第二十章 能源与能量守恒（专项训练）物理新教材沪粤版九年级下册

第二十章 能源与能量守恒定律 聚焦8大常考题型，构建“题型建模→解题模板→突破训练→易错点警示”的完整体系，精准拆解核心考点，帮你快速掌握解题逻辑，高效突破难点。 题型一：能源分类与判断类（核心考查分类依据、类别区分） 题型建模 考查核心：可再生能源与不可再生能源的区分，结合具体能源判断类别，常以选择题、填空题形式出现。 子题型 1：阅读下面短文回答问题 新能源 1980年联合国召开的“联合国新能源和可再生能源会议”对新能源的定义为：以新技术和新材料为基础，使传统的可再生能源得到现代化的开发和利用，用取之不尽、周而复始的可再生能源取代资源有限、对环境有污染的化石能源。 新能源一般是指在新技术基础上加以开发利用的可再生能源，包括太阳能、生物质能、风能、地热能、波浪能、洋流能和潮汐能，以及海洋表面与深层之间的热循环等，此外，还有氢能、沼气、酒精、甲醇等。而已经广泛利用的煤炭、石油、天然气、水能等能源，称为常规能源。随着常规能源的有限性以及环境问题的日益突出，以环保和可再生为特质的新能源越来越得到各国的重视。 据估算，太阳能、地热能、风能、海洋能等资源，理论储量十分可观。当前由于新能源的利用技术尚不成熟，故只占世界所需总能量的很小部分，今后有很大发展前途。如世界风能的潜力约3×1011千瓦，因风力断续分散，难以经济地利用，今后输能储能技术如有重大改进，风能利用将会增加。 (1)下列能源属于新能源的是 （多选）； A．地热能    B．风能    C．石油 (2)下列能源、能量及转化说法正确的是 （多选）； A．太阳能属于一次能源，是可再生能源 B．风力发电机可以将机械能转化为电能 C．能量在转化或转移的过程中总量保持不变 (3)现今受到各国普遍重视的新能源的特点是 ； (4)假设世界风能万分之一可转化为电能，则每天转化成的电能为 kW•h。 子题型 2：下列能源中，属于可再生能源的是（　　） A．石油 B．天然气 C．核能 D．风能 子题型 3：“玲龙一号”是中国研发、全球首创的陆上商用小型核能发电装置，核能属于（　　） ①不可再生能源    ②可再生能源    ③常规能源    ④新能源 A．①③ B．①④ C．②③ D．②④ 解题模板 1．明确分类依据：能否从自然界源源不断获得（可再生），或消耗后无法再生（不可再生）。 2．牢记典型类别： 可再生能源：太阳能、水能、风能、地热能、潮汐能、生物质能； 不可再生能源：煤、石油、天然气（化石能源）、核能（核燃料有限）。 3．排除易错点：核能虽为新能源，但属于不可再生能源；氢能可通过可再生能源制得，属于“可再生衍生能源”。 题型二、新能源利用与原理类（核心考查太阳能、核能的应用与转化） 题型建模 考查核心：新能源的能量转化路径、核裂变与核聚变的区别，常以选择题、简答题形式出现。 子题型 1：阅读《“双碳”目标下的太阳能应用》，并回答题。 “双碳”目标下的太阳能应用 大力发展风能、太阳能、生物质能、海洋能、地热能等，不断提高非化石能源消费比重，是实现“双碳”战略的关键步骤之一。太阳能产业作为新能源产业中发展较为成熟的产业，正在为“双碳”目标的实现不断提供助力。 广义的太阳能是指由太阳内部氢原子发生氢核聚变释放出巨大核能而产生的、来自太阳的辐射能量。其应用主要包括光伏发电和光热两种形式。 光伏发电就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。这种把光能转换成电能的能量转换器，就是太阳能电池。太阳能电池工作原理的基础是半导体PN结的光生伏特效应。当太阳光或其他光照射半导体的PN结时，就会在PN结的两边出现电压，叫做光生电压。当电池的外部接通电路时，在该电压的作用下，将会有电流流过外部电路产生一定的输出功率。光电转换效率是评价太阳能电池的核心指标，指太阳能电池把光能转化为电能的效率，等于电池受光照时的最大输出电功率与照射电池板上的太阳能量功率的比值。 光热是现代的太阳热能科技将阳光聚合，并运用其能量产生热水、蒸汽和电力，目前应用较广的包括光热技术有光热发电及太阳能热水器利用。其中光热发电就是通过收集太阳热能，利用换热装置提供蒸汽，结合传统汽轮发电机工艺，从而达到发电目的。 据统计截止到2023年，我国光伏累计装机容量达到609.49GW，高居世界首位。随着“双碳”战略的实施，未来的新能源结构将是光伏、风电与太阳能热协同发展、多能互补的形式。 请根据上述材料，回答下列问题： (1)太阳能电池工作原理是 ； (2)光伏发电能量转化过程是_________，光热发电能量转化的过程是_________； A．太阳能-电能-化学能 B．太阳能-电能 C．太阳能-内能-电能 D．太阳能-化学能-内能-电能 (3)太阳光照射到太阳能电池板的功率为1000 W，照射时间为4 h，则太阳能电池板最多能输出的电能是 kW•h（已知太阳能电池的光电转化效率为15%）。 子题型 2：请阅读《核电站的工作原理》并回答题 核电站的工作原理 你知道吗，核电站的工作原理并不复杂，核心组件主要就是核燃料、控制棒、减速剂和冷却剂。 核电站里的铀-235会被制成直径1cm左右的二氧化铀，像纽扣电池一样一颗一颗地放入“燃料棒”中。十几根“燃料棒”和几十根“控制棒”组成一捆，称为“核燃料组件”。这些棒之间有孔隙，“冷却剂”在孔隙间流动，把核反应产生出来的热量带走，这些热量用来发电。 核反应堆反应时，每个铀-235原子裂捕获一个中子发生裂变时要释放2~3个中子，所释放的中子又能够引起其他的铀-235原子核发生裂变。如果不控制核反应的剧烈程度，核反应产生的热量就要失控。想要控制核反应的剧烈程度，可以通过吸收一部分核反应产生的中子来实现，这个吸收中子的装置叫“控制棒”。“控制棒”在“核燃料组件”中的体积越大，吸收的中子数就会越多。 除了“控制棒”，还要有“减速剂”。因为在裂变反应中，射出的中子有快有慢，只有能量比较低、速度比较慢的那些中子才能有效地被其他的铀-235原子核捕获，从而发生裂变反应。某时刻捕获到中子的铀-235原子核越多，裂变反应就越剧烈。“减速剂”就是用一些质量轻的原子，反复和高速的中子碰撞，几次碰撞之后，中子的速度就会慢慢降下来，以便于铀-235原子核捕获。 铀-235原子核裂变后产生的热量会被“冷却剂”——水带走。水吸收热量后汽化成水蒸气，这样水蒸气就能推动汽轮机从而带动发电机发电啦。 请根据上述材料，回答下列问题： (1)核电站中的核反应属于 ；（选填“核裂变”或“核聚变”） (2)如果反应堆中的核反应过于剧烈，应该采取的措施是 A．将“控制棒”插入“核燃料组件”     B．从“核燃料组件”中拔出“控制棒” (3)关于“减速剂”的作用，下列说法正确的是 A．可以加剧裂变反应   B．可以减缓裂变反应   C．可以增加核反应放出的中子 (4)核电站发电的全过程中，涉及到的主要能量转化有 。 子题型 3：请阅读《核电——能源“双刃剑”》并回答问题。 核电——能源“双刃剑” 核能发电，是利用核反应堆中核裂变所释放的能量进行发电，目前全球用于发电的核反应堆技术中压水堆使用最为广泛。 压水堆核电站的基本原理如图所示，核燃料在反应堆中发生裂变反应产生的能量加热一回路的水；一回路的高温高压水再通过二回路的蒸汽发生器，加热其内部的水使之变为蒸汽，蒸汽通过管路进入汽轮机，推动汽轮机旋转，带动发电机发电；冷凝器里，利用三回路中的海水将通过汽轮机的蒸汽降温、液化，实现二回路中水的循环利用和热量的交换排出。 我国自主研发的“华龙一号”核电机组于2021年1月30日投入商业运行，标志着我国三代核电技术水平已跻身世界前列。“华龙一号”每台机组每年可发电近100亿千瓦时，能满足中等发达国家100万人口的生产生活年度用电，相当于减少标准煤消耗312万吨、减排二氧化碳816万吨。可见，核电对优化能源结构、推动绿色低碳发展具有重要意义，但其在积极解决能源困局的同时，也面临挑战。核废物具有放射性，当辐射强度达到一定程度，会对生物体细胞的分裂和生长造成影响。同时核废物的放射性只能靠自身的衰变减少，其衰变时间往往长达数千、数万年甚至几十万年。 目前，处置中低放射性核废物的主要方法是近地表埋藏，其中居主导地位的近地表工程处置法是在地表挖取几米至数十米深的壕沟，高于地下水位，用混凝土或钢筋混凝土加固壕沟的基底、侧墙，同时构建排水及监测系统，将封装放射性废物的容器堆置其中，最后用土、粘土、沥青、混凝土等充填物覆盖封顶，处置效果及安全性较好，被世界各国普遍采用。 请根据上述材料，回答下列问题： （1）核能发电是利用核反应堆中 所释放出的能量进行发电的方式； （2）下列关于核废物的表述正确的是 ； A．核废物的放射性可通过人工干预进而短期内消除 B．处置中低放射性核废物的主要方法是近地表埋藏 C．处置中低放射性核废物的近地表工程处置法挖掘深度要低于地下水位 D．具有放射性的核废物，当其辐射强度达到一定程度，会对生物体细胞分裂和生长造成影响 （3）核能发电中“汽轮机旋转，带动发电机发电”，实现了机械能向电能的转化，下图的情景中，也能实现此能量转化的是 。 解题模板 1．新能源转化路径： 太阳能：光能→内能（热水器）、光能→电能（光伏电池）、光能→化学能（制氢）； 核能（核裂变）：核能→内能→机械能→电能（核电站）； 风能或水能：机械能→电能（发电机）。 2．核裂变与核聚变对比： 核裂变：重核分裂，可控（核电站），有核废料； 核聚变：轻核聚合，不可控（氢弹、太阳），能量更大、污染更小。 题型三：能量转移与转化分析类（核心考查两者区分、转化路径） 题型建模 考查核心：能量转移（形式不变）与转化（形式改变）的区分，结合实例判断转化路径，常以选择题、填空题形式出现。 子题型 1：生活处处有物理。下列各种现象与其涉及物理知识之间的关系中，正确的是（　　） ①用冰块给发热病人降温——冰块的内能为零 ②用吸管能把饮料吸入嘴里——大气压强的作用 ③飞机靠机翼获得升力——流速大的位置，压强小 ④用热水袋取暖——利用热传递改变物体内能 A．只有①④正确 B．只有②③④正确 C．只有①②③正确 D．①②③④都正确 子题型 2：入冬后，吉林省的居民开始频繁使用各类取暖、家电设备，结合相关物理知识完成以下问题： (1)小明家新买的电水壶有金属外壳，为保证用电安全，接入家庭电路时应该使用 插座； (2)小明出门前用充电宝给手机补充电量，在这个过程中，手机电池相当于 （选填"电源"或"用电器"）； (3)若小明家的电路中只有一台电取暖器工作，家中的电能表参数如图所示，其指示灯在10min内正常闪烁了400次，则该取暖器实际功率是 W； (4)随着小明家接入家庭电路的用电器增多，家庭电路总电阻将 （选填“增大”“减小”或“不变”）。 子题型 3：①烧水时，水慢慢变热；②飞驶而过的流星拖着一条发光的红尾巴；③水沸腾时，水壶盖被向上顶起来；④晒太阳感到暖和；⑤在砂轮上磨刀时，刀会变热．以上五个过程中，属于能量转化的是 ，属于能量转移的是 。(填序号) 解题模板 1．核心区分： 转移：能量形式不变（如热水袋取暖→内能转移）；转化：能量形式改变（如充电→电能→化学能）。 2．常见转化路径： 摩擦生热：机械能→内能；发电站：水能/风能/核能→电能；燃烧燃料：化学能→内能（+光能）。 题型四：能量守恒定律应用类（核心考查定律内涵、永动机不可实现） 题型建模 考查核心：能量守恒定律的理解、永动机失败的原因，常以选择题、简答题形式出现。 子题型 1：下列关于能量的转化和守恒的说法中错误的是（ ） A．“既要马儿跑得好，又要马儿不吃草”违背了能量守恒定律 B．人们对太阳能的开发和利用，说明能量可以凭空产生 C．发电机发电时，将机械能转化为电能 D．酒精燃烧时，将化学能转化为内能 子题型 2：2024年深圳全社会用电量1214.9亿千瓦时，同比增长7.7%，其中，工业用电量、服务业用电量、居民用电户数和用电量等指标均呈较大幅度增长。发电机的发明能够满足人们对电力的需求，保障电力供应的稳定性和可靠性。某学习小组开展了“制作简易发电机”的跨学科实践活动。 【活动目的】通过磁生电的简单实验，结合电动机的基本结构，制作简易发电机，并进行改进和评价。 【活动方案】 （一）结合相关物理知识，设计简易发电机； （二）结合材料学等学科知识，制作简易发电机； （三）结合工程和技术操作，改进和评价风力发电机。 【实施过程】 （一）设计简易发电机 (1)学习小组收集到磁生电实验的资料如图甲所示，为使灵敏电流计指针发生偏转，金属棒应该 （填“上下”“左右”或“前后”）运动；该实验原理为 。 (2)参考电动机的内部结构后，小组决定使用齿轮结构，如图乙所示，齿轮B带动齿轮A转动，齿轮A有15个齿，齿轮B有30个齿，将摇柄和齿轮B中心轴拼接，摇柄（齿轮B）转动36圈，齿轮A转动 圈。 (3)摇动手柄经由橡皮筋带动电机转动，小组选择绷得紧的橡皮筋，是为了 。 （二）制作简易手摇发电机 (4)拼接完成后，得到如图丙所示的手摇发电机，将发电机两端接在规格为“3V 150mA”的灯泡上，转动摇柄，灯泡亮起，此时发电机发生的能量转化为 要使灯泡更亮，可以 ；若该简易发电机能量转化效率为50%，每转一圈消耗机械能1.2J，为使灯泡正常工作，同学摇柄转速应为 r/min。 (5)发电机工作一段时间后，电机温度升高，但与之串联的导线温度却几乎没有变化，原因是 。 （三）制作风力发电机 【交流与评价】 (6)小余提出，可以将手柄替换为扇叶，实现风力发电。为更大限度利用风能，风向和扇叶的摆放方向应该如（　　）所示。 A． B． C． (7)和手摇发电机相比，请对改进后的风力发电机进行评价 。 子题型 3：能量守恒定律：能量既不会凭空消灭，也不会凭空产生，它只会从一种形式 为其他形式，或者从一个物体 到其他物体。而在这两个过程中，能量的总量保持不变。如图所示，为一种人们设想中的永动机。它通过高处的水流冲击叶片，叶片的转动又带动抽水机从低处将水抽到高处，从而循环工作，实际上，这种永动机 （选填“能够”或“不能够”）永远工作下去。 解题模板 1．定律内涵：能量既不凭空产生，也不凭空消失，仅能转移或转化，总量不变。 2．永动机分析： 第一类永动机：违背“能量不能凭空产生”，无法实现；第二类永动机：违背“能量转化方向性”，虽不违背守恒定律，仍无法实现。 3．实际应用：解释“能量损耗”（部分转化为无用内能，总量仍守恒）。 题型五：能源危机与可持续发展类（核心考查双碳目标、新能源开发） 题型建模 考查核心：能源危机成因、碳达峰与碳中和的区别、可持续发展措施，常以选择题、简答题形式出现。 子题型 1：人类的发展离不开能源，为构建清洁低碳能源体系，中国力争在2030年前实现“碳达峰”，2060年前实现“碳中和”，这是我国对世界人民做出的庄严承诺。对于能量和能源，下列说法中不正确的是（   ） A．能量之间可以在一定条件下相互转化，能量的转化有方向性 B．提高能量转化效率是“节能减排”的重要措施之一 C．电能因为使用方便快捷，几乎遍及人们的生活，电能是一次能源 D．风能、水能、太阳能都是清洁能源 子题型 2：阅读短文     超超临界燃煤发电 水在发生物态变化时，存在一个特殊的临界点，当水的温度超过同时压强超过后，它的气态和液态会完全融合，不再有明显的分界面，不再是传统意义上的气体或液体，这种特殊状态称为“超临界状态”，该状态下的物质称为“超临界流体”。超临界流体既具有气体的性质，可以很容易地压缩或膨胀，又像液体一样，具有较大的密度，但它的黏度比液体小，具有较好的流动性和导热性。 人们将超临界流体的这种性质用于燃煤发电，建设超临界燃煤发电机组，进一步研究发现燃煤发电效率随着蒸汽温度和压强的升高而提高。于是我国研究并建设了超临界燃煤发电机组，如图所示。在2003年，我国“国家高技术研究发展计划”项目“超超临界燃煤发电技术”中，定义超超临界参数为压强，温度。 2025年11月8日世界首台百万千瓦级高效超超临界燃煤发电机组在我国开始建设，机组设计蒸汽压强为，蒸汽温度为，达到目前世界范围内燃煤机组最高参数。与现有机组相比，该燃煤机组将进一步提升发电效率，同时发电消耗的标准煤将降低至约（即供电煤耗约为），每年可减少二氧化碳排放量约45万吨。 该项目建成后将大幅提升煤电清洁高效利用水平，同时推动国产高端装备制造能力全面升级，为实现我国能源安全与“双碳”目标提供重要支撑。 请根据上述材料，回答下列问题： (1)超临界流体具有较好的 ，因此可用于超临界燃煤发电。 (2)如图所示，描述了水（）在不同温度和压强下所处的物质状态，其中A点对应的温度为、压强为，B点对应的温度为、压强为。水在被实线所围成的①②③④四个区域中处于不同的物质状态，其中表示水是超临界流体的区域是 。 A．① B．② C．③ D．④ (3)请你提出进一步提高燃煤发电效率的办法： 。 (4)若标准煤的热值取，则超超临界燃煤发电技术的发电效率约为 。 子题型 3：为应对气候变化，我国提出“二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和”的目标承诺。请列举一种会导致二氧化碳排放比较大的能源 。作为普通百姓，也可以为减排做贡献，请举一例 。 解题模板 1．能源危机成因：不可再生能源储量有限、消耗过快，能源结构不合理。 2．双碳目标： 碳达峰：碳排放总量达峰值后不再增长；碳中和：通过减排、植树造林等抵消碳排放，实现“零排放”。 3．解决措施：开发新能源、提高能源利用率、节能减排、绿色出行。 题型六：能源利用与环境影响类（核心考查化石能源污染、新能源优势） 题型建模 考查核心：化石能源的环境危害、新能源的环保优势，常以选择题、简答题形式出现。 子题型 1：阅读下列材料，回答第题。 材料一 2022年北京冬奥会上运动员的“战袍”可谓是集结了科学家们的心血，一件“战袍”运用了许多现代高科技技术手段。以速度滑冰紧身服为例，面料采用类似高尔夫球上的蜂窝结构的粗糙纹理结构，可以减少尾流的湍流现象，从而达到减阻效果。一定规律的粗糙表面可以使滑雪服降低10%的阻力，这跟常识中“面料越光滑，阻力越小”的认知相反，主要是因为，在一定程度上，略微粗糙的材料能够使得空气在材料表面以较为平稳的方式流过，以较好的方式引导风的流动，有助于降低压差阻力。 材料二 2022年北京冬奥会，为给运动员找到最佳的运动姿态，产生最小的阻力以提高速度，采用了导弹风洞为运动员训练。什么是风洞，通俗来说，风洞就是用来产生人造气流的管道，它利用人工产生和控制气流，用以模拟飞行器等物体在自然环境中飞行时气流运动状况，同时可以观察、度量气流对物体的作用。这个用于训练的风洞宽2.5m，高3m，测试段长度8m，设计风速151.2km/h，完全可以满足目前所有冬奥竞速类体育项目的测试训练要求。 材料三 “风出张北，电送北京”。一台矗立于张北县的桨叶直径146m的风电机组，日均发电约2.45万度，可供首钢滑雪大跳台中心完成本届冬奥会期间的全部造雪量，相当于在一个标准篮球场堆出28m高的雪；一度绿电，能点亮颁奖广场主舞台22s，能让厨师在冬奥村“全电厨房”制作两份菜品……据测算，2022年冬奥会和冬残奥会整个过程，会场馆预计共消耗“绿电”约4亿度，风力发电可减少标煤燃烧12.8万吨（标煤即每千克标准煤完全燃烧可放出热量为），减排二氧化碳32万吨。 请根据上述材料，回答下列问题： （1）速度滑冰运动服，想达到减阻的效果，运动服面料的表面 。（选填选项前字母） A．非常光滑    B．有一定规律的粗糙    C．非常粗糙 （2）已知汽油的热值是，根据材料中信息可知，标煤的热值 汽油的热值（选填“大于”或“小于”）。 （3）文中“绿电”指的是在生产电力的过程中，它的二氧化碳排放量为零或趋近于零，因为与其他方式（如火力发电）所生产的电力比较，“绿电”对于环境冲击影响较低。下列能源都能发电，其中是“绿电”的主要来源的是 。（多选） A．太阳能    B．地热    C．核能    D．煤炭 （4）风洞的规模有很多种，利用风洞可以研究很多事情，请你列举一个可以利用风洞研究的实例 。 子题型 2：阅读短文，回答文后问题。 航速优化 化石燃料的广泛应用加快了人类文明的进程，但同时也污染了环境。因为大量燃烧化石燃料使大气中CO2浓度增加，引起温室效应而导致全球变暖。人们意识到环境保护的重要性，开始从各个方面着手减少碳排放。 船舶航行大多使用柴油发动机，航行时受到的阻力通常和航行速度的平方成正比。降低航速可以大大减小航行阻力，发动机对推进设备做功的功率即推进功率就会大大减小，从而减少燃油消耗。但航速不是越小越好，因为船舶航行过程中除了推进设备，还有其他辅助设备工作，需要发动机做功。航速减小后，一段航程所需的航行时间就会延长，虽然推进功减少，但辅助功增加了。发动机要做的功包括推进功和辅助功两部分。航速优化就是要找到适合的航速，使发动机做的总功减少，达到节能减排的目的。 （1）在柴油发动机的工作循环中，排出CO2等气体的冲程是 ； （2）若船舶以速度v匀速直线航行，航行时受到的阻力为f=kv2（k为常量）。则理想情况下，推进功率和速度的关系为P推= ； （3）某船舶航行时，每公里航程的推进功、辅助功和航速的关系如图所示，则最省油的航速约为 m/s； （4）若题（3）中船舶的最大航速为10m/s，柴油发动机的效率为40%，柴油的热值为4.3×107J/kg，则航速从最大航速降低到最省油航速，每公里航程少消耗柴油 kg。 子题型 3：阅读材料，回答问题。 高温气冷堆核电站 2023年12月，全球首座第四代核电站——华能石岛湾高温气冷堆核电站商运投产，我国实现了第四代核电站的“中国引领”。高温气冷堆被认为是“不会熔毁的反应堆”，下图是高温气冷堆核电站的发电模块示意图。 何为高温气冷堆？所谓“高温”，是指反应堆的工作温度和冷却剂的出口温度都达到其他堆型无法企及的高温。所谓“气冷”，则是区别于“水冷”，使用氦气作为堆芯冷却剂和热传导媒介。 高温气冷堆有三道防线，保证其不会熔毁。第一道防线，耐高温的球形燃料。这种燃料球属于弥散型核燃料，在任何情况下均能保证燃料颗粒的完整性不受影响，可有效防止放射性物质外泄；第二道防线，燃料循环过程中具有负反应性温度系数。当温度达到阈值，反应堆会进行负反应性反馈，实现自然停堆；第三道防线，非能动的余热排出系统。堆芯余热能够借助热传导、自然对流换热和热辐射等释放到大气环境中，避免堆芯过热发生熔毁。 核电在积极解决能源困局的同时，也面临挑战，如核废物具有放射性等。 (1)核电站的核心设备是 ，通过 （选填“可控”或“不可控”）的链式反应来释放核能进行发电。通过发电机发出 （选填“交流”或“直流”）电； (2)核电清洁、经济，但一旦发生核泄漏，会对环境造成巨大的污染，核污染主要是因为核废料具有 ； (3)高温气冷堆核电站利用 作为冷却剂； (4)下列不属于高温气冷堆不熔毁的技术保证的是________；（填字母） A．耐高温的球形燃料 B．燃料循环过程中具有负反应性温度系数 C．有非能动的余热排出系统 D．反应堆有坚固的外壳 (5)石岛湾高温气冷堆核电站示范工程装机容量20万千瓦，每年可发电 （按365天，每天发电20小时计算）。如果1g铀235完全裂变时产生的能量为，高温气冷堆的发电效率为40%，那么每年要消耗铀235的质量为 （结果保留一位小数）吨。 解题模板 1．化石能源污染： 大气污染：排放二氧化硫（酸雨）、二氧化碳（温室效应）、颗粒物；其他污染：热污染、石油泄漏污染海洋。 2．新能源优势：清洁无污染（太阳能、风能）、低排放（核能），符合绿色发展。 题型七：能量转化方向性类（核心考查不可逆性、节能意义） 题型建模 考查核心：能量转化的不可逆性、节能的重要性，常以选择题、简答题形式出现。 子题型 1：主题五：物理与科技发展 物理与科技发展携手并进，拓宽了人类认知的边界，更为技术革新插上了翅膀。 1．阅读下面的短文，回答问题： 热电偶 把两种不同材料的导线（如铁线和铜线）组成如题图甲所示的闭合回路，当AB两端存在温度差时，回路中才会有电流通过，这就是塞贝克效应，这种电路叫热电偶。实验表明：热电偶电路中电流的大小跟相互连接的两种金属丝的材料有关；跟接点A和B间的温度差的大小有关，温度差越大，回路电流越大，利用热电偶可以测量温度，只要选用适当的金属作热电偶材料，就可轻易测量到从-180℃到+200℃的温度。 （1）如图甲所示，其他条件不变；只将铁丝换成铜丝，电路中将 （选填“有”或“无”）电流； （2）请写出一种能增大热电偶电路电流的做法： ； （3）热电偶实际上是一个电源，它的电能是由 能转化而来； （4）利用热电偶做成的温度计，与液体温度计相比，不受液体的沸点、凝固点等因素的影响，因而具有明显的测量范围大的优势，因此，在选用适当的金属做热电偶材料时，金属材料的 ； A．熔点要高    B．密度要大    C．比热容要大    D．质量要大 （5）如图乙所示为一水果电池，其工作原理是：铜、锌两金属片一同插入水果接触到果酸时，电子由锌片通过导线流向铜片，导线中的电流方向是 （选填“从铜片到锌片”或“从锌片到铜片”），水果电池的正极是 （选填“铜片”或“锌片”）。 2．阅读短文，回答文后的问题。 涡轮喷气发动机 2023年5月28日上午，我国首架自行研制、拥有自主知识产权的喷气式客机C919，历时2h从上海到北京，开启了首次商业载客飞行。 图甲为C919客机使用的涡轮喷气发动机，其结构是由进气道、压气机、燃烧室、涡轮和尾喷管组成，空气首先进入发动机的进气道，由于飞机的速度是变化的，相同时间进入进气道的气体量会随着速度的增大而增大，为了使进入进气道的气体全部通过压气机，需要调节“可调管道”的通风口面积。空气流过压气机时，被压气机的旋转叶片压缩后进入燃烧室后，空气与航空燃油在燃烧室燃烧，燃烧产生的高温高压气流推动涡轮，最终从尾喷管喷出，产生强大动力。 涡轮喷气发动机其部分参数如表乙，其中热效率是指涡轮喷气发动机获得的机械能与燃料完全燃烧产生的内能之比，而推动效率则是指涡轮喷气发动机传递给飞机的推动功（推力所做的功）与其获得的机械能之比。 （1）涡轮喷气发动机在工作中，空气流过压气机后内能 （选填“变大”“变小”或“不变”），这部分气体与燃料混合后在燃烧室中燃烧，燃烧产生的高温高压气流推动涡轮。此过程的能量转化相当于热机的 冲程，涡轮喷气发动机常用循环流动的水进行冷却，这是因为水的 ； （2）当飞机加速飞行时，应使可调管道的通风口面积 （选填“变大”“变小”或“不变”）； （3）涡轮喷气发动机使压缩后的混合气体在燃烧室燃烧直到膨胀的气体再从尾部喷出过程中，燃气的温度是不断变化的，下列能大致反应燃气温度随时间而变化的是图 ； （4）涡轮喷气发动机所受空气阻力与运行速度的关系如图丙所示，当飞机以200m/s的速度水平匀速巡航0.5h的过程中需要 kg的航空燃油。 子题型 2：阅读《热能发电：点亮万家灯火的能量魔法》并回答问题 热能发电：点亮万家灯火的能量魔法 我们日常使用的电能，超过七成来自热能发电，电能的普遍利用使工业快速发展，人类利用自然、改造自然的能力不断得到提升。 热能发电的原料常见的有煤炭、石油、天然气等。以燃烧煤炭发电为例，煤炭燃烧时把化学能释放出来产生大量的热，释放出的热量先加热水，让水变成高温、高压的水蒸气，实现了化学能向水蒸气的内能的转化。然后，高温、高压的水蒸气从喷嘴高速喷出，推动汽轮机的叶片高速转动，把内能转化成了汽轮机的机械能。最后，转动的汽轮机会带动发电机转子转动，把机械能转化为电能，电能通过电网输送到家庭和工厂，使各种用电器能够正常工作。 如今的热能发电早已不是“高污染”的代名词，除了传统火力发电以外，还有利用核能的核电、回收工业余热的余热发电，以及依靠太阳能集热的光热发电，既提升了效率，又减少了对环境的影响。我们生活中每一度电的背后，都是热能在多步转化中传递能量，而整个过程始终遵循能量守恒定律，能量不会凭空产生，也不会凭空消失，只是换了一种又一种形态为我们服务。 (1)燃煤发电时燃烧煤炭给水加热，获得高温、高压的水蒸气，这个过程把化学能转化为 。 (2)转动的汽轮机带动发电机的转子转动产生电流，这是 现象，这个过程跟 （选填“动圈式扬声器”或“动圈式话筒”）的工作原理相同。 (3)以煤炭为原料的热能发电的过程中，如果把发电机输出的电能跟煤炭完全燃烧释放的热量的比值定义为热能发电的效率，请你提出一种提高热能发电效率的途径： 。 子题型 3：请阅读《微型太阳能驱动无人机》并回答下列问题 微型太阳能驱动无人机 北京航空航天大学科研团队利用自主研发的新型静电电动机，成功研制出仅重4.21g的太阳能动力微型无人机，在自然光强度的照射下，实现发电、驱动、垂直飞行等一系列动作。只有巴掌大的无人机，仅靠两片微型太阳能电池就能驱动。 传统的电磁电动机在微型化后，由于转速高、发热大，能量转化效率低，即使采用太阳能作为能源，受限于太阳能电池的面积，导致输出电压不足，也无法满足微型飞行器的飞行需求。静电电动机利用摩擦、接触或感应产生的静电（不流动的电荷）作为能源，在电动机周边有一圈电极片，在中间运动的电极片会被它右侧的电极片排斥，被左侧的电极片吸引，最终产生一个带动整个飞行器起飞的升力。这些轻质部件由薄如晶片的碳纤维片制成，外层包裹着极为细小的铝箔。太阳能电池可以在自然光下产生低压直流电，由于低压直流电无法直接驱动电动机。因此科研团队在无人机内部安装了一种高压功率转换器，可以将4.5V的低压直流电转换成的高压电，以满足静电电动机的工作需求。静电电动机的高电压、低电流工作特性，使其在工作过程中发热少且无明显红外特征，可以有效提高能量转化效率并降低能耗。 (1)微型无人机上的太阳能电池产生的低压直流电相当于 节新的干电池串联后的电压，此电压对人体 （选填“安全”或“不安全”）； (2)无人机飞行主要是将电能转化为 能； (3)静电电动机中相邻的左右两侧电极片带 （选填“同种”或“异种”）电荷； (4)太阳能电池的输出电压可能与太阳能电池的 有关，太阳能属于 （选填“可再生”或“不可再生”）能源。 解题模板 1．方向性内涵：能量只能自发从“高能态”向“低能态”转化，反之需消耗额外能量（如冰箱制冷需耗电）。 2．典型实例： 热水自动降温，无法自发升温；内能无法自发从低温物体转移到高温物体；燃料燃烧的化学能→内能，无法自发反向转化。 3．核心启示：能量利用率无法达到100%，需节约能源。 题型八：能源相关计算类（核心考查效率、能量转化量估算） 题型建模 考查核心：能源利用效率、能量转化量计算，常以计算题形式出现，涉及比热容、功率、热值等公式。 子题型 1：如图是一款太阳能和其它能量混合驱动汽车，车身上装载了5m2的太阳能电池板，用于给蓄电池充电或直接作为动力源。已知太阳能电池板每小时1m2接收的太阳能为6×106J，已知太阳能转化为电能的效率为25%，该汽车利用电能行驶时，电动机的将电能转化为机械能的效率为80%。 （1）若驾驶该车通过一长为18000m的隧道，用时12min，则该车速度是多少km/h? （2）若该车以36km/h匀速行驶时，所受阻力为1200N，则该车的电动机输出功率多大? （3）利用6h的正常日照获得的太阳能使该车以36km/h匀速行驶，该车能行驶多少路程? 子题型 2：某研究小组为测量垂直于太阳光的面积为1m2表面上，每秒钟接收到太阳能，用自制太阳能热水器做实验。经多次试验得到自制太阳能热水器吸收太阳能的效率为50%。控制太阳能热水器接受太阳光垂直照射的面积始终是2m2，太阳能热水器内的水的质量为100 kg，水的初温为20℃，经8750 s后温度上升到45℃[c水=4.2×103 J／（kg℃）]。请计算： (1)在上述过程中太阳能热水器内的水吸收的热量是多少？ (2)太阳能热水器在这段时间内吸收的太阳能是多少？ (3)垂直于太阳光的1m2表面上，每秒钟接收到的太阳能是多少？ 子题型 3：开发和利用新能源是当今各个国家的共同课题。如图为全球最大太阳能飞机“阳光动力2号”，巡航速度最高可达到 200km/h。机身总重2.3t，机翼上装有270m2的太阳能电池板，可将20%的太阳能转化为电能。这些电能除了可以为飞机白天飞行提供能源外。还可以在白天给600kg的锂电池充电，以满足夜间飞行的能源需求。电池充满电时能量密度为0.25(kW·h)/kg （1） 电能是 能源（选填“一次”或“二次”  ）； （2） 若飞机空载停在机场时与地面总接触面积为400m2 ，则飞机对地面的压强是多少？ （3）如果太阳辐射功率为 白天有效接收太阳辐射时间为10h，可为飞机提供多少电能？ （4） 如果充满电后有50%的电能在飞行中用来克服阻力做功，且可以供飞机以最大巡航速度夜间水平飞行4.5h，那么飞机受到的平均阻力是多少？ 解题模板 1．核心公式： 能量转化量：Q=cmΔt（内能）、W=Pt（电能）、Q放=mq（燃料燃烧）； 效率：（如太阳能利用率、电水壶加热效率）。 2．步骤： 明确“有用能量”与“总能量”；统一单位（如功率单位W→kW，时间s→h）；代入公式计算，注意效率≤100%（数据矛盾时需检查逻辑）。 1 / 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 聚焦8大常考题型，构建“题型建模→解题模板→突破训练→易错点警示”的完整体系，精准拆解核心考点，帮你快速掌握解题逻辑，高效突破难点。 题型一：能源分类与判断类（核心考查分类依据、类别区分） 题型建模 考查核心：可再生能源与不可再生能源的区分，结合具体能源判断类别，常以选择题、填空题形式出现。 子题型 1：阅读下面短文回答问题 新能源 1980年联合国召开的“联合国新能源和可再生能源会议”对新能源的定义为：以新技术和新材料为基础，使传统的可再生能源得到现代化的开发和利用，用取之不尽、周而复始的可再生能源取代资源有限、对环境有污染的化石能源。 新能源一般是指在新技术基础上加以开发利用的可再生能源，包括太阳能、生物质能、风能、地热能、波浪能、洋流能和潮汐能，以及海洋表面与深层之间的热循环等，此外，还有氢能、沼气、酒精、甲醇等。而已经广泛利用的煤炭、石油、天然气、水能等能源，称为常规能源。随着常规能源的有限性以及环境问题的日益突出，以环保和可再生为特质的新能源越来越得到各国的重视。 据估算，太阳能、地热能、风能、海洋能等资源，理论储量十分可观。当前由于新能源的利用技术尚不成熟，故只占世界所需总能量的很小部分，今后有很大发展前途。如世界风能的潜力约3×1011千瓦，因风力断续分散，难以经济地利用，今后输能储能技术如有重大改进，风能利用将会增加。 (1)下列能源属于新能源的是 （多选）； A．地热能    B．风能    C．石油 (2)下列能源、能量及转化说法正确的是 （多选）； A．太阳能属于一次能源，是可再生能源 B．风力发电机可以将机械能转化为电能 C．能量在转化或转移的过程中总量保持不变 (3)现今受到各国普遍重视的新能源的特点是 ； (4)假设世界风能万分之一可转化为电能，则每天转化成的电能为 kW•h。 【答案】 AB ABC 环保和可再生 7.2×108. 【解析】(1)[1]风能、地热能属于新能源，石油属于化石能源，故C不符合题意，AB符合题意。 故选AB。 (2)[2]A．太阳能可以从自然界中直接获得是一次能源，太阳能可以源源不断从自然界得到补充的是可再生能源，太阳能在使用过程中不会造成环境污染，是清洁能源，故A正确； B．风力发电机是利用电磁感应现象工作的，工作时将机械能转化为电能，故B正确； C．能量在转化和转移过程中，其总量保持不变，故C正确。 故选ABC。 (3)[3]“联合国新能源和可再生能源会议”对新能源的特点为：环保和可再生。 (4)[4]假设世界风能万分之一可转化为电能，则功率为 则每天转化成的电能为 子题型 2：下列能源中，属于可再生能源的是（　　） A．石油 B．天然气 C．核能 D．风能 【答案】D 【解析】A．石油属于化石燃料，使用后不能短时期内从自然界得到补充，属于不可再生能源，故A不符合题意； B．天然气属于化石燃料，使用后不能短时期内从自然界得到补充，属于不可再生能源，故B不符合题意； C．核燃料使用后不能短时期内从自然界得到补充，属于不可再生能源，故C不符合题意。 D．风能从自然界里源源不断的得到补充，属于可再生能源，故D符合题意。 故选D。 子题型 3：“玲龙一号”是中国研发、全球首创的陆上商用小型核能发电装置，核能属于（　　） ①不可再生能源    ②可再生能源    ③常规能源    ④新能源 A．①③ B．①④ C．②③ D．②④ 【答案】B 【解析】核能不能不断地从自然界中获取，所以属于不可再生资源。 新能源指传统能源之外的各种能源形式，指刚开始开发利用或正在积极研究、有待推广的能源，核能与太阳能、地热能、风能等都属于新能源。 故选B。 解题模板 1．明确分类依据：能否从自然界源源不断获得（可再生），或消耗后无法再生（不可再生）。 2．牢记典型类别： 可再生能源：太阳能、水能、风能、地热能、潮汐能、生物质能； 不可再生能源：煤、石油、天然气（化石能源）、核能（核燃料有限）。 3．排除易错点：核能虽为新能源，但属于不可再生能源；氢能可通过可再生能源制得，属于“可再生衍生能源”。 题型二、新能源利用与原理类（核心考查太阳能、核能的应用与转化） 题型建模 考查核心：新能源的能量转化路径、核裂变与核聚变的区别，常以选择题、简答题形式出现。 子题型 1：阅读《“双碳”目标下的太阳能应用》，并回答题。 “双碳”目标下的太阳能应用 大力发展风能、太阳能、生物质能、海洋能、地热能等，不断提高非化石能源消费比重，是实现“双碳”战略的关键步骤之一。太阳能产业作为新能源产业中发展较为成熟的产业，正在为“双碳”目标的实现不断提供助力。 广义的太阳能是指由太阳内部氢原子发生氢核聚变释放出巨大核能而产生的、来自太阳的辐射能量。其应用主要包括光伏发电和光热两种形式。 光伏发电就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。这种把光能转换成电能的能量转换器，就是太阳能电池。太阳能电池工作原理的基础是半导体PN结的光生伏特效应。当太阳光或其他光照射半导体的PN结时，就会在PN结的两边出现电压，叫做光生电压。当电池的外部接通电路时，在该电压的作用下，将会有电流流过外部电路产生一定的输出功率。光电转换效率是评价太阳能电池的核心指标，指太阳能电池把光能转化为电能的效率，等于电池受光照时的最大输出电功率与照射电池板上的太阳能量功率的比值。 光热是现代的太阳热能科技将阳光聚合，并运用其能量产生热水、蒸汽和电力，目前应用较广的包括光热技术有光热发电及太阳能热水器利用。其中光热发电就是通过收集太阳热能，利用换热装置提供蒸汽，结合传统汽轮发电机工艺，从而达到发电目的。 据统计截止到2023年，我国光伏累计装机容量达到609.49GW，高居世界首位。随着“双碳”战略的实施，未来的新能源结构将是光伏、风电与太阳能热协同发展、多能互补的形式。 请根据上述材料，回答下列问题： (1)太阳能电池工作原理是 ； (2)光伏发电能量转化过程是_________，光热发电能量转化的过程是_________； A．太阳能-电能-化学能 B．太阳能-电能 C．太阳能-内能-电能 D．太阳能-化学能-内能-电能 (3)太阳光照射到太阳能电池板的功率为1000 W，照射时间为4 h，则太阳能电池板最多能输出的电能是 kW•h（已知太阳能电池的光电转化效率为15%）。 【答案】(1)光生伏特效应；(2)BC；(3)0.6 kW•h 【解析】（1）根据短文知道，太阳能电池工作原理的基础是半导体PN结的光生伏特效应。 （2）[1][2]光伏发电就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。光热发电是通过收集太阳热能，利用换热装置提供蒸汽，结合传统汽轮发电机工艺，从而达到发电目的。 （3）太阳能电池板获得的太阳能 太阳能电池板最多能输出的电能 子题型 2：请阅读《核电站的工作原理》并回答题 核电站的工作原理 你知道吗，核电站的工作原理并不复杂，核心组件主要就是核燃料、控制棒、减速剂和冷却剂。 核电站里的铀-235会被制成直径1cm左右的二氧化铀，像纽扣电池一样一颗一颗地放入“燃料棒”中。十几根“燃料棒”和几十根“控制棒”组成一捆，称为“核燃料组件”。这些棒之间有孔隙，“冷却剂”在孔隙间流动，把核反应产生出来的热量带走，这些热量用来发电。 核反应堆反应时，每个铀-235原子裂捕获一个中子发生裂变时要释放2~3个中子，所释放的中子又能够引起其他的铀-235原子核发生裂变。如果不控制核反应的剧烈程度，核反应产生的热量就要失控。想要控制核反应的剧烈程度，可以通过吸收一部分核反应产生的中子来实现，这个吸收中子的装置叫“控制棒”。“控制棒”在“核燃料组件”中的体积越大，吸收的中子数就会越多。 除了“控制棒”，还要有“减速剂”。因为在裂变反应中，射出的中子有快有慢，只有能量比较低、速度比较慢的那些中子才能有效地被其他的铀-235原子核捕获，从而发生裂变反应。某时刻捕获到中子的铀-235原子核越多，裂变反应就越剧烈。“减速剂”就是用一些质量轻的原子，反复和高速的中子碰撞，几次碰撞之后，中子的速度就会慢慢降下来，以便于铀-235原子核捕获。 铀-235原子核裂变后产生的热量会被“冷却剂”——水带走。水吸收热量后汽化成水蒸气，这样水蒸气就能推动汽轮机从而带动发电机发电啦。 请根据上述材料，回答下列问题： (1)核电站中的核反应属于 ；（选填“核裂变”或“核聚变”） (2)如果反应堆中的核反应过于剧烈，应该采取的措施是 A．将“控制棒”插入“核燃料组件”     B．从“核燃料组件”中拔出“控制棒” (3)关于“减速剂”的作用，下列说法正确的是 A．可以加剧裂变反应   B．可以减缓裂变反应   C．可以增加核反应放出的中子 (4)核电站发电的全过程中，涉及到的主要能量转化有 。 【答案】 核裂变 A A 核能转化为内能，内能转化为机械能，机械能转化为电能 【解析】(1)[1]核反应堆反应时，每个铀-235原子裂捕获一个中子,发生裂变时要释放2~3个中子，所释放的中子又能够引起其他的铀-235原子核发生裂变。核电站中的核反应属于核裂变。 (2)[2]想要控制核反应的剧烈程度，可以通过吸收一部分核反应产生的中子来实现，这个吸收中子的装置叫“控制棒”。“控制棒”在“核燃料组件”中的体积越大，吸收的中子数就会越多。故选A。 (3)[3]“减速剂”就是用一些质量轻的原子，反复和高速的中子碰撞，几次碰撞之后，中子的速度就会慢慢降下来，以便于铀-235原子核捕获,从而加剧核反应速度。故选A。 (4)[4]铀-235原子核裂变后产生的热量会被“冷却剂”——水带走，是核能转化为内能；水吸收热量后汽化成水蒸气，水蒸气就能推动汽轮机转动，是内能转化为机械能；汽轮机带动发电机发电，是机械能转化为电能。 子题型 3：请阅读《核电——能源“双刃剑”》并回答问题。 核电——能源“双刃剑” 核能发电，是利用核反应堆中核裂变所释放的能量进行发电，目前全球用于发电的核反应堆技术中压水堆使用最为广泛。 压水堆核电站的基本原理如图所示，核燃料在反应堆中发生裂变反应产生的能量加热一回路的水；一回路的高温高压水再通过二回路的蒸汽发生器，加热其内部的水使之变为蒸汽，蒸汽通过管路进入汽轮机，推动汽轮机旋转，带动发电机发电；冷凝器里，利用三回路中的海水将通过汽轮机的蒸汽降温、液化，实现二回路中水的循环利用和热量的交换排出。 我国自主研发的“华龙一号”核电机组于2021年1月30日投入商业运行，标志着我国三代核电技术水平已跻身世界前列。“华龙一号”每台机组每年可发电近100亿千瓦时，能满足中等发达国家100万人口的生产生活年度用电，相当于减少标准煤消耗312万吨、减排二氧化碳816万吨。可见，核电对优化能源结构、推动绿色低碳发展具有重要意义，但其在积极解决能源困局的同时，也面临挑战。核废物具有放射性，当辐射强度达到一定程度，会对生物体细胞的分裂和生长造成影响。同时核废物的放射性只能靠自身的衰变减少，其衰变时间往往长达数千、数万年甚至几十万年。 目前，处置中低放射性核废物的主要方法是近地表埋藏，其中居主导地位的近地表工程处置法是在地表挖取几米至数十米深的壕沟，高于地下水位，用混凝土或钢筋混凝土加固壕沟的基底、侧墙，同时构建排水及监测系统，将封装放射性废物的容器堆置其中，最后用土、粘土、沥青、混凝土等充填物覆盖封顶，处置效果及安全性较好，被世界各国普遍采用。 请根据上述材料，回答下列问题： （1）核能发电是利用核反应堆中 所释放出的能量进行发电的方式； （2）下列关于核废物的表述正确的是 ； A．核废物的放射性可通过人工干预进而短期内消除 B．处置中低放射性核废物的主要方法是近地表埋藏 C．处置中低放射性核废物的近地表工程处置法挖掘深度要低于地下水位 D．具有放射性的核废物，当其辐射强度达到一定程度，会对生物体细胞分裂和生长造成影响 （3）核能发电中“汽轮机旋转，带动发电机发电”，实现了机械能向电能的转化，下图的情景中，也能实现此能量转化的是 。 【答案】 核裂变 BD C 【解析】（1）[1]核电站是通过可控的核裂变来获取能量的。 （2）[2]A．由题意可知，核废物的放射性只能靠自身的衰变减少，其衰变时间往往长达数千、数万年甚至几十万年，故A错误； B．由题意可知，目前，处置中低放射性核废物的主要方法是近地表埋藏，故B正确； C．由题意可知，近地表工程处置法是在地表挖取几米至数十米深的壕沟，高于地下水位，故C错误； D．由题意可知，当辐射强度达到一定程度，会对生物体细胞的分裂和生长造成影响，故D正确。 故选BD。 （3）[3]A．汽轮机旋转，带动发电机发电，是机械能转化为电能，开关闭合，小磁针偏转，表示通电导体周围存在磁场，与能量转化无关，故A不符合题意； B．电磁继电器的原理是电流的磁效应，与能量转化无关，故B不符合题意； C．电磁感应中的能量转化是机械能转化为电能，故C符合题意； D．通电导体在磁场中受力运动中的能量转化是电能转化为机械能，故D不符合题意。 故选C。 解题模板 1．新能源转化路径： 太阳能：光能→内能（热水器）、光能→电能（光伏电池）、光能→化学能（制氢）； 核能（核裂变）：核能→内能→机械能→电能（核电站）； 风能或水能：机械能→电能（发电机）。 2．核裂变与核聚变对比： 核裂变：重核分裂，可控（核电站），有核废料； 核聚变：轻核聚合，不可控（氢弹、太阳），能量更大、污染更小。 题型三：能量转移与转化分析类（核心考查两者区分、转化路径） 题型建模 考查核心：能量转移（形式不变）与转化（形式改变）的区分，结合实例判断转化路径，常以选择题、填空题形式出现。 子题型 1：生活处处有物理。下列各种现象与其涉及物理知识之间的关系中，正确的是（　　） ①用冰块给发热病人降温——冰块的内能为零 ②用吸管能把饮料吸入嘴里——大气压强的作用 ③飞机靠机翼获得升力——流速大的位置，压强小 ④用热水袋取暖——利用热传递改变物体内能 A．只有①④正确 B．只有②③④正确 C．只有①②③正确 D．①②③④都正确 【答案】B 【解析】①一切物体都有内能，冰块的内能不为零，故①错误； ②用吸管将杯中的饮料吸入口中，是吸走了管中的空气，使气压减小，在外界大气压的作用将饮料压入口中，故②正确； ③飞机的机翼能获得向上的升力，是应用了流速越大流体的压强越小的原理，故③正确； ④用热水袋取暖，人吸收热量，内能增加，这是利用热传递改变物体内能，故④正确。 故选B。 子题型 2：入冬后，吉林省的居民开始频繁使用各类取暖、家电设备，结合相关物理知识完成以下问题： (1)小明家新买的电水壶有金属外壳，为保证用电安全，接入家庭电路时应该使用 插座； (2)小明出门前用充电宝给手机补充电量，在这个过程中，手机电池相当于 （选填"电源"或"用电器"）； (3)若小明家的电路中只有一台电取暖器工作，家中的电能表参数如图所示，其指示灯在10min内正常闪烁了400次，则该取暖器实际功率是 W； (4)随着小明家接入家庭电路的用电器增多，家庭电路总电阻将 （选填“增大”“减小”或“不变”）。 【答案】(1)三孔；(2)用电器；(3)1500/；(4)减小 【解析】（1）带有金属外壳的用电器为了防止漏电时发生触电事故，应使用三孔插座，三孔插座中有专门用于接地的孔，能将金属外壳与大地相连，保证用电安全，小明家新的电水壶有金属外壳，所以接入家庭电路时应该使用三孔插座。 （2）在充电宝给手机充电的过程中，手机电池消耗电能，将电能转化为化学能储存起来，所以手机电池相当于用电器。 （3）电能表上“1600imp/(kW·h)”表示每消耗1kW·h的电能，指示灯闪烁1600次。指示灯在10min内正常闪烁了400次，则电取暖器消耗的电能 该取暖器实际功率是 （4）家庭电路中各用电器是并联的，根据并联电阻的特点，并联的电阻越多，总电阻越小，所以随着小明家接入家庭电路的用电器增多，家庭电路总电阻将减小。 子题型 3：①烧水时，水慢慢变热；②飞驶而过的流星拖着一条发光的红尾巴；③水沸腾时，水壶盖被向上顶起来；④晒太阳感到暖和；⑤在砂轮上磨刀时，刀会变热．以上五个过程中，属于能量转化的是 ，属于能量转移的是 。(填序号) 【答案】 ②③⑤ ①④ 【解析】[1][2]烧水时水变热属于能量转移；流星的红尾巴属于能量的转化；水壶盖被顶起属于能量的转化；晒太阳暖和属于通量的转移；磨刀时刀变热属于通量的转化。故属于能量转化的是②③⑤，属于能量转移的是①④。 解题模板 1．核心区分： 转移：能量形式不变（如热水袋取暖→内能转移）；转化：能量形式改变（如充电→电能→化学能）。 2．常见转化路径： 摩擦生热：机械能→内能；发电站：水能/风能/核能→电能；燃烧燃料：化学能→内能（+光能）。 题型四：能量守恒定律应用类（核心考查定律内涵、永动机不可实现） 题型建模 考查核心：能量守恒定律的理解、永动机失败的原因，常以选择题、简答题形式出现。 子题型 1：下列关于能量的转化和守恒的说法中错误的是（ ） A．“既要马儿跑得好，又要马儿不吃草”违背了能量守恒定律 B．人们对太阳能的开发和利用，说明能量可以凭空产生 C．发电机发电时，将机械能转化为电能 D．酒精燃烧时，将化学能转化为内能 【答案】B 【解析】A．马奔跑要消耗能量，所以“既要马儿跑，又让马儿不吃草”违背了能量守恒定律，因而是不可能的，故A正确； B．能量是不能凭空产生的，太阳能由氢核聚变而得能量，说法违背了能量守恒定律，故B错误． C．发电机利用电磁感应原理，将机械能转化为电能，故C正确； D．酒精燃烧是把化学能转化为内能的过程，故D正确。 故选B。 子题型 2：2024年深圳全社会用电量1214.9亿千瓦时，同比增长7.7%，其中，工业用电量、服务业用电量、居民用电户数和用电量等指标均呈较大幅度增长。发电机的发明能够满足人们对电力的需求，保障电力供应的稳定性和可靠性。某学习小组开展了“制作简易发电机”的跨学科实践活动。 【活动目的】通过磁生电的简单实验，结合电动机的基本结构，制作简易发电机，并进行改进和评价。 【活动方案】 （一）结合相关物理知识，设计简易发电机； （二）结合材料学等学科知识，制作简易发电机； （三）结合工程和技术操作，改进和评价风力发电机。 【实施过程】 （一）设计简易发电机 (1)学习小组收集到磁生电实验的资料如图甲所示，为使灵敏电流计指针发生偏转，金属棒应该 （填“上下”“左右”或“前后”）运动；该实验原理为 。 (2)参考电动机的内部结构后，小组决定使用齿轮结构，如图乙所示，齿轮B带动齿轮A转动，齿轮A有15个齿，齿轮B有30个齿，将摇柄和齿轮B中心轴拼接，摇柄（齿轮B）转动36圈，齿轮A转动 圈。 (3)摇动手柄经由橡皮筋带动电机转动，小组选择绷得紧的橡皮筋，是为了 。 （二）制作简易手摇发电机 (4)拼接完成后，得到如图丙所示的手摇发电机，将发电机两端接在规格为“3V 150mA”的灯泡上，转动摇柄，灯泡亮起，此时发电机发生的能量转化为 要使灯泡更亮，可以 ；若该简易发电机能量转化效率为50%，每转一圈消耗机械能1.2J，为使灯泡正常工作，同学摇柄转速应为 r/min。 (5)发电机工作一段时间后，电机温度升高，但与之串联的导线温度却几乎没有变化，原因是 。 （三）制作风力发电机 【交流与评价】 (6)小余提出，可以将手柄替换为扇叶，实现风力发电。为更大限度利用风能，风向和扇叶的摆放方向应该如（　　）所示。 A． B． C． (7)和手摇发电机相比，请对改进后的风力发电机进行评价 。 【答案】(1)左右 电磁感应；(2)72；(3)增大摩擦力；(4)机械能转化为电能 更快转动摇柄 45；(5)见解析；(6)B；(7)见解析 【解析】（1）[1][2]为使灵敏电流计指针发生偏转，金属棒应左右运动才能切割磁感线，产生感应电流，该实验原理为电磁感应原理。 （2）齿轮A有15个齿，齿轮B有30个齿，根据齿数比可知：将摇柄和齿轮B中心轴拼接，摇柄（齿轮B）转动36圈，齿轮A转动72圈。 （3）选择绷得紧的橡皮筋，是为了增大压力，增大摩擦力。 （4）[1][2]发电机工作时，消耗机械能，产生电能，将机械能转化为电能，要使灯泡更亮，可以更快转动摇柄，加快线圈切割磁感线的速度。 [3]产生的电能 灯泡正常工作的时间 每分钟的转数为 （5）电机温度升高，但与之串联的导线温度却几乎没有变化，原因是：串联电流相同，导线的电阻很小，由可知，时间相同，电流相同，导线产生的热量很少。 （6）为更大限度利用风能，风向和扇叶垂直，故选B。 （7）风力发电机使用清洁能源，对环境更友好。 子题型 3：能量守恒定律：能量既不会凭空消灭，也不会凭空产生，它只会从一种形式 为其他形式，或者从一个物体 到其他物体。而在这两个过程中，能量的总量保持不变。如图所示，为一种人们设想中的永动机。它通过高处的水流冲击叶片，叶片的转动又带动抽水机从低处将水抽到高处，从而循环工作，实际上，这种永动机 （选填“能够”或“不能够”）永远工作下去。 【答案】 转化 转移 不能够 【解析】[1][2]根据能量守恒可知，能量既不会凭空消灭，也不会凭空产生，它只会从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到其他物体。 [3]设想中的永动机通过高处的水流冲击叶片，叶片的转动又带动抽水机从低处将水抽到高处，从而循环工作，由于在这个过程中由摩擦阻力的存在，水的机械能会不断的转化为内能，使得水的机械能不断减少，因此这种永动机不能够永远的运动下去。 解题模板 1．定律内涵：能量既不凭空产生，也不凭空消失，仅能转移或转化，总量不变。 2．永动机分析： 第一类永动机：违背“能量不能凭空产生”，无法实现；第二类永动机：违背“能量转化方向性”，虽不违背守恒定律，仍无法实现。 3．实际应用：解释“能量损耗”（部分转化为无用内能，总量仍守恒）。 题型五：能源危机与可持续发展类（核心考查双碳目标、新能源开发） 题型建模 考查核心：能源危机成因、碳达峰与碳中和的区别、可持续发展措施，常以选择题、简答题形式出现。 子题型 1：人类的发展离不开能源，为构建清洁低碳能源体系，中国力争在2030年前实现“碳达峰”，2060年前实现“碳中和”，这是我国对世界人民做出的庄严承诺。对于能量和能源，下列说法中不正确的是（   ） A．能量之间可以在一定条件下相互转化，能量的转化有方向性 B．提高能量转化效率是“节能减排”的重要措施之一 C．电能因为使用方便快捷，几乎遍及人们的生活，电能是一次能源 D．风能、水能、太阳能都是清洁能源 【答案】C 【解析】A．不同形式的能量之间可以相互转化，在转化过程中具有一定的方向性，故A正确，不符合题意； B．根据提高效率的方式可知，提高能量转化效率是“节能减排”的重要措施之一，故B正确，不符合题意； C．电能不能直接从自然界中获得，需要消耗其他能源进行加工和转化，所以电能是二次能源，故C错误，符合题意； D．根据清洁能源的定义可知，风能、水能、太阳能都是清洁能源，故D正确，不符合题意。 故选C。 子题型 2：阅读短文     超超临界燃煤发电 水在发生物态变化时，存在一个特殊的临界点，当水的温度超过同时压强超过后，它的气态和液态会完全融合，不再有明显的分界面，不再是传统意义上的气体或液体，这种特殊状态称为“超临界状态”，该状态下的物质称为“超临界流体”。超临界流体既具有气体的性质，可以很容易地压缩或膨胀，又像液体一样，具有较大的密度，但它的黏度比液体小，具有较好的流动性和导热性。 人们将超临界流体的这种性质用于燃煤发电，建设超临界燃煤发电机组，进一步研究发现燃煤发电效率随着蒸汽温度和压强的升高而提高。于是我国研究并建设了超临界燃煤发电机组，如图所示。在2003年，我国“国家高技术研究发展计划”项目“超超临界燃煤发电技术”中，定义超超临界参数为压强，温度。 2025年11月8日世界首台百万千瓦级高效超超临界燃煤发电机组在我国开始建设，机组设计蒸汽压强为，蒸汽温度为，达到目前世界范围内燃煤机组最高参数。与现有机组相比，该燃煤机组将进一步提升发电效率，同时发电消耗的标准煤将降低至约（即供电煤耗约为），每年可减少二氧化碳排放量约45万吨。 该项目建成后将大幅提升煤电清洁高效利用水平，同时推动国产高端装备制造能力全面升级，为实现我国能源安全与“双碳”目标提供重要支撑。 请根据上述材料，回答下列问题： (1)超临界流体具有较好的 ，因此可用于超临界燃煤发电。 (2)如图所示，描述了水（）在不同温度和压强下所处的物质状态，其中A点对应的温度为、压强为，B点对应的温度为、压强为。水在被实线所围成的①②③④四个区域中处于不同的物质状态，其中表示水是超临界流体的区域是 。 A．① B．② C．③ D．④ (3)请你提出进一步提高燃煤发电效率的办法： 。 (4)若标准煤的热值取，则超超临界燃煤发电技术的发电效率约为 。 【答案】(1)流动性和导热性；(2)C；(3)继续提高蒸汽的温度和压强；(4)48 【解析】（1）根据材料描述，超临界流体 “黏度比液体小，具有较好的流动性和导热性”，这一性质被用于燃煤发电。 （2）超临界流体是指物质的温度和压强均超过其临界点时所处的状态。题目中B点为水的临界点（温度374℃、压强22MPa），③区域位于B点的右上方，温度高于374℃且压强高于22MPa，符合超临界流体的条件。 （3）材料明确指出 “燃煤发电效率随着蒸汽温度和压强的升高而提高”，通过提升蒸汽的温度和压强，能有效提升燃煤发电效率。 （4）阅读材料可知：发电消耗的标准煤将降低至约。 1kW・h 的电能 250g（0.25kg）标准煤完全燃烧放出的热量 发电效率 子题型 3：为应对气候变化，我国提出“二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和”的目标承诺。请列举一种会导致二氧化碳排放比较大的能源 。作为普通百姓，也可以为减排做贡献，请举一例 。 【答案】 石油 绿色出行，出门尽量不开车 【解析】[1][2]在现在社会，汽车尾气的排放是导致二氧化碳排放增加的重要因素，汽车用的能源是石油。作为普通百姓，也可以为减排做贡献，如：绿色出行，出门尽量不开车。 解题模板 1．能源危机成因：不可再生能源储量有限、消耗过快，能源结构不合理。 2．双碳目标： 碳达峰：碳排放总量达峰值后不再增长；碳中和：通过减排、植树造林等抵消碳排放，实现“零排放”。 3．解决措施：开发新能源、提高能源利用率、节能减排、绿色出行。 题型六：能源利用与环境影响类（核心考查化石能源污染、新能源优势） 题型建模 考查核心：化石能源的环境危害、新能源的环保优势，常以选择题、简答题形式出现。 子题型 1：阅读下列材料，回答第题。 材料一 2022年北京冬奥会上运动员的“战袍”可谓是集结了科学家们的心血，一件“战袍”运用了许多现代高科技技术手段。以速度滑冰紧身服为例，面料采用类似高尔夫球上的蜂窝结构的粗糙纹理结构，可以减少尾流的湍流现象，从而达到减阻效果。一定规律的粗糙表面可以使滑雪服降低10%的阻力，这跟常识中“面料越光滑，阻力越小”的认知相反，主要是因为，在一定程度上，略微粗糙的材料能够使得空气在材料表面以较为平稳的方式流过，以较好的方式引导风的流动，有助于降低压差阻力。 材料二 2022年北京冬奥会，为给运动员找到最佳的运动姿态，产生最小的阻力以提高速度，采用了导弹风洞为运动员训练。什么是风洞，通俗来说，风洞就是用来产生人造气流的管道，它利用人工产生和控制气流，用以模拟飞行器等物体在自然环境中飞行时气流运动状况，同时可以观察、度量气流对物体的作用。这个用于训练的风洞宽2.5m，高3m，测试段长度8m，设计风速151.2km/h，完全可以满足目前所有冬奥竞速类体育项目的测试训练要求。 材料三 “风出张北，电送北京”。一台矗立于张北县的桨叶直径146m的风电机组，日均发电约2.45万度，可供首钢滑雪大跳台中心完成本届冬奥会期间的全部造雪量，相当于在一个标准篮球场堆出28m高的雪；一度绿电，能点亮颁奖广场主舞台22s，能让厨师在冬奥村“全电厨房”制作两份菜品……据测算，2022年冬奥会和冬残奥会整个过程，会场馆预计共消耗“绿电”约4亿度，风力发电可减少标煤燃烧12.8万吨（标煤即每千克标准煤完全燃烧可放出热量为），减排二氧化碳32万吨。 请根据上述材料，回答下列问题： （1）速度滑冰运动服，想达到减阻的效果，运动服面料的表面 。（选填选项前字母） A．非常光滑    B．有一定规律的粗糙    C．非常粗糙 （2）已知汽油的热值是，根据材料中信息可知，标煤的热值 汽油的热值（选填“大于”或“小于”）。 （3）文中“绿电”指的是在生产电力的过程中，它的二氧化碳排放量为零或趋近于零，因为与其他方式（如火力发电）所生产的电力比较，“绿电”对于环境冲击影响较低。下列能源都能发电，其中是“绿电”的主要来源的是 。（多选） A．太阳能    B．地热    C．核能    D．煤炭 （4）风洞的规模有很多种，利用风洞可以研究很多事情，请你列举一个可以利用风洞研究的实例 。 【答案】 B 小于 AB 确定飞行器在特定风速下的飞行性能 【解析】（1）[1] 由材料一可知，“在一定程度上，略微粗糙的材料能够使得空气在材料表面以较为平稳的方式流过，以较好的方式引导风的流动，有助于降低压差阻力”，因此有一定规律的粗糙面可以减小风阻。 （2）[2]由材料二可知，标煤的热值为，小于汽油的热值。 （3）[3]AB.太阳能和地热属于可再生的清洁能源，二氧化碳排放量为零或趋近于零，对环境影响较小； C.核能的利用过程会产生核污染，危害环境； D.煤炭的燃烧会产生大量的二氧化碳，会危害环境。 故选AB。 （4）[4]风洞一般是利用人工产生和控制气流，用以模拟飞行器等物体在自然环境中飞行时气流运动状况，因此可以确定飞行器在特定风速下的飞行性能。 子题型 2：阅读短文，回答文后问题。 航速优化 化石燃料的广泛应用加快了人类文明的进程，但同时也污染了环境。因为大量燃烧化石燃料使大气中CO2浓度增加，引起温室效应而导致全球变暖。人们意识到环境保护的重要性，开始从各个方面着手减少碳排放。 船舶航行大多使用柴油发动机，航行时受到的阻力通常和航行速度的平方成正比。降低航速可以大大减小航行阻力，发动机对推进设备做功的功率即推进功率就会大大减小，从而减少燃油消耗。但航速不是越小越好，因为船舶航行过程中除了推进设备，还有其他辅助设备工作，需要发动机做功。航速减小后，一段航程所需的航行时间就会延长，虽然推进功减少，但辅助功增加了。发动机要做的功包括推进功和辅助功两部分。航速优化就是要找到适合的航速，使发动机做的总功减少，达到节能减排的目的。 （1）在柴油发动机的工作循环中，排出CO2等气体的冲程是 ； （2）若船舶以速度v匀速直线航行，航行时受到的阻力为f=kv2（k为常量）。则理想情况下，推进功率和速度的关系为P推= ； （3）某船舶航行时，每公里航程的推进功、辅助功和航速的关系如图所示，则最省油的航速约为 m/s； （4）若题（3）中船舶的最大航速为10m/s，柴油发动机的效率为40%，柴油的热值为4.3×107J/kg，则航速从最大航速降低到最省油航速，每公里航程少消耗柴油 kg。 【答案】 排气冲程 kv3 6 29 【解析】（1）[1]在柴油发动机的工作循环中，排出CO2等气体的冲程是排气冲程； （2）[2]若船舶以速度v匀速直线航行，航行时受到的阻力与牵引力是一对平衡力，大小相等；由于 故推进的功率为P推=Fv=fv=kv2×v=kv3 （3）[3]根据图像知道，当推进功为2×108J，辅助功为5×108J时，推进功和辅助功的和是7×108J，是最小的，此时最省油，对应的速度为6m/s。 （4）[4]由图知道，当v'=10m/s时的推进功约为8.5×108J，辅助功约为3.5×108J，与最省油时相比，节省的功为W'=8.5×108J+3.5×108J-2×108J-5×108J=5×108J 柴油发动机的效率为40%，则完全燃烧节省的柴油放出的热量为 每公里航程少消耗柴油的质量为 子题型 3：18．阅读材料，回答问题。 高温气冷堆核电站 2023年12月，全球首座第四代核电站——华能石岛湾高温气冷堆核电站商运投产，我国实现了第四代核电站的“中国引领”。高温气冷堆被认为是“不会熔毁的反应堆”，下图是高温气冷堆核电站的发电模块示意图。 何为高温气冷堆？所谓“高温”，是指反应堆的工作温度和冷却剂的出口温度都达到其他堆型无法企及的高温。所谓“气冷”，则是区别于“水冷”，使用氦气作为堆芯冷却剂和热传导媒介。 高温气冷堆有三道防线，保证其不会熔毁。第一道防线，耐高温的球形燃料。这种燃料球属于弥散型核燃料，在任何情况下均能保证燃料颗粒的完整性不受影响，可有效防止放射性物质外泄；第二道防线，燃料循环过程中具有负反应性温度系数。当温度达到阈值，反应堆会进行负反应性反馈，实现自然停堆；第三道防线，非能动的余热排出系统。堆芯余热能够借助热传导、自然对流换热和热辐射等释放到大气环境中，避免堆芯过热发生熔毁。 核电在积极解决能源困局的同时，也面临挑战，如核废物具有放射性等。 (1)核电站的核心设备是 ，通过 （选填“可控”或“不可控”）的链式反应来释放核能进行发电。通过发电机发出 （选填“交流”或“直流”）电； (2)核电清洁、经济，但一旦发生核泄漏，会对环境造成巨大的污染，核污染主要是因为核废料具有 ； (3)高温气冷堆核电站利用 作为冷却剂； (4)下列不属于高温气冷堆不熔毁的技术保证的是________；（填字母） A．耐高温的球形燃料 B．燃料循环过程中具有负反应性温度系数 C．有非能动的余热排出系统 D．反应堆有坚固的外壳 (5)石岛湾高温气冷堆核电站示范工程装机容量20万千瓦，每年可发电 （按365天，每天发电20小时计算）。如果1g铀235完全裂变时产生的能量为，高温气冷堆的发电效率为40%，那么每年要消耗铀235的质量为 （结果保留一位小数）吨。 【答案】(1)反应堆 可控 交流；(2)放射性；(3)氦气；(4)D；(5) 0.2 【解析】（1）[1][2][3]核电站的核心设备是核反应堆，核反应堆是通过可控制的铀核裂变释放核能，核能转变为内能再通过蒸汽轮机做功，带动发电机发出交流电。 （2）核污染主要是因为核废料具有‌放射性‌，核废料中的放射性核素会衰变并释放‌电离辐射‌，这种辐射能破坏细胞结构，导致环境污染和健康风险。 （3）由材料内容：所谓“气冷”，则是区别于“水冷”，使用氦气作为堆芯冷却剂和热传导媒介，可知高温气冷堆核电站利用氦气作为冷却剂。 （4）由材料内容可知，高温气冷堆有三道防线：第一道防线，耐高温的球形燃料；第二道防线，燃料循环过程中具有负反应性温度系数；第三道防线，非能动的余热排出系统。故ABC不符合题意，D符合题意。 故选D。 （5）[1]石岛湾高温气冷堆核电站示范工程装机容量20万千瓦，每年可发电 [2]发电所需要的能量为 1g铀235完全裂变时产生的能量为，则1t铀235完全裂变时产生的能量为 每年要消耗铀235的质量为 解题模板 1．化石能源污染： 大气污染：排放二氧化硫（酸雨）、二氧化碳（温室效应）、颗粒物；其他污染：热污染、石油泄漏污染海洋。 2．新能源优势：清洁无污染（太阳能、风能）、低排放（核能），符合绿色发展。 题型七：能量转化方向性类（核心考查不可逆性、节能意义） 题型建模 考查核心：能量转化的不可逆性、节能的重要性，常以选择题、简答题形式出现。 子题型 1：主题五：物理与科技发展 物理与科技发展携手并进，拓宽了人类认知的边界，更为技术革新插上了翅膀。 1．阅读下面的短文，回答问题： 热电偶 把两种不同材料的导线（如铁线和铜线）组成如题图甲所示的闭合回路，当AB两端存在温度差时，回路中才会有电流通过，这就是塞贝克效应，这种电路叫热电偶。实验表明：热电偶电路中电流的大小跟相互连接的两种金属丝的材料有关；跟接点A和B间的温度差的大小有关，温度差越大，回路电流越大，利用热电偶可以测量温度，只要选用适当的金属作热电偶材料，就可轻易测量到从-180℃到+200℃的温度。 （1）如图甲所示，其他条件不变；只将铁丝换成铜丝，电路中将 （选填“有”或“无”）电流； （2）请写出一种能增大热电偶电路电流的做法： ； （3）热电偶实际上是一个电源，它的电能是由 能转化而来； （4）利用热电偶做成的温度计，与液体温度计相比，不受液体的沸点、凝固点等因素的影响，因而具有明显的测量范围大的优势，因此，在选用适当的金属做热电偶材料时，金属材料的 ； A．熔点要高    B．密度要大    C．比热容要大    D．质量要大 （5）如图乙所示为一水果电池，其工作原理是：铜、锌两金属片一同插入水果接触到果酸时，电子由锌片通过导线流向铜片，导线中的电流方向是 （选填“从铜片到锌片”或“从锌片到铜片”），水果电池的正极是 （选填“铜片”或“锌片”）。 2．阅读短文，回答文后的问题。 涡轮喷气发动机 2023年5月28日上午，我国首架自行研制、拥有自主知识产权的喷气式客机C919，历时2h从上海到北京，开启了首次商业载客飞行。 图甲为C919客机使用的涡轮喷气发动机，其结构是由进气道、压气机、燃烧室、涡轮和尾喷管组成，空气首先进入发动机的进气道，由于飞机的速度是变化的，相同时间进入进气道的气体量会随着速度的增大而增大，为了使进入进气道的气体全部通过压气机，需要调节“可调管道”的通风口面积。空气流过压气机时，被压气机的旋转叶片压缩后进入燃烧室后，空气与航空燃油在燃烧室燃烧，燃烧产生的高温高压气流推动涡轮，最终从尾喷管喷出，产生强大动力。 涡轮喷气发动机其部分参数如表乙，其中热效率是指涡轮喷气发动机获得的机械能与燃料完全燃烧产生的内能之比，而推动效率则是指涡轮喷气发动机传递给飞机的推动功（推力所做的功）与其获得的机械能之比。 （1）涡轮喷气发动机在工作中，空气流过压气机后内能 （选填“变大”“变小”或“不变”），这部分气体与燃料混合后在燃烧室中燃烧，燃烧产生的高温高压气流推动涡轮。此过程的能量转化相当于热机的 冲程，涡轮喷气发动机常用循环流动的水进行冷却，这是因为水的 ； （2）当飞机加速飞行时，应使可调管道的通风口面积 （选填“变大”“变小”或“不变”）； （3）涡轮喷气发动机使压缩后的混合气体在燃烧室燃烧直到膨胀的气体再从尾部喷出过程中，燃气的温度是不断变化的，下列能大致反应燃气温度随时间而变化的是图 ； （4）涡轮喷气发动机所受空气阻力与运行速度的关系如图丙所示，当飞机以200m/s的速度水平匀速巡航0.5h的过程中需要 kg的航空燃油。 【答案】1． 无 增大接点A和B间的温度差 内 A 从铜片到锌片 铜片 2． 变大 做功 比热容大 变大 C 1080 【解析】19．[1]把两种不同材料的导线（如铁线和铜线）组成闭合回路，当AB两端存在温度差时，回路中才会有电流通过，这就是塞贝克效应，这种电路叫热电偶。只将铁丝换成铜丝，导线材料相同，不会产生电流。 [2]实验表明：热电偶电路中电流的大小跟相互连接的两种金属丝的材料有关；跟接点A和B间的温度差的大小有关，温度差越大，回路电流越大。所以可以通过增大接点A和B间的温度差来增大热电偶电路电流。 [3]当AB两端存在温度差时，回路中才会有电流通过，这就是塞贝克效应，这种电路叫热电偶，所以热电偶实际上是一个电源，它的电能是由内能转化而来。 [4]热电偶电路中要产生温度差，所以在选用适当的金属做热电偶材料时，金属材料的熔点要高，故选A。 [5][6]电流的方向和电子（负电荷）定向移动的方向相反，铜、锌两金属片一同插入水果接触到果酸时，电子由锌片通过导线流向铜片，导线中的电流方向是从铜片到锌片，在铜片是正极。 20．[1][2]空气流过压气机时，被压气机的旋转叶片压缩，内能增大。这部分气体与燃料混合后在燃烧室中燃烧，燃烧产生的高温高压气流推动涡轮，内能转化为机械能，此过程的能量转化相当于热机的做功冲程。 [3]涡轮喷气发动机常用循环流动的水进行冷却，这是因为水的比热容大，吸热能力强。 [4]飞机的速度是变化的，相同时间进入进气道的气体量会随着速度的增大而增大，所以当飞机加速飞行时，应使可调管道的通风口面积变大。 [5]从能量转化的角度看，内燃机在压缩冲程中，将机械能转化为内能，所以燃气的温度升高；在做功冲程中，气体推动活塞对外做功，将气体的内能转化为活塞的机械能，燃气温度降低，所以能大致反应燃气温度随时间而变化的是C。 [6]如图丙所示，当飞机以200m/s的水平速度匀速巡航时，受到的阻力为3.6×104N，飞机受到推力和阻力是平衡力为3.6×104N，在巡航1h的过程中克服阻力做的功为 航空燃油完全燃烧放出的热量为 则需要航空燃油的质量为 子题型 2：阅读《热能发电：点亮万家灯火的能量魔法》并回答问题 热能发电：点亮万家灯火的能量魔法 我们日常使用的电能，超过七成来自热能发电，电能的普遍利用使工业快速发展，人类利用自然、改造自然的能力不断得到提升。 热能发电的原料常见的有煤炭、石油、天然气等。以燃烧煤炭发电为例，煤炭燃烧时把化学能释放出来产生大量的热，释放出的热量先加热水，让水变成高温、高压的水蒸气，实现了化学能向水蒸气的内能的转化。然后，高温、高压的水蒸气从喷嘴高速喷出，推动汽轮机的叶片高速转动，把内能转化成了汽轮机的机械能。最后，转动的汽轮机会带动发电机转子转动，把机械能转化为电能，电能通过电网输送到家庭和工厂，使各种用电器能够正常工作。 如今的热能发电早已不是“高污染”的代名词，除了传统火力发电以外，还有利用核能的核电、回收工业余热的余热发电，以及依靠太阳能集热的光热发电，既提升了效率，又减少了对环境的影响。我们生活中每一度电的背后，都是热能在多步转化中传递能量，而整个过程始终遵循能量守恒定律，能量不会凭空产生，也不会凭空消失，只是换了一种又一种形态为我们服务。 (1)燃煤发电时燃烧煤炭给水加热，获得高温、高压的水蒸气，这个过程把化学能转化为 。 (2)转动的汽轮机带动发电机的转子转动产生电流，这是 现象，这个过程跟 （选填“动圈式扬声器”或“动圈式话筒”）的工作原理相同。 (3)以煤炭为原料的热能发电的过程中，如果把发电机输出的电能跟煤炭完全燃烧释放的热量的比值定义为热能发电的效率，请你提出一种提高热能发电效率的途径： 。 【答案】(1)内能；(2)电磁感应 动圈式话筒；(3)增大燃煤的燃烧效率（使煤充分燃烧） 【解析】（1）燃煤发电时，燃料的化学能转化为水和水蒸气的内能，从而使水的温度升高。 （2）[1][2]发电机线圈转动中由于切割磁感线而在线圈中产生了感应电流，这是电磁感应现象，而动圈式话筒的线圈在磁场中运动产生感应电流，工作原理也是电磁感应。 （3）提高热能发电效率，可以增大燃煤的燃烧效率，使煤更充分的燃烧。 子题型 3：请阅读《微型太阳能驱动无人机》并回答下列问题 微型太阳能驱动无人机 北京航空航天大学科研团队利用自主研发的新型静电电动机，成功研制出仅重4.21g的太阳能动力微型无人机，在自然光强度的照射下，实现发电、驱动、垂直飞行等一系列动作。只有巴掌大的无人机，仅靠两片微型太阳能电池就能驱动。 传统的电磁电动机在微型化后，由于转速高、发热大，能量转化效率低，即使采用太阳能作为能源，受限于太阳能电池的面积，导致输出电压不足，也无法满足微型飞行器的飞行需求。静电电动机利用摩擦、接触或感应产生的静电（不流动的电荷）作为能源，在电动机周边有一圈电极片，在中间运动的电极片会被它右侧的电极片排斥，被左侧的电极片吸引，最终产生一个带动整个飞行器起飞的升力。这些轻质部件由薄如晶片的碳纤维片制成，外层包裹着极为细小的铝箔。太阳能电池可以在自然光下产生低压直流电，由于低压直流电无法直接驱动电动机。因此科研团队在无人机内部安装了一种高压功率转换器，可以将4.5V的低压直流电转换成的高压电，以满足静电电动机的工作需求。静电电动机的高电压、低电流工作特性，使其在工作过程中发热少且无明显红外特征，可以有效提高能量转化效率并降低能耗。 (1)微型无人机上的太阳能电池产生的低压直流电相当于 节新的干电池串联后的电压，此电压对人体 （选填“安全”或“不安全”）； (2)无人机飞行主要是将电能转化为 能； (3)静电电动机中相邻的左右两侧电极片带 （选填“同种”或“异种”）电荷； (4)太阳能电池的输出电压可能与太阳能电池的 有关，太阳能属于 （选填“可再生”或“不可再生”）能源。 【答案】(1)3 安全；(2)机械；(3)异种；(4)面积 可再生 【解析】（1）[1]一节新干电池的电压为1.5V，已知太阳能电池产生的电压为4.5V，由串联电池组的电压关系可知，相当于3节新的干电池串联后的电压。 [2]对人体安全的电压是不高于36V，而4.5V<36V，所以此电压对人体安全。 （2）无人机飞行时，消耗了电能，获得了机械能，将电能转化为机械能。 （3）根据文中描述“在中间运动的电极片会被它右侧的电极片排斥，被左侧的电极片吸引”，根据电荷间的相互作用规律：同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引，可知右侧电极片与中间运动的电极片带同种电荷，左侧电极片与中间运动的电极片带异种电荷，所以静电电动机中相邻的左右两侧电极片带异种电荷。 （4）[1]文中提到“太阳能电池可以在自然光下产生低压直流电”，且“受限于太阳能电池的面积，导致输出电压不足”，所以太阳能电池的输出电压可能与太阳能电池的面积有关。 [2]太阳能可以在自然界中源源不断地得到，属于可再生能源。 解题模板 1．方向性内涵：能量只能自发从“高能态”向“低能态”转化，反之需消耗额外能量（如冰箱制冷需耗电）。 2．典型实例： 热水自动降温，无法自发升温；内能无法自发从低温物体转移到高温物体；燃料燃烧的化学能→内能，无法自发反向转化。 3．核心启示：能量利用率无法达到100%，需节约能源。 题型八：能源相关计算类（核心考查效率、能量转化量估算） 题型建模 考查核心：能源利用效率、能量转化量计算，常以计算题形式出现，涉及比热容、功率、热值等公式。 子题型 1：如图是一款太阳能和其它能量混合驱动汽车，车身上装载了5m2的太阳能电池板，用于给蓄电池充电或直接作为动力源。已知太阳能电池板每小时1m2接收的太阳能为6×106J，已知太阳能转化为电能的效率为25%，该汽车利用电能行驶时，电动机的将电能转化为机械能的效率为80%。 （1）若驾驶该车通过一长为18000m的隧道，用时12min，则该车速度是多少km/h? （2）若该车以36km/h匀速行驶时，所受阻力为1200N，则该车的电动机输出功率多大? （3）利用6h的正常日照获得的太阳能使该车以36km/h匀速行驶，该车能行驶多少路程? 【答案】（1）90km/h；（2）1.2×104W；（3）3×104m 【解析】解：（1）由题意可知，18000m=18km；12min=0.2h 所以该车的速度为 （2）由题意可知，36km/h=10m/s 汽车匀速行驶，由二力平衡可知其在水平方向上电动机输出的拉力与其受到的阻力相等，即F拉=F阻=1200N 所以该车的电动机的输出功率为P输出=F拉v=1200N×10m/s=1.2×104W （3）由题意可知，太阳能电池板接受到的太阳能为W1=5×6×6×106J=1.8×108J 其转化成的电能为W电=η1W1=25%×1.8×108J=4.5×107J 电能经过电动机转化成的机械能为W机=η2W电=80%×4.5×107J=3.6×107J 这些机械能能够支持电动机在该车36km/h匀速行驶的情况下行驶的时间为 所以汽车能够行驶的路程为s=vt=10m/s×3000s=3×104m 子题型 2：某研究小组为测量垂直于太阳光的面积为1m2表面上，每秒钟接收到太阳能，用自制太阳能热水器做实验。经多次试验得到自制太阳能热水器吸收太阳能的效率为50%。控制太阳能热水器接受太阳光垂直照射的面积始终是2m2，太阳能热水器内的水的质量为100 kg，水的初温为20℃，经8750 s后温度上升到45℃[c水=4.2×103 J／（kg℃）]。请计算： (1)在上述过程中太阳能热水器内的水吸收的热量是多少？ (2)太阳能热水器在这段时间内吸收的太阳能是多少？ (3)垂直于太阳光的1m2表面上，每秒钟接收到的太阳能是多少？ 【答案】见解析所示 【解析】(1)水吸收的热量为 (2)太阳能热水器吸收的太阳能 (3)接收到的太阳能的功率是 即1m2表面上，每秒钟接收到的太阳能是1200J。 子题型 3：开发和利用新能源是当今各个国家的共同课题。如图为全球最大太阳能飞机“阳光动力2号”，巡航速度最高可达到 200km/h。机身总重2.3t，机翼上装有270m2的太阳能电池板，可将20%的太阳能转化为电能。这些电能除了可以为飞机白天飞行提供能源外。还可以在白天给600kg的锂电池充电，以满足夜间飞行的能源需求。电池充满电时能量密度为0.25(kW·h)/kg （1） 电能是 能源（选填“一次”或“二次”  ）； （2） 若飞机空载停在机场时与地面总接触面积为400m2 ，则飞机对地面的压强是多少？ （3）如果太阳辐射功率为 白天有效接收太阳辐射时间为10h，可为飞机提供多少电能？ （4） 如果充满电后有50%的电能在飞行中用来克服阻力做功，且可以供飞机以最大巡航速度夜间水平飞行4.5h，那么飞机受到的平均阻力是多少？ 【答案】（1）二次；（2）5.75×105Pa；（3）1.62×109J；（4）300N 【解析】解：（1）电能不能从直接自然界获取，需要消耗一次能源，所以电能是二次能源。 （2）飞机空载停在机场时对地面的压力等于其重力，则产生的压强为 （3）太阳每平方米的辐射功率为3×106J/(h·m2)，则10h接收的太阳能为E=3×106J/(h·m2)×10h×270m2=8.1×109J 将20%的太阳能转化为电能，则电能为W=Eη=8.1×109J×20%=1.62×109J （4）锂电池的质量为600kg，电池充满电时能量密度为0.25(kW·h)/kg，电池充满电后有50%的电能用来克服阻力做功，则所做的有用功为W=600kg×0.25(kW·h)/kg×50%=75kW·h=2.7×108J 飞机夜间以最大巡航速度能水平飞行4.5h的路程s=vt=200km/h×4.5h=900km=9×105m 飞机做匀速直线运动，牵引力等于阻力，即 解题模板 1．核心公式： 能量转化量：Q=cmΔt（内能）、W=Pt（电能）、Q放=mq（燃料燃烧）； 效率：（如太阳能利用率、电水壶加热效率）。 2．步骤： 明确“有用能量”与“总能量”；统一单位（如功率单位W→kW，时间s→h）；代入公式计算，注意效率≤100%（数据矛盾时需检查逻辑）。 1 / 14 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $