第十八章 能源与可持续发展 跨学科实践-【拔尖特训】2025-2026学年九年级下册物理(苏科版·新教材)

拔尖特训·物理（苏科版)九年级下 跨学科 白基础进阶 1.小明家安装了空调智能控制系统，空调自动 开启的条件是家中有人且室温高于或等于 26℃。S1和S2是控制空调开启的两个智能 开关，当家中有人时S,自动闭合，家中没有 人时S自动断开；当室温高于或等于26℃ 时S2自动闭合，室温低于26℃时S2自动断 开。控制空调开启的电路示意图是图 (甲/乙)。已知小明家某天室温的 变化情况如图丙所示，若当天8~12时和 14~18时家中没有人，空调的额定电压是 220V,额定功率是1kW,则这台空调当天消 耗的电能是 kW·he 220V 调 220V 甲 +室温/℃ 26 81214182124时刻/时 丙 (第1题)》 2.(2025·广西)家用电器待机时也消耗电能， 某些电视机机顶盒待机的功率可达蚊香器正 常工作功率的3倍，我们在日常生活用电时 该如何有效节能？请写出一条有效措施。 3.(2025·沈阳皇姑二模)某同学发现 爷爷养花的阳光房冬冷夏热，不利 于花卉生长。在综合实践课上，他 与活动小组的同学开展了为爷爷设计“阳光 环保智慧小屋”的活动。 72 实践 “答案与解析”见P37 【项目分解】 一、设计冬季太阳能辅助加热系统。 二、设计夏季自动遮阳控温系统。 【项目实施】 一、设计冬季太阳能辅助加热系统。 如图甲所示，该小组设计了冬季太阳能辅助 加热系统电路，其中R为加热电阻，阳光房 屋顶安装的太阳能电池板用来获得电能。 .b 蓄电池 R 甲 太阳 光能 光伏电池电蓄电池A蓄电池患电阻能 能 能 乙 蓄电池 卷帘装置 O R 今 ARQ 4R2/2 1000---- 600-- B 0 28t/℃ 0 光照强度 (第3题) (1)图乙是这一过程中的能量转化图（图中 A表示某种形式的能量)，根据能量转化图判 断A为 能；当太阳能电池板对蓄电 池充电时，蓄电池相当于 (2)晚上，屋内温度较低时，控制开关S自动 接 ,加热电阻R对室内进行辅助 加热。 二、设计夏季自动遮阳控温系统： 阳光房的屋顶是用玻璃做的，夏天光照太强、 屋内温度过高，不利于花卉生长。该小组利 用热敏电阻R,和光敏电阻R,重新设计了 简化电路，如图丙所示。 (3)蓄电池的电压恒为24V,变阻器R。的最 大阻值为15002，R1和R2的阻值变化情况 如图丁所示，虚线框内R1和R2按一定方式 接入电路。将开关S2接c,当户外光照强度 增至图丁的B点，且屋内温度升高至28℃ 时，电流表示数增至10mA,开关S2自动接 d,卷帘装置启动，拉动遮阳帘遮光。图丙电 路中，虚线框内的电阻R,和R2应该 联，此时变阻器R。接入的阻值为 n。 【项目优化】 若设定屋内温度为26℃时，卷帘装置就能拉 动遮阳帘遮光，应将图丙中变阻器R。的滑片 向 端适当移动一些。 素能攀升 4.(2025·汕头濠江一模)某学习小组 开展了“设计隔热节能房屋”的跨学 科实践活动。 (1)为了比较材料的隔热性能，找到厚度相等 的三种材料，制成完全相同的房屋模型。用白 炽灯光模拟太阳光，房屋位置如图甲所示，将 温度传感器分别放在房屋模型 (内/ 外)部的相同位置。闭合白炽灯开关，每隔 1分钟，测量三个房屋模型的温度。 混凝士木材泡沫板 甲 ↑温度 混凝土 木材 泡沫板 时间 乙 第十八章 能源与可持续发展 …220V 压缩机 ◆热水 热 蒸发 冷凝管 箱冷水 工作 过滤器储液罐 介质 膨胀阀 的 kW·h 09336 220V5A50Hz 2500r/(kW·h) (第4题》 (2)图甲中三个小屋的摆放位置不合理，原 因是 (3)优化实验方案后进行实验，温度传感器的 示数变化情况如图乙所示。根据图像分析，学 习小组应选择 做房屋的隔热材料。 (4)该小组了解到有一款空气能热水器，其 工作原理如图丙所示。当室外温度较高时水 只需要从冷凝管中吸热；当室外温度低或需 要快速制热时，热水器还需要用水箱中辅热器 的电阻丝加热，从而缩短加热时间。其中水从 冷凝管吸收的热量与工作介质循环所消耗电 能（不含辅热器消耗电能）的比值记为D。 在某一环境温度下，空气能热水器水箱中装 入200kg初温为20℃的水，关闭其他用电 器，记录电能表的示数为932.2kW·h,启动 空气能热水器（辅热器不工作），2h后水温达 到50℃，电能表的示数如图丁所示，则这2h 消耗的电能为 J。此过程中，空气能 热水器的电功率P为 W,则该空气 能热水器的D值为 。 [c水=4.2X 103J/(kg·℃)] (5)为了将(4)中的加热时间缩短至80min, 需要启动水箱中的辅热器加热。若D值和 电功率P(不含辅热器的电功率)均不变，辅热 器两端的电压是220V,加热效率是87.5%， 则该辅热器中电阻丝的阻值为 2. 73小年发电量W=P=P 0.26kW×(4m/s)2 ×4000h= (8m/s)2 260kW·h 4.(1)汽油完全燃烧放出的热量Q效= mg=5kgX5×10J/kg=2.5×108J, 驱动汽车行驶所做的功W=Q放一 30%×2.5×108J=7.5×10J,汽车 行驶的距离s=vt=75km/h×1h= 75km=7.5×10m,由W=Fs可得， 汽车的牵引力F=W 7.5X10】=1000N,因为汽车匀速 7.5×10m 直线行驶，牵引力与阻力是一对平衡 力，所以汽车所受阻力∫=F= 1000N(2)随废气通过热电转换装 置的能量Q'=71Q做=40%×2.5× 108J=1×108J,转化成的电能W= 72Q'=15%×1×108J=1.5×10J 5.(1)电池充电1h后，接收器接收 到的超声波能量W,=Pto=8W 3600s=2.88×104J:由题意知，电池 所储存的电能E电=7，W,=50%× 2.88×10J=1.44×104J(2)由 口=可得，小车在平直路面上匀速 行驶5min的过程中，行驶的距离s= wt=0.2m/s×5×60s=60m:克服阻 力做的功W2=f=16N×60m= 960J:消耗的电池电能E= 72 960=1200J(3)由题意得·P, P 80% 会则品-（传》标得P=2, 2h内转化成的机械能W'= P1'7172=2WX2×3600s×50%× 80%=5760J:由W=f5可得，s'= _=5760J=360m f 16N 跨学科实践 1.甲5解析：由题意知，当家中有 人时S,闭合，且室温高于或等于 26℃时S2闭合，空调才会开启，即两 个开关都闭合时空调开启，只要有一 个开关断开，空调都不会自动开启，则 两开关应串联在电路中，故图甲符合 要求：由题知，当天8~12时和14~ 18时家中没有人，结合当天室温的变 化情况，可得当天空调工作时间1= [(14-12)+(21-18)]h=5h,这台 空调当天消耗的电能W=Pt= 1kW×5h=5kW·h。 2.家用电器不使用时切断电源（合理 即可) 3.【项目实施】(1)化学用电器 (2)a(3)串800【项目优化】左 4.(1)内(2)三个房屋与白炽灯的 距离不同，光照强度不同(3)泡沫 板(4)5.04×10°7005 (5)24.2解析：(1)比较房屋材料 的隔热性能，要把传感器分别放在房 屋模型内部相同位置。(2)比较房屋 材料的隔热性能，要保持光源到三个 房屋的距离相同，光照强度相同。 (3)由图乙可知，在光照强度和光照 时间相同时，泡沫板房屋内温度上升 最少，故应选择泡沫板做房屋的隔热 材料。(4)200kg水从20℃升高到 50℃吸收的热量Q吸=c水m△t= 4.2×103J/(kg·℃)×200kg× (50℃-20℃)=2.52×102J,期间消 耗的电能W=W-W。=933.6kW·h一 932.2kW·h=1.4kW·h=5.04× 10J,空气能热水器的电功率P= w_5.04X10J=700W,该空气热 2×3600s Qs-2.52X10】=5。 水器的D值=W=5.04×10丁 (5)加热时间缩短至80min时，空气 能热水器消耗的电能W=Pt'= 700W×80×60s=3.36×10J,空气 提供的能量W气=DW'=5×3.36X 10°J=1.68×10J,加热电阻提供的 能量W电阻=Q吸一W空气=2.52X 10J-1.68×10J=8.4×106J,电 阻消耗的能量W电'=W电盟 8.4×10」=9.6×10J,电阻的电功 87.5% 率P电阻一 电里_9.6X1dJ=2000w, t 80X60s 37 电阻的阻值R= U2(220V)2 P电阻2000W 24.22 第十八章整合拔尖 [高频考点突破] 典例1A解析：风能作为一种能从 自然界直接获取的能源，清洁无污染 且可再生，被人类反复利用，属于可再 生的清洁能源，故A符合题意，BC、 D不符合题意。 跟踪训练1.B 典例2A解析：球在被踢的过程 中，其内部装置工作，是将动能转化为 电能。然后将电能转化为化学能储存 在蓄电池中。IED灯发光时，蓄电池 将化学能转化为电能，电能再转化为 光能，故A正确，B、C、D错误。 [跟踪训练]2.A 典例3(1)超声波运动(2)A (3)2403.3(4)bc8(5)100 10解析：(1)机器人在行进过程中 遇到玻璃等透明障碍物时，若发射激 光，则绝大部分激光会透过障碍物继 续向前传播：而发射超声波，则绝大部 分超声波会被障碍物反射回来被机器 人接收，从而较好感知到障碍物：以移 动的机器人为参照物，障碍物的位置 改变，障碍物是运动的。(2)据题意， 菲涅尔透镜对红外线（一种不可见光） 具有会聚作用，故它的作用相当于凸 透镜，A错：人体辐射的红外线，属于 光，光属于电磁波，B对：图甲中电磁 铁正面线圈中电流的方向从左向右， 据安培定则可知，电磁铁的上端为N 极，C对：人体的正常体温在37℃左 右，据题意可知，机器人发现体温为 38℃的人时会进行语音报警并识别， D对。(3)机器人沿水平路面匀速行 驶的机械功率P机=电=60%× 400W=240W,若机器人以最大速度 vmax=1m/s做匀速直线运动，则机器 人受到的阻力f=F=P组 240W=240N:机器人运动7min消 1m/s