二、核能 太阳能（高效培优讲义）物理苏科版九年级下册

二、核能 太阳能 【题型导航】 【重难题型讲解】 1 题型1 核能：裂变与聚变 1 题型2 核电站及其工作原理 6 题型3 太阳能及其利用 13 【能力培优练】 20 【链接中考】 28 【重难题型讲解】 题型1 核能：裂变与聚变 1. 认识核能 原子核是由质子和中子依靠强大的核力紧密结合而成的。当原子核的结构发生变化时，有时会释放出惊人的能量，这种原子核中所蕴含的能量称为核能。 【注意】 ①核能是原子核发生变化时释放的能量，不是化学反应能。 ②核能来源于核力的作用，核力是强相互作用力。 ③获得核能的途径有两条：重核裂变和轻核聚变。 2. 核裂变 项目 说明 定义 质量较大的原子核分裂为两个或两个以上中等质量原子核的过程 典型材料 铀-235、钚-239等重核 引发方式 用中子轰击铀原子核 反应特点 裂变时除了释放大量能量，还会同时释放2～3个新的中子 链式反应 新产生的中子又能使其他铀原子核裂变，从而释放出更多的中子，这个过程自发地持续进行下去，称为链式反应 应用实例 原子弹（不加控制）、核电站（加以控制） 3. 核聚变 项目 说明 定义 在超高温和超高压的条件下，两个质量较轻的原子核发生聚合，生成质量较大的原子核，同时释放出巨大的能量 典型材料 氘核和氚核（氢的同位素） 反应条件 需要极高的温度（几千万度以上）和压力 能量特点 相同质量的核燃料，聚变释放的能量比裂变更大 应用实例 氢弹、太阳的能量来源 4. 核能的优点与争议 核能的优点：①能量密度高：1千克铀可供利用的能量相当于燃烧2500吨优质煤；②清洁高效：不排放温室气体和有害气体；③单机容量大，占地规模小；④发电稳定可靠，不受季节和气候影响；⑤燃料运输量小：100万千瓦核电站每年仅需三四十吨铀燃料。 核能的缺点与争议：①核污染风险：核泄漏可能造成严重后果；②核废料处理：放射性废物需妥善处置 ；③投资成本大，技术要求高；④热污染问题。 【典例1-1】2025年3月，我国首款C-14核电池原型机“烛龙一号”研制成功，这标志着我国在核能技术领域与微型核电池领域取得了重大突破。原子核中的质子和 依靠强大的核力紧紧地结合在一起，当原子核的结构发生变化时，就会释放出巨大的能量，称为核能。核能属于 （选填“可再生”或“不可再生”）能源。 【答案】 中子 不可再生 【详解】[1]原子核由质子和中子组成，质子带正电，中子不带电，二者依靠核力结合，这种力是强相互作用力，能克服质子间的斥力使原子核保持稳定。 [2]不可再生能源是指在短期内无法从自然界得到补充的能源，核能的原料（如铀矿）是有限的，消耗后无法快速再生，因此属于不可再生能源。 【跟踪训练1】为纪念我国第一颗原子弹和第一颗氢弹的诞生，彰显热爱祖国、艰苦创业、勇攀高峰的“两弹一星”精神，原子城被确定为全国爱国主义教育示范基地，如图所示。下列关于原子弹和氢弹的说法中错误的是（　　） A．氢弹利用了核聚变 B．原子弹利用了核裂变 C．核废料没有污染 D．原子核由质子和中子组成 【答案】C 【详解】A．氢弹利用了轻核的核聚变，故A正确，不符合题意； B．原子弹利用了重核的核裂变，故B正确，不符合题意； C．一旦发生核泄漏事件，核废料会产生放射性污染，故C错误，符合题意； D．原子核是由质子和中子组成的，故D正确，不符合题意。 故选C。 【跟踪训练2】目前对核能的开发和利用备受人们关注，下列有关原子核与核能的理解正确的是（    ） A．原子是由质子和中子组成的 B．现有的核电站利用的都是核聚变 C．原子核内质子和中子都带电 D．核能是通过核反应从原子核中释放的能量 【答案】D 【详解】A．原子是由位于原子中心的原子核和核外电子组成的，故A错误； B．现有的核电站利用的都是核裂变，故B错误； C．原子核带正电，其中质子带正电，中子不带电，故C错误； D．原子核结构发生变化时会释放出大量能量，这种能量称为核能，利用核能的方式有核裂变和核聚变，故D正确。 故选D。 【典例1-2】请阅读《可控核聚变与中国的“人造太阳”》并回答问题。 可控核聚变与中国的“人造太阳” 在能源需求日益增长的今天，可控核聚变因其清洁、安全、燃料储量极其丰富，被视为能源问题的终极解决方案。 中国在这一前沿领域的突破性进展，让“人造太阳”的梦想照进现实。与当前核电站采用的核裂变技术不同，核聚变模拟太阳内部的反应过程，将氢同位素（如氘、氚）原子核融合成氦，释放巨大能量，具有产能效率高、燃料来源广、对环境友好等显著优势。然而，实现可控核聚变极为困难，其核心挑战在于将核燃料加热至上亿摄氏度，形成等离子体，并实现稳定约束。任何实体容器都无法承受如此高温。科学家利用强磁场构建无形“牢笼”，将高温等离子体约束其中，避免接触容器壁。这种装置称为托卡马克。为产生强大磁场，需使用大电流线圈，若线圈存在电阻，能耗极高，因此必须采用超导材料。目前超导需在极低温下实现，故托卡马克成为“冰火两重天”的装置——核心是上亿摄氏度的等离子体，外围是超低温超导线圈。 在这一领域，中国的全超导托卡马克核聚变实验装置（EAST），即“人造太阳”，已成为世界引领者。2025年1月，我国全超导托卡马克核聚变实验装置，首次完成1亿摄氏度1066秒“高质量等离子体运行”。这是中国科研团队向着聚变发电的未来迈出的一大步，也是人类向着清洁能源未来迈出的一大步。 请根据上述材料，回答下列问题： (1)“人造太阳”是通过 （选填“核裂变”或“核聚变”）反应释放能量。 (2)实现该反应过程极为困难，其核心挑战是 。 (3)提供磁场的线圈采用超导材料的原因是 。 (4)假设1克氘在核聚变中完全反应，可释放约J能量。若某城市日用电量为度，理论上1千克氘聚变产生的能量可供该城市使用 天。 【答案】(1)核聚变 (2)将核燃料加热至上亿摄氏度，形成等离子体，并实现稳定约束 (3)为产生强大磁场，需使用大电流线圈，若线圈存在电阻，能耗极高，因此必须采用超导材料 (4)5 【详解】（1）根据材料“与当前核电站采用的核裂变技术不同，核聚变模拟太阳内部的反应过程，将氢同位素（如氘、氚）原子核融合成氦，释放巨大能量”可知，“人造太阳”是通过核聚变反应释放能量。 （2）由材料可知，实现该反应过程极为困难，其核心挑战是将核燃料加热至上亿摄氏度，形成等离子体，并实现稳定约束。 （3）由材料内容可知提供磁场的线圈采用超导材料的原因是：为产生强大磁场，需使用大电流线圈，若线圈存在电阻，能耗极高，因此必须采用超导材料。 （4）因为 所以某城市日用电量 已知1克氘在核聚变中完全反应，可释放约能量，那么1千克（1000克）氘聚变产生的能量为 则理论上1千克氘聚变产生的能量可供该城市使用的天数为天 【跟踪训练1】阅读短文，回答问题。 中国“人造太阳”创造新世界纪录 2025年1月20日，我国有“人造太阳”之称的全超导托卡马克核聚龚安验装置（EAST）创造新世界纪录，首次完成1亿摄氏度1000秒高质量燃烧。中建“人造太阳”的主要作用是模拟太阳内部的核聚变反应过程，通过控制和维持高温等离子体运行，实现聚变反应来释放巨大的能量，从而有望彻底解决人类的能源问题。 在能源供应中，核聚变能源具有原料丰富、安全高效、清洁低碳的独特优点。例如，一升海水中提炼出来的氘与另一种原料氚经过聚变及应释放出的能量，相当于300升汽油燃烧的能量。在环境保护中，使用核聚变能源发电可以提供近乎零碳排放的清洁能源，有助于改善环境。 (1)“人造太阳”作为能源时具有 的优点。在模拟核聚变反应过程中将 能转化为 能； (2)一升海水中提炼出来的氘与另一种原料氚经过聚变反应能释放出 J能量。（）。 【答案】(1) 原料丰富、安全高效、清洁低碳 核 内 (2)1.32×1010 【详解】（1）[1]根据题干描述，核聚变能源的优点为“原料丰富、安全高效、清洁低碳”。   [2][3]核聚变反应的本质是原子核结合释放能量，因此能量转化过程为核能转化为内能。 （2）一升海水中提炼出来的氘与另一种原料氚经过聚变反应能释放出的能量为 【跟踪训练2】20世纪30年代末，科学家通过实验证实，如果把1个氘原子核经过加速器加速后与1个氚原子核碰撞，会形成1个氦原子核并释放1个自由中子，同时还能释放出17.6兆电子伏的能量，这一被称“核聚变”的过程，不仅揭示了太阳持续45亿年发光发热的原理，更让人们看到了核聚变可以释放巨大能量的潜力。 核聚变的威力通过氢弹得到展示以后，人们开始研究实现可控核聚变的方法，将科学“怪兽”驯化为现代文明的“坐骑”，科学家们尝试建造能够稳定控制并持续输出核聚变能量的装置，也就是可控核聚变反应堆。相较于传统的化石燃料，核聚变释放的能量不仅能源密度极高，不产生温室气体排放，对环境影响极小，而且核聚变资源在地球上的分布相当广泛。 2022年，研究人员通过惯性约束聚变（ICF）方式，如图所示，利用2.05兆焦耳的激光能量，产生了3.15兆焦耳的聚变能量输出，首次在实验室环境中实现了聚变反应的净能量增益（增加能量的多少可以称为增益）。这一成果被视为核聚变研究领域的重要里程碑，为未来核聚变能源的商业化应用奠定了科学基础。 (1)核能属于 （选填“可再生”或“不可再生”）能源； (2)太阳持续发光发热的原因是 ； (3)首次在实验室环境中实现的聚变反应的净能量增益值是 兆焦耳； (4)请描述较于传统能源，核聚变的优点是： （写出一条即可）。 【答案】(1)不可再生 (2)太阳内部在持续发生核聚变反应 (3)1.1 (4)见解析 【详解】（1）核能不能从自然界中源源不断的获得，因此是不可再生能源。 （2）根据题意，太阳持续发光发热的原因是太阳内部在持续发生核聚变反应。 （3）根据题意，利用2.05兆焦耳的激光能量，产生了3.15兆焦耳的聚变能量输出，实验室环境中实现的聚变反应的净能量增益值是3.15兆焦耳-2.05兆焦耳=1.1兆焦耳 （4）根据题意，核聚变释放的能量能源密度极高，不产生温室气体排放，对环境影响极小。 题型2 核电站及其工作原理 1. 核电站的组成 核电站是利用核反应堆提供的能量发电的，主要由以下部分组成： 组成部分 作用 核反应堆 发生可控核裂变，将核能转化为水的内能 蒸汽发生器 产生高温高压的水蒸气 汽轮机 将水蒸气的内能转化为机械能 发电机 将机械能转化为电能 冷却系统 冷却废弃蒸汽，使其凝结成水循环使用 核电站的能量转化：核能 → 内能（水的内能）→ 机械能（汽轮机）→ 电能（发电机） 2. 我国的核电发展 我国已拥有完全自主知识产权的三代核电技术——“华龙一号”。 2021年，山东威海石岛湾高温气冷堆核电站并网发电，是世界首个应用第四代核电技术的核电站。 我国在建核电机组规模居世界第一 。 【注意】核反应堆不是原子弹：核反应堆通过控制中子吸收材料（如控制棒）来调节链式反应的速度，使能量缓慢、平稳释放，不会像原子弹那样爆炸。 核电站的安全保障：现代化核电站采取多层安全措施，包括被动安全系统、防堵安全系统等，确保在各种情况下的安全 。 核废料的处理：核废料需要经过固化处理，深埋于地质稳定、人迹罕至的地方，不能随意排放。 【典例2-1】全球首座第四代核电站华能石岛湾核电站投产，标志着我国核电技术已达世界领先水平。如图所示是核电站发电和供电流程图：以核反应堆来代替火力发电站的锅炉，以核燃料在核反应堆中发生特殊形式的“燃烧”产生热量来加热水，推动汽轮机带动发电机旋转，从而产生电，下列有关说法正确的是（　　） A．核能和太阳能一样均属于一次能源，同时核能又属于可再生能源 B．核电站发电的能量转化过程是：核能→内能→机械能→电能 C．核电站发电原理与太阳释放能量的原理相同 D．核反应堆中发生的链式反应是不可控制的 【答案】B 【详解】A．核能和太阳能都可以直接从自然界获取，属于一次能源；核能需要用到铀，像铀矿这类矿物能源，一旦消耗就很难再生，是不可再生能源，故A错误； B．核能发电是利用铀原子核裂变时放出的核能来加热水，使之变成蒸汽，蒸汽通过管路进入汽轮机，推动汽轮机带着发电机旋转，从而产生电，能量转化过程是：核能→内能→机械能→电能，故B正确； C．核电站发电原理是利用核裂变释放的能量，太阳释放能量的原理是利用核聚变释放的能量，则核电站发电原理与太阳释放能量的原理不相同，故C错误； D．核电站发电是利用核反应堆中发生可控的链式反应释放的能量来发电的，故D错误。 故选B。 【跟踪训练1】“华龙一号”是我国自主三代核电技术，2024年11月20日23时50分，位于福建省漳州核电站1号机组汽轮发电机组首次核蒸汽冲转一次成功，它利用现行主流的核电站发电方式，通过可控的 （选填“核裂变”或“核聚变”）将核能转化为电能。太阳内部也同样释放巨大的核能，核能属于 （选填“一次”或“二次”）能源。 【答案】 核裂变 一次 【详解】[1]核电站发电方式，通过可控的核裂变释放大量核能，将核能转化为电能。 [2]一次能源指自然界中直接获取、未经加工转换的能源，核燃料可直接从自然界开采，因此核能属于一次能源。 【跟踪训练2】全国各省、直辖市、自治区年政府工作报告发布，多地政府工作报告中提及核电，并发布年核电项目建设规划，涉及石岛湾核电、三门核电、徐大堡核电等个核电项目。核电站是通过 选填“核裂变”或“核聚变”发电。核电站一天的发电量为万度电，假设这些电采用火力发电，且煤能完全燃烧，则核电站一天能节约用煤 吨。煤的热值取 【答案】 核裂变 【详解】[1]核电站是利用核反应堆中可控的核裂变释放的能量来发电的。 [2]核电站一天的发电量为 假设这些电采用火力发电，且煤能完全燃烧，则核电站一天可以节约煤的质量为 【典例2-2】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 【详解】（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 【跟踪训练1】阅读文章，然后回答问题： 我国的核电事业发展迅速，已经建成几座核电站，其中广东大亚湾核电站每年发电量约70%的电力供应香港，远距离送电采取高压送电的方式来实施，核电站的发电输出电功率为2×107W，用10千伏的高压进行输电。下面是核电站的工作原理图和远距离输电流程示意图。 （1）核电站中绕恻发电机线圈的材料可能是 （选填“铜”、“镍铬合金”或“超导材料”）； （2）核能是 （选填：“可再生”或“不可再生”）能源，在核电站发电过程中获取核能的方式是 （选填：“核聚变”或“核裂变”）； （3）发电机的发电原理是 ； （4）核电站高压输电时的输电电流为 A，在输送功率不变时，若改用1000千伏的电压输电，则此时导线上的热损耗功率与原来导线上的热损耗功率之比为 。 【答案】 铜 不可再生 核裂变 电磁感应 2000 1∶10000 【详解】（1）[1]发电机的线圈电阻越小，相同条件下产生的热量越少，越安全，且发电效率越高；当温度降到一定程度时，某些物质的电阻会变为零，这种物质叫超导体，由此可知，超导材料不适合用于制作发电机线圈；而应选择导电性能最好的铜制作，铜的电阻小。 （2）[2][3]核能无法源源不断获取，属于不可再生能源；利用核能的方式有核裂变和核聚变，核电站发电过程中获取核能的方式是核裂变。 （3）[4]发电机的发电原理是电磁感应，将机械能转化为电能。 （4）[5]核电站高压输电时的输电电流为 [6]在输送功率不变时，若改用1000千伏的电压输电，此时的输电电流为 导线的电阻不变，根据，此时导线上的热损耗功率与原来导线上的热损耗功率之比为 【跟踪训练2】我国的核电事业发展迅速，已经建成几座核电站，其中广东大亚湾核电站每年发电量约70%的电力供应香港，30%的电力供应广东电网。在保证输送功率不变的情况下，远距离送电采取高压送电的方式来实施。图1是核电站的工作原理图和远距离输电流程示意图。 （1）核电站是利用核 （裂变/聚变）反应释放的能量；发电机的原理是 。 （2）关于远距离输电，下列表述正确的是( )； A．提高输电电压可以减小输电线电阻，从而减小输电损失 B．在输送电压一定时，输送的电功率越大，输电过程中的电能损失越小 C．若能研制出常温下的超导体，用它制作远距离输电导线，将不需要高压输电方式 （3）若核电站的发电输出电功率为，用10kV的高压进行输电，若此时输电线的电阻为，输电线上的热损耗功率为 W；在输送功率不变时，若改用1000kV的电压输电，则此时导线上的热损耗功率与原来导线上的热损耗功率之比为 ； （4）远距离输电时某处发生了短路，为确定短路位置，检修员利用电压表、电流表和电源接成如图2所示的电路进行测量，已知甲、乙两地的每根输电线每千米的电阻为，电压表示数为3V，电流表示数为0.5A，则短路位置到甲地的距离为 km； 【答案】 裂变 电磁感应 C 1∶ 15 【详解】（1）[1][2]核电站是利用核裂变反应释放能量的，发电机是利用了电磁感应的原理来发电的。 （2）[3] AC．在输送电功率不变时，提高输电电压，由知，输电线的电流变小，在输电线电阻不变时，根据可知输电线损失的功率越小，若能研制出常温下的超导体，导线没有电阻，输电过程中没有电能损耗，就不需要高压输电，故A错误，C正确； B．在输送电压一定时，输送的电功率越大，由可知输电线的电流越大，在输电线电阻不变时，由知输电过程中损耗的电能越大，故B错误。 故选C。 （3）[4][5]由题意得输电电流为 输电线上的热损耗功率为 若改用1000kV电压输电，则此时导线上的热损耗功率与原来导线上的热损耗功率之比为 （4）[6]由图2可知电压表测导线两端的电压，电流表测电路中的电流，由欧姆定律可得电路中总电阻为 因每根输电线每千米的电阻为0.2Ω，则导线的总长度为 因为导线是双股的，所以短路位置到甲地的距离为 题型3 太阳能及其利用 1. 太阳能的来源 太阳能是太阳内部连续不断的核聚变反应过程产生的能量 。在太阳内部，氢原子核在超高温下聚变成氦原子核，同时释放出巨大的能量。 太阳能的优点：①储量巨大，取之不尽；②分布广泛，处处可以利用 ；③清洁无污染，对环境友好；④免费使用，无需运输。 太阳能的缺点：①能量密度低，需要大面积收集；②受天气和季节影响，不稳定；③昼夜变化，夜间无法利用；④转换效率有待提高。 2. 太阳能的利用方式 人类利用太阳能主要有三种途径： 利用方式 能量转化 原理说明 应用实例 光热转换 太阳能 → 内能 利用集热器收集太阳能加热物质 太阳能热水器、太阳能暖房、太阳能灶 光电转换 太阳能 → 电能 利用太阳能电池的光电效应 太阳能电池板、光伏电站、卫星供电 光化转换 太阳能 → 化学能 通过光合作用或人工光化学过程 植物生长、人造叶绿素研究 3.太阳能发电的两种主要形式 发电形式 工作方式 特点 光伏发电 太阳能电池板直接将光能转化为电能 结构简单，无运动部件，适合分布式应用 光热发电 用聚热器将太阳能变成热能，再通过汽轮机发电 可储存热能，实现稳定发电，如熔盐塔式电站 4. 太阳能的广阔来源地位 地球上除核能、地热能和潮汐能以外，几乎所有能源都来自太阳 ： 风能：太阳辐射使地表受热不均引起大气流动。 水能：太阳辐射使水蒸发，形成降水和水循环。 生物质能：植物通过光合作用固定太阳能。 化石能源：远古生物储存的太阳能。 ★特别提醒 太阳能的根本来源：太阳能来自太阳内部的核聚变，不是燃烧。 光伏电池的材料：大多数太阳能电池由硅材料制成，利用光电效应将光能转化为电能。 【典例3-1】下列关于能源与材料的说法正确的是（　　） A．我国“人造太阳”创造“亿度千秒”世界纪录，“人造太阳”通过核裂变释放核能 B．我国研制出世界最大功率甲醇双燃料船用发动机，甲醇燃烧过程中的热值减小 C．我国成功在常压下实现镍基材料的高温超导电性，该超导体可制成发热电阻 D．海南省清洁能源装机比重达到83.6%，海上风电和光电均利用可再生能源发电 【答案】D 【详解】A．“人造太阳”是通过核聚变释放核能，而不是核裂变。故A错误； B．热值只与燃料的种类有关，与燃料的质量、燃烧程度等均无关。甲醇燃烧过程中，甲醇的种类不变，所以其热值不变。故B错误； C．超导体是指在一定温度下电阻为零的材料。由于超导体电阻为零，根据焦耳定律Q=I2Rt，当电阻R=0时，电流通过超导体不会产生热量。而发热电阻需要利用电流的热效应工作，即需要有一定的电阻来产生热量，所以该超导体不能制成发热电阻。故C错误； D．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，具有取之不尽，用之不竭的特点。海上风电是利用海上风力发电，光电是利用太阳能发电，风能和太阳能都是可再生能源，所以海上风电和光电均利用可再生能源发电。故D正确。 故选 D。 【跟踪训练1】关于信息能源和材料，下列说法中不正确的是（　　） A．输电线若采用超导材料可大大减小电能损耗 B．LED灯是由半导体材料制成的，具有单向导电性 C．太阳能、风能、核能是可再生能源 D．太阳能是太阳内部发生核聚变释放的能量 【答案】C 【详解】A．超导体电阻为0，可以减小电流通过导体时因发热而损失的电能，所以输电线若采用超导材料可大大减小电能损耗，故A正确，A不符合题意； B．LED灯是应用半导体材料制作成发光二极管来装配成灯，所以LED灯是由半导体材料制成的，具有单向导电性，故B正确，B不符合题意； C．太阳能、风能可以源源不断的向人们提供能源，属于可再生能源，但核燃料是矿产资源，短时间内不可再生，属于不可再生资源，故C错误，C符合题意； D．核能主要包括核聚变与核裂变，太阳能是太阳内部发生核聚变释放的能量，故D正确，D不符合题意。 故选C。 【跟踪训练2】太阳内部的原子核发生 （选填“裂变”、“聚变”）从而释放能量，太阳能是 （选填“可再生”或“不可再生”）能源，具有安全、清洁等优点。小陈家里的太阳能热水器水箱内盛有100kg水，在太阳照射下水温从20℃上升到70℃，则水吸收的热量为 J。[] 【答案】 聚变 可再生 2.1×107 【详解】[1][2]太阳能是由太阳内部原子发生核聚变而释放的能量，太阳能取之不尽，可以从自然界中源源不断获得，属于可再生能源。 [3]水吸收的热量 Q吸＝cmΔt＝4.2×103J/（kg•℃）×100kg×（70℃﹣20℃）＝2.1×107J 【典例3-2】阅读材料，回答下列问题。 生命的能量供应商——太阳 利用太阳能的最佳方式是光电效应，光电效应分为外光电效应（光电子发射效应）和内光电效应，内光电效应包含光电导效应与光伏效应（阻挡层光电效应）。外光电效应发生在物体表面，入射光频率高于一定值时，被光激发的电子会逸出物质表面；内光电效应发生在物体内部，激发的电荷不逸出，仅改变物质导电能力或在物体两端产生电压。 如图所示，太阳光照射太阳能电池板时，板内不稳定电子获得能量定向移动形成电流，经控制器和逆变器转换后可满足生产生活需求。太阳能充足时，多余电能通过控制器存储在蓄电池中；光照不足时，蓄电池释放电能补充供应。光伏产业正成为国际上继微电子产业后又一爆炸式发展的行业。 (1)外光电效应会从物质中激发出 逸出表面； (2)太阳能电池是依据 （选填“内”或“外”）光电效应工作的； (3)太阳能电池板的作用是将太阳能转化为 ； (4)如图所示的电池板中，相当于电源正极的是 ；（选填“电极1”或“电极2”） (5)当太阳能充足、发电量超过用户需求时，光伏发电系统中的蓄电池相当于 （选填“电源”或“用电器”）。 【答案】(1)电子 (2)内 (3)电能 (4)电极2 (5)用电器 【详解】（1）根据外光电效应的定义“外光电效应发生在物体表面，入射光频率高于一定值时，被光激发的电子会逸出物质表面”，可知外光电效应会从物质中激发出电子逸出表面。 （2）由“内光电效应发生在物体内部，激发的电荷不逸出，仅改变物质导电能力或在物体两端产生电压；太阳能电池板，板内不稳定电子获得能量定向移动形成电流”，可知太阳能电池工作时电子未逸出物质，是依据内光电效应工作的。 （3）太阳能电池板吸收太阳能，使板内不稳定电子获得能量定向移动形成电流，所以其作用是将太阳能转化为电能。 （4）因为电子带负电，电流方向与电子定向移动方向相反，图中电子向电极1运动，则电流方向是从电极1到电极2，在电源内部电流方向是从负极到正极，所以电极2相当于电源正极。 （5）当太阳能充足、发电量超过用户需求时，多余电能通过控制器存储在蓄电池中，蓄电池消耗电能，在电路中相当于用电器。 【跟踪训练1】阅读短文，回答下列问题。 光伏发电产业是我国低碳经济的亮点之一。光伏发电简易原理如图甲所示，电池板上具有大量的不稳定电子，当太阳光照射到电池板上，这些电子获得能量会定向移动形成电流，该电流通过控制器和逆变器就可以成为我们生产生活所用电流。但光伏发电受环境影响较大，阴影遮挡是最常见的环境影响之一。如图乙是在特定测试环境下某电池板X的遮挡比例（遮挡比例指电池板被阴影遮挡的面积与总面积之比）与最大输出功率Pm及功率损失关系图，如图丙，电池板X每个正方形小格子的边长为20cm。 (1)光伏发电的主要能量转化是光能转化为 能。 (2)电池板中有两层纯硅掺杂形成的 （选填“绝缘体”“半导体”或“导体”）材料，该材料在光照下导电性增强，其中电极1相当于电源的 极。 (3)若电池板X没有被遮挡，光电能量转化效率为25%，则在的光照强度下，每小时输出的能量相当于节省了 kg的煤（假设煤能完全燃烧，其热值取）。 (4)在该特定测试环境中，如图丙所示电池板X在全受光过程中出现了阴影停留，则此时功率损失约为 %。 【答案】(1)电 (2) 半导体 负 (3)0.072 (4)80 【详解】（1）当太阳光照射到电池板上时，电池板上的电子获得能量并定向移动，形成电流，这就得到我们所需的电能，光伏发电的主要过程是将太阳能转化为电能。 （2）[1]电池板中有两层纯硅掺杂形成的极板，硅属于半导体材料，说明电池板是半导体。 [2]在电源内部，电流的方向是从电源的负极流向电源的正极，且电流方向与电子定向移动的方向相反；图甲中电子在电源内部做定向移动，且电子定向移动的方向向上，则电流的方向向下，即在电源内部电流从电极1流向电极2，所以电极1相当于电源的负极。 （3）由图丙可得电池板X的长为 宽为 则其面积为 则电池板总功率为 一小时产生的电能为 每小时输出的能量相当于节省的煤质量为 （4）阴影的面积约为 遮挡比例为 由图乙可知，此时功率损失80%。 【跟踪训练2】阅读短文，回答问题。 风光互补发电项目 为保护地球家园，我国将努力争取2060年前实现碳中和。为了降低化石能源占比，我国目前正大力开发利用太阳能、风能、核能等新能源，风光互补发电项目正大规模推进。风光互补发电系统由太阳能电池板、风力发电机组、系统控制器、蓄电池组和逆变器等几部分组成。 下表为某型号风光互补路灯系统的部分技术参数，其中风力发电的最大输出功率是指风速达到最大限制风速时风力发电机的输出功率；光照功率是指太阳光照射到电池板表面处每平方米的辐射功率，光电转化效率是指太阳能电池板将光能转化为电能的效率。 风力发电参数 太阳能发电参数 最大输出功率 400W 光照功率 最大限制风速 光电转化效率 20% (1)太阳能属于 （选填“可再生”或“不可再生”）能源。核能是核电站利用核反应堆中铀核 （选填“裂变”或“聚变”）时产生的内能，通过 （选填“汽轮机”或“内燃机”）做功，带动发电机发电。 (2)在人类使用能源的过程中，必然有部分能量由于种种原因浪费掉且不能再重新利用，说明能量的转移或转化具有 。 (3)若风力发电时的输出功率与风速的平方成正比，则当输出功率为25W时，风速为 。 (4)某家庭年耗电，若家用电器全部改用太阳能电池供电，假定按1年200天，每天5h光照计算，则要安装的太阳能电池板面积至少是 ；若太阳能辐射的总功率为，且太阳光在穿透太空及地球大气层到达地面的途中能量损耗率为（已知球面面积为，r为球半径），则太阳到地球的距离 （用物理量符号表示）。 【答案】(1) 可再生 裂变 汽轮机 (2)方向性 (3)3 (4) 7.5 【详解】（1）[1]太阳能可以源源不断地从自然界中获得，所以太阳能属于可再生能源。 [2][3]核电站的核反应堆是利用铀核裂变释放核能，核能先转化为内能，再通过汽轮机将内能转化为机械能做功，最后带动发电机发电。 （2）能量的转化或转移具有方向性，如热机在工作过程中一些内能散失在空气中，但内能不会自动从低温空气向高温的热机气缸中转移。 （3） 输出的最大功率与风速平方成正比，已知其最大输出功率为400W，最大限制风速为12m/s，设输出功率为25W时风速为v，则 解得 （4）[1]太阳能电池一年内提供的电能为 需要的太阳能为 太阳能电池板总功率为 需要的太阳能电池板面积为 [2]太阳能到达地球时，可以认为太阳能平均分布为以太阳到地球距离D为半径的球面上，此时球面接收到的能量为 球面单位面积上接收到的光能为 单位面积上的接收功率为 则太阳到地球距离为 【能力培优练】 1．如图展示的是“风光互补”景观照明灯，其最上端是一台风力发电机，灯柱上还配有太阳能电池板发电，电能传输到底部的蓄电池可以储存起来。下列说法正确的是（　　） A．白天，太阳能电池板将光能转化成化学能 B．风力发电机，工作时将电能转化为机械能 C．蓄电池在夜晚供电时，蓄电池将内能转化为电能 D．夜晚，照明灯工作时不能将电能全转化为光能，但能量总量守恒 【答案】D 【详解】A．白天，太阳能电池板是将光能转化为电能，再由蓄电池将电能转化为化学能储存起来，故A错误； B．风力发电机工作时，是将机械能转化为电能，而不是电能转化为机械能，故B错误； C．蓄电池在夜晚供电时，是将储存的化学能转化为电能，而不是内能转化为电能，故C错误； D．夜晚，照明灯工作时，电能主要转化为光能，但同时也会有一部分转化为内能，因此不能将电能全部转化为光能；但根据能量守恒定律，能量的总量是保持不变的，故D正确。 故选D。 2．关于能量，下列说法中不正确的是（　　） A．被推出的铅球具有能量 B．我们生活中的大部分能量来自太阳 C．火力发电厂中煤炭燃烧释放的能量全部转化为电能 D．物质运动的多样性，决定了能量形式的多样性 【答案】C 【详解】A．物体由于运动而具有的能叫动能，物体由于被举高而具有的能叫重力势能，被举高的铅球具有重力势能；被推出的铅球具有动能和重力势能，所以它具有能量，故A正确，不符合题意； B．太阳直接为地表提供光能和热能，维持地表温度，为生物的繁衍生长、大气和水体的运动提供能量，所以我们生活中的大部分能量来自太阳，故B正确，不符合题意； C．火力发电厂中煤炭燃烧释放的能量并不能全部转化为电能，实际存在着大量的能量损耗，如热量损失，机械运转摩擦等损失，故C错误，符合题意； D．一切物质都在运动，而能量是与运动密切联系的物理量，不同的运动形式对应着不同的能量形式，所以，从宏观到微观，物质运动的多样性，决定了能量形式的多样性，故D正确，不符合题意。 故选C。 3．2025年我国新建宁夏中卫300万千瓦光伏基地，是国内同期最大单体光伏项目，位于“沙戈荒”地区，日发电量可达1000万千瓦时，半导体太阳能电池组件是光伏发电系统的核心部分。关于光伏发电，下列说法正确的是（　　） A．光照强度越大，太阳能电池的输出功率一定越大 B．太阳能电池组件将光能转化为电能 C．常温下半导体的电阻为零 D．保定市居民用电总功率约为，若宁夏中卫光伏基地向保定市输送电能，则日发电量可供保定市居民用电约12.5h 【答案】B 【详解】A．光照强度越大，太阳能电池的输出功率不一定越大，因为当光照强度超过一定值后，太阳能电池可能达到饱和状态，输出功率不再随光照强度增大而增大，故A错误； B．太阳能电池组件的作用就是将光能转化为电能，这是光伏发电的基本原理，故B正确； C．常温下半导体的电阻不为零，只有超导体在特定条件下电阻才为零，故C错误； D．已知日发电量万千瓦时，保定市居民用电总功率，根据公式，可得供电时间 并非约12.5h，故D错误。 故选B。 4．2025年我国新建宁夏中卫300万千瓦光伏基地，是国内同期最大单体光伏项目，位于“沙戈荒”地区，日发电量可达1000万千瓦时，半导体太阳能电池组件是光伏发电系统的核心部分。关于光伏发电，下列说法正确的是（　　） A．光照强度越大，太阳能电池的输出功率一定越大 B．太阳能电池组件将光能转化为电能 C．常温下半导体的电阻为零 D．保定市居民用电总功率约为，若宁夏中卫光伏基地向保定市输送电能，则日发电量可供保定市居民用电约 【答案】B 【详解】A．太阳能电池的输出功率不仅与光照强度有关，还与电池的温度、负载等因素有关。在一定范围内，光照强度增大，输出功率可能增大，但当光照强度达到一定程度后，由于电池的其他特性限制，输出功率不一定继续增大，故A错误‌； B． 半导体太阳能电池组件是光伏发电系统的核心部分，其作用就是将光能转化为电能，故B正确‌； C．半导体在常温下电阻不为零，超导体在特定条件下电阻才为零，故C错误‌； D．根据可知供电时间 故D错误‌。 故选B。 【点睛】 5．如图所示是一种太阳能背包。它的前面有一个太阳能电池板，里面有一个蓄电池，可以给手机、小风扇等电子产品供电。下列说法正确的是（    ） A．太阳能电池板给蓄电池充电时，蓄电池相当于用电器 B．太阳能电池板给蓄电池充电时，是将化学能转化为电能 C．用蓄电池给小风扇供电时，蓄电池相当于用电器 D．小风扇工作时直接将化学能转化为机械能 【答案】A 【详解】 A．太阳能电池板给蓄电池充电时，太阳能电池板是电源，蓄电池是消耗电能的装置，因此蓄电池相当于用电器，故A正确； B．太阳能电池板给蓄电池充电时，是将电能转化为化学能储存在蓄电池中，故B错误； C．用蓄电池给小风扇供电时，蓄电池是提供电能的装置，相当于电源，故C错误； D．小风扇工作时，消耗的是电能，将电能主要转化为机械能。故D错误。 故选A。 6．10月1日，我国“人造太阳”实验装置“夸父启明”（BEST）成功落“座”安徽合肥，预计2027年竣工，有望成为人类历史上首个通过 （选填“核裂变”或“核聚变”）实现发电的装置。该装置将实际演示氘、氚等离子体“燃烧”、1升海水中的氘通过反应释放的核能约为，与 kg氢气完全燃烧所释放的热量相当。（氢气的热值） 【答案】 核聚变 6.75 【详解】[1]太阳内部发生核聚变释放能量。“人造太阳”实验装置“夸父启明”是通过核聚变实现发电的装置。 [2]氢气完全燃烧放出的热量为。燃烧氢气的质量为 7．太阳能LED照明路灯主要由太阳能电池、LED灯等部分组成。太阳能电池将太阳能转化为 能；LED灯的核心部件是发光二极管，其主要材料是 （选填“导体”、“半导体”或“超导体”）；已知该LED灯的额定功率为8.8W。其正常发光时与额定功率为55W的白炽灯亮度相同，则正常发光相同时间，LED灯与白炽灯相比可以节约 %的电能。 【答案】 电 半导体 84 【详解】[1]太阳能电池的作用是将太阳能直接转化为电能，这是其基本工作原理。 [2]发光二极管（LED）的核心材料是半导体，它具有单向导电性，可将电能转化为光能。 [3]LED灯额定功率为8.8W，白炽灯为55W，相同时间消耗电能与功率成正比。节约百分比为 8．2024年4月湖北省首座“光储充换放”一体超级充电站在武汉投运，为新能源车提供了“极速充电”服务。 (1)该一体站拥有“储能黑科技”，参与错峰充电、电网调峰调频等，可实现光伏发电自消纳,光伏发电时太阳能电池将太阳能转化为 。 (2)一体站配置了大功率液冷充电设备，可让车主感受“一杯茶，满电出发”的体验。某电动汽车电池电压为400V，容量为，该电动汽车电池最多能储存的电能为 kW•h。若充电设备在10分钟为该车充入了80%的电能，则充电功率为 kW。 【答案】(1)电能 (2) 100 480 【详解】（1）太阳能电池的工作原理是将太阳能直接转化为电能存储起来，这是光伏发电的能量转化形式。 （2）[1]由题意可知，电池的电压为，该电动汽车电池最多能储存的电能 [2]由题意可知，10分钟为该车充入的电能 充电时间为 由可知，充电功率 9．“天宫”建站、“嫦娥”奔月、“祝融”探火、“羲和”逐日，远古神话中的梦想一个个变成现实，中国人正上演跨越星球的浪漫。 (1)航天员在“天宫”空间站给地面上的同学们进行“天宫课堂”授课时，依靠 与地球之间传递信息； (2)嫦娥六号从月球背面带回了1935.3g的样品，这些样品从月球带回到地球质量将 ； (3)2021年5月“祝融号”火星车成功驶上火星表面，“祝融号”有六个可以单独工作的车轮，当遇到障碍物时，“祝融号”还可以抬起车轮，顺利越过障碍物，“祝融号”抬起一个车轮时对火星地面的压强变 ； (4)“羲和号”被视为我国首位太阳专属“摄影师”，运行于517km高度太阳同步轨道，可以获得太阳图像，太阳的巨大能量是太阳内部核 变产生的。 【答案】(1)电磁波 (2)不变 (3)大 (4)聚 【详解】（1）电磁波可以传递信息，且可以在真空中传播，所以空间站和地面之间的信息传递是通过电磁波完成的。 （2）质量是物体的一种基本属性，它不随物体位置、形状、状态或温度的改变而改变。因此，月球样品从月球带至地球时，尽管位置发生了改变，但月球样品的质量将保持不变。 （3）“祝融号”抬起一个车轮时，对地面的压力不变，受力面积减小，根据可知，此时压强变大。 （4）太阳内部有大量氢核，氢核发生核聚变产生巨大能量。 10．某路灯照明系统主要由太阳能电池板、蓄电池、控制器和LED灯具，灯杆及其它配件组成。太阳能电池白天对蓄电池充电，晚上该蓄电池再对LED灯供电 (1)从能源与可持续发展的角度分析，太阳能属于 能源，其能量来源于太阳内部氢原子核发生的核 变； (2)白天LED灯不需要工作，蓄电池处于充电状态，此时蓄电池相当于电路中的 ；开关和它控制的LED灯之间是 联的； (3)太阳能电池板的发电功率为每平方米200W，若一块5m2的太阳能电池板光照5h，其产生的电能可以使额定功率为40W的电灯正常工作 h。 【答案】(1) 可再生 聚 (2) 用电器 串 (3)125 【详解】（1）[1][2]从能源与可持续发展角度分析，因为太阳能几乎取之不尽，用之不竭，所以属于可再生能源。其能量来源于太阳内部氢原子核发生的聚变反应，释放出巨大的核能。 （2）[1][2]白天LED灯不工作，蓄电池处于充电状态，此时蓄电池消耗电能，相当于电路中的用电器；开关和它控制的LED灯之间是串联的，这样才能通过开关的通断来控制LED灯的工作。 （3）太阳能电池板发电功率为每平方米200W，则一块5m2的太阳能电池板的发电功率P=200W/m2×5m2=1000W=1kW 光照5h产生的电能W=Pt=1kW×5h=5kW·h LED灯额定功率P'=40W=0.04kW 能工作的时间 11．跨学科实践。 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，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，可以将太阳能电池产生的4.5V的低压直流电转换成4~9kV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； (2)无人机飞行时，主要将电能转化为 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 有关。 【答案】(1)3 (2)机械 (3)异种 (4)面积 【详解】（1）已知一节新干电池的电压是1.5V，微型无人机上的太阳能电池产生的低压是4.5V，则相当于3节新的干电池串联后的电压。 （2）由题意知，无人机在飞行时消耗了电能，产生了机械能，因此主要是将电能转化为机械能。 （3）由题意知，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，说明左右两侧电极片带异种电荷。 （4）由文中题意知，传统的电磁电动机在微型化后，即使采用太阳能作为能源，受限于太阳能电池的面积，因此推出太阳能电池的输出电压可能与面积有关。 12．阅读短文，回答问题。 “华龙一号”核电技术 2021年1月，全球第一台“华龙一号”核电机组，在福清核电5号机组投入商业运行，标志着我国打破了国外核电技术垄断，正式进入核电技术先进国家行列，其利用核能获得电能工作原理是如图所示：以核反应堆来代替火力发电站的锅炉，以核燃料铀在核反应堆中发生特殊形式的“燃烧”产生热量来加热水，使之变成蒸气。蒸气通过管路进入汽轮机，推动汽轮机带着发电机旋转，从而产生电，并通过电网送到四面八方。据统计，一台华龙机组装机容量，一台华龙机组年发电量能满足一个中型城市一年的用电需求，为践行绿色发展做出了巨大贡献。 (1)核反应堆是通过可控 （选填“裂变”或“聚变”）反应释放核能的设备，核能属于 （选填“可再生”或“不可再生”）能源； (2)根据材料提供的数据，请计算一台华龙机组10天发电 度（一天工作20h），若这些电能用热电转换效率为30%的火力发电厂发电，需要完全燃烧 吨煤；（q煤=3.0×107J/kg） (3)若用 （选填“半导体”“超导体”或“绝缘体”）材料进行远程输电，可以大大减少电能在输送过程中的损耗。 【答案】(1) 裂变 不可再生 (2) 2.4×108 9.6×104 (3)超导体 【详解】（1）[1]核电站主要利用核裂变的可控链式反应来发电的，核聚变目前还不能控制，不能用来发电。 [2]核能被消耗后，不能从自然界源源不断地得到补充，属于不可再生能源。 （2）[1]一台华龙机组装机容量1200MW=1.2×109W，10天的发电量为W=Pt=1.2×109W×20×3600s×10=8.64×1014J=2.4×108度 [2]若这些电能用热电转换效率为30%的火力发电厂发电，煤完全燃烧放出的热量为 需要完全燃烧煤的质量为 （3）超导材料由于电阻为零，所以不产生电热，用超导体材料进行远程输电，可以大大减少电能在输送过程中的损耗。 【链接中考】 1．（2025·江苏镇江·中考真题）核电站利用核反应堆提供的能量发电，以下说法正确的是（    ） A．核能属于可再生能源 B．核能转化为电能的效率可达100% C．核电站中冷却水温度升高，水分子的无规则运动加剧 D．核反应堆产生的中子带正电 【答案】C 【详解】A．核能需要用到铀，像铀矿这类矿物能源，一旦消耗就很难再生，是不可再生能源，故A错误； B．核电站利用核反应堆提供的能量发电时不可避免有能量的损失，核能转化为电能的效率不可能达到100%，故B错误； C．温度越高，分子热运动越剧烈。核电站中冷却水温度升高，水分子的无规则运动加剧，故C正确； D．中子不带电，故D错误。 故选C。 2．（2024·江苏扬州·中考真题）“嫦娥六号”月球探测器经过近月制动减速后进入环月轨道，于2024年6月2日落月开展采样工作，最后返回地球。下列说法正确的是（　　） A．“嫦娥六号”制动后动能减小 B．样品到达地球后质量变小 C．“嫦娥六号”近月制动利用空气阻力减速 D．“嫦娥六号”利用的太阳能属于非清洁能源 【答案】A 【详解】A．“嫦娥六号”制动后，质量不变，速度减小，动能减小，故A正确； B．样品到达地球后，地理位置改变，质量不变，故B错误； C．月球表面附近没有空气，“嫦娥六号”近月制动是利用力的作用是相互的进行制动，故C错误； D．嫦娥六号”利用的太阳能属于清洁能源，产物没有污染，故D错误。 故选A。 3.（2025·江苏扬州·三模）目前已建成的核电站利用核能发电，它的核心设备是核反应堆，核反应堆是通过可控 （核裂变或核聚变）反应释放核能的设备。核电站中发电机的原理是 。2020年12月4日，中国新一代“人造太阳”实验装置——热核聚变反应堆获得重大突破完成了放电实验，热核聚变实验中反应堆放电功率为30kW，输出稳定电流40A并持续0.5s，则输出电压是 V；若将“人造太阳”此次释放的电能全部储存进电池并全部释放为照明电路供电，可使一只“220V 10W”的节能灯持续工作 min。 【答案】 核裂变 电磁感应 750 25 【详解】[1]核电站靠核反应堆发电，核反应堆是通过可控核裂变发电。 [2]核电站中发电机的原理是电磁感应，是闭合电路中部分导体切割磁感线产生感应电流。 [3]输出电压是 [4]“人造太阳”此次释放的电能为 一只“220V 10W”的节能灯持续工作时间为 4．（2025·江苏南通·中考真题）2025年5月29日，“天问二号”探测器成功发射。它对近地小行星进行探测时，探测的信息通过 传回地面；它利用发动机向外喷出燃气获得动力，来调整飞行姿态，这说明了力的作用是 的，还说明力可以改变物体的 ；探测器所装的太阳能电池板将光能转化为 能，为它提供能量。 【答案】 电磁波 相互 运动状态 电 【详解】[1]电磁波能够传递信息且电磁波传播不需要介质，“天问二号”对近地小行星进行探测时，探测的信息通过电磁波传回地面。 [2][3]发动机向外喷出燃气的过程中，发动机对燃气有力的作用，同时燃气对发动机也有力的作用，从而来调整飞行姿态，说明力的作用是相互的，还可以说明力可以改变物体的运动状态。 [4]利用光电转换装置可以把太阳能转化为电能，太阳能电池板就是能将太阳能转化为电能的装置。 5．（2025·江苏淮安·二模）如图是“太阳能”路灯示意图。太阳能来源于太阳内部发生的 ，给蓄电池充电时蓄电池相当于电路中的 ，控制器中的集成电路是用 材料制成。 【答案】 核聚变 用电器 半导体 【详解】[1]太阳能来源于太阳内部发生的核聚变反应，这种能源清洁、无污染，是人类追求的终极能源。 [2]给蓄电池充电，是将电能转化成化学能储存在蓄电池中，消耗了电能，故给蓄电池充电时，蓄电池相当于电路中的用电器。 [3]因为半导体材料有着良好的导电性能，所以控制器中的集成电路通常用半导体材料制成。 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $ 二、核能 太阳能 【题型导航】 【重难题型讲解】 1 题型1 核能：裂变与聚变 1 题型2 核电站及其工作原理 5 题型3 太阳能及其利用 9 【能力培优练】 13 【链接中考】 17 【重难题型讲解】 题型1 核能：裂变与聚变 1. 认识核能 原子核是由质子和中子依靠强大的核力紧密结合而成的。当原子核的结构发生变化时，有时会释放出惊人的能量，这种原子核中所蕴含的能量称为核能。 【注意】 ①核能是原子核发生变化时释放的能量，不是化学反应能。 ②核能来源于核力的作用，核力是强相互作用力。 ③获得核能的途径有两条：重核裂变和轻核聚变。 2. 核裂变 项目 说明 定义 质量较大的原子核分裂为两个或两个以上中等质量原子核的过程 典型材料 铀-235、钚-239等重核 引发方式 用中子轰击铀原子核 反应特点 裂变时除了释放大量能量，还会同时释放2～3个新的中子 链式反应 新产生的中子又能使其他铀原子核裂变，从而释放出更多的中子，这个过程自发地持续进行下去，称为链式反应 应用实例 原子弹（不加控制）、核电站（加以控制） 3. 核聚变 项目 说明 定义 在超高温和超高压的条件下，两个质量较轻的原子核发生聚合，生成质量较大的原子核，同时释放出巨大的能量 典型材料 氘核和氚核（氢的同位素） 反应条件 需要极高的温度（几千万度以上）和压力 能量特点 相同质量的核燃料，聚变释放的能量比裂变更大 应用实例 氢弹、太阳的能量来源 4. 核能的优点与争议 核能的优点：①能量密度高：1千克铀可供利用的能量相当于燃烧2500吨优质煤；②清洁高效：不排放温室气体和有害气体；③单机容量大，占地规模小；④发电稳定可靠，不受季节和气候影响；⑤燃料运输量小：100万千瓦核电站每年仅需三四十吨铀燃料。 核能的缺点与争议：①核污染风险：核泄漏可能造成严重后果；②核废料处理：放射性废物需妥善处置 ；③投资成本大，技术要求高；④热污染问题。 【典例1-1】2025年3月，我国首款C-14核电池原型机“烛龙一号”研制成功，这标志着我国在核能技术领域与微型核电池领域取得了重大突破。原子核中的质子和 依靠强大的核力紧紧地结合在一起，当原子核的结构发生变化时，就会释放出巨大的能量，称为核能。核能属于 （选填“可再生”或“不可再生”）能源。 【跟踪训练1】为纪念我国第一颗原子弹和第一颗氢弹的诞生，彰显热爱祖国、艰苦创业、勇攀高峰的“两弹一星”精神，原子城被确定为全国爱国主义教育示范基地，如图所示。下列关于原子弹和氢弹的说法中错误的是（　　） A．氢弹利用了核聚变 B．原子弹利用了核裂变 C．核废料没有污染 D．原子核由质子和中子组成 【跟踪训练2】目前对核能的开发和利用备受人们关注，下列有关原子核与核能的理解正确的是（    ） A．原子是由质子和中子组成的 B．现有的核电站利用的都是核聚变 C．原子核内质子和中子都带电 D．核能是通过核反应从原子核中释放的能量 【典例1-2】请阅读《可控核聚变与中国的“人造太阳”》并回答问题。 可控核聚变与中国的“人造太阳” 在能源需求日益增长的今天，可控核聚变因其清洁、安全、燃料储量极其丰富，被视为能源问题的终极解决方案。 中国在这一前沿领域的突破性进展，让“人造太阳”的梦想照进现实。与当前核电站采用的核裂变技术不同，核聚变模拟太阳内部的反应过程，将氢同位素（如氘、氚）原子核融合成氦，释放巨大能量，具有产能效率高、燃料来源广、对环境友好等显著优势。然而，实现可控核聚变极为困难，其核心挑战在于将核燃料加热至上亿摄氏度，形成等离子体，并实现稳定约束。任何实体容器都无法承受如此高温。科学家利用强磁场构建无形“牢笼”，将高温等离子体约束其中，避免接触容器壁。这种装置称为托卡马克。为产生强大磁场，需使用大电流线圈，若线圈存在电阻，能耗极高，因此必须采用超导材料。目前超导需在极低温下实现，故托卡马克成为“冰火两重天”的装置——核心是上亿摄氏度的等离子体，外围是超低温超导线圈。 在这一领域，中国的全超导托卡马克核聚变实验装置（EAST），即“人造太阳”，已成为世界引领者。2025年1月，我国全超导托卡马克核聚变实验装置，首次完成1亿摄氏度1066秒“高质量等离子体运行”。这是中国科研团队向着聚变发电的未来迈出的一大步，也是人类向着清洁能源未来迈出的一大步。 请根据上述材料，回答下列问题： (1)“人造太阳”是通过 （选填“核裂变”或“核聚变”）反应释放能量。 (2)实现该反应过程极为困难，其核心挑战是 。 (3)提供磁场的线圈采用超导材料的原因是 。 (4)假设1克氘在核聚变中完全反应，可释放约J能量。若某城市日用电量为度，理论上1千克氘聚变产生的能量可供该城市使用 天。 【跟踪训练1】阅读短文，回答问题。 中国“人造太阳”创造新世界纪录 2025年1月20日，我国有“人造太阳”之称的全超导托卡马克核聚龚安验装置（EAST）创造新世界纪录，首次完成1亿摄氏度1000秒高质量燃烧。中建“人造太阳”的主要作用是模拟太阳内部的核聚变反应过程，通过控制和维持高温等离子体运行，实现聚变反应来释放巨大的能量，从而有望彻底解决人类的能源问题。 在能源供应中，核聚变能源具有原料丰富、安全高效、清洁低碳的独特优点。例如，一升海水中提炼出来的氘与另一种原料氚经过聚变及应释放出的能量，相当于300升汽油燃烧的能量。在环境保护中，使用核聚变能源发电可以提供近乎零碳排放的清洁能源，有助于改善环境。 (1)“人造太阳”作为能源时具有 的优点。在模拟核聚变反应过程中将 能转化为 能； (2)一升海水中提炼出来的氘与另一种原料氚经过聚变反应能释放出 J能量。（）。 【跟踪训练2】20世纪30年代末，科学家通过实验证实，如果把1个氘原子核经过加速器加速后与1个氚原子核碰撞，会形成1个氦原子核并释放1个自由中子，同时还能释放出17.6兆电子伏的能量，这一被称“核聚变”的过程，不仅揭示了太阳持续45亿年发光发热的原理，更让人们看到了核聚变可以释放巨大能量的潜力。 核聚变的威力通过氢弹得到展示以后，人们开始研究实现可控核聚变的方法，将科学“怪兽”驯化为现代文明的“坐骑”，科学家们尝试建造能够稳定控制并持续输出核聚变能量的装置，也就是可控核聚变反应堆。相较于传统的化石燃料，核聚变释放的能量不仅能源密度极高，不产生温室气体排放，对环境影响极小，而且核聚变资源在地球上的分布相当广泛。 2022年，研究人员通过惯性约束聚变（ICF）方式，如图所示，利用2.05兆焦耳的激光能量，产生了3.15兆焦耳的聚变能量输出，首次在实验室环境中实现了聚变反应的净能量增益（增加能量的多少可以称为增益）。这一成果被视为核聚变研究领域的重要里程碑，为未来核聚变能源的商业化应用奠定了科学基础。 (1)核能属于 （选填“可再生”或“不可再生”）能源； (2)太阳持续发光发热的原因是 ； (3)首次在实验室环境中实现的聚变反应的净能量增益值是 兆焦耳； (4)请描述较于传统能源，核聚变的优点是： （写出一条即可）。 题型2 核电站及其工作原理 1. 核电站的组成 核电站是利用核反应堆提供的能量发电的，主要由以下部分组成： 组成部分 作用 核反应堆 发生可控核裂变，将核能转化为水的内能 蒸汽发生器 产生高温高压的水蒸气 汽轮机 将水蒸气的内能转化为机械能 发电机 将机械能转化为电能 冷却系统 冷却废弃蒸汽，使其凝结成水循环使用 核电站的能量转化：核能 → 内能（水的内能）→ 机械能（汽轮机）→ 电能（发电机） 2. 我国的核电发展 我国已拥有完全自主知识产权的三代核电技术——“华龙一号”。 2021年，山东威海石岛湾高温气冷堆核电站并网发电，是世界首个应用第四代核电技术的核电站。 我国在建核电机组规模居世界第一 。 【注意】核反应堆不是原子弹：核反应堆通过控制中子吸收材料（如控制棒）来调节链式反应的速度，使能量缓慢、平稳释放，不会像原子弹那样爆炸。 核电站的安全保障：现代化核电站采取多层安全措施，包括被动安全系统、防堵安全系统等，确保在各种情况下的安全 。 核废料的处理：核废料需要经过固化处理，深埋于地质稳定、人迹罕至的地方，不能随意排放。 【典例2-1】全球首座第四代核电站华能石岛湾核电站投产，标志着我国核电技术已达世界领先水平。如图所示是核电站发电和供电流程图：以核反应堆来代替火力发电站的锅炉，以核燃料在核反应堆中发生特殊形式的“燃烧”产生热量来加热水，推动汽轮机带动发电机旋转，从而产生电，下列有关说法正确的是（　　） A．核能和太阳能一样均属于一次能源，同时核能又属于可再生能源 B．核电站发电的能量转化过程是：核能→内能→机械能→电能 C．核电站发电原理与太阳释放能量的原理相同 D．核反应堆中发生的链式反应是不可控制的 【跟踪训练1】“华龙一号”是我国自主三代核电技术，2024年11月20日23时50分，位于福建省漳州核电站1号机组汽轮发电机组首次核蒸汽冲转一次成功，它利用现行主流的核电站发电方式，通过可控的 （选填“核裂变”或“核聚变”）将核能转化为电能。太阳内部也同样释放巨大的核能，核能属于 （选填“一次”或“二次”）能源。 【跟踪训练2】全国各省、直辖市、自治区年政府工作报告发布，多地政府工作报告中提及核电，并发布年核电项目建设规划，涉及石岛湾核电、三门核电、徐大堡核电等个核电项目。核电站是通过 选填“核裂变”或“核聚变”发电。核电站一天的发电量为万度电，假设这些电采用火力发电，且煤能完全燃烧，则核电站一天能节约用煤 吨。煤的热值取 【典例2-2】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。 【跟踪训练1】阅读文章，然后回答问题： 我国的核电事业发展迅速，已经建成几座核电站，其中广东大亚湾核电站每年发电量约70%的电力供应香港，远距离送电采取高压送电的方式来实施，核电站的发电输出电功率为2×107W，用10千伏的高压进行输电。下面是核电站的工作原理图和远距离输电流程示意图。 （1）核电站中绕恻发电机线圈的材料可能是 （选填“铜”、“镍铬合金”或“超导材料”）； （2）核能是 （选填：“可再生”或“不可再生”）能源，在核电站发电过程中获取核能的方式是 （选填：“核聚变”或“核裂变”）； （3）发电机的发电原理是 ； （4）核电站高压输电时的输电电流为 A，在输送功率不变时，若改用1000千伏的电压输电，则此时导线上的热损耗功率与原来导线上的热损耗功率之比为 。 【跟踪训练2】我国的核电事业发展迅速，已经建成几座核电站，其中广东大亚湾核电站每年发电量约70%的电力供应香港，30%的电力供应广东电网。在保证输送功率不变的情况下，远距离送电采取高压送电的方式来实施。图1是核电站的工作原理图和远距离输电流程示意图。 （1）核电站是利用核 （裂变/聚变）反应释放的能量；发电机的原理是 。 （2）关于远距离输电，下列表述正确的是( )； A．提高输电电压可以减小输电线电阻，从而减小输电损失 B．在输送电压一定时，输送的电功率越大，输电过程中的电能损失越小 C．若能研制出常温下的超导体，用它制作远距离输电导线，将不需要高压输电方式 （3）若核电站的发电输出电功率为，用10kV的高压进行输电，若此时输电线的电阻为，输电线上的热损耗功率为 W；在输送功率不变时，若改用1000kV的电压输电，则此时导线上的热损耗功率与原来导线上的热损耗功率之比为 ； （4）远距离输电时某处发生了短路，为确定短路位置，检修员利用电压表、电流表和电源接成如图2所示的电路进行测量，已知甲、乙两地的每根输电线每千米的电阻为，电压表示数为3V，电流表示数为0.5A，则短路位置到甲地的距离为 km； 题型3 太阳能及其利用 1. 太阳能的来源 太阳能是太阳内部连续不断的核聚变反应过程产生的能量 。在太阳内部，氢原子核在超高温下聚变成氦原子核，同时释放出巨大的能量。 太阳能的优点：①储量巨大，取之不尽；②分布广泛，处处可以利用 ；③清洁无污染，对环境友好；④免费使用，无需运输。 太阳能的缺点：①能量密度低，需要大面积收集；②受天气和季节影响，不稳定；③昼夜变化，夜间无法利用；④转换效率有待提高。 2. 太阳能的利用方式 人类利用太阳能主要有三种途径： 利用方式 能量转化 原理说明 应用实例 光热转换 太阳能 → 内能 利用集热器收集太阳能加热物质 太阳能热水器、太阳能暖房、太阳能灶 光电转换 太阳能 → 电能 利用太阳能电池的光电效应 太阳能电池板、光伏电站、卫星供电 光化转换 太阳能 → 化学能 通过光合作用或人工光化学过程 植物生长、人造叶绿素研究 3.太阳能发电的两种主要形式 发电形式 工作方式 特点 光伏发电 太阳能电池板直接将光能转化为电能 结构简单，无运动部件，适合分布式应用 光热发电 用聚热器将太阳能变成热能，再通过汽轮机发电 可储存热能，实现稳定发电，如熔盐塔式电站 4. 太阳能的广阔来源地位 地球上除核能、地热能和潮汐能以外，几乎所有能源都来自太阳 ： 风能：太阳辐射使地表受热不均引起大气流动。 水能：太阳辐射使水蒸发，形成降水和水循环。 生物质能：植物通过光合作用固定太阳能。 化石能源：远古生物储存的太阳能。 ★特别提醒 太阳能的根本来源：太阳能来自太阳内部的核聚变，不是燃烧。 光伏电池的材料：大多数太阳能电池由硅材料制成，利用光电效应将光能转化为电能。 【典例3-1】下列关于能源与材料的说法正确的是（　　） A．我国“人造太阳”创造“亿度千秒”世界纪录，“人造太阳”通过核裂变释放核能 B．我国研制出世界最大功率甲醇双燃料船用发动机，甲醇燃烧过程中的热值减小 C．我国成功在常压下实现镍基材料的高温超导电性，该超导体可制成发热电阻 D．海南省清洁能源装机比重达到83.6%，海上风电和光电均利用可再生能源发电 【跟踪训练1】关于信息能源和材料，下列说法中不正确的是（　　） A．输电线若采用超导材料可大大减小电能损耗 B．LED灯是由半导体材料制成的，具有单向导电性 C．太阳能、风能、核能是可再生能源 D．太阳能是太阳内部发生核聚变释放的能量 【跟踪训练2】太阳内部的原子核发生 （选填“裂变”、“聚变”）从而释放能量，太阳能是 （选填“可再生”或“不可再生”）能源，具有安全、清洁等优点。小陈家里的太阳能热水器水箱内盛有100kg水，在太阳照射下水温从20℃上升到70℃，则水吸收的热量为 J。[] 【典例3-2】阅读材料，回答下列问题。 生命的能量供应商——太阳 利用太阳能的最佳方式是光电效应，光电效应分为外光电效应（光电子发射效应）和内光电效应，内光电效应包含光电导效应与光伏效应（阻挡层光电效应）。外光电效应发生在物体表面，入射光频率高于一定值时，被光激发的电子会逸出物质表面；内光电效应发生在物体内部，激发的电荷不逸出，仅改变物质导电能力或在物体两端产生电压。 如图所示，太阳光照射太阳能电池板时，板内不稳定电子获得能量定向移动形成电流，经控制器和逆变器转换后可满足生产生活需求。太阳能充足时，多余电能通过控制器存储在蓄电池中；光照不足时，蓄电池释放电能补充供应。光伏产业正成为国际上继微电子产业后又一爆炸式发展的行业。 (1)外光电效应会从物质中激发出 逸出表面； (2)太阳能电池是依据 （选填“内”或“外”）光电效应工作的； (3)太阳能电池板的作用是将太阳能转化为 ； (4)如图所示的电池板中，相当于电源正极的是 ；（选填“电极1”或“电极2”） (5)当太阳能充足、发电量超过用户需求时，光伏发电系统中的蓄电池相当于 （选填“电源”或“用电器”）。 【跟踪训练1】阅读短文，回答下列问题。 光伏发电产业是我国低碳经济的亮点之一。光伏发电简易原理如图甲所示，电池板上具有大量的不稳定电子，当太阳光照射到电池板上，这些电子获得能量会定向移动形成电流，该电流通过控制器和逆变器就可以成为我们生产生活所用电流。但光伏发电受环境影响较大，阴影遮挡是最常见的环境影响之一。如图乙是在特定测试环境下某电池板X的遮挡比例（遮挡比例指电池板被阴影遮挡的面积与总面积之比）与最大输出功率Pm及功率损失关系图，如图丙，电池板X每个正方形小格子的边长为20cm。 (1)光伏发电的主要能量转化是光能转化为 能。 (2)电池板中有两层纯硅掺杂形成的 （选填“绝缘体”“半导体”或“导体”）材料，该材料在光照下导电性增强，其中电极1相当于电源的 极。 (3)若电池板X没有被遮挡，光电能量转化效率为25%，则在的光照强度下，每小时输出的能量相当于节省了 kg的煤（假设煤能完全燃烧，其热值取）。 (4)在该特定测试环境中，如图丙所示电池板X在全受光过程中出现了阴影停留，则此时功率损失约为 %。 【跟踪训练2】阅读短文，回答问题。 风光互补发电项目 为保护地球家园，我国将努力争取2060年前实现碳中和。为了降低化石能源占比，我国目前正大力开发利用太阳能、风能、核能等新能源，风光互补发电项目正大规模推进。风光互补发电系统由太阳能电池板、风力发电机组、系统控制器、蓄电池组和逆变器等几部分组成。 下表为某型号风光互补路灯系统的部分技术参数，其中风力发电的最大输出功率是指风速达到最大限制风速时风力发电机的输出功率；光照功率是指太阳光照射到电池板表面处每平方米的辐射功率，光电转化效率是指太阳能电池板将光能转化为电能的效率。 风力发电参数 太阳能发电参数 最大输出功率 400W 光照功率 最大限制风速 光电转化效率 20% (1)太阳能属于 （选填“可再生”或“不可再生”）能源。核能是核电站利用核反应堆中铀核 （选填“裂变”或“聚变”）时产生的内能，通过 （选填“汽轮机”或“内燃机”）做功，带动发电机发电。 (2)在人类使用能源的过程中，必然有部分能量由于种种原因浪费掉且不能再重新利用，说明能量的转移或转化具有 。 (3)若风力发电时的输出功率与风速的平方成正比，则当输出功率为25W时，风速为 。 (4)某家庭年耗电，若家用电器全部改用太阳能电池供电，假定按1年200天，每天5h光照计算，则要安装的太阳能电池板面积至少是 ；若太阳能辐射的总功率为，且太阳光在穿透太空及地球大气层到达地面的途中能量损耗率为（已知球面面积为，r为球半径），则太阳到地球的距离 （用物理量符号表示）。 【能力培优练】 1．如图展示的是“风光互补”景观照明灯，其最上端是一台风力发电机，灯柱上还配有太阳能电池板发电，电能传输到底部的蓄电池可以储存起来。下列说法正确的是（　　） A．白天，太阳能电池板将光能转化成化学能 B．风力发电机，工作时将电能转化为机械能 C．蓄电池在夜晚供电时，蓄电池将内能转化为电能 D．夜晚，照明灯工作时不能将电能全转化为光能，但能量总量守恒 2．关于能量，下列说法中不正确的是（　　） A．被推出的铅球具有能量 B．我们生活中的大部分能量来自太阳 C．火力发电厂中煤炭燃烧释放的能量全部转化为电能 D．物质运动的多样性，决定了能量形式的多样性 3．2025年我国新建宁夏中卫300万千瓦光伏基地，是国内同期最大单体光伏项目，位于“沙戈荒”地区，日发电量可达1000万千瓦时，半导体太阳能电池组件是光伏发电系统的核心部分。关于光伏发电，下列说法正确的是（　　） A．光照强度越大，太阳能电池的输出功率一定越大 B．太阳能电池组件将光能转化为电能 C．常温下半导体的电阻为零 D．保定市居民用电总功率约为，若宁夏中卫光伏基地向保定市输送电能，则日发电量可供保定市居民用电约12.5h 4．2025年我国新建宁夏中卫300万千瓦光伏基地，是国内同期最大单体光伏项目，位于“沙戈荒”地区，日发电量可达1000万千瓦时，半导体太阳能电池组件是光伏发电系统的核心部分。关于光伏发电，下列说法正确的是（　　） A．光照强度越大，太阳能电池的输出功率一定越大 B．太阳能电池组件将光能转化为电能 C．常温下半导体的电阻为零 D．保定市居民用电总功率约为，若宁夏中卫光伏基地向保定市输送电能，则日发电量可供保定市居民用电约 5．如图所示是一种太阳能背包。它的前面有一个太阳能电池板，里面有一个蓄电池，可以给手机、小风扇等电子产品供电。下列说法正确的是（    ） A．太阳能电池板给蓄电池充电时，蓄电池相当于用电器 B．太阳能电池板给蓄电池充电时，是将化学能转化为电能 C．用蓄电池给小风扇供电时，蓄电池相当于用电器 D．小风扇工作时直接将化学能转化为机械能 6．10月1日，我国“人造太阳”实验装置“夸父启明”（BEST）成功落“座”安徽合肥，预计2027年竣工，有望成为人类历史上首个通过 （选填“核裂变”或“核聚变”）实现发电的装置。该装置将实际演示氘、氚等离子体“燃烧”、1升海水中的氘通过反应释放的核能约为，与 kg氢气完全燃烧所释放的热量相当。（氢气的热值） 7．太阳能LED照明路灯主要由太阳能电池、LED灯等部分组成。太阳能电池将太阳能转化为 能；LED灯的核心部件是发光二极管，其主要材料是 （选填“导体”、“半导体”或“超导体”）；已知该LED灯的额定功率为8.8W。其正常发光时与额定功率为55W的白炽灯亮度相同，则正常发光相同时间，LED灯与白炽灯相比可以节约 %的电能。 8．2024年4月湖北省首座“光储充换放”一体超级充电站在武汉投运，为新能源车提供了“极速充电”服务。 (1)该一体站拥有“储能黑科技”，参与错峰充电、电网调峰调频等，可实现光伏发电自消纳,光伏发电时太阳能电池将太阳能转化为 。 (2)一体站配置了大功率液冷充电设备，可让车主感受“一杯茶，满电出发”的体验。某电动汽车电池电压为400V，容量为，该电动汽车电池最多能储存的电能为 kW•h。若充电设备在10分钟为该车充入了80%的电能，则充电功率为 kW。 9．“天宫”建站、“嫦娥”奔月、“祝融”探火、“羲和”逐日，远古神话中的梦想一个个变成现实，中国人正上演跨越星球的浪漫。 (1)航天员在“天宫”空间站给地面上的同学们进行“天宫课堂”授课时，依靠 与地球之间传递信息； (2)嫦娥六号从月球背面带回了1935.3g的样品，这些样品从月球带回到地球质量将 ； (3)2021年5月“祝融号”火星车成功驶上火星表面，“祝融号”有六个可以单独工作的车轮，当遇到障碍物时，“祝融号”还可以抬起车轮，顺利越过障碍物，“祝融号”抬起一个车轮时对火星地面的压强变 ； (4)“羲和号”被视为我国首位太阳专属“摄影师”，运行于517km高度太阳同步轨道，可以获得太阳图像，太阳的巨大能量是太阳内部核 变产生的。 10．某路灯照明系统主要由太阳能电池板、蓄电池、控制器和LED灯具，灯杆及其它配件组成。太阳能电池白天对蓄电池充电，晚上该蓄电池再对LED灯供电 (1)从能源与可持续发展的角度分析，太阳能属于 能源，其能量来源于太阳内部氢原子核发生的核 变； (2)白天LED灯不需要工作，蓄电池处于充电状态，此时蓄电池相当于电路中的 ；开关和它控制的LED灯之间是 联的； (3)太阳能电池板的发电功率为每平方米200W，若一块5m2的太阳能电池板光照5h，其产生的电能可以使额定功率为40W的电灯正常工作 h。 11．跨学科实践。 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，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，可以将太阳能电池产生的4.5V的低压直流电转换成4~9kV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； (2)无人机飞行时，主要将电能转化为 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 有关。 12．阅读短文，回答问题。 “华龙一号”核电技术 2021年1月，全球第一台“华龙一号”核电机组，在福清核电5号机组投入商业运行，标志着我国打破了国外核电技术垄断，正式进入核电技术先进国家行列，其利用核能获得电能工作原理是如图所示：以核反应堆来代替火力发电站的锅炉，以核燃料铀在核反应堆中发生特殊形式的“燃烧”产生热量来加热水，使之变成蒸气。蒸气通过管路进入汽轮机，推动汽轮机带着发电机旋转，从而产生电，并通过电网送到四面八方。据统计，一台华龙机组装机容量，一台华龙机组年发电量能满足一个中型城市一年的用电需求，为践行绿色发展做出了巨大贡献。 (1)核反应堆是通过可控 （选填“裂变”或“聚变”）反应释放核能的设备，核能属于 （选填“可再生”或“不可再生”）能源； (2)根据材料提供的数据，请计算一台华龙机组10天发电 度（一天工作20h），若这些电能用热电转换效率为30%的火力发电厂发电，需要完全燃烧 吨煤；（q煤=3.0×107J/kg） (3)若用 （选填“半导体”“超导体”或“绝缘体”）材料进行远程输电，可以大大减少电能在输送过程中的损耗。 【链接中考】 1．（2025·江苏镇江·中考真题）核电站利用核反应堆提供的能量发电，以下说法正确的是（    ） A．核能属于可再生能源 B．核能转化为电能的效率可达100% C．核电站中冷却水温度升高，水分子的无规则运动加剧 D．核反应堆产生的中子带正电 2．（2024·江苏扬州·中考真题）“嫦娥六号”月球探测器经过近月制动减速后进入环月轨道，于2024年6月2日落月开展采样工作，最后返回地球。下列说法正确的是（　　） A．“嫦娥六号”制动后动能减小 B．样品到达地球后质量变小 C．“嫦娥六号”近月制动利用空气阻力减速 D．“嫦娥六号”利用的太阳能属于非清洁能源 3.（2025·江苏扬州·三模）目前已建成的核电站利用核能发电，它的核心设备是核反应堆，核反应堆是通过可控 （核裂变或核聚变）反应释放核能的设备。核电站中发电机的原理是 。2020年12月4日，中国新一代“人造太阳”实验装置——热核聚变反应堆获得重大突破完成了放电实验，热核聚变实验中反应堆放电功率为30kW，输出稳定电流40A并持续0.5s，则输出电压是 V；若将“人造太阳”此次释放的电能全部储存进电池并全部释放为照明电路供电，可使一只“220V 10W”的节能灯持续工作 min。 4．（2025·江苏南通·中考真题）2025年5月29日，“天问二号”探测器成功发射。它对近地小行星进行探测时，探测的信息通过 传回地面；它利用发动机向外喷出燃气获得动力，来调整飞行姿态，这说明了力的作用是 的，还说明力可以改变物体的 ；探测器所装的太阳能电池板将光能转化为 能，为它提供能量。 5．（2025·江苏淮安·二模）如图是“太阳能”路灯示意图。太阳能来源于太阳内部发生的 ，给蓄电池充电时蓄电池相当于电路中的 ，控制器中的集成电路是用 材料制成。 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $