第二十一章　能源、材料与社会（高效培优·章末检测）物理新教材沪科版九年级全一册

第二十一章　能源、材料与社会 章末检测 (全卷共四个大题，满分100分，时间90分钟) 注意事项: 1.试题的答案书写在答题卡上，不得在试题卷上直接作答。 2.作答前认真阅读答题卡上的注意事项。 3.考试结束，由监考人员将试题卷和答题卡一并收回。 一、选择题（本题共17个小题，每小题只有一个选项最符合题意，每小题3分，共51分。） 1．（2026·陕西·模拟预测）下列能源，属于不可再生能源的是（     ） A．风能 B．地热能 C．核能 D．水能 【答案】C 【解析】ABD．风能、地热能、水能可以源源不断从自然界获得，都属于可再生能源，故ABD不符合题意； C．核能所用核燃料在自然界中储量有限，消耗后短期内无法得到补充，属于不可再生能源，故C符合题意。 故选C。 2．（26-27九年级上·山西运城·阶段检测）如图，太阳能路灯点亮回家的幸福路。太阳能电池板将太阳能直接转化为（     ） A．电能 B．光能 C．内能 D．机械能 【答案】A 【解析】太阳能电池板工作时，消耗太阳能，产生电能，将太阳能直接转化为电能。 故选A。 3．（25-26九年级上·福建泉州·期末）纳米陶瓷作为新材料应用广泛，它具有耐磨损、耐腐蚀、耐高温、防渗透、无磁性等特点，下列选项中不能使用纳米陶瓷材料的是（　　） A．装盐酸的容器 B．乘坐公交用的IC卡 C．切割金属的刀具 D．C919客机的外表涂层 【答案】B 【解析】A．纳米陶瓷耐腐蚀，可制作装盐酸的容器，故A不符合题意； B．IC卡依靠内置芯片存储信息，纳米陶瓷无法满足使用要求，故B符合题意； C．纳米陶瓷耐磨损、硬度大，可制作切割金属的刀具，故C不符合题意； D．纳米陶瓷耐磨损、耐高温、防渗透，适合作为客机外表涂层，故D不符合题意。 故选B。 4．（26-27九年级上·山东日照·阶段检测）下列有关能量转化的说法中不正确的是（     ） A．电风扇工作，电能转化为机械能 B．太阳能电池板发电过程中，将光能转化为电能 C．柴油机的做功冲程，机械能转化为内能 D．使用手机的过程中，电池发生的能量转化是化学能转化为电能 【答案】C 【解析】A．电风扇工作消耗电能，获得机械能，能量转化为电能转化为机械能，故A正确； B．太阳能电池板发电时消耗光能，获得电能，能量转化为光能转化为电能，故B正确； C．柴油机做功冲程中，高温高压燃气推动活塞做功，能量转化为内能转化为机械能，故C错误； D．手机使用时电池放电，消耗化学能获得电能，能量转化为化学能转化为电能，故D正确。 题目要求选不正确的，故选C。 5．（26-27九年级上·四川广安·阶段检测）为实现“碳达峰、碳中和”目标，我国大力发展新能源产业。关于能量的转化和守恒，下列说法正确的是（     ） A．能量是守恒的，不会发生能源危机，因此不需要节约能源 B．汽油机工作时，将燃料燃烧释放的内能全部转化为机械能 C．摩擦生热过程中，机械能转化为内能，能量的总量保持不变 D．随着技术的进步，不消耗能量的永动机一定能制造出来 【答案】C 【解析】A．能量的转移和转化具有方向性，可被人类利用的能源会不断减少，存在能源危机，需要节约能源，故A错误； B．汽油机工作时，燃料燃烧释放的内能会通过废气散热、克服机件摩擦损耗等途径流失，仅部分内能转化为机械能，故B错误； C．摩擦生热属于通过做功的方式改变物体内能，过程中机械能转化为内能，根据能量守恒定律，能量的总量保持不变，故C正确； D．不消耗能量的永动机违反能量守恒定律，永远无法被制造出来，故D错误。 故选C。 6．（2026·陕西·模拟预测）2026年3月，我国科学家成功研发一种智能调温纤维。该纤维掺入碳纳米管，碳纳米管起到类似“钢筋”的作用，还能当“高速路”让热量快速通过，且该纤维可在温度变化时通过物态变化吸收或放出热量，实现“冬暖夏凉”，并可拉伸至原长的15倍不断裂。关于该智能调温纤维，下列说法不正确的是（     ） A．碳纳米管能增强纤维的硬度 B．该纤维具有良好的导热性 C．该纤维能智能调温，说明它可以产生热量 D．该纤维具有良好的韧性 【答案】C 【解析】A．由题意可知，碳纳米管起到类似“钢筋”的作用，能增强纤维的硬度，故A正确； B．由题意可知，该纤维可在温度变化时通过物态变化吸收或放出热量，则碳纳米管可让热量快速通过，说明该纤维导热性良好，故B正确； C．由题意可知，纤维通过物态变化吸收或放出热量实现调温，根据能量守恒定律，其不能凭空产生热量，故C错误； D．由题意可知，该纤维可拉伸至原长的15倍不断裂，说明韧性良好，故D正确。 本题选择不正确的，故选C。 7．（26-27九年级上·山西运城·阶段检测）我国正大力发展液态阳光技术：利用太阳能发电；再将电能转化为甲醇中的化学能储存；甲醇作为燃料供给汽车，实现了清洁能源的高效利用。下列说法正确的是（     ） A．液态阳光技术将太阳能直接转化为机械能 B．随着科技的发展，液态阳光技术的能量转化效率可达 C．发动机将甲醇的化学能最终转化为汽车的机械能 D．能量在转化过程中总量会不断减少 【答案】C 【解析】A．液态阳光技术能量转化路径为太阳能→电能→甲醇化学能，未直接转化为机械能，故A错误； B．能量转化过程必然存在能量损耗，效率不可能达到100%，故B错误； C．发动机工作时，将甲醇的化学能最终转化为汽车的机械能，故C正确； D．根据能量守恒定律，能量在转化和转移过程中总量保持不变，故D错误。 故选 C。 8．（2026·河北衡水·一模）新情境近年来，我国科技创新能力日益凸显，各种新技术、新能源、新材料、新装置等科技成果不断涌现。下列说法正确的是（     ） A．“天宫”空间站有很大的太阳能电池板，太阳能来自于太阳内部发生的核裂变反应 B．我国实现了珠穆朗玛峰峰顶5G网络覆盖，5G信号传递利用了电磁波 C．全球单体规模最大的青海亿储格尔木光热电站用熔盐作为储热介质，利用了熔盐比热容较小的特点 D．化石能源、太阳能和核能都是不可再生能源 【答案】B 【解析】A．太阳能来自太阳内部的核聚变反应，故A错误； B．5G信号属于电磁波，移动通信的信号传递利用电磁波，故B正确； C．光热电站用熔盐做储热介质，是利用了熔盐比热容大的特点，由可知，相同质量的熔盐和其他物质相比，升高相同温度可以吸收更多热量，储热能力更强，故C错误； D．太阳能可源源不断从自然界获得，属于可再生能源，故D错误。 故选B。 9．（23-24九年级上·湖南长沙·阶段检测）我国科学技术迅猛发展，在能源和材料等领域取得了辉煌的成绩，下列说法正确的是（     ） A．新型超导材料适合制成电热器的电热丝 B．神舟十四号飞船上的新型硅光太阳能电池板主要将电能转化为太阳能 C．能量在转移和转化的过程中总量保持不变，因此我们不需要节约能源 D．华为新款麒麟5nm芯片主要由半导体材料制成 【答案】D 【解析】A．电热丝利用电流热效应工作，由可知，超导材料电阻为0，通电时产生热量为0，无法用于制作电热丝，故A错误； B．太阳能电池板工作时将太阳能转化为电能，故B错误； C．能量的转移和转化具有方向性，可被人类利用的能源会不断减少，因此需要节约能源，故C错误； D．芯片主要由半导体材料制成，故D正确。 故选D。 10．（25-26九年级上·河北保定·期中）风是我们生活中最常见的大气现象，蕴含着很多物理知识。下列有关风的说法中，错误的是（　　） A．风是空气相对于地面的水平运动，其方向受水平气压梯度力和地球自转等因素影响 B．在城市热岛效应中，城市气温高，气压低，风从郊区吹向城市 C．在季风气候区，夏季风从陆地吹向海洋，带来干燥天气 D．风能是太阳能的一种间接形式，可以通过风力发电机将风能转化为电能 【答案】C 【解析】A．风是空气相对于地面的水平运动，其形成的直接原因是水平气压梯度力，同时还会受地球自转偏向力、摩擦力等因素影响，故A正确，不符合题意； B．城市热岛效应中，城市气温高，空气受热膨胀，近地面气压低；郊区气温低，气压高，因此风从郊区吹向城市，故B正确，不符合题意； C．季风气候中，陆地的比热容小，夏季陆地升温快，气压低，海水的比热容较大，海洋升温慢，气压高，夏季风从海洋吹向陆地，会带来湿润的降水天气；反之，冬季风才是从陆地吹向海洋，带来干燥天气，故C错误，符合题意； D．风能来源于太阳能辐射导致的大气运动，是太阳能的一种间接形式，风力发电可将风能转化为电能，故D正确，不符合题意。 故选C。 11．（2026·四川南充·一模）近年来，我国科技创新能力日益凸显，各种新技术、新能源、新材料、新装置等科技成果不断涌现。例如：2017年，我国海域“可燃冰”天然气水合物首次开采成功；2021年，我国磁约束核聚变装置“东方超环”在7000万摄氏度下运行17.6分钟；2022年，冬奥园区无人驾驶车辆实现基于北斗提供的厘米级高精度定位服务，2023年5G信号的推广使用等等，关于上述新科技成果，下列说法中正确的是（     ） A．可燃冰（天然气水合物）属于可再生能源 B．核聚变获得核能的方式与普通核电站相同 C．北斗卫星导航系统与地面的通信采用了光导纤维传播信号 D．“5G”信号、“4G”信号在真空中的传播速度一样快 【答案】D 【解析】A．可燃冰属于化石类能源，短时间内无法从自然界得到补充，是不可再生能源，故A错误； B．普通核电站通过核裂变获得核能，与核聚变的获能方式不同，故B错误； C．北斗卫星导航系统与地面通信依靠电磁波传递信号，未使用光导纤维，故C错误； D．4G、5G信号均属于电磁波，电磁波在真空中的传播速度均为，传播速度相同，故D正确。 故选D。 12．（25-26九年级上·甘肃张掖·阶段检测）如图是一种设想中的永动机，它利用高处的水流冲击叶片，使叶片转动并对外做功，以带动抽水器从低处将水抽到高处，从而实现永动。这种永动机不能成功的原因是（     ） A．科学技术还不够先进 B．机器不能对外输出能量 C．违背了能量守恒定律 D．机器只能转移能量，不能转化能量 【答案】C 【解析】能量守恒定律表明：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只会从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到其它物体，而能量的总量保持不变。 C．这个设想的永动机中，高处的水流冲击叶片做功时，有一部分能量会因为摩擦、散热等损耗掉，最终能用来抽水的能量会比初始水流的能量少，无法把水抽到原来的高度，循环会逐渐停止，不可能实现永动，本质是违背了能量守恒定律，故C符合题意； A．永动机无法实现和技术水平无关，是物理规律决定的，故A不符合题意； B．这个机器的设计本身就是要对外做功输出能量，这不是它失败的原因，故B不符合题意； D．机器既可以转移能量，也可以实现能量的转化（比如这个装置里水的重力势能可以转化为叶片的动能），故D不符合题意。 故选C。 13．（26-27九年级上·陕西西安·阶段检测）如图，某款太阳能背包前面有一个太阳能电池板，里面有一个蓄电池，可以给手机、小风扇或数码相机等电子产品供电。下列关于该太阳能背包的说法不正确的是（    ） A．太阳能电池板可将太阳能转化为电能 B．蓄电池放电时，将化学能转化为电能 C．电风扇工作时，将电能转化为机械能 D．背包能不断对外放电说明能量可凭空产生 【答案】D 【解析】A．太阳能电池板工作时消耗太阳能，得到电能，将太阳能转化为电能，故A正确； B．蓄电池放电时消耗化学能，得到电能，将化学能转化为电能，故B正确； C．电风扇工作时消耗电能，得到机械能，将电能转化为机械能，故C正确； D．根据能量守恒定律，能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，背包对外放电消耗的是蓄电池储存的电能，并非能量凭空产生，故D错误。 本题选择描述错误选项，故选D。 14．（26-27九年级上·全国·单元测试）如图四幅图中，关于能量转化的说法错误的是（     ） A．图甲，过山车向下运动时将重力势能转化为动能 B．图乙，水电站将水的机械能转化为电能 C．图丙，自行车运动员奋力蹬车时，人体内的一部分化学能转化为机械能 D．图丁，汽车在刹车过程中，刹车片会发热，将内能转化为机械能 【答案】D 【解析】A．过山车向下运动时，高度减小，速度增大，重力势能转化为动能，故A正确； B．水电站利用水流冲击发电机，把水的机械能转化为电能，故B正确； C．运动员蹬车，消耗体内储存的化学能，转化为自行车的机械能，故C正确； D．汽车在刹车时，刹车片会发热，是克服摩擦做功，将机械能转化为内能，故D错误。 本题选择描述错误的，故选D。 15．（26-27九年级上·广东汕头·阶段检测）全球最大的压缩空气储能项目在我国并网发电，工作原理如图所示。在用电低谷时段利用电网多余电能驱动压缩机压缩空气，在用电高峰时段高压空气被释放，使膨胀机转动，带动发电机产生电能输送至电网。下列说法错误的是（     ） A．用电低谷时气体被压缩说明分子间存在间隙 B．压缩空气储能的过程遵循能量守恒定律 C．压缩机压缩空气，空气内能增大 D．用电低谷：电能→内能→机械能 【答案】D 【解析】A．气体可以被压缩，说明分子之间存在间隙，故A正确； B．能量转化和转移过程都遵循能量守恒定律，故B正确； C．压缩机压缩空气时，对空气做功，空气的内能增大，故C正确； D．用电低谷时，电动机驱动压缩机，电能转化为机械能，压缩机压缩空气，机械能转化为内能，能量转化为电能→机械能→内能，故D错误。 本题选择描述错误的，故选 D。 16．（25-26九年级上·四川遂宁·期末）智能手机带给我们海量信息，这些信息是否科学就需要我们用所学知识去辨别。例如图是某视频的截图，它展示了“在水平路面匀速行驶的电动汽车车顶上安装有4组风力发电机，车边跑边发电，能够大幅提升续航能力”的做法，下列网友的评论你认为最科学的是（　　） A． B． C． D． 【答案】C 【解析】A．电动汽车电池容量有限，行驶中需持续消耗电能，无法“用不完”。故A不符合题意； B．汽车靠电机驱动，风力发电机仅发电，无法直接提供推力。 故B不符合题意； C．行驶中空气阻力随速度增加，发电机发电功率远低于增加的阻力做功，实际会缩短续航。 故C符合题意； D．电池可同时放电和充电（如制动能量回收），但需满足能量净输入，否则会因损耗导致续航下降。故D不符合题意。 故选C。 17．（2025·陕西西安·模拟预测）2025年1月20日，我国“人造太阳”，图甲创造了“亿度千秒”的世界纪录，科学家预计5年内世界上第一盏核聚变电灯有望在中国点亮。“人造太阳”的反应过程如图乙所示。要造出能实用的“人造太阳”，需要上亿摄氏度的等离子体、超过千秒的连续运行时间和1MA的等离子体电流，挑战极大。装置中的超导电缆具有电阻为零的特点，进而使强电流形成强磁场，将极高温等离子状态的物质约束在环形容器里。下列有关说法正确的是（　　） A．强电流可以形成强磁场，这是利用了电流的磁效应 B．超导电缆中有强电流通过时会产生热量 C．由图乙可知，“人造太阳”是利用核裂变获得核能 D．利用“人造太阳”产生的电能可以自发转化为核能 【答案】A 【解析】A．强电流可以形成强磁场，这是利用了电流的磁效应，故A正确； B．超导电缆的电阻为零，有强电流通过时不会产生热量，故B错误； C．由图乙可知，“人造太阳”是利用核聚变获得核能，故C错误； D．能量的转化和转移具有方向性，利用“人造太阳”产生的电能不可以自发转化为核能，故D错误。 故选A。 二、填空题（本题共7个小题，每空1分，共23分。） 18．（26-27九年级上·陕西西安·阶段检测）科学家研发出一种不需要更换电池的心脏起搏器（一种植入患者体内的医疗电子设备），可将心脏每一次跳动而具有的_________能的极少一部分转化为_________能，来维持起搏器工作。心脏起搏器_________（选填“是”或“不是”）永动机。 【答案】机械 电 不是 【解析】心脏跳动时具有机械能，起搏器是电子设备，工作需要电能，所以是将机械能转化为电能，来维持起搏器工作； 由能量守恒定律可知永动机不可能实现，故心脏起搏器不是永动机。 19．（26-27九年级上·广东揭阳·阶段检测）电动汽车正在利用公共充电桩给汽车蓄电池充电，在给汽车蓄电池充电过程中，蓄电池相当于电路中的__________（选填“用电器”或“电源”）,充电过程是将__________能转化为蓄电池的__________能。 【答案】用电器 电 化学 【解析】充电时蓄电池消耗电能，故相当于电路中的用电器；充电过程中电能转化为蓄电池的化学能储存。 20．（25-26九年级上·吉林·期中）为了节约能源，电动汽车很受消费者的喜爱。电动汽车行驶时，电能主要转化为_________能；汽车发动机用水来冷却，是利用了水_________大的特点；电动汽车利用公共充电桩给汽车蓄电池充电，其蓄电池相当于_________（填“用电器”或“电源”）；充电桩之间是_________（选填“串联”或“并联”）在一起的。 【答案】机械 比热容 用电器 并联 【解析】电动汽车行驶时消耗电能获得机械能，故电能转化为机械能； 因水的比热容大，相同质量升高相同温度时吸收热量更多，适合作为冷却介质； 蓄电池充电过程消耗电能，故属于用电器； 各充电桩工作时互不影响，因此为并联连接。 21．（26-27九年级上·广东中山·阶段检测）如图为火箭发射的场景，火箭的燃料使用了液态氢，主要是因为它的________大，火箭发射时，燃料燃烧将_________能转化为内能，再利用内能对外做功。火箭离开地面加速升空过程中，火箭机械能_________（选填“守恒”或“不守恒”）。 【答案】热值 化学 不守恒 【解析】液态氢用作火箭燃料，是因为氢的热值大，相同质量的氢完全燃烧能放出更多热量。 燃料燃烧，消耗燃料储存的化学能，转化为内能。 火箭加速升空时，速度增大、高度升高，动能和重力势能都变大，机械能增大，所以机械能不守恒。 22．（26-27九年级上·广东中山·阶段检测）研学旅行出发前一天晚上，小明给自己的充电宝充电，此过程中充电宝相当于电路中的_______。由于天气酷热，小明还准备了一顶带太阳能电扇的帽子，如图所示，在阳光的照射下，小电扇快速转动，帽子上的太阳能电板相当于电路中的________，电扇工作能给炎热的夏季带来一丝凉意，该装置的能量转化情况是_________（选填序号） ①机械能太阳能电能                                ②太阳能机械能电能 ③电能太阳能机械能                                ④太阳能电能机械能 【答案】用电器 电源 ④ 【解析】充电宝充电时消耗电能，故相当于电路中的用电器； 太阳能电板为电路提供电能，故相当于电路中的电源； 由能量转化过程可知，太阳能电板将太阳能转化为电能，电扇将电能转化为机械能，能量转化顺序为太阳能→电能→机械能，故选④。 23．（26-27九年级上·上海·阶段检测）“嫩丛采撷报清明，旋炒旋烹趁月明”。 (1)如图所示，传统炒茶工艺中，当新鲜茶叶与高温铁锅接触，茶叶通过________的方式改变内能，这一过程中能量的形式_____（选填“A．发生”或“B．未发生”）转化； (2)翻炒茶叶时，茶叶中水分快速消失，这是_______现象（填物态变化名称）。 【答案】(1)热传递 B (2)汽化 【解析】（1）炒茶的时候，新鲜茶叶接触温度很高的铁锅，二者之间存在温度差，高温铁锅会把内能传递给茶叶，这种改变物体内能的方式是热传递。热传递过程仅仅是内能从高温物体转移到低温物体，能量的形式没有发生改变，所以能量形式未发生转化，故选B。 （2）翻炒茶叶的过程中，茶叶里面含有的液态水分快速变成水蒸气消散在空气中，物质由液态变为气态，该物态变化是汽化。 24．（25-26九年级上·云南怒江·期中）随着人们安防意识的增强，人们对安防产品也越来越重视，尤其是烟雾报警器的应用更是广泛，如图甲所示。当所处环境出现大量烟雾时，烟雾报警器就会响起来。 如图乙所示，在烟雾报警器中有一个粒子源，可以产生粒子，粒子与空气中的氮分子或氧分子撞击，会把电子从这些分子中打出，这样就产生了电子和带正电的氮离子、氧离子。烟雾报警器中有两块板，一块带正电荷，一块带负电荷。电子向带正电荷的板运动，氧离子和氮离子向带负电荷的板运动，这就产生了电流。当电路中有电流时，一切正常。但是，如果空气中有烟尘粒子，一部分粒子会被烟尘粒子吸收，会导致电流减小，触发警报。 (1)粒子与空气中的氮分子或氧分子撞击产生带__________（选填“正”或“负”）电荷的电子。烟雾报警器中的LED灯主要是由___________（选填“导体”“绝缘体”“超导”或“半导体”）材料制成的。 (2)如图乙所示，两板间的电流方向是___________（选填“向上”或“向下”）的，电池的电极是___________（选填“正极”或“负极”）。 【答案】(1)负    半导体 (2)向下 负极 【解析】（1）电子是带负电荷的微观粒子； LED灯属于发光二极管，二极管是典型的半导体器件，由半导体材料制成。 （2）正电荷定向移动的方向为电流方向，带正电的氧离子、氮离子向下运动，故两板间电流方向向下； 因电源外部的电流从正极流向负极，两板之间的电流方向向下，故a是负极。 三、实验探究题（本题共3个小题，25小题6分，26小题6分，27小题6分，共18分。） 25．（25-26九年级上·湖北黄冈·自主招生）如图所示，这是物理学家焦耳设计并制作的实验装置。装置中的两个配重重力不等，释放后大配重下降，小配重上升；通过反复对调左右两个配重，会使动叶轮不停地转动，从而导致热量计中水的温度上升，实现能量转化。实验中科学家某次测得数据如下： 小配重重力G小＝100N，大配重重力G大＝520N，每升降一次配重各自移动的距离h＝1m，热量计中水的质量m＝500g，升降次数与水温变化的关系： 升降次数 1 2 3 4 5 6 温度变化/℃ 0.2 0.39 0.59 0.78 0.98 1.18 （1）请计算配重升降一次对动叶轮做功是________J。 （2）水温度升高0.2℃相当于吸收了________J的热量。 （3）在该实验中________转化为_____能，根据第一组数据减小的机械能_______增加的内能（选填“大于”“小于”或“等于”）。 （4）本实验中的误差来源于______（写出一条即可）。 （5）焦耳在这个实验的基础上继续研究，率先提出了能量守恒定律。 【答案】420 420 机械能 内 等于 克服摩擦做功 【解析】【小题1】小配重重力，大配重重力，合力为，每升降一次配重各自移动的距离h=1m，即绳子一端移动的距离是1m，动叶轮对水做的功是 【小题2】水吸收的热量是 【小题3】[1]根据题意知道，动叶轮不停地转动，从而导致热量计中水的温度上升，即机械能转化为内能； [2]根据第一组数据知道，减小的机械能等于增加的内能。 【小题4】机械能转化为的内能，包括水的内能和摩擦生热产生的内能，所以，本实验中的误差来源于克服摩擦力做功。 26．（24-25九年级下·江苏南通·阶段检测）液态空气储能是一种新型的储能技术，具有储能密度高、运行寿命长等优点。液态空气储能是利用电力将空气压缩液化储存能量，需要时再加热液态空气使其膨胀为气体并驱动涡轮机发电。 (1)用电低谷时，利用电网多余的电能压缩空气会“产生热”，这是通过_______的方式增加气体的内能；液态空气在蒸发膨胀系统中，通过吸收________（选填“外界热量”或“自身储存热量”）变为高压气态空气；若液态空气储能系统中，空气压缩阶段的效率为80%，发电阶段的效率为60%，则该系统的总能量转换效率为______。 (2)储能密度（ρ）的大小等于单位体积（V）的储能系统所储存的能量（E）。储能密度与哪些因素有关呢？同学们提出以下猜想。 猜想1：与储存容器体积有关。 猜想2：与空气压力有关。 ①写出储能密度的表达式ρ=_______（利用给出的物理量符号）。 同学选取一个储气罐，用压缩机将空气压缩至不同压力值，记录压力值、储气罐体积，并通过能量测量装置计算出储能密度。更换不同体积的储气罐，重复实验。实验数据如表： 实验次数 1 2 3 4 5 6 7 储气罐体积（m3） 0.5 0.5 0.5 1 1 1 2.5 压力（MPa） 0.5 1 1.5 0.5 1 1.5 2.0 储能密度（kW·h/m3） 0.12 0.24 0.36 0.06 0.12 0.18 ②分析比较序号1、2、3三组数据，可得出的结论是_______。 ③表格中缺失的数据为________。 【答案】(1)做功 外界热量 (2) 当储存容器体积相同时，储能密度与空气压力成正比 0.096 【解析】（1）用电低谷时，利用电网多余的电能压缩空气，对空气做功，使空气内能增加，会“产生热”这是通过做功的方式增加气体的内能。 液态空气在蒸发膨胀系统中，需通过吸收外界热量（从周围环境吸热）变为高压气态空气。 系统总效率为压缩阶段与发电阶段效率的乘积，即，故总能量转换效率为。 （2）根据定义，储能密度（E为储存能量，V为体积）。 分析序号 1、2、3 组数据：储气罐体积均为（体积相同），压力从增至，储能密度从增至。结论：当储存容器体积相同时，储能密度与空气压力成正比。 观察序号4、5、6组数据（体积为）：压力每增加，储能密度增加。序号7中，体积为，压力为。对比序号1体积均为，压力为，储能密度为，压力扩大4倍，体积扩大5倍，由于储能密度与压力成正比、与体积成反比，故储能密度应为 27．（25-26九年级上·广东惠州·阶段检测）某小组的同学研究水受到太阳照射时升温的情况，对水温上升快慢的影响因素进行了猜想： 猜想1：太阳光照时间 猜想2：水量的多少 猜想3：水受到的光照面积（简称受光面积） (1)关于猜想1：小轩同学认为借助_________（选填“功率”或“效率”）的概念可以判断猜想1是_________（选填“正确”或“错误”）的； (2)在研究猜想2时，小轩同学利用图甲所示的装置，分别在玻璃水槽中装入不同质量的水，发现在相同的照射时间中，水质量越大，水温变化越慢。这样的操作过程_________（选填“合理”或“不合理”），理由是_________； (3)为研究猜想3，小轩准备了三个表面大小相同而厚度稍有不同的透明玻璃水槽（有盖，忽略水微弱形变带来的受光面积变化，A水槽厚度2cm，B水槽厚度1cm，C水槽厚度5cm），在水槽A中装满水使光垂直照射在透明水槽的表面。同学们记录了A水槽中水温随照射时间的变化情况，如下表所示； 0 2 4 6 8 △T/℃ 0 3.0 4.8 5.6 5.9 ①为了更明显的对比，小轩应在水槽_________（选填“B”或“C”）中装入与A水槽质量相等的水，再进行实验； ②小轩发现经过一段时间后，水温趋于稳定。小轩了解到，水接受太阳辐射的同时，也在对周围环境放热。已知水的受光面积为S，此时太阳光单位面积辐射功率为，水单位面积（研究中忽略薄水槽小的侧、底面积）对周边的散热功率为，则利用给定的字母写出水温稳定时，水对太阳能的吸收效率为_________。 【答案】(1)效率 错误 (2)不合理 没有控制水受到的光照面积不变 (3)C 【解析】（1）假设单位时间内照射到薄水槽上的太阳光中含有的光能为，当太阳光照射时间为时，水上升的温度为，则水的温度上升快慢可以表示为，薄水槽吸热的效率为，则水上升的温度 则水的温度上升快慢 因为、、、是常数，即是一个常数，即温度上升的快慢是一个常数，故温度上升快慢与太阳光照时间无关，故猜想1是错误的。 （2）在改变水的质量同时，透明薄水槽中的水位也会变化，即水受到的光照面积也发生改变，故水接收到的太阳能也会变化，没有控制吸收的太阳能不变，不符合控制变量法的使用原则，故不合理。 （3）为研究猜想3，为了能够有更明显的对比，则需保证其他条件相同时，能够改变水受到的光照表面积，即在水质量不变的条件下，能改变水受到的光照面积，由于三个水槽的表面大小相同，故只能将水加入到更厚的水槽中，才能满足条件，故需将水加入到水槽C中。 时间内太阳光辐射的能量为 温度稳定时，水吸收的热量与水散失的热量相等，即此时间段内水吸收的热量 此时水对太阳能的吸收效率 四、综合论述题（本题共1个小题8分，解题应写出必要的文字说明、步骤和公式，只写出最后结果的不能给分。） 28．（2026·陕西·模拟预测）如图-1是我国自主研发的亚洲第一座100 MW（1 MW=106 W）熔盐塔式光热电站。该光热电站由1.2万多面定日镜围绕着一个260米高的吸热塔组成，定日镜可以在计算机的精确控制下随着太阳位置变化而变化，使太阳光时刻都能聚集到吸热器上，它的工作原理如图-2所示。在该系统中，吸热器将定日镜所捕捉到的太阳光转化为液态熔盐的内能并将能量存储在高温储罐的液态熔盐中，当需要发电时，将高温熔盐送入蒸汽发生器，使水变成高温高压的水蒸气，驱动发电机发电。经过蒸汽发生器后的熔盐，降温回到低温熔盐罐，从而循环下去。 (1)在蒸汽发生器中水是通过________的方式增大内能的，熔盐发电最终将太阳能转化为________。 (2)该发电站正常工作24 h，可以发电多少度？ (3)若该发电站整个系统从接收光照到输出电能的效率为20%，1.2万面定日镜的日平均总采热功率约为5×1012 J/h。 ①若某日的光照时间为8小时，通过计算判断能否保证该发电站正常工作24小时？ ②利用该装置发电，若全年日照时数约2 160小时，与火力发电站相比，每年可节约多少吨煤？（火力发电站的效率为40%，煤的热值为3×107 J/kg） 【答案】(1)热传递 电能 (2)2.4×106度 (3)不能，1.8×105t 【解析】（1）蒸汽发生器中，高温熔盐和水存在温度差，热量从熔盐传递给水，因此水是通过热传递的方式增大内能； 整个过程最终目的是发电，因此太阳能最终转化为电能。 （2）正常工作24h可发电量 （3）①光照时间8小时定日镜吸收的太阳能 系统光电转换效率为20%，因此可输出的总电能 发电站正常工作24小时需要的电能为 对比可知 所以光照8小时，不能保证发电站正常工作24小时 ②全年定日镜吸收的太阳能 全年输出的总电能 火力发电站效率为40%，要获得相同电能，需要煤完全燃烧释放的总热量 故每年可节约的煤 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $ 第二十一章　能源、材料与社会 章末检测 (全卷共四个大题，满分100分，时间90分钟) 注意事项: 1.试题的答案书写在答题卡上，不得在试题卷上直接作答。 2.作答前认真阅读答题卡上的注意事项。 3.考试结束，由监考人员将试题卷和答题卡一并收回。 一、选择题（本题共17个小题，每小题只有一个选项最符合题意，每小题3分，共51分。） 1．（2026·陕西·模拟预测）下列能源，属于不可再生能源的是（     ） A．风能 B．地热能 C．核能 D．水能 2．（26-27九年级上·山西运城·阶段检测）如图，太阳能路灯点亮回家的幸福路。太阳能电池板将太阳能直接转化为（     ） A．电能 B．光能 C．内能 D．机械能 3．（25-26九年级上·福建泉州·期末）纳米陶瓷作为新材料应用广泛，它具有耐磨损、耐腐蚀、耐高温、防渗透、无磁性等特点，下列选项中不能使用纳米陶瓷材料的是（　　） A．装盐酸的容器 B．乘坐公交用的IC卡 C．切割金属的刀具 D．C919客机的外表涂层 4．（26-27九年级上·山东日照·阶段检测）下列有关能量转化的说法中不正确的是（     ） A．电风扇工作，电能转化为机械能 B．太阳能电池板发电过程中，将光能转化为电能 C．柴油机的做功冲程，机械能转化为内能 D．使用手机的过程中，电池发生的能量转化是化学能转化为电能 5．（26-27九年级上·四川广安·阶段检测）为实现“碳达峰、碳中和”目标，我国大力发展新能源产业。关于能量的转化和守恒，下列说法正确的是（     ） A．能量是守恒的，不会发生能源危机，因此不需要节约能源 B．汽油机工作时，将燃料燃烧释放的内能全部转化为机械能 C．摩擦生热过程中，机械能转化为内能，能量的总量保持不变 D．随着技术的进步，不消耗能量的永动机一定能制造出来 6．（2026·陕西·模拟预测）2026年3月，我国科学家成功研发一种智能调温纤维。该纤维掺入碳纳米管，碳纳米管起到类似“钢筋”的作用，还能当“高速路”让热量快速通过，且该纤维可在温度变化时通过物态变化吸收或放出热量，实现“冬暖夏凉”，并可拉伸至原长的15倍不断裂。关于该智能调温纤维，下列说法不正确的是（     ） A．碳纳米管能增强纤维的硬度 B．该纤维具有良好的导热性 C．该纤维能智能调温，说明它可以产生热量 D．该纤维具有良好的韧性 7．（26-27九年级上·山西运城·阶段检测）我国正大力发展液态阳光技术：利用太阳能发电；再将电能转化为甲醇中的化学能储存；甲醇作为燃料供给汽车，实现了清洁能源的高效利用。下列说法正确的是（     ） A．液态阳光技术将太阳能直接转化为机械能 B．随着科技的发展，液态阳光技术的能量转化效率可达 C．发动机将甲醇的化学能最终转化为汽车的机械能 D．能量在转化过程中总量会不断减少 8．（2026·河北衡水·一模）新情境近年来，我国科技创新能力日益凸显，各种新技术、新能源、新材料、新装置等科技成果不断涌现。下列说法正确的是（     ） A．“天宫”空间站有很大的太阳能电池板，太阳能来自于太阳内部发生的核裂变反应 B．我国实现了珠穆朗玛峰峰顶5G网络覆盖，5G信号传递利用了电磁波 C．全球单体规模最大的青海亿储格尔木光热电站用熔盐作为储热介质，利用了熔盐比热容较小的特点 D．化石能源、太阳能和核能都是不可再生能源 9．（23-24九年级上·湖南长沙·阶段检测）我国科学技术迅猛发展，在能源和材料等领域取得了辉煌的成绩，下列说法正确的是（     ） A．新型超导材料适合制成电热器的电热丝 B．神舟十四号飞船上的新型硅光太阳能电池板主要将电能转化为太阳能 C．能量在转移和转化的过程中总量保持不变，因此我们不需要节约能源 D．华为新款麒麟5nm芯片主要由半导体材料制成 10．（25-26九年级上·河北保定·期中）风是我们生活中最常见的大气现象，蕴含着很多物理知识。下列有关风的说法中，错误的是（　　） A．风是空气相对于地面的水平运动，其方向受水平气压梯度力和地球自转等因素影响 B．在城市热岛效应中，城市气温高，气压低，风从郊区吹向城市 C．在季风气候区，夏季风从陆地吹向海洋，带来干燥天气 D．风能是太阳能的一种间接形式，可以通过风力发电机将风能转化为电能 11．（2026·四川南充·一模）近年来，我国科技创新能力日益凸显，各种新技术、新能源、新材料、新装置等科技成果不断涌现。例如：2017年，我国海域“可燃冰”天然气水合物首次开采成功；2021年，我国磁约束核聚变装置“东方超环”在7000万摄氏度下运行17.6分钟；2022年，冬奥园区无人驾驶车辆实现基于北斗提供的厘米级高精度定位服务，2023年5G信号的推广使用等等，关于上述新科技成果，下列说法中正确的是（     ） A．可燃冰（天然气水合物）属于可再生能源 B．核聚变获得核能的方式与普通核电站相同 C．北斗卫星导航系统与地面的通信采用了光导纤维传播信号 D．“5G”信号、“4G”信号在真空中的传播速度一样快 12．（25-26九年级上·甘肃张掖·阶段检测）如图是一种设想中的永动机，它利用高处的水流冲击叶片，使叶片转动并对外做功，以带动抽水器从低处将水抽到高处，从而实现永动。这种永动机不能成功的原因是（     ） A．科学技术还不够先进 B．机器不能对外输出能量 C．违背了能量守恒定律 D．机器只能转移能量，不能转化能量 13．（26-27九年级上·陕西西安·阶段检测）如图，某款太阳能背包前面有一个太阳能电池板，里面有一个蓄电池，可以给手机、小风扇或数码相机等电子产品供电。下列关于该太阳能背包的说法不正确的是（    ） A．太阳能电池板可将太阳能转化为电能 B．蓄电池放电时，将化学能转化为电能 C．电风扇工作时，将电能转化为机械能 D．背包能不断对外放电说明能量可凭空产生 14．（26-27九年级上·全国·单元测试）如图四幅图中，关于能量转化的说法错误的是（     ） A．图甲，过山车向下运动时将重力势能转化为动能 B．图乙，水电站将水的机械能转化为电能 C．图丙，自行车运动员奋力蹬车时，人体内的一部分化学能转化为机械能 D．图丁，汽车在刹车过程中，刹车片会发热，将内能转化为机械能 15．（26-27九年级上·广东汕头·阶段检测）全球最大的压缩空气储能项目在我国并网发电，工作原理如图所示。在用电低谷时段利用电网多余电能驱动压缩机压缩空气，在用电高峰时段高压空气被释放，使膨胀机转动，带动发电机产生电能输送至电网。下列说法错误的是（     ） A．用电低谷时气体被压缩说明分子间存在间隙 B．压缩空气储能的过程遵循能量守恒定律 C．压缩机压缩空气，空气内能增大 D．用电低谷：电能→内能→机械能 16．（25-26九年级上·四川遂宁·期末）智能手机带给我们海量信息，这些信息是否科学就需要我们用所学知识去辨别。例如图是某视频的截图，它展示了“在水平路面匀速行驶的电动汽车车顶上安装有4组风力发电机，车边跑边发电，能够大幅提升续航能力”的做法，下列网友的评论你认为最科学的是（　　） A． B． C． D． 17．（2025·陕西西安·模拟预测）2025年1月20日，我国“人造太阳”，图甲创造了“亿度千秒”的世界纪录，科学家预计5年内世界上第一盏核聚变电灯有望在中国点亮。“人造太阳”的反应过程如图乙所示。要造出能实用的“人造太阳”，需要上亿摄氏度的等离子体、超过千秒的连续运行时间和1MA的等离子体电流，挑战极大。装置中的超导电缆具有电阻为零的特点，进而使强电流形成强磁场，将极高温等离子状态的物质约束在环形容器里。下列有关说法正确的是（　　） A．强电流可以形成强磁场，这是利用了电流的磁效应 B．超导电缆中有强电流通过时会产生热量 C．由图乙可知，“人造太阳”是利用核裂变获得核能 D．利用“人造太阳”产生的电能可以自发转化为核能 二、填空题（本题共7个小题，每空1分，共23分。） 18．（26-27九年级上·陕西西安·阶段检测）科学家研发出一种不需要更换电池的心脏起搏器（一种植入患者体内的医疗电子设备），可将心脏每一次跳动而具有的_________能的极少一部分转化为_________能，来维持起搏器工作。心脏起搏器_________（选填“是”或“不是”）永动机。 19．（26-27九年级上·广东揭阳·阶段检测）电动汽车正在利用公共充电桩给汽车蓄电池充电，在给汽车蓄电池充电过程中，蓄电池相当于电路中的__________（选填“用电器”或“电源”）,充电过程是将__________能转化为蓄电池的__________能。 20．（25-26九年级上·吉林·期中）为了节约能源，电动汽车很受消费者的喜爱。电动汽车行驶时，电能主要转化为_________能；汽车发动机用水来冷却，是利用了水_________大的特点；电动汽车利用公共充电桩给汽车蓄电池充电，其蓄电池相当于_________（填“用电器”或“电源”）；充电桩之间是_________（选填“串联”或“并联”）在一起的。 21．（26-27九年级上·广东中山·阶段检测）如图为火箭发射的场景，火箭的燃料使用了液态氢，主要是因为它的________大，火箭发射时，燃料燃烧将_________能转化为内能，再利用内能对外做功。火箭离开地面加速升空过程中，火箭机械能_________（选填“守恒”或“不守恒”）。 22．（26-27九年级上·广东中山·阶段检测）研学旅行出发前一天晚上，小明给自己的充电宝充电，此过程中充电宝相当于电路中的_______。由于天气酷热，小明还准备了一顶带太阳能电扇的帽子，如图所示，在阳光的照射下，小电扇快速转动，帽子上的太阳能电板相当于电路中的________，电扇工作能给炎热的夏季带来一丝凉意，该装置的能量转化情况是_________（选填序号） ①机械能太阳能电能                                ②太阳能机械能电能 ③电能太阳能机械能                                ④太阳能电能机械能 23．（26-27九年级上·上海·阶段检测）“嫩丛采撷报清明，旋炒旋烹趁月明”。 (1)如图所示，传统炒茶工艺中，当新鲜茶叶与高温铁锅接触，茶叶通过________的方式改变内能，这一过程中能量的形式_____（选填“A．发生”或“B．未发生”）转化； (2)翻炒茶叶时，茶叶中水分快速消失，这是_______现象（填物态变化名称）。 24．（25-26九年级上·云南怒江·期中）随着人们安防意识的增强，人们对安防产品也越来越重视，尤其是烟雾报警器的应用更是广泛，如图甲所示。当所处环境出现大量烟雾时，烟雾报警器就会响起来。 如图乙所示，在烟雾报警器中有一个粒子源，可以产生粒子，粒子与空气中的氮分子或氧分子撞击，会把电子从这些分子中打出，这样就产生了电子和带正电的氮离子、氧离子。烟雾报警器中有两块板，一块带正电荷，一块带负电荷。电子向带正电荷的板运动，氧离子和氮离子向带负电荷的板运动，这就产生了电流。当电路中有电流时，一切正常。但是，如果空气中有烟尘粒子，一部分粒子会被烟尘粒子吸收，会导致电流减小，触发警报。 (1)粒子与空气中的氮分子或氧分子撞击产生带__________（选填“正”或“负”）电荷的电子。烟雾报警器中的LED灯主要是由___________（选填“导体”“绝缘体”“超导”或“半导体”）材料制成的。 (2)如图乙所示，两板间的电流方向是___________（选填“向上”或“向下”）的，电池的电极是___________（选填“正极”或“负极”）。 三、实验探究题（本题共3个小题，25小题6分，26小题6分，27小题6分，共18分。） 25．（25-26九年级上·湖北黄冈·自主招生）如图所示，这是物理学家焦耳设计并制作的实验装置。装置中的两个配重重力不等，释放后大配重下降，小配重上升；通过反复对调左右两个配重，会使动叶轮不停地转动，从而导致热量计中水的温度上升，实现能量转化。实验中科学家某次测得数据如下： 小配重重力G小＝100N，大配重重力G大＝520N，每升降一次配重各自移动的距离h＝1m，热量计中水的质量m＝500g，升降次数与水温变化的关系： 升降次数 1 2 3 4 5 6 温度变化/℃ 0.2 0.39 0.59 0.78 0.98 1.18 （1）请计算配重升降一次对动叶轮做功是________J。 （2）水温度升高0.2℃相当于吸收了________J的热量。 （3）在该实验中________转化为_____能，根据第一组数据减小的机械能_______增加的内能（选填“大于”“小于”或“等于”）。 （4）本实验中的误差来源于______（写出一条即可）。 （5）焦耳在这个实验的基础上继续研究，率先提出了能量守恒定律。 26．（24-25九年级下·江苏南通·阶段检测）液态空气储能是一种新型的储能技术，具有储能密度高、运行寿命长等优点。液态空气储能是利用电力将空气压缩液化储存能量，需要时再加热液态空气使其膨胀为气体并驱动涡轮机发电。 (1)用电低谷时，利用电网多余的电能压缩空气会“产生热”，这是通过_______的方式增加气体的内能；液态空气在蒸发膨胀系统中，通过吸收________（选填“外界热量”或“自身储存热量”）变为高压气态空气；若液态空气储能系统中，空气压缩阶段的效率为80%，发电阶段的效率为60%，则该系统的总能量转换效率为______。 (2)储能密度（ρ）的大小等于单位体积（V）的储能系统所储存的能量（E）。储能密度与哪些因素有关呢？同学们提出以下猜想。 猜想1：与储存容器体积有关。 猜想2：与空气压力有关。 ①写出储能密度的表达式ρ=_______（利用给出的物理量符号）。 同学选取一个储气罐，用压缩机将空气压缩至不同压力值，记录压力值、储气罐体积，并通过能量测量装置计算出储能密度。更换不同体积的储气罐，重复实验。实验数据如表： 实验次数 1 2 3 4 5 6 7 储气罐体积（m3） 0.5 0.5 0.5 1 1 1 2.5 压力（MPa） 0.5 1 1.5 0.5 1 1.5 2.0 储能密度（kW·h/m3） 0.12 0.24 0.36 0.06 0.12 0.18 ②分析比较序号1、2、3三组数据，可得出的结论是_______。 ③表格中缺失的数据为________。 27．（25-26九年级上·广东惠州·阶段检测）某小组的同学研究水受到太阳照射时升温的情况，对水温上升快慢的影响因素进行了猜想： 猜想1：太阳光照时间 猜想2：水量的多少 猜想3：水受到的光照面积（简称受光面积） (1)关于猜想1：小轩同学认为借助_________（选填“功率”或“效率”）的概念可以判断猜想1是_________（选填“正确”或“错误”）的； (2)在研究猜想2时，小轩同学利用图甲所示的装置，分别在玻璃水槽中装入不同质量的水，发现在相同的照射时间中，水质量越大，水温变化越慢。这样的操作过程_________（选填“合理”或“不合理”），理由是_________； (3)为研究猜想3，小轩准备了三个表面大小相同而厚度稍有不同的透明玻璃水槽（有盖，忽略水微弱形变带来的受光面积变化，A水槽厚度2cm，B水槽厚度1cm，C水槽厚度5cm），在水槽A中装满水使光垂直照射在透明水槽的表面。同学们记录了A水槽中水温随照射时间的变化情况，如下表所示； 0 2 4 6 8 △T/℃ 0 3.0 4.8 5.6 5.9 ①为了更明显的对比，小轩应在水槽_________（选填“B”或“C”）中装入与A水槽质量相等的水，再进行实验； ②小轩发现经过一段时间后，水温趋于稳定。小轩了解到，水接受太阳辐射的同时，也在对周围环境放热。已知水的受光面积为S，此时太阳光单位面积辐射功率为，水单位面积（研究中忽略薄水槽小的侧、底面积）对周边的散热功率为，则利用给定的字母写出水温稳定时，水对太阳能的吸收效率为_________。 四、综合论述题（本题共1个小题8分，解题应写出必要的文字说明、步骤和公式，只写出最后结果的不能给分。） 28．（2026·陕西·模拟预测）如图-1是我国自主研发的亚洲第一座100 MW（1 MW=106 W）熔盐塔式光热电站。该光热电站由1.2万多面定日镜围绕着一个260米高的吸热塔组成，定日镜可以在计算机的精确控制下随着太阳位置变化而变化，使太阳光时刻都能聚集到吸热器上，它的工作原理如图-2所示。在该系统中，吸热器将定日镜所捕捉到的太阳光转化为液态熔盐的内能并将能量存储在高温储罐的液态熔盐中，当需要发电时，将高温熔盐送入蒸汽发生器，使水变成高温高压的水蒸气，驱动发电机发电。经过蒸汽发生器后的熔盐，降温回到低温熔盐罐，从而循环下去。 (1)在蒸汽发生器中水是通过________的方式增大内能的，熔盐发电最终将太阳能转化为________。 (2)该发电站正常工作24 h，可以发电多少度？ (3)若该发电站整个系统从接收光照到输出电能的效率为20%，1.2万面定日镜的日平均总采热功率约为5×1012 J/h。 ①若某日的光照时间为8小时，通过计算判断能否保证该发电站正常工作24小时？ ②利用该装置发电，若全年日照时数约2 160小时，与火力发电站相比，每年可节约多少吨煤？（火力发电站的效率为40%，煤的热值为3×107 J/kg） 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $