沪科版九年级物理第二十章能源、材料与社会定向训练试题（含解析）

沪科版九年级物理第二十章能源、材料与社会定向训练
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、如表为几种物质在标准大气压下的熔点和沸点，则（　　）
物质 铁 水银 酒精 钨
熔点/℃ 1535 ﹣39 ﹣117 3410
沸点/℃ 2750 357 78 5927
A．铁在180℃时处于固液共存状态
B．用金属钨制作白炽灯的灯丝，是因为钨的熔点高
C．平原上可以用酒精温度计测量沸水的温度
D．黑龙江省北部地区最低气温可达﹣52.3℃，这时可用水银温度计测量当地气温
2、关于能量转化，下列说法中正确的是（　　）
A．电暖气正常工作时，主要是将电能转化为机械能
B．电风扇正常工作时，主要是将电能转化为内能
C．电动汽车在行驶过程中，发生的能量转化主要是将机械能转化为电能
D．人造卫星展开太阳能电池板，把太阳能转化为电能供给卫星用电器
3、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
4、节能环保是当今社会的主流。下列能源属于可再生能源的是（　　）
A．天然气 B．石油 C．风能 D．核能
5、下列说法中，正确的是（　　）
A．垃圾集中丢弃不分类 B．三插插头改成两插插头使用
C．倡导海绵城市建改 D．矿泉水喝两口就随意丢弃
6、下列物品中属于导体的是（　　）
A．干木头 B．硬币 C．塑料杯 D．柴油
7、关于能源、信息与材料，下列说法正确的是（　　）
A．核电站核反应堆发生的链式反应，速度是可以控制的
B．若用超导材料制造电烤火炉，发热效率更高
C．5G和4G通讯信号的电磁波在真空中传播的速度不相等
D．化石能源和风能都属于可再生能源
8、下列四种现象中，只发生能的转移而不发生转化的过程是（　　）
A．冬天，用手触摸户外的金属杆时的感觉很冷 B．烧水时，水蒸气顶起壶盖
C．给电动自行车的蓄电池充电 D．燃烧汽油，汽油机工作
9、下列关于能量转化的说法中错误的是（　　）
A．洗衣机工作时，电能主要转化为机械能
B．锂电池充电时，化学能转化为电能
C．绿色植物的光合作用将光能转化为化学能
D．太阳能电池板将太阳能转化为电能
10、2020年11月24日，我国搭载“嫦娥五号”月球探测器的长征五号火箭成功发射升空，液氢是长征五号运载火箭的主要燃料之一，其热值q氢=1.4×108J/kg，下列说法正确的是（　　）
A．用液氢作为燃料，是因为其热值大
B．火箭升空过程中，液氢的热值不断减小
C．燃烧5g液氢产生7×108J的热量
D．液氢燃烧过程是内能向机械能转化
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、导体之所以容易导电，是因为导体内存在大量的______。常温下，玻璃属于______（选填“导体”或“绝缘体”），烧红的玻璃______（选填“能”或“不能”）导电，这说明导体和绝缘体之间在一定的条件下可以相互转化。
2、2021年6月17日，我国运载火箭将“神舟十二号”载人飞船准确送入预定轨道。如图为火箭发射的场景，火箭的燃料使用了液态氢，主要是因为它的___________大，火箭发射升空时，燃料的化学能转化为___________能，再转化为火箭的机械能，这个过程中火箭的机械能___________（选填“守恒”或“不守恒”）。
3、天然气是一种清洁燃料，广州市公交车和出租车拟用天然气来代替柴油或汽油。天然气是______（填“可再生”或“不可再生”）能源，它燃烧时释放的内能转化为汽车的______ 能。已知天然气的热值为7×107 J/m3，当出租车某段行程消耗2m3天然气所释放的热量为______ J（假设天然气完全燃烧）。
4、如图所示是发光二极管，当电流从较长的引脚流入时，发光二极管中有电流通过且发光；如果将较短的引脚连接电源的正极，电路处于_______（填“短路”或“断路”）状态，这说明发光二极管具有________导电性．
5、通常情况下，下列物品中属于导体的是______，属于绝缘体的是______（只填序号）。
①塑料尺、②铅笔芯、③盐水、④橡皮擦
三、计算题（5小题，每小题8分，共计40分）
1、杠杆在我国古代早就有了许多巧妙的应用，如汲水的桔槔（如图甲所示）。人们在竖立的架子上支起一根长直杆，直杆的一端用绳子悬挂水桶，另一端用绳子悬挂石块作为配重。人用力向下拉绳，将桶放入井内打水，放手后这桶水在配重的作用下被向上提起。将桔槔的直杆、支架、水桶、配重这个整体看作一个系统，当系统内只有重力或弹力做功时，系统内物体的动能和势能发生相互转化，但系统的机械能总量保持不变，这个规律叫机械能守恒定律。 其中动能用“Ek”表示， ；重力势能用“Ep”表示， 。 如图乙所示是桔槔的简化示意图，将直杆看作是绕支点 O 转动的杠杆，其 A 点悬挂水桶，B 点悬挂配重。若 OA＝2OB，当水桶装满水时，水和桶的总质量 m=15kg。若不计杠杆自重、摩擦及空气阻力，g 取 10N/kg，求：
(1)水和桶受到的总重力；
(2)若杠杆刚好能在水平位置平衡，配重的质量；
(3)水桶上升 1m，水和桶的重力势能增加了多少J；
(4)将配重更换为 40kg 后，用手将杠杆保持在水平位置静止，松手后杠杆随即顺时针转动。整个过程配重未触地，水未溢出。请计算当配重下降 0.5m 时，水桶运动的速度。
2、简易太阳能热水器的受光面积1.4m2，内装80kg水，太阳每分钟辐射到1m2面积上的热量是8×104J，如果60%的热量被水吸收，问：20℃的水晒3h后水温升高到多少摄氏度？（水的比热容是4.2×103J/（kg ℃）
3、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)小明家将太阳能转化的电能储存到电源中，给热水壶和电暖气供电。开关S控制电路中所有用电器，开关S1控制热水壶的加热电阻R1（“220V 484W”），开关S2控制电暖气的加热电阻R2（“220V 2420W”）。闭合所有开关，R1 R2同时工作，R1每分钟放出2.4×104J的热量，求R2的实际功率；（R1和R2的阻值不随温度变化）
(3)已知在一段时间内，垂直于太阳光的1m2面积上每1秒接收的太阳能为500J，如图所示，太阳光与水平面夹角为60°，面积为4m2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分钟内通过该太阳能电池板获得的电能。
4、太阳能热水器是把太阳能转化为内能的设备之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20℃的水温度升高到40℃．（煤气的热值q=4.2×J/kg，假设煤气燃烧放出的热量全部被水吸收）求：
（1）热水器中的水吸收的热量Q_____；[水的比热容C水=4.2×103J/（kg ℃）]
（2）热水器5小时内接收到的太阳能E____；
（3）热水器的效率η____；
（4）若改用煤气来加热这些水，需要完全燃烧多少千克煤气_____？
5、热电站既能发电，又能供热，随着热电站技术不断更新，煤的燃烧程度比传统火电站更充分。为深入了解，同学们对某热电站进行调查，获取的信息如下：
(1)①4000t煤完全燃烧放出多少热量？②20h发电多少千瓦时？(q煤＝3×107J/kg)
(2)该热电站的能量利用率是多少？（百分号前保留一位小数）
(3)请你结合以上信息，写出两种提高热电站能量利用率的方法。
四、实验探究（3小题，每小题5分，共计15分）
1、右图是一个电池的示意图，该装置可产生气体和电流．老师告诉同学只要用两种不同的导体做电极，用水果代替实验中的稀硫酸也可以组成一个电池，产生电流的原理是一样的．同学们很感兴趣，在课外实验中，同学们进行了水果电池的制作，记录了以下的实验数据：不同电极时单个西红柿水果电池的电流和电压：
注：除电极材料不一样外，其它实验条件相同，请回答以下问题：
（1）上述装置中能量的转变是从________ 能转变为电能．该实验经过一段时间后溶液pH的变化是________ （增大、减小、不变），质量减少的电极是________
（2）假如仅改用镁片和碳棒做电极，其它实验条件不变，根据上表的实验数据，你猜想产生的电压应比表中三种电池产生的电压________ （选填“都大”、“都小”、“处在它们之间”或“无法判断”）．
（3）将三个用碳棒和锌片做电极的单个水果电池串联起来，将铭牌为“2.5V 0.3A”的一个小灯泡串联接入该电路，开关闭合后，小灯泡并不正常发光，原因是 ________
2、如图所示，这是一个著名物理学家发现一个伟大定律的实验装置！仔细观察后回答：
（1）如图，装置中的两个配重重力不等，释放后大配重下降，小配重上升；通过反复对调左右两个配重，会使动叶轮不停地转动，从而导致热量计中水的温度_____（填变化情况），原因是_____，实现的能量转化是：_____．
（2）科学家某次实验测得数据如下：小配重重力G小=100N．大配重重力G大=520N，每升降一次配重各自移动的距离h=1m，热量计中水的质量m=500g，升降次数与水温变化的关系如下表所示：
升降次数 1 2 3 4 5 6
温度变化/℃ 0.2 0.39 0.59 0.78 0.98 1.18
通过分析数据（只需分析一次实验），叶轮对水做功_____J，水吸收热量_____J，科学家得出了结论：在上述现象中能量是_____的！
本实验误差主要来源于克服摩擦做功消耗一部分能量．这个著名物理学家叫焦耳！这个伟大的定律叫能量守恒！刚才你所经历的正是这个伟大工作的一个缩影．由此可以看出实验结论是建立在大量的实验的基础上．
3、（1）有A、B、C三个轻质小球，已知A与用丝绸摩擦过的玻璃棒互相排斥，当A靠近B时，它们相互吸引，B球靠近C球时，它们相互排斥，由此可知B球带______电，C球带______电。
（2）如图1所示在开关和小灯泡之间连着两个金属夹A和B，在金属夹之间分别接入①硬币、②铅笔芯、③橡皮、④塑料尺，闭合开关后，在A、B接入______小灯泡能发光（填序号），这些能让小灯泡能发光物体是______（填“导体”或“绝缘体”）。
（3）如图2所示为冬天人们常用的一种电热暖手宝，为了使用时更加安全，它的内部采用了双重温控保护开关，两个温控开关应是______（选填“串联”或“并联”）起来使用的。
（4）如图3所示电路：
①闭合开关后电路将______（选填“通路”或“断路”或“短路”）；
②去掉导线a后，电路是______联电路；
③改变a、b、c三根导线中一根的接法，使电路成为并联电路______（先在原导线上打“×”，后用笔画线代替导线画出符合要求的导线）。
-参考答案-
一、单选题
1、B
【详解】
A．铁的熔点为1535℃，所以铁在180℃时是固态，故A错误；
B．因为金属钨的熔点高，因此用钨做白炽灯的灯丝，故B正确；
C．沸水的温度为100℃，如果用酒精温度计去测量沸水的温度时，还没等达到水的沸点，酒精已经沸腾了，无法测出沸水的温度，故C错误；
D．黑龙江北部地区最低气温可达﹣52.3℃，水银的凝固点为﹣39℃，没等到测出当地气温，里面的水银已经凝固了，无法使用，故D错误。
故选B。
2、D
【详解】
A．电暖气正常工作时，利用电流的热效应将电能转化为内能使周围温度升高，故A错误；
B．电风扇正常工作时，将电能转化为机械能，带动扇叶转动，故B错误；
C．电动汽车在行驶过程中，将电能转化为机械能，故C错误；
D．造卫星展开太阳能电池板，把太阳能转化为电能供给卫星用电器，故D正确。
故选D。
3、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。
4、C
【详解】
A．天然气在短时间内无法再生，是不可再生能源，故A不符合题意；
B．石油在短时间内无法再生，是不可再生能源，故B不符合题意；
C．风能可以源源不断地从自然界获得，是可再生能源，故C符合题意；
D．因核燃料是一种矿物资源，属于不可再生资源，故核能是不可再生能源，故D不符合题意。
故选C。
5、C
【详解】
A．垃圾集中丢弃不分类，既造成环境污染，又造成能源浪费。故A错误；
B．三插头改成两插插头使用，虽然不影响用电器的正常使用，但可能造成人体触电。故B错误；
C．倡导海绵城市，有利于缓解城市发展压力，有利于城市的可持续发展。故C正确；
D．矿泉水喝两口就随意丢弃，既造成环境污染，又造成能源浪费。故D错误。
故选C。
6、B
【详解】
ACD．干木头、塑料杯和柴油都不容易导电，属于绝缘体，故ACD不符合题意；
B．硬币容易导电，属于导体，故B符合题意。
故选B。
7、A
【详解】
A．核电站是核裂变的应用，核反应堆中发生的链式反应，速度是可以控制的，故A正确；
B．超导体是指某些材料当温度降低某个值时，电阻变为0，由于其电阻为0，由焦耳定律可知，电流经过超导体时不会发热，故B错误；
C．5G和4G信号都是利用电磁波传播信息的，所以它们在真空中的传播速度相同，都是3×108m/s，故C错误；
D．化石能源是经过漫长的岁月由太阳能转化而成的能源，不能短时间补充，所以是不可再生能源，故D错误。
故选A。
8、A
【详解】
A．冬天，用手摸户外的金属杆时手感觉到冷，是利用热传递来改变物体内能的，属于能量的转移，故A符合题意；
B．烧水时，水蒸气顶起壶盖，是利用内能做功，水蒸气的内能转化为壶盖的机械能，属于能量的转化，故B不符合题意；
C．给电动自行车的蓄电池充电，将电能转化为化学能，属于能量的转化，故C不符合题意；
D．汽油机工作时，汽油燃烧释放出大量内能，利用内能做功，将内能转化为机械能，属于能量的转化，故D不符合题意。
故选A。
9、B
【详解】
A．洗衣机的主要部件是电动机，是把电能转化为机械能，少量转化为内能，故A正确，不符合题意；
B．锂电池充电时，消耗电能，获得化学能存储起来，是将电能转化为化学能，故B错误，符合题意；
C．植物光合作用是把光能转化为化学能，故C正确，不符合题意；
D．太阳能电池板可以将太阳能直接转化为电能，故D正确，不符合题意。
故选B。
10、A
【详解】
A．用液氢作为燃料，是因为液氢的热值较大，与其它燃料相比，燃烧相同质量的液氢放出的热量更多，故A正确；
B．燃料的热值是燃料本身的一种属性，与燃料的质量无关，故可知火箭升空过程中，液氢的热值不变，故B错误；
C．由题意可知，燃烧5g液氢产生的热量为
Q=mq=0.005kg×1.4×108J/kg=7×105J
故C错误；
D．液氢燃烧过程中，燃料的化学能转化为内能，故D错误。
故选A。
二、填空题
1、自由电荷 绝缘体 能
【详解】
[1]有的物体容易导电，叫做导体。导体之所以容易导电，是因为导体内存在大量的自由电荷。
[2][3]不容易导电的物体叫绝缘体。常温下，玻璃不容易导电，属于绝缘体。导体和绝缘体之间没有绝对的界限，烧红的玻璃能导电，这说明导体和绝缘体之间在一定的条件下可以相互转化。
2、热值 内 不守恒
【详解】
[1]由于液态氢的热值较大，单位质量的液态氢完全燃烧时所放出的热量大，因此运载火箭中，采用液态氢作燃料。
[2][3]火箭升空时，燃料燃烧过程中，是燃料的化学能转化为燃气的内能，又将内能转化为火箭的机械能，由于这个过程中，燃料燃烧的内能转化为火箭的机械能，因此火箭的机械变大，机械能不守恒。
3、不可再生 机械
【详解】
[1]煤、石油、天然气属化石能源，随着使用不断减少，短时间内从自然界得不到补充，因此属于不可再生能源。
[2]天然气在燃烧时，燃料的化学能转化成内能，内能又转化为汽车的机械能。
[3]天然气完全燃烧放出的热量
4、断路 单向
【详解】
[1][2]在电路中，电流只能从二极管的正极（较长的引脚）流入，负极（较短的引脚）流出。当电流从较长的引脚流入时，发光二极管中有电流通过，使其发光，如果电流从较短接线脚流入，二极管将不发光，处于断路状态，说明二极管的单向导电性。
5、②③ ①④
【详解】
[1]铅笔芯、盐水容易导电，是导体。
[2]塑料尺、橡皮擦不容易导电，是绝缘体。
三、计算题
1、 (1)150N；(2)30kg；(3)150J；(4)2m/s
【详解】
(1) 水和桶受到的总重力为
(2) 根据杠杆平衡条件可得配重的重力为
配重的质量为
(3) 水和桶的重力势能增加了
(4)配重减少的重力势能转化为桶和配重的动能以及桶的重力势能，所以
由于 OA=2OB，所以
于是
答：(1)水和桶受到的总重力为150N。
(2)若杠杆刚好能在水平位置平衡，配重的质量为30kg。
(3)水桶上升 1m，水和桶的重力势能增加了150J 。
(4)当配重下降 0.5m 时，水桶运动的速度为2m/s。
2、56℃
【分析】
先求出太阳在3h，1.4m2放出的热量，然后再求出水总共吸收的热量，利用热量公式求出温度差，再加上初始温度便是水晒后的温度了．
【详解】
Q放＝8×104J/（m2 min）×1.4m2×3×60min＝2.016×107J
Q吸＝Q放×60%＝1.2096×107J由Q吸＝cm△t得，△t＝＝＝36℃
T＝20℃+36℃＝56℃
3、 (1)地面应用时有间歇性，在晚上或阴雨天不能或很少发电或者目前成本相对较高；(2)2504W；(3)
【详解】
(1)太阳能发电的缺点有：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)由可得R1和R2的阻值分别为
由题意可知，闭合所有开关后，R1 R2并联，电路的总电阻
电路消耗的总功率
R1每分钟放出2.4×104J的热量，由可得R1消耗的实际功率
则R2的实际功率
(3)已知垂直于太阳光的1m2面积上每1秒接收的太阳能为500J，则太阳光与水平面夹角为60°时，面积为4m2的太阳能电池板竖直放置在1分钟内接收到的太阳能
太阳能电池板将太阳能直接转化为电能的效率为20%，则通过该太阳能电池板获得的电能
答：(2)R2的实际功率是2504W；
(3)1分钟内通过该太阳能电池板获得的电能是。
4、8.4×106J； 2.1×107J 40% 0.2kg
【分析】
（1）知道水的质量、初温、末温和比热容，根据求出在5小时内热水器中的水吸收的热量；
（2）根据题意求出热水器5小时内接收到的太阳能：
（3）利用求出热水器的效率；
（4）根据题意求出煤气完全燃烧释放的热量，利用求出需要煤气的质量．
【详解】
（1）在5小时内热水器中的水吸收的热量：；
（2）热水器5小时内接收到的太阳能：；
（3）热水器的效率：
（4）煤气完全燃烧释放的热量：，由可得，需要煤气的质量：
答：（1）在5小时内热水器中的水吸收的热量为8.4×106J；
（2）热水器5小时内接收到的太阳能为2.1×107J；
（3）热水器的效率为40%；
（4）若改用煤气来加热这些水从20℃升高到40℃，需要完全燃烧0.2kg的煤气．
【点睛】
本题考查了吸热公式和效率公式、燃料完全燃烧释放热量公式的应用，是一道较为简单的计算题．灵活运用公式是关键．
5、 (1)①1.2×1014 J；②3.6×1013 J；(2) 58.3%； (3)①使燃料燃烧更充分；②提高发电效率；③提高废弃（或“废气”）的能量利用率
【解析】（1）①根据得：
4000t煤完全燃烧放出的热量为： ；
②20h发电量为： ；
（2）有效利用的能量为：
利用率为：
（3）提高热电站能量利用率的方法有：
①使燃料燃烧更充分，则相同的燃料释放的内能更多，可以提高利用率；
②提高发电效率；
③提高废弃（或“废气”）的能量利用率等。
故答案为：(1)①1.2×1014 J；②3.6×1013 J；(2) 58.3%； (3)①使燃料燃烧更充分；②提高发电效率；③提高废弃（或“废气”）的能量利用率
四、实验探究
1、化学 增大 锌电极 都大 由于内阻太大，与该灯串联后，灯分得的电压过小，实际功率太小无法使灯泡正常发光
【详解】
(1)电池的工作原理，实质发生了Zn和稀硫酸的反应，所以此能量有化学能转变为电能．由于稀硫酸参与了化学反应，所以稀硫酸中的氢离子的逐渐减少，PH值逐渐增大．锌失去电子，所以质量逐渐减少．(2)根据表中给的信息Cu 0.6V；Fe 1.2V；Zn 1.3V；可以推测，随着金属活动性越强，产生的电压越大，所以Mg产生的电压应越大．(3)将三个用碳棒和锌片做电极的单个水果电池串联起来由于内阻太大，与该灯串联后，灯分得的电压过小，实际功率太小无法使灯泡正常发光．
【点睛】
此题考查了原电池的工作原理，能量之间的相互转化，以及金属活动顺序强弱，溶液的酸碱性与PH值的关系等一道综合题．解答过程中，熟悉原电池的工作原理是关键，同时结合金属活动性顺序进行大胆的推理、猜测，定能得出结论．
2、升高 对水做功，水的内能增加 机械能转化为内能 420 420 守恒
【详解】
（1）通过反复对调左右两个配重，会使动叶轮不停地转动，从而导致热量计中水的温度升高；这是因为对水做功，水的内能增加；能量的转化为机械能转化为内能．
（2）小配重重力G小=100N，大配重重力G大=520N，合力为420N，每升降一次配重各自移动的距离h=1m，即绳子一端移动的距离是1m，叶轮对水做的功（消耗的机械能）：W=G h=420N×1m=420J；由表格知，升降一次水温升高0.2℃，水吸收的热量（增加的内能）：Q吸=cm△t=4.2×103J/（kg ℃）×0.5kg×0.2℃=420J；所以，W=Q吸，即可得出了结论：在上述现象中能量是守恒的．
3、负 负 ①② 导体 串联 短路 串
【详解】
（1）[1][2]A与用丝绸摩擦过的玻璃棒互相排斥，由电荷间相用规律可知，A带正电，当A靠近B时，它们相互吸引，故B带负电或者不带电；而B球靠近C球时，它们相互排斥，故因此说明B、C都带负电。
（2）[3][4]常见的导体包括：人体、大地、各种金属、酸碱盐的溶液等，提供的材料中硬币和铅笔芯是导体，因此接入后小灯泡能发光。
（3）[5]①电热暖手宝采用双重温控保护开关，两个开关相互影响的，只有同时闭合才行，故应该是串联。
（4）[6]①开关闭合后，电流从电源正极开始不经过用电器，直接流回电源负极，因此开关闭合后电路为短路现象。
[7]②去掉导线a后，电流从电源正极依次经过开关和两个灯泡，因此此时两个灯泡串联连接。
[8]③并联电路，电流路径有两条，即电流从电源正极分别经两个灯泡流回电源负极；因此将导线c改接灯泡的另一个接线柱，如下图：