第二十一章電磁波及其應(yīng)用第二十二章能源與可持續(xù)發(fā)展（考試時間：60分鐘滿分：60分）一、選擇題（本大題共10個小題，每小題2分，共20分。在每小題給出的四個選項中，只有一項符合題意）1.我國是全世界手機用戶最多的國家。關(guān)于手機，下列說法正確的是(C)A．手機是利用超聲波來傳遞信息的B．聽筒是利用電磁感應(yīng)原理工作的C．做振動用的電動機利用了磁場對電流有力的作用D．手機周圍沒有磁場不會對別的磁體造成影響手機是利用電磁波來傳遞信息的，A錯誤；通電導(dǎo)體處于磁場中，就會受到磁場的力的作用，聽筒就是利用這個原理將變化的電流轉(zhuǎn)化為聲音的，B錯誤；做振動用的電動機是利用通電導(dǎo)體在磁場中受力運動的原理來工作的，C正確；手機中存在磁體，周圍有磁場，會對別的磁體造成影響，D錯誤。2.信息傳遞技術(shù)的發(fā)展使人們沖破了時空的阻隔，信息之路越來越寬了，下列關(guān)于信息傳遞的說法不正確的是(B)A．光纖通信是利用光從光導(dǎo)纖維的一端射入，在內(nèi)壁多次反射從另一端射出，從而把它攜帶的信息傳到遠(yuǎn)方B．微波是一種電磁波，它不能用于傳遞信息，只能用于微波爐中加熱食物C．電磁波的傳播可以不需要介質(zhì)D．衛(wèi)星通信是利用人造地球衛(wèi)星作為中繼站，進行通信3.我國光纜通信發(fā)展十分迅速。光從光導(dǎo)纖維的一端射入，從另一端射出，這樣就可以把它攜帶的信息傳到遠(yuǎn)方（如圖），其原理應(yīng)用了光的(C)A．色散 B．折射C．反射 D．直線傳播4.2024年春節(jié)，神舟十七號乘組在中國空間站給全國人民拜年，空間站與地面間傳遞信息利用的是(A)A．電磁波 B．超聲波C．次聲波 D．可見光5.波長在1cm至1mm之間的無線電波叫作毫米波，近年來利用毫米波制作的雷達(dá)被廣泛應(yīng)用于汽車領(lǐng)域。無線電波頻段劃分如圖，則(D)A．毫米波屬于UHF頻段的電磁波B．毫米波在空氣中的傳播速度為340m/sC．6×1010Hz的毫米波波長比8×1010Hz的波長短D．UHF和SHF頻段電磁波在真空中的傳播速度相同6.下列對各種電磁波的排列按照頻率由高到低順序正確的是(B)A．微波紅外線可見光紫外線B．紫外線可見光紅外線微波C．可見光紫外線紅外線微波D．紅外線紫外線微波可見光波長越長、頻率越低。頻率順序由高到低排列，電磁波譜可大致分為γ射線、X射線、紫外線、可見光、紅外線、微波、無線電波。B正確，A、C、D錯誤。7.下列過程中，能量轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)化的方向正確的是(C)A．內(nèi)能可以自動從低溫物體轉(zhuǎn)移到高溫物體B．汽車產(chǎn)生的廢氣中放出的熱可以收集起來再利用C．天然氣燃燒時放出的熱可用來加熱食物，使其內(nèi)能增加D．火災(zāi)時釋放的內(nèi)能可以加以利用能量轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)化是有方向性的，所以A、B、D選項都錯誤，只有C選項正確。8.人類的發(fā)展離不開能源，實現(xiàn)“碳達(dá)峰、碳中和”是我國對世界做出的莊嚴(yán)承諾。綜合實踐活動中，同學(xué)們對能源的有關(guān)問題進行了討論，下列說法正確的是(A)A．太陽能電池可以將太陽能轉(zhuǎn)化為電能B．目前，核電站利用核聚變釋放的核能發(fā)電C．煤、石油、天然氣、地?zé)崮苁强稍偕茉碊．電動汽車替代燃油汽車，會增加碳的排放太陽能電池在使用時，將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，故A正確；目前的核電站主要是利用可被控制的重核裂變產(chǎn)生的能量，可被控制的輕核聚變目前只能在實驗室中短暫地實現(xiàn)，故B錯誤；可再生能源是指自然界中可以不斷利用、循環(huán)再生的一種取之不盡的能源，例如太陽能、風(fēng)能、水能、地?zé)崮?；煤、石油、天然氣短時間內(nèi)無法再生，屬于不可再生能源，故C錯誤；燃油汽車在使用時會排出大量的二氧化碳?xì)怏w，電動汽車的使用可以減少碳的排放，故D錯誤。9.科普小組同學(xué)調(diào)研了不同的發(fā)電站，其中利用不可再生能源發(fā)電的是(C)A．太陽能發(fā)電站 B．東山風(fēng)力發(fā)電站C．永安燃煤發(fā)電站 D．水口水力發(fā)電站10.如圖所示，中國環(huán)流器二號M裝置在可控核聚變（人造太陽）上取得重大突破。下列說法正確的是(B)A．原子核不帶電B．核聚變產(chǎn)生的核能是不可再生能源C．原子核由電子和質(zhì)子構(gòu)成D．原子核的體積很小，不可再分二、非選擇題（本大題共10小題，共40分）11.（2分）我們生活在電磁波的海洋中，請寫出一種你所熟悉的電磁波名稱：無線電波，并說出它在日常生活中的一項應(yīng)用：移動電話。12.（2分）手機已經(jīng)成為人們必備的通信工具。它是通過電磁波傳遞信息的。隨著手機充電技術(shù)的不斷發(fā)展，無線充電、太陽能充電等先進技術(shù)逐步走入我們?nèi)粘Ｉ钪?。右圖所示是一款手機無線充電實物圖，在給手機充電的過程中，電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能。手機既是無線電發(fā)射臺又是無線電接收臺，在你講話的時候，它用電磁波把信息發(fā)射到空中，同時它又能在空中捕獲電磁波；在給手機充電的過程中，消耗電能，產(chǎn)生化學(xué)能，所以是將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的過程。13.（2分）光伏發(fā)電的關(guān)鍵元件是太陽能電池，太陽能來源于內(nèi)部氫原子核聚變（選填“裂變”或“聚變”），得到的電能屬于二次能源。14.（2分）手機已經(jīng)進入“5G”時代，所謂“5G”指的是第五代移動通信技術(shù)?！?G”手機傳遞信息的載體是頻率更高的電磁波（選填“超聲波”或“電磁波”）；手機中科技含量最高的元件是芯片，芯片的核心部分主要是由半導(dǎo)體（選填“導(dǎo)體”“半導(dǎo)體”或“絕緣體”）材料制成的。15.（2分）某型號的太陽能充電寶如圖所示，表面貼有太陽能電池板，在陽光照射下為內(nèi)部鋰電池充電，此過程中的能量轉(zhuǎn)化為太陽能→電能→化學(xué)能。16.（5分）如圖甲所示，這是風(fēng)光互補路燈系統(tǒng)，可利用風(fēng)力和太陽能發(fā)電，并將電能輸送至蓄電池儲存起來，供路燈晚間照明使用。照明的LED燈的規(guī)格為“12V80W”；蓄電池的額定電壓為12V，容量為400A·h，使用過程中，充電至90%時停止充電，放電余留20%時停止電能輸出。風(fēng)力發(fā)電機的輸出功率P與風(fēng)速v的關(guān)系如圖乙所示。eq\o(\s\up7(),\s\do5(甲))eq\o(\s\up7(),\s\do5(乙))(1)有陽光時，太陽能電池板把太陽能轉(zhuǎn)化為電能；風(fēng)力發(fā)電機的工作原理是電磁感應(yīng)；(2)某街道安裝了100盞這種風(fēng)光互補路燈，這些路燈同時亮同時熄滅，從設(shè)計者的角度，你覺得各盞路燈之間應(yīng)是并聯(lián)的，若每天路燈正常工作10h，一天消耗的電能是80kW·h；(3)當(dāng)風(fēng)速為12m/s時，在僅靠風(fēng)力發(fā)電的情況下，將蓄電池電量由20%充到70%需要8h。(1)有陽光時，太陽能電池板把太陽能轉(zhuǎn)化為電能。風(fēng)力發(fā)電機的工作原理是電磁感應(yīng)，即閉合電路中的部分導(dǎo)體切割磁感線，產(chǎn)生感應(yīng)電流。(2)街道上的路燈同時亮同時滅，但一燈壞時，其他燈能亮，并聯(lián)電路中各個用電器互不影響工作，所以路燈是并聯(lián)的。某街道安裝了100盞這種風(fēng)光互補路燈，若每天路燈正常工作10h，由P＝eq\f(W,t)得，一天消耗的電能是W＝Pt＝100×0.08kW×10h＝80kW·h。(3)當(dāng)風(fēng)速為12m/s時，風(fēng)力發(fā)電機的輸出功率為P′＝300W，蓄電池充滿電時的電能為W′＝UIt＝12V×400A·h＝4800W·h＝4.8kW·h；在僅靠風(fēng)力發(fā)電的情況下，僅將蓄電池的電量由20%充到70%，由P＝eq\f(W,t)得，需要的時間為t＝eq\f(W″,P′)＝eq\f((70%－20%)×4.8kW·h,300×10-3kW)＝8h。17.（6分）小明同學(xué)在探究“電磁波的特性”的實驗過程中，他進行了如下實驗：(1)他先將手機放在真空罩中，用抽氣機抽去罩中的空氣。打電話呼叫罩內(nèi)的手機，手機能（選填“能”或“不能”）接收到呼叫信號，這證明電磁波能在真空中傳播。(2)他又將手機放在金屬容器（如餅干筒）中，打電話呼叫容器中的手機。這時手機不能（選填“能”或“不能”）接收到呼叫信號，然后再將手機放在塑料容器或紙容器中，再打電話呼叫容器中的手機，這時手機能（選填“能”或“不能”）接收到呼叫信號。這說明金屬容器能屏蔽電磁波。(3)根據(jù)以上探究活動，你能否解釋在建筑物或電梯中，手機有時會接收不到信號或信號較弱的原因？因為建筑物是鋼筋結(jié)構(gòu)，電梯相當(dāng)于金屬容器，它們對電磁波有屏蔽作用。(1)因為電磁波能在真空中傳播，故用抽氣機抽去罩中的空氣，打電話呼叫罩內(nèi)的手機，手機也能收到呼叫信號。(2)因為電磁波遇到金屬會被屏蔽。將手機放在金屬容器（如餅干筒）中，打電話呼叫容器中的手機，這時手機不能收到呼叫信號；又因為電磁波遇到絕緣材料會像光透過玻璃一樣穿透，故將手機放在塑料容器或紙容器中，再打電話呼叫容器中的手機，這時，手機能收到呼叫信號。(3)在建筑物或電梯中，周圍有鋼筋等金屬材料，故手機收不到信號或信號弱。18.（7分）日本本州島海域曾發(fā)生里氏9.0級地震，并引發(fā)海嘯，瞬間撲向幾乎日本全部沿海地區(qū)，繼而造成日本福島核電站核泄漏，如圖1所示。圖1圖2(1)強烈地震全面癱瘓了日本震區(qū)的地面交通，利用衛(wèi)星遙感技術(shù)可及時了解震區(qū)的受災(zāi)情況。如圖1所示拍攝到的照片通過電磁波傳回地面。(2)海嘯時產(chǎn)生的“水墻”速度很大，具有很大的動能，破壞力很強。(3)核電站是利用核能來發(fā)電的，目前核電站利用的核反應(yīng)是裂變（選填“裂變”或“聚變”）。(4)為了給處于高溫中的核反應(yīng)堆外殼降溫，消防員通過噴水的方法來有效降溫，這是利用了水的比熱容大的特性。(5)福島核事故達(dá)到了七級，使得大量的核燃料外泄，周圍的人們處在核污染中。圖2中是核輻射標(biāo)志的是C（選填字母）。(6)如果核電站每年需要50t的核燃料，而同等規(guī)?；痣娬久磕晷枰?×106t的煤炭。6×106t的煤炭完全燃燒放出的熱量是1.8×1017J。（煤炭的熱值為3×107J/kg）(7)“能源和環(huán)境”是世界各國共同面臨的問題，保護環(huán)境、節(jié)約能源要從我做起。下列說法需要改正的是D（選填字母）。A．盡可能用太陽能熱水器代替電熱水器B．養(yǎng)成及時關(guān)掉水龍頭和人走關(guān)燈的習(xí)慣C．用洗臉?biāo)疀_廁所，將廢報紙、空酒瓶等送到廢品收購站D．及時將生活垃圾，廢電池裝在一起丟入垃圾箱(1)衛(wèi)星通信范圍大，而衛(wèi)星通信就是利用電磁波進行傳遞信息；(2)物體由于運動而具有的能量，稱為物體的動能。所以海嘯產(chǎn)生的水墻具有很大的動能；(3)核電站是利用核裂變反應(yīng)所釋放的能量產(chǎn)生電能的發(fā)電廠；(4)利用水的比熱容大的特性，消防員可以進行有效降溫；(5)圖中表示核輻射標(biāo)志的是C；(6)6×106t的煤炭完全燃燒放出的熱量：Q＝qm＝3×107J/kg×6×106×103kg＝1.8×1017J；(7)從保護環(huán)境、節(jié)約能源的角度來分析，“盡可能用太陽能熱水器代替電熱水器”“養(yǎng)成及時關(guān)掉水龍頭和人走關(guān)燈的習(xí)慣”“用洗臉?biāo)疀_廁所，將廢報紙、空酒瓶等送到廢品收購站”等，都是很好的習(xí)慣和做法，值得提倡，唯獨將廢電池與生活垃圾裝在一起丟入垃圾箱的做法不妥，因為電池含有汞等重金屬，可污染土壤和水源，應(yīng)單獨存放與處理，選項D符合題意。19.（6分）當(dāng)今太陽能熱水器已經(jīng)在我國北方城鄉(xiāng)用得非常普遍了。已知某太陽能熱水器在冬季有效日照時段里，能將8℃、100L水加熱到38℃。請解答：［水的比熱容為4.2×103J/(kg·℃)，水的密度為1.0×103kg/m3］(1)熱水器中水的質(zhì)量是多少？(2)在此過程中，水吸收了多少熱量？(3)若此期間太陽輻射到熱水器的熱量為1.575×107J，則該熱水器的效率是多少？(1)熱水器中水的質(zhì)量m＝ρV＝1.0×103kg/m3×100×10-3m3＝100kg；(2)水吸收的熱量Q吸＝cmΔt＝4.2×103J/(kg·℃)×100kg×(38℃－8℃)＝1.26×107J；(3)該熱水器的效率η＝eq\f(Q吸,Q總)×100%＝eq\f(1.26×107J,1.575×107J)×100%＝80%。20.（6分）某公司正在設(shè)計一款太陽能無人駕駛“汽車”，其設(shè)計方案中有如下一段描述：◆整車質(zhì)量為500kg，最高速度為10m/s。當(dāng)該車在平直公路上以最高時速勻速行駛時，所受阻力為車重的eq\f(1,50)。◆所鋪設(shè)太陽能電池板面積為8m2，該太陽能電池的能量轉(zhuǎn)化效率為20%，太陽能電池可直接給電機供電，也可將產(chǎn)生的電能全部充入蓄電池中?！綦姍C可將輸入電功率的80%轉(zhuǎn)化為汽車行駛所需的機械功率。當(dāng)該車在晴好的白天以最高時速在平直公路上勻速行駛1h時，求：(1)該車所受的阻力；(2)維持該車行駛所需的機械功率；(3)若在此次行駛過程中，太陽能電池板每平方米面積上接收的太陽輻射平均功率為1000W，則可向蓄電池充入多少電能？(1)由題意知，該車在平直公路上以最高時速勻速行駛時，所受阻力為車重的eq\f(1,50)，則阻力為Ff＝eq\f(1,50)G＝0.02×500kg×10N/kg＝100N；(2)因為汽車勻速直線行駛，由二力平衡可知，牽此力：F＝Ff＝100N，維持該車行駛所需的機械功率：P＝eq\f(W,t)＝eq\f(Fs,t)