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2024五四制鲁教版物理九年级下学期
第二十章 能源与可持续发展
第三节 太阳能
基础过关全练
知识点1 太阳能
1.太阳中蕴藏着无比巨大的能量,下列说法正确的是 ( )
A.太阳能是一次能源 B.太阳能是不可再生能源
C.太阳能不能转化成电能 D.太阳核心利用裂变释放能量
2.下列关于太阳能的说法中错误的是 ( )
A.太阳能蕴含丰富,供应时间长久
B.太阳能分布广阔,获取方便
C.太阳能到达地面的功率稳定,不会受气候和季节的影响
D.太阳能安全、清洁,不会造成环境污染
3.(2023江苏徐州二模)地球上的绝大部分能量都直接或者间接来自太阳能,但是也有部分能量与太阳能无关。下列能量中与太阳能无关的是 ( )
A.核能 地热能 B.天然气 风能
C.水能 化石能源 D.地热能 水能
知识点2 太阳能的利用
4.【跨学科·物理学与日常生活】下列装置中不是直接利用太阳能的是 ( )
5.【新独家原创试题】【新素材·现代科技】神舟十六号飞船的顺利升空,标志着我国载人航天工程进入空间站应用与发展阶段。在太空中,太阳能电池板为空间站提供能量,太阳能属于 (选填“可再生”或“不可再生”)能源。太阳能电池板是由硅制成的,它是一种 (选填“导体”“半导体”或“超导体”);太阳能是由太阳内部的氢原子核通过 (选填“裂变”或“聚变”)释放的。
6.【教材P106图片变式】如图是试验中的无人驾驶太阳能汽车,利用太阳能电池提供能源。
(1)太阳能电池工作时,是将太阳能转化为 ;
(2)太阳能汽车的外形做成流线型,上表面弯曲,下表面比较平,汽车高速行驶时对地面的压力 (选填“大于”“等于”或“小于”)汽车静止时对地面的压力。
7.(2023山东威海环翠期末)小芳家常利用燃气热水器烧水,某次烧水时,从热水器中流出3 kg热水后,热水器停止工作。已知流过热水器的水吸收了2.25×105 J的热量,燃气的热值为4×107 J/m3。
(1)若不计热损失,则需要完全燃烧多少燃气
(2)改用太阳能热水器给水加热,已知热水器集热管的有效采光面积为2 m2,太阳能热水器的热效率为40%,太阳光的照射强度E为1.0×103 J/(m2·s)(表示1 m2面积上1 s内获得的太阳能),若水获得的太阳能与上述燃气热水器烧水过程中水吸收的热量相同,则太阳能热水器需要照射多长时间
能力提升全练
8.(2023湖北武汉中考,12,★☆☆)太阳是人类能源的宝库。下列说法正确的是 ( )
A.能量的转化和转移是有方向性、不可逆的
B.太阳能是太阳内部氢原子核发生裂变释放的能量
C.太阳能是未来的理想能源之一,是不可再生能源
D.中国空间站上用到的太阳能电池板是将太阳能直接转化为化学能
9.(2022山东济宁中考,9,★☆☆)如图所示,神舟十三号载人飞船与天和核心舱、天舟二号货运飞船、天舟三号货运飞船构成四舱(船)组合体,在轨道上运行。下列说法正确的是 ( )
A.火箭点火加速升空过程中,搭载的飞船机械能增加
B.以地球为参照物,组合体是静止的
C.航天员通过超声波与地面人员进行交流
D.组合体通过太阳能板获得能量,太阳能属于不可再生能源
10.【学科素养·物理观念】(2023山东桓台二模,2,★☆☆)近年来,我国在材料、能源等领域取得了辉煌的成就,下列说法正确的是 ( )
A.“祝融号”火星车利用电磁波向地球传递信息
B.水力、风力、火力发电是不可再生能源的利用
C.太阳能是太阳内部氢原子核裂变释放的核能
D.计算机中的电子器件都是由超导体制成的
11.(2023湖北十堰中考,16,★★☆)某居民楼顶安装有太阳能电池板和太阳能热水器。若太阳能热水器工作效率为η,每小时可接收太阳能Q,使热水器内水温升高Δt,水的比热容为c水。下列说法正确的是 ( )
A.太阳能是不可再生能源
B.太阳能电池将接收的太阳能全部转化为电能
C.太阳能热水器将太阳能转化为内能
D.该热水器内水的质量
12.(2020山东威海中考,27改编,★★★)某地区利用当地丰富的太阳能资源发电,供生产生活使用。
(1)太阳能发电有很多优点,但也存在一些不足,请写出一个不足之处。
(2)已知在一段时间内,垂直于太阳光的1 m2面积上每1 s接收的太阳能为500 J,如图所示,太阳光与水平面夹角为60°,面积为4 m2的太阳能电池板竖直放置。太阳能电池板将太阳能直接转化为电能的效率为20%。求1 min内通过该太阳能电池板获得的电能。
素养探究全练
13.【科学思维】阅读短文,回答问题。
如图甲所示,太阳能路灯已经成为许多城市的一道靓丽的风景线。该灯杆顶端是太阳能电池板,白天光线强时,太阳能电池板为蓄电池充电,夜晚光线弱时,蓄电池为LED灯供电照明。它的内部结构示意图如图乙,工作时能量流程图如图丙。
太阳能电池板的材料主要是晶体硅,它的基本原理是光电效应。光照射到某些物质上,引起物质的电性质发生变化。这类光致电变的现象被人们统称为光电效应。光电效应分为外光电效应和内光电效应:外光电效应是指被光激发产生的电子逸出物质表面的现象,只有入射光的频率高于一定值时,才能激发电子逸出物质表面;内光电效应是指被光激发所产生的电荷仍在物质内部运动,但使物质的导电能力发生变化或在物体两端产生电压的现象。如表为该太阳能路灯的部分技术参数,能量密度是指单位质量的电池可以存储的电能的多少。为了能使蓄电池的使用寿命更为长久,在充电至蓄电池组容量的90%时即停止充电,放电余留10%时即停止电能输出。
太阳能电池板 蓄电池 LED灯
电池板的 总面积 0.5 m2 电池能 量密度 40 W·h/kg 额定 电压 12 V
光电转化 效率 20% 质量 10 kg 额定 功率 10 W
(1)太阳能属于 (选填“可再生”或“不可再生”)能源,该能量的产生是由于在太阳的内部,氢原子核不断发生 (选填“裂变”或“聚变”)。
(2)图乙中,当白天光线强时,S与 (选填“b”或“c”)接通,太阳能电池板是利用 (选填“内”或“外”)光电效应工作的,该过程所涉及的能量转化为 (选填“光能转化为电能”或“电能转化为光能”)。
(3)如图丁所示,为可见光中不同色光所对应的波长。如果用绿光照射某种物质表面,会发生光电效应。那么用 (选填“红”或“蓝”)光照射这种物质的表面也会发生光电效应。
(4)当太阳光照射到电池板表面每1 m2的功率为1 000 W时,1 h内,太阳能电池板可以提供的电能为 J,若这些电能由燃烧煤提供,则至少需要完全燃烧 kg的煤。(煤的热值q煤=3×107 J/kg)
答案全解全析
基础过关全练
1.A 太阳能是可以从自然界直接获取的能源,是一次能源,故A正确;太阳能可以源源不断地从自然界得到,是可再生能源,故B错误;可以通过太阳能电池板将太阳能转化为电能,故C错误;在太阳内部,氢原子核在超高温下发生聚变,释放巨大的核能,故D错误。
2.C 太阳能蕴含丰富,供应时间长久,取之不尽、用之不竭,A不符合题意;太阳能分布广阔,获取方便,B不符合题意;太阳能到达地面的功率不稳定,它随气候和季节的变化而变化,C符合题意;太阳能安全、清洁,不会造成环境污染,D不符合题意。
3.A 太阳能是人类的“能源之母”,如风能和水能均来自太阳能;地热能是地壳内部运动所产生的能量,核能分为核裂变和核聚变两种方法产生的能量,与太阳能无关,故选A。
4.A 电冰箱是利用电能来工作的,太阳灶、太阳能热水器把太阳能转化为内能,光电池把太阳能转化为电能。
5.可再生 半导体 聚变
解析 能够短期内从自然界中得到补充的能源叫可再生能源,太阳能属于可再生能源;太阳能电池板是由硅制成的,硅是一种半导体材料;太阳能是由太阳内部的氢原子核通过聚变释放的。
6.(1)电能 (2)小于
解析 (1)太阳能电池工作时,是将太阳能转化为电能;(2)太阳能汽车的外形做成流线型,上表面弯曲,下表面比较平,高速行驶时,上方的空气流速快,下方的空气流速慢,上方的压强小,下方的压强大,产生向上的压力差,减小对地面的压力,所以汽车高速行驶时对地面的压力小于静止时对地面的压力。
7.解析 (1)Q放=Q吸=2.25×105 J,所需燃气的体积
V===5.625×10-3 m3;
(2)ηESt=Q吸,照射时间t===281.25 s。
能力提升全练
8.A 能量的转化和转移是有方向性、不可逆的,故A正确;太阳能是太阳内部氢原子核发生聚变释放的能量,故B错误;太阳能是未来的理想能源之一,可以源源不断得到,是可再生能源,故C错误;中国空间站上用到的太阳能电池板是将太阳能直接转化为电能,故D错误。
9.A 火箭加速升空过程中,飞船的质量不变,速度增大,其动能增大,同时高度升高,重力势能增大,所以搭载的飞船机械能增大,故A正确;若以地球为参照物,组合体相对于地球的位置不断发生改变,所以是运动的,故B错误;太空没有空气,不能用超声波传递信息,所以航天员通过电磁波与地面人员进行交流,故C错误;太阳能可以源源不断地从自然界获得,属于可再生能源,故D错误。
10.A “祝融号”火星车利用电磁波向地球传递信息,故A正确;水力、风力发电利用的是水能、风能,属于可再生能源,火力发电利用的是煤炭的内能,属于不可再生能源,故B错误;太阳能是太阳内部氢原子核聚变释放的核能,故C错误;计算机中的电子器件主要是由半导体材料制成的,故D错误。
11.C 太阳能可以从自然界源源不断地得到,属于可再生能源,故A错误;由于在太阳能电池发电的过程中存在能量的散失,所以太阳能电池不能将接收到的太阳能全部转化为电能,故B错误;太阳能热水器将太阳能转化为内能,故C正确;太阳能热水器工作效率为η,每小时可接收太阳能Q,则一小时内水吸收的太阳能为Q吸=ηQ,根据Q=cmΔt可知,该热水器内水的质量为m=,故D错误。
12.解析 (1)太阳能发电的缺点:地面应用时有间歇性,在晚上或阴雨天不能或很少发电;目前成本相对较高。(2)已知垂直于太阳光的1 m2面积上每1 s接收的太阳能为500 J,则太阳光与水平面夹角为60°时,竖直放置的面积为4 m2的太阳能电池板在1 min内接收到的太阳能E太阳能=4×60 s×500 J×cos 60°=6×104 J,太阳能电池板将太阳能直接转化为电能的效率为20%,则1 min内通过该太阳能电池板获得的电能W电能=20%E太阳能=20%×6×104 J=1.2×104 J。
素养探究全练
13.(1)可再生 聚变 (2)b 内 光能转化为电能 (3)蓝 (4)3.6×105 1.2×10-2
解析 (1)太阳能可以从自然界里源源不断地得到,属于可再生能源;在太阳内部,氢原子核在超高温下发生聚变,释放巨大的核能;(2)白天光线强时,S与b接通,太阳能转化为电能;太阳能电池板是利用内光电效应工作的,该过程消耗了光能,得到了电能,所涉及的能量转化为光能转化为电能;(3)根据短文可知,只有入射光的频率高于一定值时,才能激发电子逸出物质表面;如果用绿光照射某种物质表面,会发生光电效应,因为蓝光的频率高于绿光的频率,所以用蓝光照射这种物质的表面也会发生光电效应;(4)太阳能电池板1 h内接收的太阳能为W=Pt=1 000 W/m2×0.5 m2×1 h=0.5 kW·h=1.8×106 J;电池板可以提供的电能W电=20%W=20%×1.8×106 J=3.6×105 J;Q=W电,则由Q=qm可得至少需要完全燃烧煤的质量为m===1.2×10-2 kg。
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