12.与能量转化相关的综合实践- 【一战成名新中考】2026陕西物理中考必考知识点题组特训

与能量转化相关的综合实践 1．（2025•碑林区校级二模）对时延要求不高的数据，我国实施“东数西算”工程，即把东部的数据传输到西部进行处理，有利于跨区域资源调配；对时延要求高的数据，我国在海南陵水某海域实施商用“陆数海算”项目，属全球首次。 （1）由于电流的　热　 效应，数据中心工作时会产生大量热，实施“陆数海算”，将数据中心部署在海底，如图1。靠巨量流动海水散热，利用了水的　比热容　 （填物质物理属性）较大，不易升温，能减小对环境的影响。 （2）如图﹣2，海底数据舱呈圆柱形罐体状，总质量达1300t，总体积约60m3，施工船用四根钢缆缓慢匀速将数据舱放入海水中，不计海水阻力，数据舱刚浸没时，四根钢缆对数据舱的拉力多大？（海水密度近似取1.0×103kg/m3，g取10N/kg） （3）电源使用效率PUE是国际上通行的数据中心电力使用效率的衡量指标，它是指数据中心消耗的所有电能与IT负载消耗的电能之比。陵水海底数据中心的PUE仅1.08，已达世界先进水平。以1个机柜（IT负载）功率为10kW，1万个机柜，一年按8000h来计算，同等算力的海底数据中心，比目前最先进的陆地数据中心每年节省1.75×108kW•h的电能，则该陆地数据中心的PUE大约多大？（保留2位小数） （4）你认为因地制宜实施“陆数海算”与实施“东数西算”相比，优点有　见解析　 。（写出一条即可） 解：（1）热 比热容 （2）数据舱刚浸没时，受到的浮力 F浮＝ρ海水gV排＝1.0×103kg/m3×10N/kg×60m3＝6×105N 数据舱受重力、浮力和拉力的作用，且三个力的关系为G＝F浮+F拉，四根钢缆对数据舱的拉力 数据舱的重力 G＝mg＝1300×103kg×10N/kg＝1.3×107N 由G＝F浮+F拉可得，四根钢缆对数据舱的拉力 F拉＝G﹣F浮＝1.3×107N﹣6×105N＝1.24×107N （3）以1个机柜（IT负载）功率为10kW，1万个机柜，一年按8000h来计算消耗的电能 W＝104×Pt＝104×10kW×8000h＝8×108kW•h 陵水海底数据中心的PUE仅1.08，数据中心消耗的所有电能为 W′＝Wη＝8×108kW•h×1.08＝8.64×108kW•h 目前最先进的陆地数据中心每年节省1.75×108kW•h的电能，该陆地数据中心每年消耗的电能为 W″＝1.75×108kW•h+8.64×108kW•h＝1.039×109kW•h 则该陆地数据中心的PUE 1.30 （4）海洋数据中心对陆地生态环境的影响较小 2．（2025•西安模拟）插电式混合动力是当前比较流行的新能源汽车动力模式，当电池电量充足时，以电动模式行驶；当电池电量不足时，以燃油模式行驶，又能给电池充电，综合油耗已然比传统燃油车更低。已知某款油电混合动力汽车电池能够储存电能20kW•h，如图所示，司机驾驶充满电的该汽车沿平直公路从A地匀速行驶途径B地至C地，B、C两地之间相距50km（路面对汽车的阻力恒为720N）。假设电池消耗的电能全部用来驱动汽车行驶。当汽车以电动模式从A地行驶到B地时，电池的能量还剩余20%，随即开启燃油模式。当汽车行驶到C地时，电池能量显示为50%。 （1）电动模式中，电动机的工作原理是通电导体在磁场中受到 　力　 的作用。 （2）若某充电桩的充电功率恒为2kW，该汽车的蓄电池从电量0%充到100%需要的时间是多少？（忽略充电过程中的能量损失） （3）汽车以燃油模式行驶时，水箱中质量为10kg的水温度从20℃升高到70℃，水吸收的热量是多少？[c水＝4.2×103J/（kg•℃）] （4）汽车厂家宣传：该汽车的汽油综合利用效率高达80%，大大节约了用车成本。已知该车从B地到C地在燃油模式过程中恰好消耗3.6L的汽油，请你通过计算说明汽车厂家的宣传是否可信。（汽油的热值取4.0×107J/L） 解：（1）力 （2）若某充电桩的充电功率恒为2kW，该汽车的蓄电池从电量0%充到100%需要的时间是 （3）水箱中质量为10kg的水温度从20℃升高到70℃，水吸收的热量 （4）该车从B地到C地在燃油模式过程中恰好消耗3.6L的汽油，汽油放出的热量 使用燃油模式时，内能转化为的机械能 发电转化为电能的 使用燃油模式时的效率 汽车厂家的宣传不可信 3．（2025•雁塔区校级一模）海上风电的发展有助于减少对化石燃料的依赖，促进能源结构向更加清洁、低碳的方向转变。一般装机容量是4兆瓦（1兆瓦＝1×106W）风机转一圈，只能发不到4度的电。而目前已公开的世界上最大26兆瓦海上风机，转一圈能发电50度左右。我国主流的风电机组集中安装在水深50米的近海海域。其中离岸距离大于100千米，水深超过50米的深远海域风能资源更加丰富。图﹣1和图﹣2是风力发电的原理及输电示意图。求： （1）海上风电是一种　可再生　 （选填‘可再生”或“不可再生”）能源； （2）26兆瓦海上风机转动一圈所用时间；（精确到0.1s） （3）若风力发电向远距离输电时某处发生了短路，为确定短路位置，检修员在安全情况下，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0.2Ω，电压表示数为3V，电流表示数为0.6A，则短路位置到甲地的距离为多远？ （4）目前已公开的世界上最大兆瓦的海上风机，在输电时存在输电损耗，其效率为80%。在一个标准大气压下，此风机转一圈产生的电能，由一个热效率90%的电磁炉给水加热，可以使多少千克20℃的水沸腾？[结果保留整数，c水＝4.2×103J/（kg•℃）] 解：（1）可再生 （2）由题意知，26兆瓦＝2.6×107W，海上风机转一圈能发电W＝50度＝50kW•h＝1.8×108J，风机转动一圈所用时间 s （3）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 因每根输电线每千米的电阻为0.2Ω，则导线的总长度 因为导线是双股的，所以短路位置到甲地的距离 （4）电磁炉获得的电能 W'＝ηW＝80%×1.8×108J＝1.44×108J 水吸的热量 根据Q吸＝cmΔt可知水的质量 4．（2025•灞桥区校级模拟）随着航空航天技术的发展，我国已向太空中发射了大量的卫星，太空中的卫星（如图所示）采用太阳能作为供电能源，太阳能翼会将太阳能转化为电能，储存在蓄电池中，卫星上的电器均用蓄电池供电。太阳能电池板接收太阳光辐射的平均功率为1000W/m2，其光电转化效率为20%，将电能储存到蓄电池的效率为80%。卫星上的电器设备正常工作时电功率为2000W，在地球阴影区为了维持设备正常工作，需要再开启电加热，加热功率为1600W。某卫星绕地球一圈的运动过程中，1.2h被太阳照射，0.4h处于地球阴影区域。 （1）卫星绕地球运行的轨道是一个椭圆形轨道，当卫星从远地点运动到近地点的过程中，卫星的重力势能 　减小　 （选填“增大”“减小”或“不变”）。 （2）每次经过地球阴影区域，卫星需要消耗多少电能？ （3）1m2太阳能电池板每小时接收的太阳能是多少？ （4）卫星绕地球一圈的运动过程中，为了保证设备正常工作，太阳能电池板有效面积至少为多少？（不考虑蓄电池供电时的能量损失）。 解：（1）减小 （2）卫星上的电器设备正常工作时电功率为2000W＝2kW，在地球阴影区为了维持设备正常工作，需要再开启电加热，加热功率为1600W＝1.6kW，则每次经过地球阴影区域，卫星需要消耗的电能 W＝P总t＝（2kW+1.6kW）×0.4h＝1.44kW•h （3）太阳能电池板接收太阳光辐射的平均功率为1000W/m2，1m2太阳能电池板每小时接收的太阳能是 E＝P't'＝1000W/m2×1m2×3600s＝3.6×106J （4）某卫星绕地球一圈的运动过程中，1.2h被太阳照射，0.4h处于地球阴影区域。卫星上的设备总共需要消耗的电能 W总＝P1t1+P2t2＝2000W×（1.2+0.4）×3600s+1600W×0.4×3600s＝1.3824×107J＝3.84kW•h 根据效率公式得到需要吸收太阳能 太阳能电池板有效面积至少 5．（2025•碑林区校级模拟）电解海水制氢是一种利用电能将海水中的水分子分解成氢气和氧气的技术。我国对于海水制氢技术不断取得突破，利用可再生能源风电来电解海水制氢，所得氢气的浓度可达99.9%～99.99%。将电解海水制氢与风能、太阳能等可再生能源结合，利用可再生能源进行氢气生产，降低了制氢成本。随着技术的不断进步和成本的逐步降低，电解海水制氢技术有望在未来得到更广泛的应用。（q氢＝1.4×108J/kg，ρ氢＝0.09kg/m3） （1）大力发展氢能源不仅因为氢的热值大，而且从环境保护角度来看氢能属于 　清洁　 能源，可以通过电解海水制氢，说明海水属于 　导体　 （选填“导体”或“绝缘体”）。 （2）某设备的电解能耗约为5（kW•h）/m3（表示制取1m3的氢气需要消耗5kW•h的电能），则该设备的能量转化效率（电解所得氢气完全燃烧释放的热量与对应消耗电能的够比）为多少？ （3）珠海桂山风电场31号风机机组供电的电解槽功率为400kW，使用的设备的能量转化效率为63%，则一小时可以制取纯度99.99%以上的氢气多少立方米？ 解：（1）清洁 导体 （2）氢气完全燃烧放出的热量 Q放＝mq氢＝ρ氢Vq氢＝0.09kg/m3×1m3×1.4×108J/kg＝1.26×107J 消耗电能 W＝5kW•h＝5×3.6×106J＝1.8×107J 该设备的能量转化效率 η100%100%＝70% （3）电解水一小时消耗的电能 W′＝Pt＝400kW×1h＝400kW•h 氢气完全燃烧释放的热量 Q放′＝η′W′＝63%×400kW•h＝252kW•h＝9.072×108J 完全燃烧氢气的质量 m′6.48kg 氢气的体积 V′72m3 6．（2025•雁塔区校级模拟）“智能光伏温室”是通过太阳能发电为温室提供能源的新系统，其能源系统由太阳能电池板、储能电池及用电设备组成。太阳能电池板的光电转化效率是20%，日均有效光照时间是5h，晴天时的光照强度P0＝1kW/m2；LED补光灯每天工作6h（补充光照），其功率为P1＝900W；恒温加热器每天工作8h（维持恒温），其功率P2＝2.5kW：灌溉水泵每次工作0.5h，消耗电能2.3kW•h，每日运行2次。晴天时，太阳能电池板需同时为当日用电供电，并为储能电池充电，以确保园区能满足至少连续3个阴雨天的用电需求。假设阴雨天光伏电池不工作，园区所需电能全部由储能电池供给，储能电池充电效率为80%、放电效率为90%，不计其他能量损失，则： （1）该生态园一天的用电量是多少kW•h？（不含给储能电池充电消耗的电能） （2）储能电池至少需要储存多少kW•h的电能才能满足连续3个阴雨天的用电需求？ （3）太阳能电池板一天需要为园区至少输出多少kW•h的电能才能满足设计要求？ （4）若园区可用屋顶面积为80m2，至少还需要扩建多大面积的地面太阳能电池板？ 解：（1）LED补光灯功率为P1＝900W，每天工作6h消耗的电能 W1＝P1t1＝0.9kW×6h＝5.4kW•h 恒温加热器功率P2＝2.5kW，每天工作8h（维持恒温）消耗的电能 W2＝P2t2＝2.5kW×8h＝20kW•h 灌溉水泵每次工作0.5h，消耗电能2.3kW•h，每日运行2次，消耗的电能 W3＝2.3kW•h×2＝4.6kW•h 该生态园一天的用电量是 W＝W1+W2+W3＝5.4kW•h+20kW•h+4.6kW•h＝30kW•h （2）储能电池满足连续3个阴雨天的用电需求至少需要储存的电能 W′＝3125kW•h （3）太阳能电池板的光电转化效率是20%，太阳能电池板一天需要为园区至少输出的电能 W″775kW•h （4）日均有效光照时间是5h，晴天时的光照强度P0＝1kW/m2；若园区可用屋顶面积为80m2，设至少还需要S面积的地面太阳能电池板，则有 5h（S+80m2）×1kW/m2＝775kW•h S＝75m2 学科网（北京）股份有限公司 $ 与能量转化相关的综合实践 1．（2025•碑林区校级二模）对时延要求不高的数据，我国实施“东数西算”工程，即把东部的数据传输到西部进行处理，有利于跨区域资源调配；对时延要求高的数据，我国在海南陵水某海域实施商用“陆数海算”项目，属全球首次。 （1）由于电流的　 　 效应，数据中心工作时会产生大量热，实施“陆数海算”，将数据中心部署在海底，如图1。靠巨量流动海水散热，利用了水的　 　 （填物质物理属性）较大，不易升温，能减小对环境的影响。 （2）如图﹣2，海底数据舱呈圆柱形罐体状，总质量达1300t，总体积约60m3，施工船用四根钢缆缓慢匀速将数据舱放入海水中，不计海水阻力，数据舱刚浸没时，四根钢缆对数据舱的拉力多大？（海水密度近似取1.0×103kg/m3，g取10N/kg） （3）电源使用效率PUE是国际上通行的数据中心电力使用效率的衡量指标，它是指数据中心消耗的所有电能与IT负载消耗的电能之比。陵水海底数据中心的PUE仅1.08，已达世界先进水平。以1个机柜（IT负载）功率为10kW，1万个机柜，一年按8000h来计算，同等算力的海底数据中心，比目前最先进的陆地数据中心每年节省1.75×108kW•h的电能，则该陆地数据中心的PUE大约多大？（保留2位小数） （4）你认为因地制宜实施“陆数海算”与实施“东数西算”相比，优点有　 　 。（写出一条即可） 2．（2025•西安模拟）插电式混合动力是当前比较流行的新能源汽车动力模式，当电池电量充足时，以电动模式行驶；当电池电量不足时，以燃油模式行驶，又能给电池充电，综合油耗已然比传统燃油车更低。已知某款油电混合动力汽车电池能够储存电能20kW•h，如图所示，司机驾驶充满电的该汽车沿平直公路从A地匀速行驶途径B地至C地，B、C两地之间相距50km（路面对汽车的阻力恒为720N）。假设电池消耗的电能全部用来驱动汽车行驶。当汽车以电动模式从A地行驶到B地时，电池的能量还剩余20%，随即开启燃油模式。当汽车行驶到C地时，电池能量显示为50%。 （1）电动模式中，电动机的工作原理是通电导体在磁场中受到 　 　 的作用。 （2）若某充电桩的充电功率恒为2kW，该汽车的蓄电池从电量0%充到100%需要的时间是多少？（忽略充电过程中的能量损失） （3）汽车以燃油模式行驶时，水箱中质量为10kg的水温度从20℃升高到70℃，水吸收的热量是多少？[c水＝4.2×103J/（kg•℃）] （4）汽车厂家宣传：该汽车的汽油综合利用效率高达80%，大大节约了用车成本。已知该车从B地到C地在燃油模式过程中恰好消耗3.6L的汽油，请你通过计算说明汽车厂家的宣传是否可信。（汽油的热值取4.0×107J/L） 3．（2025•雁塔区校级一模）海上风电的发展有助于减少对化石燃料的依赖，促进能源结构向更加清洁、低碳的方向转变。一般装机容量是4兆瓦（1兆瓦＝1×106W）风机转一圈，只能发不到4度的电。而目前已公开的世界上最大26兆瓦海上风机，转一圈能发电50度左右。我国主流的风电机组集中安装在水深50米的近海海域。其中离岸距离大于100千米，水深超过50米的深远海域风能资源更加丰富。图﹣1和图﹣2是风力发电的原理及输电示意图。求： （1）海上风电是一种　 　 （选填‘可再生”或“不可再生”）能源； （2）26兆瓦海上风机转动一圈所用时间；（精确到0.1s） （3）若风力发电向远距离输电时某处发生了短路，为确定短路位置，检修员在安全情况下，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0.2Ω，电压表示数为3V，电流表示数为0.6A，则短路位置到甲地的距离为多远？ （4）目前已公开的世界上最大兆瓦的海上风机，在输电时存在输电损耗，其效率为80%。在一个标准大气压下，此风机转一圈产生的电能，由一个热效率90%的电磁炉给水加热，可以使多少千克20℃的水沸腾？[结果保留整数，c水＝4.2×103J/（kg•℃）] 4．（2025•灞桥区校级模拟）随着航空航天技术的发展，我国已向太空中发射了大量的卫星，太空中的卫星（如图所示）采用太阳能作为供电能源，太阳能翼会将太阳能转化为电能，储存在蓄电池中，卫星上的电器均用蓄电池供电。太阳能电池板接收太阳光辐射的平均功率为1000W/m2，其光电转化效率为20%，将电能储存到蓄电池的效率为80%。卫星上的电器设备正常工作时电功率为2000W，在地球阴影区为了维持设备正常工作，需要再开启电加热，加热功率为1600W。某卫星绕地球一圈的运动过程中，1.2h被太阳照射，0.4h处于地球阴影区域。 （1）卫星绕地球运行的轨道是一个椭圆形轨道，当卫星从远地点运动到近地点的过程中，卫星的重力势能 　 　 （选填“增大”“减小”或“不变”）。 （2）每次经过地球阴影区域，卫星需要消耗多少电能？ （3）1m2太阳能电池板每小时接收的太阳能是多少？ （4）卫星绕地球一圈的运动过程中，为了保证设备正常工作，太阳能电池板有效面积至少为多少？（不考虑蓄电池供电时的能量损失）。 5．（2025•碑林区校级模拟）电解海水制氢是一种利用电能将海水中的水分子分解成氢气和氧气的技术。我国对于海水制氢技术不断取得突破，利用可再生能源风电来电解海水制氢，所得氢气的浓度可达99.9%～99.99%。将电解海水制氢与风能、太阳能等可再生能源结合，利用可再生能源进行氢气生产，降低了制氢成本。随着技术的不断进步和成本的逐步降低，电解海水制氢技术有望在未来得到更广泛的应用。（q氢＝1.4×108J/kg，ρ氢＝0.09kg/m3） （1）大力发展氢能源不仅因为氢的热值大，而且从环境保护角度来看氢能属于 　 　 能源，可以通过电解海水制氢，说明海水属于 　 　 （选填“导体”或“绝缘体”）。 （2）某设备的电解能耗约为5（kW•h）/m3（表示制取1m3的氢气需要消耗5kW•h的电能），则该设备的能量转化效率（电解所得氢气完全燃烧释放的热量与对应消耗电能的够比）为多少？ （3）珠海桂山风电场31号风机机组供电的电解槽功率为400kW，使用的设备的能量转化效率为63%，则一小时可以制取纯度99.99%以上的氢气多少立方米？ 6．（2025•雁塔区校级模拟）“智能光伏温室”是通过太阳能发电为温室提供能源的新系统，其能源系统由太阳能电池板、储能电池及用电设备组成。太阳能电池板的光电转化效率是20%，日均有效光照时间是5h，晴天时的光照强度P0＝1kW/m2；LED补光灯每天工作6h（补充光照），其功率为P1＝900W；恒温加热器每天工作8h（维持恒温），其功率P2＝2.5kW：灌溉水泵每次工作0.5h，消耗电能2.3kW•h，每日运行2次。晴天时，太阳能电池板需同时为当日用电供电，并为储能电池充电，以确保园区能满足至少连续3个阴雨天的用电需求。假设阴雨天光伏电池不工作，园区所需电能全部由储能电池供给，储能电池充电效率为80%、放电效率为90%，不计其他能量损失，则： （1）该生态园一天的用电量是多少kW•h？（不含给储能电池充电消耗的电能） （2）储能电池至少需要储存多少kW•h的电能才能满足连续3个阴雨天的用电需求？ （3）太阳能电池板一天需要为园区至少输出多少kW•h的电能才能满足设计要求？ （4）若园区可用屋顶面积为80m2，至少还需要扩建多大面积的地面太阳能电池板？ 学科网（北京）股份有限公司 $