难点详解沪科版九年级物理第二十章能源、材料与社会重点解析试卷（精选含答案）

沪科版九年级物理第二十章能源、材料与社会重点解析
考试时间：90分钟；命题人：物理教研组
考生注意：
1、本卷分第I卷（选择题）和第Ⅱ卷（非选择题）两部分，满分100分，考试时间90分钟
2、答卷前，考生务必用0.5毫米黑色签字笔将自己的姓名、班级填写在试卷规定位置上
3、答案必须写在试卷各个题目指定区域内相应的位置，如需改动，先划掉原来的答案，然后再写上新的答案；不准使用涂改液、胶带纸、修正带，不按以上要求作答的答案无效。
第I卷（选择题 30分）
一、单选题（10小题，每小题3分，共计30分）
1、2020年12月17日1时59分，探月工程“嫦娥五号”返回器在内蒙古四子王旗预定区域成功着陆，如图所示，标志着我国首次地外天体采样返回任务圆满完成。下列说法正确的是（　　）
A．返回器内剩余燃料的热值不发生变化
B．返回器返回过程中主要通过热传递增加了外壳的内能
C．地面上的雪受热熔化过程中温度保持不变，内能也保持不变
D．返回器在返回过程中不遵循能量守恒定律
2、下列说法正确的是（　　）
A．在热机的工作过程中，由机械能转化为内能的是做功冲程
B．柴油机的效率比汽油机的效率高
C．柴油机在工作过程中吸入气缸中的是油气混合物
D．蓄电池充电的过程中是化学能转化为电能
3、关于导体和绝缘体，下列说法中正确的是（　　）
A．金属、大地、陶瓷都是导体
B．绝缘体不易导电是因为绝缘体中没有自由电荷
C．导体比绝缘体用处更大
D．导体和绝缘体间没有绝对界限，有些绝缘体在一定的条件下可能变为导体
4、华为5G射频芯片预计将于年底由中芯国际和上海微电子的28nm光刻机进行试生产，标志着中国芯片正在崛起。如图所示，芯片是指含有集成电路的硅片，制造芯片的主要材料是（　　）
A．超导材料 B．半导体材料
C．磁性材料 D．绝缘材料
5、小聪在老师指导下，用如图所示的同一个实验装置分别加热100g的甲、乙两种液体（其中一种是水），用测得的数据绘制了温度随时间变化图像如图，乙从20℃加热至沸腾刚好消耗了4g酒精（q酒精=3×107J/kg）。若单位时间内甲吸收的热量与乙吸收的热量相等，c水=4.2×103J/（kg·℃），则下列说法中正确的是（　　）
A．酒精燃烧的过程是内能转化为化学能
B．c乙=2.4×103J/（kg·℃）
C．0-8min乙吸收的热量为3.36×104J
D．该酒精灯的加热效率为28%
6、在城市美化、亮化和家用电器等常使用发光二极管作为光源，制造发光二极管的主要材料是（　　）
A．导体 B．半导体 C．超导体 D．绝缘体
7、关于信息和材料，下列说法不正确的是（　　）
A．铜、铝、陶瓷都是很好的导体 B．光导纤维传导的是光信号
C．超导材料适合用来进行远距离输电 D．发光二极管一种半导体材料
8、如图所示物品中，通常情况下属于导体的是（　　）
A．橡胶棒 B．塑料梳子
C．金属勺子 D．体温计
9、塑料、橡胶、金属等物质，其中属于重要的电工材料的是（ ）
A．橡胶 B．金属
C．塑料 D．以上材料都可以
10、如图所示，碳纳米管是一种具有特殊结构的材料。碳纳米管表现出良好的导电性，也有良好的导热性能，被巨大的压力压扁后，撤去压力，碳纳米管能立即恢复原状。根据上述信息判断，碳纳米管可以制作（　　）
A．电线的外皮 B．潜艇外壳 C．高铁的减震装置 D．消防外套
第Ⅱ卷（非选择题 70分）
二、填空题（5小题，每小题3分，共计15分）
1、如图1这个设想曾得到不少人的赞许，并把这个装置誉为“永动机”。
（1）请运用你掌握的知识，说明这个装置是否真能“永动”：______（填“能”、“不能”）；
（2）如图2是内燃机的能流图，请你填出图中“？”的内容：______。
2、我国的第一颗5G通信卫星已成功发射，这是我国核心技术的结晶。该卫星在太空所使用到的太阳能是________（“可再生”或“不可再生”）能源，它是通过________向地面传输信息的。
3、如图是小峰自制的调光小台灯，物体a应选择________（选填“铅笔芯”或“塑料细棒”）。闭合开关，向左移动夹子，小灯泡变亮，说明电阻的大小与导体的________有关。
4、清洁能源——氢气公交已在很多城市投入运营，它将氢气压缩后存储在钢瓶中作为车载燃料。氢气燃烧时，可以将_______能转化为_______能。已知氢的热值为，其物理意义是___________。
5、近年来，手机“微信”成为人们交流的一种方式，它是靠手机发射和接收的_____来传播信息的；在给手机充电的过程中，电能转化为_____能，人类是在能量的转化或转移的过程中利用能量，而能量的转化和转移是有_____的，因此可利用的能源是有限的。
三、计算题（5小题，每小题8分，共计40分）
1、建造设计师设计出了一种能漂浮在水中的城市,漂浮城市装有动力装置,可以移动,该漂浮城市三角形建筑的主体结构是中空的，强风能从中通过,可以确保当飓风来临时,把飓风对建筑的破坏降至最低．漂浮城市的表面安装有太阳能电池板，接收太阳能的功率为8.0×108W，请回答下列问题：
（1）假如某班级有40位中学生（每生质量约50kg）从岸上进入漂浮城市参观，则漂浮城市受到的浮力约增加多少？
（2）若三角形建筑空洞的面积为2.0×104 m2，某次飓风正好垂直于空洞的表面吹入，1S流入空洞的空气质量是1.92×106kg,该地的空气密度是 1.2kg/m3，求飓风的风速．
（3）若电池板吸收的太阳能只用来提供推动漂浮城市前进所需的能量．漂浮城市受到的水平方向的牵引力F随运动时间t的变化关系如图甲所示，漂浮城市运动速度v与时间t的关系如图乙所示．漂浮城市在匀速运动过程中，太阳能转化为机械能的效率为多少？
2、一个天气晴朗的正午，阳光直射，小明同学利用实验粗略测定太阳的辐射功率．他取一个截面积s=3×10-2m2的薄壁金属圆筒竖直在水平地面上，向筒内注入质量m=0.6kg的凉水，在阳光下照射2min后，水的温度上升了1℃.
（1）求水吸收的热量Q吸____=4.2×103J/ (kg·℃)]
（2）计算在阳光直射下，地球表面1m2的面积上1s内获得的太阳能___
（3）已知日地距离约为r=1.5×1011m，照射到大气顶层的太阳能只有约40%到达地面，请你估算太阳的辐 射功率____(半径为r的球其表面积为4πr2)
3、太阳能汽车就是利用太阳能电池将接收到的太阳能转化为电能，再利用电动机来驱动汽车的一种新型汽车．我国研制的一辆太阳能实验车，电池板的有效面积是S＝8 m2，太阳光照射到电池板每平方米面积上的辐射功率为P＝1 kW.在晴朗的天气，电池对着太阳时产生的电压为U＝120 V，并对车上的电动机提供I＝10 A 的电流，试问：
(1)该太阳能电池将太阳能转化为电能的效率是多少？
(2)如果这辆汽车的电动机将电能最终转化为机械能的效率为75%，当汽车在水平路面上以6 m/s的速度行驶时，它受到的牵引力是多大？
4、学校淋浴用的简易太阳晒水箱内装20℃的水60kg，水箱玻璃盖的面积为0.84m2，从有关资料查得，地球上与光线垂直的表面接收太阳辐射能为7.56×104J/（min m2）．这类水箱吸收太阳能的效率为50％，且水散热损失约为20％，若太阳光总能垂直射入玻璃盖，试计算4h后箱中的水的温度．[水的比热容为4.2×103 J/（kg ℃）]
5、太阳能热水器是把太阳能转化为内能的设备之一．某品牌太阳能热水器每小时平均接收4.2×106J的太阳能，在5小时的有效照射时间内，将热水器中质量为100kg、初温为26℃的水，温度升高到46℃．求：
(1)热水器中的水吸收的热量Q吸；[水的比热容c＝4.2×103J/(kg·℃)]
(2)热水器5小时有效照射时间内接收到的太阳能E；
(3)热水器5小时有效照射时间内接收到的太阳能，相当于完全燃烧多少天然气放出的热量？(天然气的热值q＝4.2×107J/m3)
四、实验探究（3小题，每小题5分，共计15分）
1、如图，是“比较水和食用油的吸热能力”的实验装置。图中相同的烧杯所装水和食用油的体积_____（选填“相同”或“不同”），用规格相同的电加热器使水和食用油在相同的时间内吸收相同的热量，观察和比较它们升高的温度，实验结果表明，质量相等的水和食用油，升高相同的温度时，_____不同，我们引入一个物理量_____来反映物质的这种吸热能力。在电加热过程中，电能转化为_____。
2、在“观察从斜面滑下的小车在水平面上的运动”活动中，小车在相同斜面顶端由静止释放，沿斜面下滑到达底端在毛巾、棉布和木板上向前运动一段距离，分别停在如图所示位置．
（1）小车在相同斜面顶端由静止释放，是为了使小车到达水平面时的_____相同．
（2）小车所受阻力越小，运动距离越远．如果运动的物体在_____的理想情况下，它将保持原来的速度一直运动下去．300多年前，伽利略曾采用类似的方法得出相同的推论．
（3）实验中，小车在棉布、木板表面克服阻力做功的功率分别是P1、P2，则P1___P2．（填“＞”、“=”或“＜“）
3、小刚在电了元件店发现有热敏电阻卖，他想探究热敏电阻阻值大小与温度的关系，就买了一个热敏电阻进行探究。
（提出问题）这个热敏电阻阻值大小与温度有什么关系？
（猜想与假设）
猜想一：这个热敏电阻的阻值随温度的升高而升高；
猜想二：这个热敏电阻的阻值随温度的升高而降低；
（设计实验）
为了验证猜想是否正确，小刚计划用如图所示的装置实验，验证上述猜想是否正确；
（进行实验与收集证据）
小刚组装好装置后，点燃酒精灯，闭合开关进行实验，电源电压不变，记录的数据如下表。
温度t/℃ 10 20 30 40 50 60 70
电流I/A 0.13 0.16 0.21 0.27 0.34 0.43 0.55
（分析论证）
通过分析实验数据，验证了猜想______是正确的；
（评估）
(1)烧杯中的液体应该选择________；
A．自来水 B．煤油 C．食盐水
(2)这个热敏电阻可能是_______制成的；
A．金属导体 B．绝缘体 C．半导体 D．超导体
(3)不用液体用酒精灯直接加热这个热敏电阻能完成这个实验吗？______，因为____________；
(4)如果想知道这个热敏电阻在不同温度下的具体阻值，还需要增加一个__________；
（拓展应用）
小刚想用这个热敏电阻和一个电压表改装成一个指针式温度计，设计的电路如图所示，要能直接在电压表刻度盘上读出相应的温度，若要使电压表的示数随温度的升高而增大，则应在图中的选填____（“ab” “bc”或“ac”）两端接入电压表。
-参考答案-
一、单选题
1、A
【详解】
A．由于热值是燃料的一种特性，只与燃料的种类有关，与燃料的质量和体积无关，所以返回器内剩余燃料的热值不发生变化，故A正确；
B．返回器返回过程中主要通过克服摩擦做功增加了外壳的内能，故B错误；
C．地面上的雪受热熔化过程中，吸收了热量，内能变大，但温度保持不变，故C错误；
D．返回器在返回过程中，能量的转化或转移的过程中遵循能量守恒定律，故D错误。
故选A。
2、B
【详解】
A．在热机的工作过程中，由机械能转化为内能的是压缩冲程，故A错误；
B．柴油机的效率比汽油机的高，主要是因为柴油机为压燃式，压缩的程度更高，气缸内温度更高，能量转化的程度更高，故B正确；
C．柴油机在吸气冲程中吸入气缸中的是空气，故C错误；
D．蓄电池充电时，电能转化为化学能，故D错误。
故选B。
3、D
【详解】
A．金属、大地是导体，陶瓷是绝缘体，故A错误；
B．绝缘体不易导电是因为绝缘体内部几乎没有自由电荷，故B错误；
C．导体是有用的，绝缘体也是有用的，故C错误；
D．导体和绝缘体间没有绝对的界限，有些绝缘体在一定条件下可以变为导体，如玻璃在常温下是绝缘体，在红炽状态下是导体，故D正确。
故选D。
4、B
【详解】
常见的半导体材料有：硅、锗、砷、镓等，芯片的核心部件是其中的电子芯片，是半导体硅制成的，故B符合题意。
故选B。
5、C
【详解】
A．酒精燃烧的过程是化学能转化为内能，故A错误；
B．由图乙可知，甲的沸点为100℃，所以，甲液体为水；由于单位时间内甲吸收的热量与乙吸收的热量相等，由乙图可知，质量相等的甲乙两种液体升高相同的温度甲吸收的热量是乙吸收热量的2倍，由 可知，乙的比热容为甲比热容的一半，即c乙=2.1×103J/（kg·℃），故B错误；
C．0-8min乙吸收的热量为与甲（水）吸收的热量相同为
故C正确；
D．乙从20℃加热至沸腾需要10min，吸收的热量
4g酒精完全燃烧放出的热量为
该酒精灯的加热效率为
故D错误。
故选C。
6、B
【详解】
按照物质的导电性能来分，材料有导体、绝缘体和半导体之分，制成发光二极管的主要材料是半导体，故B符合题意，ACD不符合题意。
故选B。
7、A
【详解】
A．陶瓷为绝缘体，故A错误，符合题意；
B．光导纤维传导的是激光信号，激光也是一种电磁波，故B正确，不符合题意；
C．超导体做输电导线，可以减小由电能到内能的损耗，提高传输效率，故C正确，不符合题意；
D．发光二极管是一种半导体材料，故D正确，不符合题意。
故选A。
8、C
【详解】
ABD．橡胶棒、塑料梳子、体温计（指玻璃外壳），通常情况下它们不容易导电，都属于绝缘体，故ABD不符合题意；
C．金属勺子是金属制品，容易导电，属于导体，故C符合题意。
故选C。
9、D
【详解】
橡胶、塑料都是很好的绝缘体材料，经常被用于导线的绝缘层、电工工具的手柄等地方；金属是很好的导体，经常被用于制造导线、用电器等。因此导体和绝缘体是同等重要的电工材料。故D符合题意。
故选D。
10、C
【详解】
A．碳纳米管表现出良好的导电性，而制作电线的外皮必须是绝缘体，故A错误；
BC．碳纳米管被巨大的压力压扁后，撤去压力，碳纳米管能立即恢复原状，其弹性很好，所以可以制作高铁的减震装置，潜艇外壳需要硬度大的材料，不能具有弹性，所以不能制作潜艇外壳，故B错误，C正确；
D．碳纳米管有良好的导热性能，消防外套的材料的隔热性很好，所以不能制作消防外套，故D错误。
故选C。
二、填空题
1、不能 散热损失
【详解】
（1）[1]不能。由于从上面流到下面水池过程中，用来打磨物体消耗能量，还有一部分重力势能转化为掉入水池中的水的动能，故流下来的水不能全部被抽送到上面的水池中。即流下来的水要比抽上去的水多，随着时间的推移，上面水池中的水越来越少，一段时间后便不再有水从上面流下来，所以这个装置不能够“永动”。
（2）[2]因为热机的大量能量会通过散热的方式损耗，因此图中“？”的内容表示散热损失。
2、可再生 电磁波
【详解】
[1]太阳能可以从自然界源源不断得到，是可再生能源。
[2]在太空的卫星是通过电磁波向地面传输信息的，虽然太空到地面间有真空，但电磁波可以在真空中传播。
3、铅笔芯 长度
【详解】
[1]因为铅笔芯是导体，塑料棒是绝缘体，所以应该将铅笔芯接入电路，灯泡才能发光。
[2]闭合开关，向左移动小夹子，小灯泡变亮，铅笔芯接入的长度变短，连入的铅笔芯电阻变小，电路中的电流变大，说明电阻大小与长度有关。
4、化学 内 1kg氢完全燃烧放出的热量是
【详解】
[1][2]氢气燃烧时，消耗化学能，产生内能，故氢气的化学能通过燃烧转化为内能。
[3]氢的热值是，表示的物理意义是：1kg氢完全燃烧放出的热量是。
5、电磁波 化学 方向
【详解】
[1]手机既是无线电发射台又是无线电接收台，在人讲话的时候，它用电磁波把信息发射到空中，同时它又能在空中捕获电磁波；靠手机发射和接收的电磁波来传递信息的。
[2]在给手机充电的过程中，消耗电能，产生化学能，所以是将电能转化为化学能的过程。
[3]自然界中的能量只会从一种形式转化为另一种形式，或从一个物体转移到另一个物体，能量的转化和转移是有方向的；因此可利用的能源是有限的。
三、计算题
1、（1）2.0×104N；（2）80m/s；（3）50%
【详解】
（1）因为漂浮城市漂浮在水面上，所以漂浮城市增加的浮力就是40位中学生的重力，
而G=mg=50kg×10N/kg=500N，
所以漂浮城市增加的浮力为：F浮=40G=40×500N=2×104N．
（2）由得，空洞内空气的体积：，
而空洞的面积为S=2.0×104m2，
空气移动的距离：，
由题意知，时间t=1s，
则飓风的风速：；
（3）根据运动速度v与时间t图象乙可知，漂浮城市做匀速直线运动，
其速度v=0.5m/s，所用时间t′=100s-50s=50s，
漂浮城市运动的路程：s=vt′=0.5m/s×50s=25m，
从F的大小与时间t的关系图象甲可知，50s到100s时，拉力F=8×108N，
则牵引力F做的功：W机=Fs=8×108N×25m=2×1010J．
太阳能电池板接收的太阳能：W太=Pt′=8.0×108W×50s=4×1010J，
则太阳能转化为机械能的效率：．
答：（1）漂浮城市受到的浮力约增加2×104N；
（2）飓风的风速80m/s；
（3）漂浮城市在匀速运动过程中，太阳能转化为机械能的效率为50%．
2、2.52×103J 700J/(m2· s) 4.95×1026W
【详解】
解答：(1)水吸热Q＝cm△t＝4.2×103×0.6×1J＝2.52×103J ；(2)地面每平方米每秒钟获得的能量E＝700J/(m2 s) ；(3)每平方米每秒钟，在大气顶层得到的太阳能为E0＝＝1750J/(m2 s) ，太阳辐射功率P＝E0 4πr2＝1750J/(m2 s)×4×3.14×(1.5×1011)2W＝4.95×1026W
【点睛】
（1）先根据Q＝cm△t求出水所吸收的热量，这是横截面积是3×10-2m2的圆筒在2min内获得的太阳能，再求出在阳光直射下，地球表面每平方米每秒钟获得的能量．（2）根据上题结果，求出每平方米每秒钟射到大气顶层的太阳能总量，再乘以4πr2，即求得太阳辐射的功率．
3、 (1)15%.(2)150 N.
【解析】
【分析】
（1）已知每平方米面积上能接收到太阳能的功率，还知道太阳能电池产生的电压和供电动机正常工作的电流，可求电动机工作时的功率，根据效率公式求太阳能电池将太阳能转化为电能的效率；
（2）根据效率的公式求出了电动机工作时的功率，已知电能转化为机械能的效率，可求电动机的输出功率；又知道速度，利用P=Fv求汽车的牵引力。
【详解】
（1）太阳能电池的面板接收到的太阳能的功率为：P太=PS=1×103W/m2×8m2 =8000W，
转化为太阳能汽车的电功率为P电=UI=120V×10A=1200W，
太阳能电池将太阳能转化为电能的效率：；
（2）汽车的机械功率为P机=P电×η2=1200W×75%=900W，当汽车匀速行驶时，，。
4、44.2℃
【分析】
太阳向地球辐射热量，辐射的热量没有全部被水吸收，吸收了50%，又损失了20%，也就是水吸收了太阳辐射热的50%的80%，列出等式求出水的温度变化量．
【详解】
7.56J/（min m2）表示每平方米的面积上，每分钟太阳辐射的热量为7.56所以0.84m2的面积上，4h太阳辐射到水箱处的能量：E＝7.56J/（min m2）240min0.84m2,
水吸收的热量为：Q吸＝cmt＝60kg4.2J/（kg ℃）,
Q吸＝E＝E，所以60kg×4.2×J/（kg ℃）× t＝7.56×J/（min m2）×240min×0.84m220），所以＝24.2.4h后水箱中水的温度是t＝2024.2＝44.2．
5、 (1) 8.4×106J；(2) 2.1×107J；(3) 0.5m3．
【解析】
热水器中的水吸收热量 因太阳能热水器每小时平均接收4.2×106J的太阳能，5小时有效照射时间内接收到的太阳能
； 得．
四、实验探究
1、不同 吸收的热量 比热容 内能
【详解】
[1]在“比较水和食用油的吸热能力”实验中，在两个相同的烧杯中应加入初温相同、质量相同的水和食用油，因为水和食用油的密度不同，所以根据可知食用油和水的体积不同。
[2][3]质量相等的水和食用油，升高相同的温度时，加热时间不相同，即吸收的热量不相同，说明水和食用油的吸热本领不相同，物理学中用比热容来表示不同物质的这种吸热能力。
[4]在电加热过程中，消耗电能，液体的内能增大，即将电能转化为内能。
2、速度 不受任何阻力 ＞
【详解】
（1）实验中，每次都让小车从同一个斜面的相同位置由静止开始滑下，是为了使小车到达斜面底端时具有相同的速度，这是控制变量法的要求．
（2）由实验现象可知，图中小车在不同材料表面滑行时，水平面粗糙程度越小，小车受到的阻力越小，小车运动的越远．
在此实验的基础上进行合理的推理，可以得到：运动物体不受任何阻力的理想情况下，它将保持匀速直线运动．
（3）因小车达到水平面时初速度相同，小车的动能相同，最终速度为0，小车的动能全部转化为内能，大小等于克服阻力做的功，故小车在棉布、木板表面上克服阻力做功相等，即W1=W2；但在木板表面滑行时间长，根据知木板表面功率小，棉布表面功率大，即则P1＞P2．
点睛：难点是最后一问的理解，小车达到水平面时初速度相同，即动能相同，小车静止时，动能全部做功转化为内能，即在不同表面上做的功相同，而运动时间不同，所以根据做功的公式可比较功率的大小．
3、二 B C 不能 不能准确测量热敏电阻的温度 电压表 ab
【详解】
[1]由实验数据可知，温度越高，通过电路的电流越大，由I=可知电路中的电阻越小，热敏电阻的阻值随温度的增加而减小，可以验证猜想二。
(1)[2]因为导线和电阻组成了电路，因此烧杯中的液体应该为绝缘体，因此应该选择煤油，故选B。
(2)[3]热敏电阻是由半导体材料制成的，故选C。
(3)[4][5]不用液体用酒精灯直接加热这个热敏电阻，不能完成实验，因为不能准确测量热敏电阻的温度。
(4)[6]想知道这个热敏电阻在不同温度下的具体阻值，由欧姆定律可知需要测量电阻两端的电压，需要增加一个电压表。
[7]因为热敏电阻随温度的升高而减小，而电压表的读数随温度的升高而增大，因此电压表应该并联在定值电阻两端，即ab两端。