2025年高三物理上學(xué)期“物理能源材料”中的物理知識(shí)考查卷一、選擇題（每題4分，共40分）下列關(guān)于能源分類(lèi)的說(shuō)法正確的是（）A.煤炭和核能均屬于可再生能源B.太陽(yáng)能和風(fēng)能的能量來(lái)源均為太陽(yáng)輻射C.潮汐能和地?zé)崮芫鶃?lái)自地球內(nèi)部能量D.生物質(zhì)能和氫能均屬于二次能源某光伏電站使用單晶硅太陽(yáng)能電池板，其能量轉(zhuǎn)換過(guò)程中涉及的物理原理是（）A.光的干涉現(xiàn)象B.光電效應(yīng)C.光的全反射D.康普頓效應(yīng)鋰離子電池充電時(shí)，Li?從正極嵌入負(fù)極材料（石墨）的過(guò)程中，下列說(shuō)法正確的是（）A.該過(guò)程中化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能B.負(fù)極材料電勢(shì)逐漸升高C.外電路中電子由負(fù)極流向正極D.電池總反應(yīng)為氧化還原反應(yīng)關(guān)于熱力學(xué)第一定律在能源轉(zhuǎn)換中的應(yīng)用，下列實(shí)例分析正確的是（）A.燃煤發(fā)電時(shí)，煤的燃燒效率可達(dá)100%B.熱泵熱水器通過(guò)消耗電能實(shí)現(xiàn)熱量從低溫物體向高溫物體轉(zhuǎn)移C.汽油機(jī)的壓縮沖程中，燃?xì)鈨?nèi)能減小，溫度降低D.水力發(fā)電時(shí)，水的重力勢(shì)能全部轉(zhuǎn)化為電能某新型熱電材料的塞貝克系數(shù)為α=200μV/K，當(dāng)材料兩端溫度差為50K時(shí)，產(chǎn)生的熱電勢(shì)為（）A.0.01VB.0.1VC.1VD.10V下列關(guān)于超導(dǎo)材料在能源領(lǐng)域應(yīng)用的說(shuō)法錯(cuò)誤的是（）A.超導(dǎo)電纜可降低遠(yuǎn)距離輸電的焦耳熱損耗B.超導(dǎo)磁體可用于核磁共振成像（MRI）設(shè)備C.高溫超導(dǎo)材料的臨界溫度需低于77K（液氮沸點(diǎn)）D.超導(dǎo)儲(chǔ)能裝置可實(shí)現(xiàn)電能與磁場(chǎng)能的高效轉(zhuǎn)換氫燃料電池中，氫氣在陽(yáng)極發(fā)生氧化反應(yīng)的電極反應(yīng)式為（）A.H?-2e?=2H?B.O?+4e?+2H?O=4OH?C.2H?+2e?=H?↑D.4OH?-4e?=O?↑+2H?O某風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片長(zhǎng)度為30m，空氣密度為1.2kg/m3，風(fēng)速為10m/s，若風(fēng)能利用系數(shù)為0.4，則該發(fā)電機(jī)的理論功率約為（）A.1.6×10?WB.3.2×10?WC.5.4×10?WD.7.2×10?W關(guān)于半導(dǎo)體材料在太陽(yáng)能電池中的作用，下列說(shuō)法正確的是（）A.P型半導(dǎo)體主要依靠電子導(dǎo)電B.PN結(jié)的內(nèi)建電場(chǎng)可促進(jìn)光生載流子分離C.硅基太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率可達(dá)50%以上D.半導(dǎo)體禁帶寬度越大，光吸收能力越強(qiáng)下列現(xiàn)象中，與能源材料的“能量轉(zhuǎn)換效率”無(wú)關(guān)的是（）A.鋰離子電池循環(huán)充放電過(guò)程中容量衰減B.太陽(yáng)能電池板表面覆蓋灰塵導(dǎo)致輸出功率下降C.熱電發(fā)電機(jī)冷熱端溫差變化引起輸出電壓波動(dòng)D.鉛酸電池充電時(shí)產(chǎn)生氫氣導(dǎo)致電解液濃度變化二、填空題（每空3分，共30分）太陽(yáng)能光伏轉(zhuǎn)換的核心器件是________，其工作原理基于________效應(yīng)。熱力學(xué)第二定律的開(kāi)爾文表述為：不可能從單一熱源吸收熱量并將其________轉(zhuǎn)化為有用功而不產(chǎn)生其他影響。鋰離子電池的正極材料LiCoO?中，Co元素的化合價(jià)為_(kāi)_______，充電時(shí)該材料發(fā)生________（填“氧化”或“還原”）反應(yīng)。某超級(jí)電容器的電容為1000F，若充電至電壓為2.7V，則儲(chǔ)存的電能為_(kāi)_______J；與傳統(tǒng)電池相比，超級(jí)電容器的突出優(yōu)點(diǎn)是________。核裂變反應(yīng)中，鈾-235吸收中子后分裂為鋇-141和氪-92，同時(shí)釋放2~3個(gè)中子，該反應(yīng)的質(zhì)量虧損為Δm，釋放的能量E=________（用物理常量表示）。熱電材料的性能參數(shù)ZT值由塞貝克系數(shù)α、電導(dǎo)率σ和熱導(dǎo)率κ決定，其表達(dá)式為ZT=________，為提高ZT值，需同時(shí)優(yōu)化材料的________和________性能。三、計(jì)算題（共40分）（12分）某家用太陽(yáng)能熱水器的集熱面積為2m2，太陽(yáng)能平均輻照度為500W/m2，集熱器效率為40%，若將100kg初溫為20℃的水加熱至60℃，已知水的比熱容c=4.2×103J/(kg·℃)，忽略熱量損失，求：（1）水吸收的熱量；（2）加熱所需的時(shí)間（結(jié)果保留整數(shù)）。（14分）如圖所示，某小型水力發(fā)電站利用落差為20m的水流發(fā)電，水流量為1m3/s，水輪機(jī)效率為80%，發(fā)電機(jī)效率為90%，重力加速度g=10m/s2，水的密度ρ=1×103kg/m3，求：（1）水流的重力勢(shì)能功率（單位時(shí)間內(nèi)水流減少的重力勢(shì)能）；（2）發(fā)電機(jī)的輸出電功率；（3）若輸電電壓為220V，輸電線(xiàn)總電阻為4Ω，求輸電線(xiàn)上的功率損耗。（14分）某鋰離子電池的額定容量為3.6Ah（安培小時(shí)），工作電壓為3.7V，充滿(mǎn)電后儲(chǔ)存的電能全部用于驅(qū)動(dòng)一輛電動(dòng)自行車(chē)。已知電動(dòng)自行車(chē)的總質(zhì)量為80kg，所受阻力恒為車(chē)重的0.05倍，重力加速度g=10m/s2，若電池能量轉(zhuǎn)化效率為80%，求：（1）電池儲(chǔ)存的總電能；（2）電動(dòng)自行車(chē)能行駛的最大距離。四、綜合分析題（共40分）（20分）閱讀材料，回答問(wèn)題：材料一：固態(tài)電池是下一代鋰離子電池的重要發(fā)展方向，其電解質(zhì)由液態(tài)有機(jī)電解液替換為固態(tài)電解質(zhì)（如硫化物L(fēng)i?La?Zr?O??），具有更高的安全性和能量密度。材料二：鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率已從2009年的3.8%提升至2023年的26.1%，但其長(zhǎng)期穩(wěn)定性仍待解決，主要挑戰(zhàn)包括材料的光致降解和離子遷移。（1）對(duì)比液態(tài)電解質(zhì)，分析固態(tài)電解質(zhì)如何解決傳統(tǒng)鋰離子電池的安全隱患（6分）；（2）從材料結(jié)構(gòu)角度，說(shuō)明鈣鈦礦CH?NH?PbI?的光吸收能力強(qiáng)于傳統(tǒng)硅基材料的原因（7分）；（3）結(jié)合能源材料的發(fā)展趨勢(shì)，提出一種提高鈣鈦礦太陽(yáng)能電池穩(wěn)定性的改進(jìn)方案（7分）。（20分）能源危機(jī)與環(huán)境問(wèn)題促使人類(lèi)探索新型清潔能源技術(shù)。（1）簡(jiǎn)述“碳中和”目標(biāo)下，發(fā)展可再生能源的必要性（6分）；（2）以氫能源為例，分析其作為“終極能源”的優(yōu)勢(shì)及目前面臨的技術(shù)瓶頸（8分）；（3）從能量轉(zhuǎn)換的角度，說(shuō)明“光伏+儲(chǔ)能”系統(tǒng)如何實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定供電（6分）。五、實(shí)驗(yàn)題（共20分）（20分）某實(shí)驗(yàn)小組探究不同光照強(qiáng)度對(duì)硅基太陽(yáng)能電池輸出特性的影響，實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示，主要步驟如下：①將太陽(yáng)能電池、滑動(dòng)變阻器、電流表、電壓表按圖連接成電路；②用可調(diào)光強(qiáng)的光源照射太陽(yáng)能電池，調(diào)節(jié)光源與電池的距離d，改變光照強(qiáng)度I（已知I與d2成反比）；③調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，記錄多組電壓U和電流I數(shù)據(jù)，繪制U-I圖像；④改變光照強(qiáng)度，重復(fù)步驟③，得到不同光強(qiáng)下的U-I曲線(xiàn)。（1）在虛線(xiàn)框內(nèi)畫(huà)出實(shí)驗(yàn)電路圖（4分）；（2）實(shí)驗(yàn)中，若光源距離d增大為原來(lái)的2倍，則光照強(qiáng)度變?yōu)樵瓉?lái)的________倍（2分）；（3）某次實(shí)驗(yàn)得到的U-I圖像如圖所示，由圖可知該太陽(yáng)能電池的短路電流Isc=________mA，開(kāi)路電壓Uoc=________V，最大輸出功率Pm=________mW（6分）；（4）分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，隨著光照強(qiáng)度增大，太陽(yáng)能電池的短路電流Is