：跨考点融合能源分类、能量守恒、环境影响等知识。常见形式为选择题或简答题，考查对能源革命、能量定律应用、低碳生活的综合理解，解题关键是构建 “能源→能量→环境” 的关联框架，兼顾科学性与实用性，明确易错点（如核能应用的安全性、能量转化的方向性），逐一验证选项或梳理逻辑。 一、单选题 1．三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。 2．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。 3．信息、能源和材料是现代文明的三大支柱。下列说法错误的是（   ） A．核电站是利用核聚变释放的能量来发电的 B．煤、石油、天然气称为化石能源，属于一次能源 C．用三颗地球同步卫星就可以实现全球通信 D．如果将超导材料应用于电能输送，就可以大大降低由电阻引起的电能损耗 【答案】A 【解析】A．核电站是利用核裂变释放的能量来发电的，故A错误，符合题意； B．煤、石油、天然气称为化石能源，属于一次能源，可以从自然界直接获取，故B正确，不符合题意； C．每颗卫星可以覆盖全球的三分之一，用三颗地球同步卫星就可以实现全球通信，故C正确，不符合题意； D．超导体电阻为零，不会发热，如果将超导材料应用于电能输送，就可以大大降低由电阻引起的电能损耗，故D正确，不符合题意。 故选A。 4．了解能源分类对实现能源可持续发展有重要的意义。下列能源既是来自太阳辐射的能源，又属于可再生能源的一组是（　　） A．煤炭、沼气 B．石油、潮汐能 C．风能、水能 D．柴薪、天然气 【答案】C 【解析】煤炭、石油、天然气是化石能源，是远古时期动植物的遗体在漫长的地质年代中形成的，它们是来自太阳辐射的能源，但它们是不可再生能源。柴薪、沼气、风能、水能、潮汐能是可再生能源，它们也是来自太阳辐射的能源。 故选C。 二、填空题 5．如图为火箭发射的场景，火箭的燃料使用了液态氢，主要是因为它的 大，火箭发射升空时，燃料的化学能转化为 能，再转化为火箭的机械能，这个过程中火箭的机械能 （选填“守恒”或“不守恒”）。 【答案】 热值 内 不守恒 【解析】[1]利用液态氢作为燃料，主要是因为液态氢的热值大，相同质量的液态氢完全燃烧产生的热量多。 [2]燃料燃烧时将化学能转化为内能。 [3]火箭发射升空时，高度和速度都增大，所以重力势能和动能增大，机械能增大，机械能不守恒。 6．在太阳内部，氢原子核在超高温下发生 （选填“聚变”或“裂变”），释放出巨大的核能。太阳能属于 （选填“可再生”或“不可再生”）能源。请写出太阳能的1个优点： 。 【答案】 聚变 可再生 环保/安全/经济 【解析】[1]在太阳内部，太能之所以能发光发热，实质相当于无数个的氢弹爆炸而造成的，即氢原子核在超高温下发生聚变释放核能。 [2]太阳能可以从自然界里源源不断的得到补充，属于可再生能源。 [3]太阳能的优点是：清洁无污染，环保，安全，经济。（或环保；节能；取之不尽，用之不竭等） 7．下图是某科技馆展出的名为“叶子”的小型低碳化未来汽车，汽车顶部的巨型叶子实际上是一个高效光电转换器，车子的动力由压缩空气膨胀推动活塞做功提供。光电转换器的作用实际就是把 能转化为 能，能量转化过程中，能的总量 （选填“增加”“减少”或“保持不变”）。 【答案】 光 电 保持不变 【解析】[1][2]光电转换器的作用实际就是把光能转化为电能，供用电器使用。 [3]能量转化过程中，遵循能量守恒定律，能的总量保持不变。 8．2025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 不变 【解析】[1]在核聚变中，核能可转化为内能，但内能无法自发转化为核能，这体现了能量转化具有方向性，即能量的转化和转移是有特定方向的，不能随意反向进行。 [2]根据能量守恒定律，能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，在能量的转化和转移过程中，能量的总量始终保持不变。 三、实验题 9．将一杯冰粒放在恒温环境下，其状态和温度的变化过程如图甲到图丁所示。已知 (1)上述过程发生的物态变化是 ； (2) 图杯中物质的分子无规则运动最剧烈； (3)杯中物质从乙到丙吸热为，从丙到丁吸热为，则： （选填“<”“=”或“>”）； (4)从丙到丁，水增加的内能为 J； (5)从甲到丁的过程，热量自发地从温度较高的空气传递到温度较低的杯中物质，这说明能量在转移过程中具有 性。 【答案】(1)熔化；(2)丁；(3)>；(4)8400；(5)方向 【解析】（1）将一杯冰粒放在恒温环境下，其状态和温度的变化过程如图甲到图丁所示，固态的冰变成液态的水，是熔化现象。 （2）温度越高，分子运动越剧烈，丁图杯中水的温度最高，物质的分子无规则运动最剧烈。 （3）杯中物质从乙到丙，经历了冰的熔化过程和水的升温10℃-0℃=10℃过程，吸热为，从丙到丁经历了水的升温20℃-10℃=10℃过程，吸热为，由于质量相同的水，升高相同的温度吸收的热量相同，则>。 （4）从丙到丁，水增加的内能为。 （5）从甲到丁的过程，热量自发地从温度较高的空气传递到温度较低的杯中物质，但不能自发地从低温物体转移到高温物体，这说明能量在转移过程中具有方向性。 10．为估测LED发光二极管的发光效率，小明设计如图1装置。该装置由电路、密封箱和光照计组成，光照计是测量光照强度的仪器。电路中的小灯泡和光照计的感光器安装在密封箱内。已知：小灯泡额定电压是2.5V，正常发光时的效率为10%。 (1)小灯泡的发光效率为10%的含义是：10%输入的电能转化为 能； (2)测量小灯泡正常发光时的光照强度 ①请用笔画线代替导线，将电压表正确接入电路 ； ②闭合开关前，应将滑动变阻器的滑片移至最 端（选填“左”或“右”）； ③闭合开关，小明发现调节滑动变阻器时，电压表示数保持不变，电流表无示数。若导线及各接线柱连接完好，则电路中的灯泡可能出现了 故障； ④排除故障后，移动滑动变阻器滑片，当电压表示数调至2.5V时，电流表示数如图2所示，小灯泡的额定功率为 W。此时光照计的示数为 80lx（照度的单位为 lx）。 (3)估测 LED 发光二极管的发光效率 ①LED 发光二极管由 材料制成；（选填“超导体”“半导体”或“绝缘体”） ②将LED发光二极管固定在密封箱内，并连接合适的测量电路，改变发光二极管的亮度，当光照计的示数为80lx时，测出发光二极管两端的电压为2.5V，发光二极管中的电流为40mA，则LED发光二极管的发光效率为 。 【答案】(1)光；(2) 左 断路 0.75；(3)半导体 75% 【解析】（1）小灯泡是将电能转换为光能，所以灯泡的发光效率为10%的含义是：10%输入的电能转化为光能。 （2）[1]连接电路时，电压表并联在电灯泡两端，电流表串联在电路中，均选择小量程，变阻器的连接遵循一上一下原则，据此作图： [2]闭合开关前，应将滑动变阻器的滑片移至阻值最大处，即最左端。 [3]电压表示数保持不变，说明电压表与电源正负极接通；电流表无示数，说明电路存在断路，则故障可能是小灯泡发生断路。 [4]电流表接小量程，分度值为0.02A，示数为0.3A，根据电功率公式计算灯泡的额定功率为P=UI=2.5V×0.3A=0.75W 小灯泡发光的功率为 （3）[1]发光二极管具有单向导电性，其制作的材料为半导体。 [2]发光二极管的功率为 根据题意可知此时二极管的发光强度与小灯泡的发光强度相等，则LED发光二极管的发光效率为 四、计算题 11．在郑州至开封的郑开大道成为郑州大学生骑行的打卡地之后，郑州的共享单车成为了稀缺资源。共享单车是一种轻便、环保的交通工具，骑行共享单车可以缓解交通压力、节能减排。若一辆共享单车的质量为15kg，骑行时受到的阻力为总重力的0.1倍（g取，焦炭的热值）。求： (1)共享单车的电子锁工作时，需要的电能由车筐底部的太阳能电池板提供，太阳能电池板工作时是将 能转化为 能。 (2)假设质量为75kg的李同学在平直公路上以12km/h的速度匀速骑行了5h到达目的地，则李同学在骑行过程中的功率是多少？ (3)（2）中李同学的此次骑行所做的功相当于完全燃烧多少焦炭放出的热量？ 【答案】(1)太阳 电；(2)300W；(3)0.18kg 【解析】（1）[1][2]太阳能电池板工作时，消耗太阳能，提供电能，将太阳能转化为电能。 （2）李同学骑行的路程 李同学骑着自行车做匀速直线运动，骑行过程中整体受力平衡，整体受到的牵引力和阻力是一对平衡力，大小相等，则牵引力大小 李同学骑行过程做的功 李同学在骑行过程中的功率 （3）由得，李同学此次骑行所做的功相当于完全燃烧焦炭的质量 12．如图甲是一艘完全依靠太阳能驱动的船，排水量60t，船的表面安装有太阳能电池板，太阳能电池板的输出功率为1.6×105W，若接收的太阳能只用来驱动船前进。在一次航行中，从某一时刻开始，太阳能船受到水平方向的牵引力F随时间t的变化关系如图乙所示，船的运动速度v随时间t的变化关系如图丙所示。求： (1)船满载时受到的浮力； (2)第50s到第100s内牵引力所做的功； (3)第50s到第100s的运动过程中，太阳能船的效率； (4)已知太阳辐射的总功率P=4×1026W，太阳到地球的距离r=1.5×1011m，太阳光传播到达地面的过程中由于云层的反射和大气的吸收作用，大约有60%的能量损耗，太阳能电池的能量转化效率为15%，满足太阳能电池板的输出功率为1.6×105W，需要太阳能电池板的最小面积。（球表面积公式为S=4πr2，π取3.14） 【答案】(1)6×105N；(2)2×106J；(3)25%；(4)1884m2 【解析】(1)根据二力平衡知识，船满载时受到的浮力等于排开水的重力 (2)第50s到第100s内，船行驶的距离为 牵引力所做的功 (3)第50s到第100s，太阳能电池板的输出功为 太阳能船的效率为 (4)当太阳垂直电池板照射时所需面积最小设为 ，若无能量损失，太阳能电池接收太阳能功率为 ，则有； 太阳能实际接收功率为 由于输出功率为 联立上式4式并代入数据可解得，需要太阳能电池板的最小面积为 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $