第二十章知識加油站能源與能量守恒一、選擇題1.2025年3月17日，“谷神星一號”運載火箭將8顆衛(wèi)星成功送入預定軌道，創(chuàng)造了中國航天史上的又一壯舉?；鸺l(fā)射時，燃料燃燒釋放的能量使其加速升空，與該過程能量轉化形式相同的是(A)A.熱機做功沖程 B.鉆木取火過程C.水力發(fā)電過程 D.物體上拋過程2.下列四種發(fā)電方式中，利用太陽能發(fā)電的是(A)A.光伏發(fā)電B.地熱能發(fā)電C.核能發(fā)電D.潮汐能發(fā)電3.下列有關能量轉化關系的描述中，不正確的是(B)A.電熱水壺工作時，電能主要轉化為內能B.風扇轉動時，電能全部轉化為機械能C.給蓄電池充電時，電能轉化為化學能D.LED燈發(fā)光時，電能轉化為光能和少量內能解析：電熱水壺工作時，電能主要轉化為內能，故A正確；風扇轉動時，電能大部分轉化為機械能，還有一部分轉化為內能，故B錯誤；給蓄電池充電時，電能轉化為化學能，故C正確；LED燈發(fā)光時，消耗了電能，電能轉化為光能和少量內能，故D正確。4.位于成都的新一代“人造太陽”中國環(huán)流三號首次實現原子核和電子溫度均突破1億攝氏度，綜合參數大幅躍升，中國可控核聚變技術取得重大進展。下列關于核能的利用說法正確的是(B)A.“人造太陽”釋放的核能是可再生能源B.“人造太陽”利用核聚變獲取能量C.原子核是由質子和電子構成的，電子的直徑小于原子的直徑D.利用核能發(fā)電是直接將核能轉化成電能解析：“人造太陽”釋放的核能不能在短期內從自然界得到補充，屬于不可再生能源，故A錯誤；太陽內部時刻發(fā)生著核聚變，“人造太陽”也是利用核聚變獲取能量的，故B正確；原子核是由質子和中子構成的，原子是由原子核和電子構成的，電子的直徑遠小于原子的直徑，故C錯誤；核能發(fā)電是先將核能轉化為內能，內能再轉化為機械能，機械能最后再轉化為電能，故D錯誤。5.如圖所示是一種新型節(jié)能路燈。它“頭頂”小風扇，“肩扛”太陽能電池板。關于節(jié)能燈的設計，下列說法錯誤的是(B)第5題圖A.太陽能電池板將太陽能轉化為電能B.小風扇是風力發(fā)電機，將電能轉化為機械能C.白天，多余的電能會儲存在蓄電池里，是將電能轉化為化學能D.夜晚，蓄電池放電時，將化學能轉化為電能6.物理社團的涵涵制作了水火箭，如圖是水火箭的簡易原理圖。使用打氣筒向水火箭內不斷打氣，當內部氣體壓強增大到一定程度時，會使水從水火箭中向下噴出，從而使水火箭升空。下列說法正確的是(B)第6題圖A.根據能量守恒定律可知，整個過程中水火箭的總能量保持不變B.使用打氣筒打氣時的能量轉化過程與汽油機的壓縮沖程相同C.水火箭中的“水”是一種熱值較大的燃料D.水從水火箭中噴出時的能量轉化過程與汽油機的排氣沖程相同解析：整個過程中水火箭與外界發(fā)生了能量轉移，因此，就水火箭而言，其能量不守恒，故A錯誤；使用打氣筒打氣時的能量轉化過程與汽油機的壓縮沖程相同，都是壓縮氣體做功，將機械能轉化為內能，故B正確；水火箭中的“水”不能燃燒，不屬于燃料，故C錯誤；水從水火箭中噴出的過程中，內能轉化為機械能，相當于汽油機的做功沖程，故D錯誤。7.為實現“碳達峰，碳中和”的目標，下列能源應盡量減少使用的是(B)A.風能 B.石油C.太陽能 D.水能解析：風能、太陽能、水能屬于可再生能源、清潔能源，對環(huán)境的污染較小，故A、C、D不符合題意；石油屬于化石能源的一種，使用時會產生大量的二氧化碳，故B符合題意。二、填空題8.“華龍一號”核電6號機組核電站通過可控__核裂變__(選填“核裂變”或“核聚變”)反應釋放核能，核能是一種__不可再生__(選填“可再生”或“不可再生”)能源。9.2024年12月31日，某抽水蓄能電站最后一臺機組正式投入運行，標志著這座擁有12臺機組的“水能充電寶”滿格運行。該電站可以利用風能和光能資源充足時發(fā)電獲得的部分電能，將水抽到高處變?yōu)樗膭菽軆Υ嫫饋?，需要時再利用水的勢能發(fā)電，從而彌補了風能、光能不穩(wěn)定且轉化的電能難儲存的不足，實現風、光與水電的互補，堪稱電力系統(tǒng)的巨型“充電寶”。風能和光能是__可再生__(選填“可再生”或“不可再生”)能源，抽水蓄能可將電能轉化為__機械能__。解析：風能和光能可以從自然界中源源不斷地得到，是可再生能源；抽水蓄能是抽水機(電動機)將水送到位置較高的蓄水池存儲起來，水的高度增加，重力勢能變大，所以抽水蓄能可將電能轉化為機械能。10.“人造太陽”的核聚變原料是地球上儲量豐富的氘和氚，同時生成物沒有危害，因此“人造太陽”被稱為“終極能源”?！叭嗽焯枴迸c我國正在運行的核電站獲得核能的方式__不相同__(選填“相同”或“不相同”)；在核反應中產生的內能不能再自動轉化為核能，說明能量的轉化和轉移具有__方向__性；在能量轉化和轉移的過程中，能量的總量__不變__；從能源與可持續(xù)利用的角度看，核能是__不可再生__能源。11.如圖甲所示是中國特色工藝品“走馬燈”，其內部結構如圖乙所示。使用時點燃“走馬燈”下的蠟燭，紙筒內部的空氣溫度升高，體積膨脹，此時內部空氣密度變小而上升，形成氣流，使紙筒頂部的風車轉動，從而帶動固定在轉軸上的紙馬轉動，從能量轉化的角度分析“紙馬轉動”的能量轉化情況是__內能轉化為機械能__。第11題圖12.我國的壓縮空氣儲能技術助力太陽能、風能發(fā)電穩(wěn)定流暢地接入電網，其簡化原理如圖所示。用電低谷時段，電網富余的電能通過空氣壓縮機把空氣壓縮到儲氣庫中；用電高峰時段，再將壓縮空氣釋放，驅動空氣膨脹機轉動，連接發(fā)電機進行發(fā)電。風能、太陽能屬于__可再生__(選填“可再生”或“不可再生”)能源。用電低谷時，富余的能量通過壓縮機，用__做功__的方式增大空氣內能，存儲備用。用電高峰時，高壓空氣被釋放，將內能轉化為__機械能__，膨脹機轉動，驅動發(fā)電機利用__電磁感應__原理發(fā)電。第12題圖13.中國航空渦扇-15發(fā)動機選用航空煤油作為燃料，航空煤油是__不可再生__(選填“可再生”或“不可再生”)能源。若航空煤油的熱值取4.6×107J/kg，則完全燃燒30kg航空煤油放出的熱量為__1.38×109__J。14.某老師發(fā)明新能源自行車，不用腳蹬，只要有空氣就能跑。他將空氣壓縮后存儲在高壓氣罐中，通過控制壓縮空氣的釋放來驅動自行車。該自行車在行駛時將__內__能轉化為__機械__能?？諝鈩恿ψ孕熊囆旭倳r完全不依賴汽油或電池，__不違背__(選填“違背”或“不違背”)能量守恒定律。三、實驗題15.太陽能路燈因節(jié)能環(huán)保、安裝方便等優(yōu)點，得到了廣泛的應用。圖中這款路燈安裝有太陽能電池板及蓄電池，白天對蓄電池充電，夜晚蓄電池給路燈供電。實踐小組想探究太陽能電池板吸收太陽能的多少與哪些因素有關，猜想如下：猜想1：可能與太陽能電池板的光照時間有關；猜想2：可能與太陽能電池板的面積有關；根據以上猜想設計實驗：實踐小組在將蓄電池內電量用完后，用面積不同的太陽能電池板正對太陽光，照射一段時間對蓄電池充電，然后用蓄電池給LED燈供電直到LED燈熄滅，實驗記錄數據見表所示。第15題圖序號電池板的面積/m2光照時間/minLED燈的發(fā)光時間/min10.1103020.1206030.1309040.2106050.31090(1)通過__LED燈的發(fā)光時間__反映太陽能電池板吸收太陽能的多少。(2)分析__1、4、5__三組實驗可對猜想2進行驗證。(3)我國實現技術突破，研發(fā)出炫彩太陽能電池板，利用不同顏色的太陽能電池板構成頂棚，打造出日間遮陽、夜間照明等多功能的彩虹長廊。根據以上信息，請你提出一個可探究的科學問題：__太陽能電池板吸收太陽能的多少與電池板顏色是否有關__？16.(1)如圖1所示，金屬小球從軌道的A點處以一定的初速度下滑，經過B點到達最低點C后，再沿軌道向上運動。圖1第16題圖①若忽略軌道上的一切阻力：小球__有可能__(選填“有可能”或“不可能”)到達E點。②若考慮軌道上存在的阻力：小球到達B點時的機械能__大于__(選填“大于”“小于”或“等于”)它到達C點時的機械能，你的判斷依據：__小球從軌道的A點處下滑的過程中，克服摩擦力做功，一部分機械能轉化為內能__。小球從A點到C點的過程中，重力勢能__變小__(選填“變大”“不變”或“變小”)。(2)如圖2是風光互補路燈，有陽光時通過太陽能電池板發(fā)電，并將電能儲存至蓄電池中，晚上蓄電池對路燈供電，圖3是這一過程中的能量轉化情況(圖中a表示某種形式的能量)，根據能量轉化情況判斷a為__化學__能；當太陽能電池板對充電電池充電時，充電電池相當于__用電器__(選填“用電器”或“電源”)。圖2圖3第16題圖四、計算題17.如圖所示，衛(wèi)星采用太陽能作為供電能源，蓄電池作為儲能裝置，衛(wèi)星上電器均由蓄電池供電，相關數據如下：①太陽能電池板接收到的太陽光輻射功率為1000W/m2；其光電轉化效率為25%，將電能存儲到蓄電池的效率為80%；②衛(wèi)星上電器設備正常工作時電功率為2000W，在地球陰影區(qū)為了維持設備正常工作，還需要再開啟電加熱，加熱功率為1600W；③衛(wèi)星繞地球一圈運動過程中，被太陽照射1.2h，處于地球陰影區(qū)0.4h。(1)若衛(wèi)星繞地球運行的速度為7.5km/s，衛(wèi)星1min通過的路程為多少千米？(2)每次經過地球陰影區(qū)，衛(wèi)星需要消耗多少電能？(3)若不考慮蓄電池供電時的能量損失，為了滿足衛(wèi)星長時間正常工作，太陽能電池板有效面積至少為多少？第17題圖解：(1)若衛(wèi)星繞地球運行的速度為7.5km/s，衛(wèi)星1min＝60s通過的路程s＝vt＝7.5km/s×60s＝450km。(2)每次經過地球陰影區(qū)，衛(wèi)星需要消耗電能W2＝Pt＝(2kW＋1.6kW)×0.4h＝1.44kW·h。(3)若不考慮蓄電池供電時的能量損失，為了滿足衛(wèi)星長時間正常工作，太陽能電池板有效面積至少為S，則1kW/m2×S×1.2h×25%×80%＝2kW×1.2h＋1.44kW·h，解得S＝16m2。18.如圖所示的是某款油電混合動力汽車。汽油機燃燒汽油獲得的能量既向車輪提供動力，又給蓄電池充電，同時蓄電池又將部分能量通過驅動電機向車輪提供動力。假設汽油完全燃燒，且忽略蓄電池和電機的熱量損失，汽油的熱值為4.6×107J/kg。某次測試中，消耗汽油2.5kg，汽油燃燒放出的熱量的40%用于驅動汽車行駛和蓄電池充電。假設測試中，驅動汽車行駛所需的總能量E1＝4×107J，E1的65%直接來自汽油燃燒釋放的熱量轉化。(1)此次測試中，汽油完全燃燒放出的熱量是多少？(2)此次測試中，向蓄電池充電的能量E2為多少？第18題圖解：(1)汽油完全燃燒放出的熱量Q放＝qm＝4.6×107J/kg×2.5kg＝1.15×108J。(2)汽油燃燒放出的能量用于驅動汽車行駛和蓄電池充電的總能量E3＝Q放η＝1.15×108J×40%＝4.6×107J，則向蓄電池充電的能量E2＝E3－65%E1＝4.6×107J－65%×4×107J＝2×107J。五、綜合能力題19.閱讀短文，回答問題。太陽能熱水器太陽能熱水器能利用太陽能把水從低溫加熱到高溫，以滿足人們日常生活的需要，它具有安全、節(jié)能、環(huán)保等優(yōu)點。如圖甲所示，當太陽光入射到黑色的吸熱層上時，黑色吸熱層能把太陽能更有效地轉化為內能，將管內的水加熱。小明家里太陽能熱水器配有一臺電動水泵，它電機的銘牌如圖乙所示：第19題圖有一天，小明為了探究家里太陽能熱水器的節(jié)能效果，每隔1小時記錄裝滿水時太陽能熱水器的水溫，記錄數據如下表。時刻8：009：0010：0011：0012：00