20.3 跨学科实践：设计节能房屋模型（重难点专练）物理新教材北师大版（北京）九年级全一册

**基本信息** 以“设计节能房屋模型”为跨学科实践载体，整合能源转化、材料特性、实验探究等知识，强化能量观念与科学探究能力。 **专项设计** |模块|题量/典例|题型特征|知识逻辑| |----|-----------|----------|----------| |基础概念|1-3、14-15题|选择/多选题，考查能源分类、电磁波应用|从能源本质（一次/二次、可再生）到能量转化形式，构建能量观念| |实验探究|10题|实验数据对比分析，涉及保温材料、光伏板影响因素|通过控制变量法探究材料性能，培养科学思维与证据意识| |综合计算|4-5、11、13(4)题|含功率、电压、效率计算，结合实际工程数据|运用公式推导解决实际问题，体现物理与工程的联系| |跨学科项目|8-9、16题|项目设计与评估，如风能小屋、太阳能供暖系统|整合多知识点完成实践任务，强化科学态度与社会责任|

20.3 跨学科实践：设计节能房屋模型 题型01 设计节能房屋模型 ▌题型01 设计节能房屋模型 1．2025年六五环境日主题为“美丽中国我先行”。为顺应美丽中国建设新趋势，能源利用需加快向绿色、低碳、循环方向转型。下列关于能量、能源的认识，说法正确的是（     ） A．电能和氢能都是二次能源，也是清洁能源 B．能量的总量保持不变，节能减排没有意义 C．核电站有泄漏风险，不应发展核能的使用 D．太阳内部原子核裂变，释放巨大的能量 2．关于电磁波和能源，下列说法错误的是（     ） A．北斗卫星导航系统通过电磁波传递信息 B．光在光导纤维中经多次反射，将携带的信息传到远方 C．人类对核能的利用主要是通过核反应堆中发生的可控链式反应实现的 D．目前人们直接利用太阳能的方式主要有两种，一种是光热转换，另一种是光化转换 3．（多选）2026年伊始，我国在能源、信息、材料领域取得了许多重大突破，下列说法正确的是（     ） A．铜锌锡硫硒太阳能电池将太阳能转化为电能 B．新型核聚变装置FLAME利用的核能是可再生能源 C．常压镍基超导体可用于制作电炉子的电热丝 D．真空紫外激光新晶体输出的激光属于电磁波 4．新疆米东350万千瓦光伏项目位于乌鲁木齐市米东区北部沙漠，占地面积20万亩（1亩约等于666.7平方米），预计年发电量60.9亿千瓦时，相当于300万户中国家庭一年的用电量。 (1)为提高光伏电池的发电效率，常采用多晶硅、单晶硅、非晶硅等不同______的材料制造光伏电池；硅原子的结构稳定而紧密，电子不会自由移动，在纯净状态下相当于______，要使电子自由移动形成电流，必须要有______。 (2)太阳能光伏板由多层结构组成，上层和下层是保护装置，中间的电池板由多个电池片组成，如图所示，单个电池片产生的电压为0.5V，一块由36个电池片串联组成的光伏板可提供的电压为______V。光伏板的发电功率可达150W，当光伏发电功率超过400kW时，要采用高压并网降低损耗，提高传输效率，的光伏板______（填“需要”或“不需要”）高压并网。当光伏发电功率低于400kW时。采用与工厂电压相同的______V低压接入。 (3)太阳能每秒钟到达地面的能量高达万千瓦，若将地球表面0.1%的太阳能转为电能，转化率为10%，年发电量可达______（填“”“”或“”）亿千瓦时，塔克拉玛干沙漠正在建设1亿千瓦的光伏发电站，这些电量相当于______（填“17”“170”或“1700”）座1亿千瓦的光伏发电站一年的发电量。 5．如图所示，一只太阳能草坪节能灯，由太阳能电池板、蓄电池、“6V1W”的节能灯等组成，太阳能电池板发电并将电能储存在蓄电池中，供节能灯晚间照明；该太阳能电池板接收太阳辐射的面积为，其光电转化效率（即发电效率）为20%。若在太阳能电池板接收太阳辐射的有效时间内，太阳能电池板接收太阳辐射的功率为640W。下列说法正确的是（　　） (1)太阳能是___________（选填“可再生”或“不可再生"）能源； (2)太阳能电池板给蓄电池充电，先将太阳能转化为电能，再化为蓄电池的___________能； (3)该灯的太阳能电池板发电功率为___________W； (4)节能灯正常发光10h消耗的电能为___________。 6．2025年11月15日，位于西藏那曲市安多县帕那镇土若村的“100MW光热+800MW光伏”一体化光热项目的核心工程吸热塔筒壁顺利结顶，计划于2026年10月投运，成为目前全球海拔最高的塔式光热电站。该吸热塔配置了近1.6万台定日镜，总采光面积超80万平方米，该电站利用大量定日镜将太阳光反射至吸热塔，加热熔盐实现发电。下列关于该光热电站的物理知识，分析正确的是（     ） A．定日镜对太阳光的反射属于漫反射 B．熔盐被加热过程中，其内能的改变方式是做功 C．光热发电过程中，能量转化路径是太阳能→内能→机械能→电能 D．电能属于可再生能源 7．2026年1月13日，全球首台20兆瓦海上风电机组在福建闽南海域完成调试并成功并网发电，标志着我国在超大容量风电机组研发制造及海上施工技术领域取得重大突破。据此完成问题。 (1)风能的利用有利于保护生态环境，风能属于___________能源（选填“可再生”或“不可再生”）。风电机组工作时能量的流向如图1：①处发电机的原理是___________。 (2)如图2所示是由我国自主研发的海上风电机组，发电机组输出功率大，用于制作这些发电机组线圈的理想材料是___________（选填“半导体”或“超导体”）。风轮采用翼型叶片，在风力作用下，该翼型叶片将沿___________（选填“顺时针”或“逆时针”）方向转动。 8．跨学科实践——自制“风能小屋” 【项目背景】为打造“光伏/风电+储能+绿电直连”零碳数据中心，将风力发电与储能技术结合，为城市提供绿色电力。某小组设计制作简易风能小屋模型。 【项目分解】（Ⅰ）了解风力发电系统；（Ⅱ）自制简易风能小屋 【项目实施】（Ⅰ）了解风力发电系统 风力发电机组主要由叶片、齿轮箱、发电机等组成，其简化结构如图甲，叶片在风的作用下旋转，经过齿轮箱增速后，发电机转子高速旋转发电。已知风力发电机正常发电时输出功率P与风速v的三次方成正比，风力发电机和汽车动力电池部分参数如下表所示。[能量密度是指单位质量电池储存的电能] 风力发电机 汽车动力电池 风速范围 2.0～12m/s 电池质量 400kg 最大输出功率 400kW 电池能量密度 200W·h/kg (1)风力发电机是根据___________原理制成的，风能属于___________能源。（清洁/非清洁） (2)当风速为12m/s时，利用发电机输出电能为汽车动力电池充电，电池电量从30%充到90%的过程中，获得的电能为___________kW·h，若该风力发电机组齿轮箱中转动加速器的加速比（即叶片转速与发电机转子转速之比）为，已知发电机转子1min转600圈，充电利用效率为60%，则要完成这次电池充电，发电机叶片至少需要转动___________圈。 （Ⅱ）制作简易风能小屋。 (3)当风正面垂直吹向静止叶片时，如图乙所示，从正面看，叶片A会___________（顺时针/逆时针）转动。 【项目评估】小组同学将简易风力发电机与灯泡用导线直接连接，制作成如图丙所示简易风能小屋，灯泡实际功率与风速大致关系如图丁所示。 (4)下表所示是项目实施Ⅱ的部分评价指标，根据评价表对其进行评价。 评价等级 优秀 良好 合格 不合格 评价指标 1：任何风速下均能发电 2：发电时小灯泡能一直稳定发光 1：一定风速范围下能发电 2：发电时小灯泡亮度能一直稳定 1：一定风速范围下能发电 2：发电时小灯泡亮度不能一直稳定 1：任何风速下均不能发电 2：小灯泡不发光 结合图丁，给出你的评价及优化建议___________。 9．在物理跨学科实践活动中，某兴趣小组开展了制作可以打扫卫生的遥控太阳能动力小车的活动。他们制作的四轮太阳能动力小车如图所示，并在前方加装了一个小型吸尘器，小车的总质量为300g，每个轮胎与地面的接触面积为2cm2，g取10N/kg。 (1)小车上安装的太阳能电池板在工作时，将太阳能转化为_______能；吸尘器通过内置电动机旋转产生高速气流，此过程利用了___________的原理，将灰尘、杂物吸入尘盒。 (2)实践中，该动力小车在水平地面沿直线匀速前进1min走过了50m的路程，该动力小车的速度为多少？（保留两位小数） (3)当小车静止在水平地面上时，对地面的压强是多大？ 10．小雨家住在我国的西北地区，他想建成一个环保节能的小屋，结合西北地区的环境特点要考虑哪些问题？学校科技社团的同学们在社团活动中一起讨论了这个问题。 【项目分解】 ①墙壁保温防寒和隔热降温的材料选择； ②屋顶加装光伏板； ③分析浪费电的现象，讨论节约用电的方法。 任务一：墙壁保温材料选择 (1)西北地区四季和昼夜温差较大，在建造节能小屋时要注意保温防寒，需要在墙体外侧加装保温层，保温材料有泡沫塑料和棉絮两种，哪一种材料的保温性能更好呢？同学们做了这样的实验：用厚度相同的两种材料分别包着装有相同质量和初温相同的热水的密闭烧瓶，放在相同的环境中让它们自然冷却，记录两烧瓶中的水温随时间变化的情况，数据如下表： 时间/min 0 5 10 15 20 25 30 泡沫塑料组水温/℃ 60 51 45 40 35 32 30 棉絮组水温/℃ 60 45 36 33 30 30 30 分析实验数据可知：他们实验时的室内温度是_______℃。在这两种材料中，保温效果比较好的是______________。 任务二：屋顶光伏板选择 (2)光伏发电的核心部件是光伏板，光伏板吸收太阳能的多少与什么因素有关？ 同学们让不同的光伏板对相同的LED灯供电，进行了实验，记录的实验数据如下表： 序号 光伏板的面积/m2 光照时间/min 光伏板表面所涂颜色 LED灯的发光时间/min 1 0.1 10 黑色 30 2 0.1 20 黑色 60 3 0.3 10 黑色 90 4 0.1 10 白色 5 ①该实验中光伏板吸收太阳能的多少是通过______________来反映的； ②分析表中数据可知光伏板吸收太阳能的多少与光伏板的_______、颜色和光照的时间长短有关。根据实验结论同学们选用合适的光伏板。 任务三：分析浪费电的现象，讨论节约用电方法 (3)同学们讨论后认为浪费电的现象有：待机耗电、不使用节能电器等，还有发电厂的线路损耗也不容小觑，发电厂输送电能时，由于电流的_______效应会造成线路损耗。大家讨论后提出方案，在输送功率和线路不变的情况下，通过______________的方法可以大大减少线路损耗。 【项目拓展】 (4)城市为引导居民合理用电，实施了分时电价制度，将一天分为高峰期（电价高）和低谷期（电价低），为适应分时电价，请你提出一种少交电费的使用方法____________________________。 11．为节能减排，实现“绿水青山就是金山银山”，平原县街头安装了一款太阳能路灯，每盏灯功率30W，每天工作10小时。若太阳能辐射功率1kW/m2，太阳能电池板光电转化效率30%，平均每天有效光照时间5小时。若正常太阳照射一天可以保证路灯能够连续正常工作3天（不计蓄电池充放电时的能量损失），则每盏路灯配备的太阳能电池板面积至少为______m2，蓄电池的容量至少为______J。 12．科普阅读题。 2026年4月6日，国内首个300兆瓦级非补燃压缩空气储能电站肥城压缩空气储能电站定子吊装就位。该项目设计储热温度高达224℃，充电时长8小时，满功率发电时长6小时。项目完工后，使用周期长达40年，预计年循环330次，年发电约12亿千瓦时，可满足60万户家庭全年用电需求。 压缩空气储能是一种长时储能技术，其原理如图2所示：用电低谷时段，利用电力驱动压缩机将空气压缩至地下盐层中的洞穴，将富余电能转化为压缩空气能量并储存；用电高峰时段，再将盐穴中储存的压缩空气释放，驱动空气膨胀机转动，连接发电机发电，从而实现电能的回收－利用。该工程就像一个“超级充电宝”，储存1度电最终能放出0.72度电，每年可节约标准煤约，减少二氧化碳排放约。 (1)该项目储能过程中，电网中多余的电能通过电动机转化为机械能，再通过空气压缩机转化为________能； (2)换热器是将热流体的部分内能转移给冷流体的装置，常温高压空气在“换热器2”处________（选填“吸”或“放”）热； (3)若该项目每年节约的标准煤完全燃烧，则能释放________J的能量；（标准煤热值为） (4)请你提出一条压缩空气储能项目的优点或者是可能存在的问题。 13．我国光伏发电总量世界第一，不仅是规模上的领先，更标志着我国在能源转型、产业升级和绿色发展道路上取得了决定性进展。它既是我国落实生态文明建设、推动高质量发展的关键举措，也为全球能源低碳转型提供了“中国方案”和强大支撑。光伏发电使用的太阳能电池板利用半导体的光电效应将光能直接转化为电能，其简易原理如图所示，把P型半导体和N型半导体紧密地结合在一起，在交界处就形成PN结，当太阳光照射到电池板上时，半导体中的电子吸收光子的能量，形成自由电子和空穴对。在半导体内部电场的作用下，半导体中的自由电子往N型半导体一侧移动，带正电的空穴往P型半导体一侧移动，从而形成电流。 (1)阳光照射到太阳能电池板上时，电池板中电流方向是（　　） A．从N型半导体到P型半导体 B．从P型半导体到N型半导体 (2)太阳能电池板需要覆盖一层减反射膜，关于减反射膜下面说法不正确的是（　　） A．减少光的反射，提升光吸收效率 B．透光性低，提升光电转化效率 C．能耐高温和低温，延长使用寿命 D．密封性好，阻止水和灰尘进入 (3)同学们想为校园设计一个光伏发电项目方案，首先需要探究“影响太阳能电池输出功率的因素有哪些？”同学们准备了以下实验器材：太阳能电池板2片，卤素光源1个，滑动变阻器1只，电压表1只，电流表1只，开关1只，挡光板1片，导线若干。关于此探究实验，下面说法错误的是（　　） A．可探究太阳能电池输出功率与通电时间的关系 B．可探究太阳能电池输出功率与光照强度的关系 C．可探究太阳能电池输出功率与光源入射角度的关系 D．可探究太阳能电池输出功率与电池板连接方式的关系 (4)同学们通过调查，了解到校园楼顶可供安装光伏电池面积为1000m2，主流晶硅光伏组件的发电功率约为0.2kW/m2，学校所在地区的光伏有效日照时数约为2.5h。学校里每间教室统一安装10盏额定功率为40W的LED护眼面板灯，假设每间教室里的LED护眼面板灯每天正常工作12h，校园屋顶光伏电池一天的理论发电量可供______间教室的LED护眼面板灯正常工作一天。（计算结果保留整数） 14．（多选）同学们发现路边出现了一种风光互补式路灯（如图所示），该路灯装有风力和太阳能发电装置。白天该路灯将获得的电能储存在蓄电池内，夜间蓄电池对灯泡供电。关于该路灯，下列说法中正确的是（　　） A．太阳能发电装置是将太阳能转化为电能 B．白天，对蓄电池充电是将电能转化为化学能 C．小风扇是风力发电机，将电能转化为机械能 D．若采用灯照明，会比白炽灯更节能环保 15．如图是某地区使用的“风光互补”景观照明灯。它“头顶”小风扇，“肩扛”光电池板，“腰挎”照明灯，下列说法正确的是（    ） A．光电池板是将太阳能转化为化学能 B．照明灯工作时，LED灯是将内能转化为电能 C．利用风力发电时，机械能转化为电能 D．蓄电池放电时，蓄电池将化学能转化为光能 16．某高校科研人员根据西藏地区太阳辐射强、供暖周期长等特点，为藏区某县设计了太阳能供暖蓄热系统。该系统由集热、蓄热和供暖三部分组成，其基本工作过程如图所示。集热板白天接收太阳辐射时，其内部水温升高，然后通过热交换器，使蓄水箱内水温升高，再通过水泵将热水送入用户。集热板无法供热时，蓄水箱与热交换器之间阀门关闭。晴天时，集热板获得的内能不仅能满足县城用户全天24小时的取暖需求，同时多余的内能可储存在蓄水箱中，用以解决阴雨天集热板无法供热的问题，实现“不用煤，不用气，不用电，温暖整个县城千家万户！” 同学们用所学初中物理知识对该系统某一天的数据进行了简单的分析，为便于计算，工作过程和相关数值均做了简化处理，如表所示。不计集热板到蓄水箱之间的管道、热交换器的热损失。[水的比热容为，水的密度为 集热板每小时、每平方米接收的太阳辐射能量 集热板面积 蓄水箱全天持续供暖输出能量含用户得到的内能、蓄水箱和供暖管道的热损失 (1)同学们查阅资料了解到，在西藏地区选用该系统供热的原因之一是：藏区海拔高，大气压强______选填“大”或“小”，空气密度小，蓄水箱对流散热慢。 (2)太阳能集热板工作过程是将______能转化为______能。 (3)若这一天光照时长为10h，集热板的光热转化效率为，则集热板中的水获得的内能是______J，这些内能，一方面通过蓄水箱对用户全天持续供暖，另一方面使得蓄水箱内水的温度最终升高了。请分析计算该蓄水箱的容积至少是______。 (4)假设该县城用户均采用地暖供热。根据地暖供热标准，用户的进水温度不低于。若这一天持续供暖结束后，蓄水箱水温为，接下来为连续阴雨天气，请你通过计算分析，蓄水箱储存的内能还能为县城用户按标准持续供暖约______天。计算结果保留一位小数 2 / 2 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 20.3 跨学科实践：设计节能房屋模型 题型01 设计节能房屋模型 ▌题型01 设计节能房屋模型 1．2025年六五环境日主题为“美丽中国我先行”。为顺应美丽中国建设新趋势，能源利用需加快向绿色、低碳、循环方向转型。下列关于能量、能源的认识，说法正确的是（     ） A．电能和氢能都是二次能源，也是清洁能源 B．能量的总量保持不变，节能减排没有意义 C．核电站有泄漏风险，不应发展核能的使用 D．太阳内部原子核裂变，释放巨大的能量 【答案】A 【详解】A．电能和氢能都不能直接从自然界获取，属于二次能源，二者使用时对环境污染极小，属于清洁能源，故A正确； B．虽然能量总量保持不变，但能量转化具有方向性，可被人类直接利用的能源是有限的，因此节能减排十分有意义，故B错误； C．核能是清洁的新能源，规范做好安全防护后可以有效缓解能源危机，应当合理发展核能，故C错误； D．太阳内部是氢原子核发生聚变，释放巨大核能，故D错误。 故选A。 2．关于电磁波和能源，下列说法错误的是（     ） A．北斗卫星导航系统通过电磁波传递信息 B．光在光导纤维中经多次反射，将携带的信息传到远方 C．人类对核能的利用主要是通过核反应堆中发生的可控链式反应实现的 D．目前人们直接利用太阳能的方式主要有两种，一种是光热转换，另一种是光化转换 【答案】D 【详解】A．电磁波可以在真空中传播，卫星导航系统依靠电磁波传递信息，故A正确； B．光纤通信的原理就是光在光导纤维中经多次反射，将信息远距离传输，故B正确； C．目前人类和平利用核能，主要是通过核反应堆中可控的核裂变链式反应实现，故C正确； D．目前人类直接利用太阳能的主要两种方式是：光热转换、光电转换，光化转换即光能转化学能不是目前的主要利用方式，故D错误。 本题选错误的，故选D。 3．（多选）2026年伊始，我国在能源、信息、材料领域取得了许多重大突破，下列说法正确的是（     ） A．铜锌锡硫硒太阳能电池将太阳能转化为电能 B．新型核聚变装置FLAME利用的核能是可再生能源 C．常压镍基超导体可用于制作电炉子的电热丝 D．真空紫外激光新晶体输出的激光属于电磁波 【答案】AD 【详解】A．太阳能电池的能量转化方式是将太阳能直接转化为电能，铜锌锡硫硒薄膜太阳能电池也遵循该转化规律，故A正确； B．核聚变依赖氢同位素等核燃料，地球上可开采的核原料储量有限，核能属于不可再生能源，故B错误； C．超导体的电阻为0，根据焦耳定律可知，电流通过时不会产生电热；而电炉子电热丝依靠电流的热效应发热，因此超导体不能制作电热丝，故C错误； D．激光本质是频率单一、方向性强的光，光属于电磁波，所以紫外激光属于电磁波，故D正确。 故选AD。 4．新疆米东350万千瓦光伏项目位于乌鲁木齐市米东区北部沙漠，占地面积20万亩（1亩约等于666.7平方米），预计年发电量60.9亿千瓦时，相当于300万户中国家庭一年的用电量。 (1)为提高光伏电池的发电效率，常采用多晶硅、单晶硅、非晶硅等不同______的材料制造光伏电池；硅原子的结构稳定而紧密，电子不会自由移动，在纯净状态下相当于______，要使电子自由移动形成电流，必须要有______。 (2)太阳能光伏板由多层结构组成，上层和下层是保护装置，中间的电池板由多个电池片组成，如图所示，单个电池片产生的电压为0.5V，一块由36个电池片串联组成的光伏板可提供的电压为______V。光伏板的发电功率可达150W，当光伏发电功率超过400kW时，要采用高压并网降低损耗，提高传输效率，的光伏板______（填“需要”或“不需要”）高压并网。当光伏发电功率低于400kW时。采用与工厂电压相同的______V低压接入。 (3)太阳能每秒钟到达地面的能量高达万千瓦，若将地球表面0.1%的太阳能转为电能，转化率为10%，年发电量可达______（填“”“”或“”）亿千瓦时，塔克拉玛干沙漠正在建设1亿千瓦的光伏发电站，这些电量相当于______（填“17”“170”或“1700”）座1亿千瓦的光伏发电站一年的发电量。 【答案】(1) 类型 绝缘体 杂质和光照 (2) 18 不需要 380/ (3) 170/ 【详解】（1）多晶硅、单晶硅、非晶硅是不同类型的半导体材料，用于制造光伏电池； 纯净状态下的硅原子结构稳定，电子无法自由移动，不能导电，相当于绝缘体；要使硅中产生自由移动的电子形成电流，需要掺入杂质，使硅成为半导体，且光伏电池依靠光激发硅中的电子使其自由移动形成电流。 （2）串联电路总电压等于各串联部分电压之和，单个电池片电压为0.5V，36个电池片串联的总电压为 由题意可知光伏板的总功率 由于，所以不需要高压并网；工厂常用的低压动力电压为380V （3）太阳能每秒到达地面的功率为万千瓦，即，每天的光照时间取10h，光照天数按300天估算，则一年地球表面接受的太阳能约为 若将地球表面0.1%的太阳能转为电能，转化率为10%，年发电量可达 即大约为亿千瓦时；1亿千瓦的光伏发电站一年满负荷发电量 等于亿千瓦时，所需电站数量 5．如图所示，一只太阳能草坪节能灯，由太阳能电池板、蓄电池、“6V1W”的节能灯等组成，太阳能电池板发电并将电能储存在蓄电池中，供节能灯晚间照明；该太阳能电池板接收太阳辐射的面积为，其光电转化效率（即发电效率）为20%。若在太阳能电池板接收太阳辐射的有效时间内，太阳能电池板接收太阳辐射的功率为640W。下列说法正确的是（　　） (1)太阳能是___________（选填“可再生”或“不可再生"）能源； (2)太阳能电池板给蓄电池充电，先将太阳能转化为电能，再化为蓄电池的___________能； (3)该灯的太阳能电池板发电功率为___________W； (4)节能灯正常发光10h消耗的电能为___________。 【答案】(1)可再生 (2)化学 (3)3.2 (4)0.01 【详解】【小题1】太阳能可从自然界不断获得，是可再生能源； 【小题2】太阳能电池板给蓄电池充电，是先将太阳能转化为电能，再转化为蓄电池的化学能； 【小题3】太阳能电池板接收太阳辐射的总功率 发电功率 【小题4】节能灯正常发光10h消耗电能 6．2025年11月15日，位于西藏那曲市安多县帕那镇土若村的“100MW光热+800MW光伏”一体化光热项目的核心工程吸热塔筒壁顺利结顶，计划于2026年10月投运，成为目前全球海拔最高的塔式光热电站。该吸热塔配置了近1.6万台定日镜，总采光面积超80万平方米，该电站利用大量定日镜将太阳光反射至吸热塔，加热熔盐实现发电。下列关于该光热电站的物理知识，分析正确的是（     ） A．定日镜对太阳光的反射属于漫反射 B．熔盐被加热过程中，其内能的改变方式是做功 C．光热发电过程中，能量转化路径是太阳能→内能→机械能→电能 D．电能属于可再生能源 【答案】C 【详解】A．定日镜的作用是将太阳光定向反射到吸热塔，反射面光滑平整，属于镜面反射，故A错误； B．熔盐被加热，是通过吸收太阳光的热量实现的，属于热传递改变内能，故B错误； C．定日镜反射太阳能，加热熔盐，太阳能→内能；高温熔盐产生蒸汽，推动汽轮机，内能→机械能；汽轮机带动发电机发电，机械能→电能；故完整路径为太阳能→内能→机械能→电能，故C正确； D．电能是二次能源，它是由其他能源（如太阳能、煤、水能等）转化而来的，本身不属于可再生能源，可再生或不可再生是对一次能源的分类，故D错误。 故选C。 7．2026年1月13日，全球首台20兆瓦海上风电机组在福建闽南海域完成调试并成功并网发电，标志着我国在超大容量风电机组研发制造及海上施工技术领域取得重大突破。据此完成问题。 (1)风能的利用有利于保护生态环境，风能属于___________能源（选填“可再生”或“不可再生”）。风电机组工作时能量的流向如图1：①处发电机的原理是___________。 (2)如图2所示是由我国自主研发的海上风电机组，发电机组输出功率大，用于制作这些发电机组线圈的理想材料是___________（选填“半导体”或“超导体”）。风轮采用翼型叶片，在风力作用下，该翼型叶片将沿___________（选填“顺时针”或“逆时针”）方向转动。 【答案】(1) 可再生 电磁感应 (2) 超导体 顺时针 【详解】（1）风能可以在自然界源源不断地得到，属于可再生能源； 风力发电机是将机械能转化为电能，利用电磁感应原理进行发电的； （2）超导体在临界温度时的电阻为零，用于制作这些发电机组线圈，根据焦耳定律，电阻为0时，线圈不会发热，这样能够很好的避免电能的损失，所以制作线圈的理想材料是超导体； 由图可知，风向右吹过叶片时，叶片上方流速小、压强大，叶片下方流速大、压强小，对该叶片产生向下的压力差，该叶片在风机轮毂的右侧，受到向下的力后，风机将沿顺时针方向转动。 8．跨学科实践——自制“风能小屋” 【项目背景】为打造“光伏/风电+储能+绿电直连”零碳数据中心，将风力发电与储能技术结合，为城市提供绿色电力。某小组设计制作简易风能小屋模型。 【项目分解】（Ⅰ）了解风力发电系统；（Ⅱ）自制简易风能小屋 【项目实施】（Ⅰ）了解风力发电系统 风力发电机组主要由叶片、齿轮箱、发电机等组成，其简化结构如图甲，叶片在风的作用下旋转，经过齿轮箱增速后，发电机转子高速旋转发电。已知风力发电机正常发电时输出功率P与风速v的三次方成正比，风力发电机和汽车动力电池部分参数如下表所示。[能量密度是指单位质量电池储存的电能] 风力发电机 汽车动力电池 风速范围 2.0～12m/s 电池质量 400kg 最大输出功率 400kW 电池能量密度 200W·h/kg (1)风力发电机是根据___________原理制成的，风能属于___________能源。（清洁/非清洁） (2)当风速为12m/s时，利用发电机输出电能为汽车动力电池充电，电池电量从30%充到90%的过程中，获得的电能为___________kW·h，若该风力发电机组齿轮箱中转动加速器的加速比（即叶片转速与发电机转子转速之比）为，已知发电机转子1min转600圈，充电利用效率为60%，则要完成这次电池充电，发电机叶片至少需要转动___________圈。 （Ⅱ）制作简易风能小屋。 (3)当风正面垂直吹向静止叶片时，如图乙所示，从正面看，叶片A会___________（顺时针/逆时针）转动。 【项目评估】小组同学将简易风力发电机与灯泡用导线直接连接，制作成如图丙所示简易风能小屋，灯泡实际功率与风速大致关系如图丁所示。 (4)下表所示是项目实施Ⅱ的部分评价指标，根据评价表对其进行评价。 评价等级 优秀 良好 合格 不合格 评价指标 1：任何风速下均能发电 2：发电时小灯泡能一直稳定发光 1：一定风速范围下能发电 2：发电时小灯泡亮度能一直稳定 1：一定风速范围下能发电 2：发电时小灯泡亮度不能一直稳定 1：任何风速下均不能发电 2：小灯泡不发光 结合图丁，给出你的评价及优化建议___________。 【答案】(1) 电磁感应 清洁 (2) 48 360/ (3)顺时针 (4)评价等级为合格，优化建议：增加储能稳压装置，稳定输出功率，使小灯泡亮度稳定。 【详解】（1）风力发电机依靠电磁感应原理将机械能转化为电能，因此原理是电磁感应；风能使用过程不产生污染物，属于清洁能源。 （2）电池总储存电能 从30%充到90%获得的电能 充电效率60%，发电机需要输出总电能 12m/s风速下输出功率为400kW，充电时间 转子总转数为 根据加速比可得叶片转数为 （3） 叶片下侧为弧形，相同时间空气经过下侧的路程更长，流速更大、压强更小，叶片受到向下的压力差，右侧叶片向下运动，因此从正面看叶片顺时针转动。 （4）由图丁可知：风速小于时不能发电，仅风速大于时发电，满足“一定风速范围能发电”；风速在之间时，功率随风速变化，灯泡亮度随之变化，因此发电时亮度不能一直稳定，符合合格等级。可增加储能稳压装置稳定输出功率，优化装置性能。 9．在物理跨学科实践活动中，某兴趣小组开展了制作可以打扫卫生的遥控太阳能动力小车的活动。他们制作的四轮太阳能动力小车如图所示，并在前方加装了一个小型吸尘器，小车的总质量为300g，每个轮胎与地面的接触面积为2cm2，g取10N/kg。 (1)小车上安装的太阳能电池板在工作时，将太阳能转化为_______能；吸尘器通过内置电动机旋转产生高速气流，此过程利用了___________的原理，将灰尘、杂物吸入尘盒。 (2)实践中，该动力小车在水平地面沿直线匀速前进1min走过了50m的路程，该动力小车的速度为多少？（保留两位小数） (3)当小车静止在水平地面上时，对地面的压强是多大？ 【答案】(1) 电 流体流速越大的位置压强越小 (2) (3) 【详解】（1）太阳能电池板工作时，将太阳能转化为电能，为小车和吸尘器供电； 吸尘器内置电动机旋转产生高速气流，是利用了流体流速越大的位置压强越小的原理：电动机带动叶轮高速旋转，使吸尘器内部空气流速大、压强小，外部大气压将灰尘、杂物压入尘盒。 （2）运动时间 动力小车的速度为 （3）小车的质量 小车静止在水平地面时，对地面的压力等于重力 当小车静止在水平地面上时，对地面的压强 10．小雨家住在我国的西北地区，他想建成一个环保节能的小屋，结合西北地区的环境特点要考虑哪些问题？学校科技社团的同学们在社团活动中一起讨论了这个问题。 【项目分解】 ①墙壁保温防寒和隔热降温的材料选择； ②屋顶加装光伏板； ③分析浪费电的现象，讨论节约用电的方法。 任务一：墙壁保温材料选择 (1)西北地区四季和昼夜温差较大，在建造节能小屋时要注意保温防寒，需要在墙体外侧加装保温层，保温材料有泡沫塑料和棉絮两种，哪一种材料的保温性能更好呢？同学们做了这样的实验：用厚度相同的两种材料分别包着装有相同质量和初温相同的热水的密闭烧瓶，放在相同的环境中让它们自然冷却，记录两烧瓶中的水温随时间变化的情况，数据如下表： 时间/min 0 5 10 15 20 25 30 泡沫塑料组水温/℃ 60 51 45 40 35 32 30 棉絮组水温/℃ 60 45 36 33 30 30 30 分析实验数据可知：他们实验时的室内温度是_______℃。在这两种材料中，保温效果比较好的是______________。 任务二：屋顶光伏板选择 (2)光伏发电的核心部件是光伏板，光伏板吸收太阳能的多少与什么因素有关？ 同学们让不同的光伏板对相同的LED灯供电，进行了实验，记录的实验数据如下表： 序号 光伏板的面积/m2 光照时间/min 光伏板表面所涂颜色 LED灯的发光时间/min 1 0.1 10 黑色 30 2 0.1 20 黑色 60 3 0.3 10 黑色 90 4 0.1 10 白色 5 ①该实验中光伏板吸收太阳能的多少是通过______________来反映的； ②分析表中数据可知光伏板吸收太阳能的多少与光伏板的_______、颜色和光照的时间长短有关。根据实验结论同学们选用合适的光伏板。 任务三：分析浪费电的现象，讨论节约用电方法 (3)同学们讨论后认为浪费电的现象有：待机耗电、不使用节能电器等，还有发电厂的线路损耗也不容小觑，发电厂输送电能时，由于电流的_______效应会造成线路损耗。大家讨论后提出方案，在输送功率和线路不变的情况下，通过______________的方法可以大大减少线路损耗。 【项目拓展】 (4)城市为引导居民合理用电，实施了分时电价制度，将一天分为高峰期（电价高）和低谷期（电价低），为适应分时电价，请你提出一种少交电费的使用方法____________________________。 【答案】(1) 30 泡沫塑料 (2) LED灯的发光时间 面积 (3) 热 提高输送电压 (4)尽量在用电低谷期使用大功率用电器/避开高峰期使用大功率电器 【详解】【小题1】热水自然冷却，最终水温稳定后与室温相同，由表格可知水温最终稳定在，因此室内温度是。 相同时间内，泡沫塑料包裹的烧瓶水温下降更慢，说明泡沫塑料保温效果更好。 【小题2】① 实验利用转换法，光伏板吸收太阳能越多，储存电能越多，相同LED灯发光时间就越长，因此通过LED灯的发光时间反映光伏板吸收太阳能的多少。 ② 对比实验1、3，控制光照时间、光伏板表面所涂颜色相同，只改变光伏板面积，LED发光时间不同，说明吸收太阳能的多少与光伏板的面积有关。 【小题3】电流通过输电线时会发热损耗电能，这是电流的热效应。 根据，输送功率不变时，提高输电电压可以减小输电电流，再由焦耳定律得，线路电阻不变时，电流越小，损耗的电能越少，因此通过提高输电电压减少线路损耗。 【小题4】分时电价中低谷期电价更低，因此将非紧急的大功率用电安排在低谷期使用即可少交电费，合理即可。 11．为节能减排，实现“绿水青山就是金山银山”，平原县街头安装了一款太阳能路灯，每盏灯功率30W，每天工作10小时。若太阳能辐射功率1kW/m2，太阳能电池板光电转化效率30%，平均每天有效光照时间5小时。若正常太阳照射一天可以保证路灯能够连续正常工作3天（不计蓄电池充放电时的能量损失），则每盏路灯配备的太阳能电池板面积至少为______m2，蓄电池的容量至少为______J。 【答案】 0.6 【详解】已知每盏灯功率 每天工作10小时，工作3天，根据公式，可得消耗的电能 因为太阳能电池板光电转化效率，设太阳能电池板一天提供的电能为，由，可得 已知太阳能辐射功率，平均每天有效光照时间，根据，可得太阳能电池板的面积 路灯正常工作3天消耗的电能 因为不计能量损失，即蓄电池的容量至少为。 12．科普阅读题。 2026年4月6日，国内首个300兆瓦级非补燃压缩空气储能电站肥城压缩空气储能电站定子吊装就位。该项目设计储热温度高达224℃，充电时长8小时，满功率发电时长6小时。项目完工后，使用周期长达40年，预计年循环330次，年发电约12亿千瓦时，可满足60万户家庭全年用电需求。 压缩空气储能是一种长时储能技术，其原理如图2所示：用电低谷时段，利用电力驱动压缩机将空气压缩至地下盐层中的洞穴，将富余电能转化为压缩空气能量并储存；用电高峰时段，再将盐穴中储存的压缩空气释放，驱动空气膨胀机转动，连接发电机发电，从而实现电能的回收－利用。该工程就像一个“超级充电宝”，储存1度电最终能放出0.72度电，每年可节约标准煤约，减少二氧化碳排放约。 (1)该项目储能过程中，电网中多余的电能通过电动机转化为机械能，再通过空气压缩机转化为________能； (2)换热器是将热流体的部分内能转移给冷流体的装置，常温高压空气在“换热器2”处________（选填“吸”或“放”）热； (3)若该项目每年节约的标准煤完全燃烧，则能释放________J的能量；（标准煤热值为） (4)请你提出一条压缩空气储能项目的优点或者是可能存在的问题。 【答案】(1)内 (2)吸 (3) (4)储能容量大、寿命长/清洁无污染，全过程零碳排放/提升区域电网调峰能力/能源转换效率高/地理位置要求高，依赖盐穴等特定地质条件/运营维护成本低，但初期建设投入巨大 【详解】（1）空气压缩机是通过做功的方式改变内能，该项目储能过程中，空气压缩机对空气做功将机械能转化为空气的内能。 （2）由图2可知，常温高压空气通过“换热器2”变成高温高压空气，温度升高，内能增大，故常温高压空气在“换热器2”处吸热。 （3）由可得，每年节约的标准煤完全燃烧释放的能量为 （4）略。 13．我国光伏发电总量世界第一，不仅是规模上的领先，更标志着我国在能源转型、产业升级和绿色发展道路上取得了决定性进展。它既是我国落实生态文明建设、推动高质量发展的关键举措，也为全球能源低碳转型提供了“中国方案”和强大支撑。光伏发电使用的太阳能电池板利用半导体的光电效应将光能直接转化为电能，其简易原理如图所示，把P型半导体和N型半导体紧密地结合在一起，在交界处就形成PN结，当太阳光照射到电池板上时，半导体中的电子吸收光子的能量，形成自由电子和空穴对。在半导体内部电场的作用下，半导体中的自由电子往N型半导体一侧移动，带正电的空穴往P型半导体一侧移动，从而形成电流。 (1)阳光照射到太阳能电池板上时，电池板中电流方向是（　　） A．从N型半导体到P型半导体 B．从P型半导体到N型半导体 (2)太阳能电池板需要覆盖一层减反射膜，关于减反射膜下面说法不正确的是（　　） A．减少光的反射，提升光吸收效率 B．透光性低，提升光电转化效率 C．能耐高温和低温，延长使用寿命 D．密封性好，阻止水和灰尘进入 (3)同学们想为校园设计一个光伏发电项目方案，首先需要探究“影响太阳能电池输出功率的因素有哪些？”同学们准备了以下实验器材：太阳能电池板2片，卤素光源1个，滑动变阻器1只，电压表1只，电流表1只，开关1只，挡光板1片，导线若干。关于此探究实验，下面说法错误的是（　　） A．可探究太阳能电池输出功率与通电时间的关系 B．可探究太阳能电池输出功率与光照强度的关系 C．可探究太阳能电池输出功率与光源入射角度的关系 D．可探究太阳能电池输出功率与电池板连接方式的关系 (4)同学们通过调查，了解到校园楼顶可供安装光伏电池面积为1000m2，主流晶硅光伏组件的发电功率约为0.2kW/m2，学校所在地区的光伏有效日照时数约为2.5h。学校里每间教室统一安装10盏额定功率为40W的LED护眼面板灯，假设每间教室里的LED护眼面板灯每天正常工作12h，校园屋顶光伏电池一天的理论发电量可供______间教室的LED护眼面板灯正常工作一天。（计算结果保留整数） 【答案】(1)A (2)B (3)A (4)104 【详解】（1）把正电荷定向移动的方向规定为电流的方向，由题目信息可知，半导体中带负电的自由电子往N型半导体一侧移动，带正电的空穴往P型半导体一侧移动，从而形成电流，则电流的方向为从N型半导体到P型半导体，故选A。 （2）A．减反射膜的核心作用是减少光的反射，让更多光进入电池板，提升光的吸收效率，故A正确，不符合题意； B．减反射膜需要透光性高，才能让更多光透过并被半导体吸收，若透光性低，会减少光吸收，降低光电转化效率，故B错误，符合题意； C．太阳能电池板工作环境复杂，减反射膜需耐高低温，延长使用寿命，故C正确，不符合题意； D．密封性好可阻止水、灰尘进入，保护电池板内部结构，保障其正常工作，故D正确，不符合题意。 故选B。 （3）A．实验器材中无计时工具，无法测量通电时间，因此不能探究太阳能电池输出功率与通电时间的关系，故A错误，符合题意。 B．通过挡光板改变遮挡面积，可改变光照强度，可以探究太阳能电池输出功率与光照强度的关系，故B正确，不符合题意； C．改变卤素光源的入射角度，可以探究太阳能电池输出功率与光源入射角度的关系，故C正确，不符合题意； D．实验器材中有2片太阳能电池板，可通过串联、并联改变连接方式，可以探究太阳能电池输出功率与电池板连接方式的关系，故D正确，不符合题意。 故选A。 （4）校园屋顶光伏电池一天的理论发电量 一间教室LED灯一天的耗电量 可供教室的数量 14．（多选）同学们发现路边出现了一种风光互补式路灯（如图所示），该路灯装有风力和太阳能发电装置。白天该路灯将获得的电能储存在蓄电池内，夜间蓄电池对灯泡供电。关于该路灯，下列说法中正确的是（　　） A．太阳能发电装置是将太阳能转化为电能 B．白天，对蓄电池充电是将电能转化为化学能 C．小风扇是风力发电机，将电能转化为机械能 D．若采用灯照明，会比白炽灯更节能环保 【答案】ABD 【详解】A．太阳能发电装置的作用是把太阳能转化为电能，为后续的电能储存和使用提供能量，故A正确； B．白天对蓄电池充电时，消耗电能转化为蓄电池的化学能储存起来，故B正确； C．小风扇作为风力发电机，是利用风的机械能带动风扇转动，将机械能转化为电能，故C错误； D．LED灯相比白炽灯，在发光时电能转化为光能的效率更高，消耗的电能更少，更节能环保，故D正确。 故选ABD。 15．如图是某地区使用的“风光互补”景观照明灯。它“头顶”小风扇，“肩扛”光电池板，“腰挎”照明灯，下列说法正确的是（    ） A．光电池板是将太阳能转化为化学能 B．照明灯工作时，LED灯是将内能转化为电能 C．利用风力发电时，机械能转化为电能 D．蓄电池放电时，蓄电池将化学能转化为光能 【答案】C 【详解】A．光电池板的作用是将太阳能转化为电能，而不是化学能，故A错误； B．照明灯工作时，LED灯是将电能转化为光能，同时可能有少量内能，但主要是电能转化为光能，不是将内能转化为电能，故B错误； C．利用风力发电时，“小风扇”转动，将机械能转化为电能，故C正确； D．蓄电池放电时，是将化学能转化为电能，而不是直接转化为光能，电能再通过照明灯转化为光能，故D错误。 故选C。 16．某高校科研人员根据西藏地区太阳辐射强、供暖周期长等特点，为藏区某县设计了太阳能供暖蓄热系统。该系统由集热、蓄热和供暖三部分组成，其基本工作过程如图所示。集热板白天接收太阳辐射时，其内部水温升高，然后通过热交换器，使蓄水箱内水温升高，再通过水泵将热水送入用户。集热板无法供热时，蓄水箱与热交换器之间阀门关闭。晴天时，集热板获得的内能不仅能满足县城用户全天24小时的取暖需求，同时多余的内能可储存在蓄水箱中，用以解决阴雨天集热板无法供热的问题，实现“不用煤，不用气，不用电，温暖整个县城千家万户！” 同学们用所学初中物理知识对该系统某一天的数据进行了简单的分析，为便于计算，工作过程和相关数值均做了简化处理，如表所示。不计集热板到蓄水箱之间的管道、热交换器的热损失。[水的比热容为，水的密度为 集热板每小时、每平方米接收的太阳辐射能量 集热板面积 蓄水箱全天持续供暖输出能量含用户得到的内能、蓄水箱和供暖管道的热损失 (1)同学们查阅资料了解到，在西藏地区选用该系统供热的原因之一是：藏区海拔高，大气压强______选填“大”或“小”，空气密度小，蓄水箱对流散热慢。 (2)太阳能集热板工作过程是将______能转化为______能。 (3)若这一天光照时长为10h，集热板的光热转化效率为，则集热板中的水获得的内能是______J，这些内能，一方面通过蓄水箱对用户全天持续供暖，另一方面使得蓄水箱内水的温度最终升高了。请分析计算该蓄水箱的容积至少是______。 (4)假设该县城用户均采用地暖供热。根据地暖供热标准，用户的进水温度不低于。若这一天持续供暖结束后，蓄水箱水温为，接下来为连续阴雨天气，请你通过计算分析，蓄水箱储存的内能还能为县城用户按标准持续供暖约______天。计算结果保留一位小数 【答案】(1)小 (2) 太阳 内 (3) (4) 【详解】（1）大气压随高度升高而减小，藏区海拔高，大气压强小。 （2）[1][2]在工作过程中，太阳能集热板将接收到的太阳能转化为内能，使水温升高。 （3）[1]集热板每小时、每平方米接收的太阳辐射能量；集热板的光热转化效率为，集热板中的水获得的内能 [2]蓄水吸收的热量 水的质量 水箱容积 （4）水箱中水降低温度可以放出的热量 可以供暖的天数 2 / 2 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $