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第16章：粒子和宇宙-2023-2024学年初中物理单元培优提升题型练习（北师大版）
一、单选题
1．关于能源和信息的说法不正确的是（ ）
A．核电站是利用链式反应释放的核能直接来发电
B．太阳能来源于太阳内部的聚变热核反应，它是一次能源也是可再生能源
C．我国自主建立的北斗卫星定位系统是利用超声波传递信息的
D．光纤通讯是利用激光在光导纤维中不断反射传递信息
【答案】C
【详解】A．核电站是利用核反应堆的链式反应释放的核能直接来发电，故A正确，不符合题意；
B．太阳能是一次能源也是可再生能源，能量来源于太阳内部的聚变热核反应，故B正确，不符合题意；
C．我国自主建立的北斗卫星定位系统是利用电磁波传递信息的，故C错误，符合题意；
D．光纤通讯是利用激光在光导纤维中不断发生全反射来传递信息，故D正确，不符合题意。
故选C。
2．能源是人类生存和发展的基础，下列有关能源的说法中正确的是（ ）
A．水能、风能、以及化石能源实际上都是间接来自太阳能
B．能量的转化和转移是有方向的，能量在转化或转移的过程中总量会减少
C．煤、石油、天然气、地热能均为不可再生能源
D．目前核电站核反应堆中发生的链式反应是可控的，是通过聚变反应获得核能
【答案】A
【详解】A．太阳孕育了地球的生命，煤，是植物在地壳运动中被埋所形成的、水能等能源都是间接来自太阳能，故A正确；
B．根据能量守恒定律可知，能量在转化或转移的过程中总量保持不变，故B错误；
C．煤、石油，天然气属于化石能源，在短期内无法再生，地热能是可再生能源，故C错误；
D．目前的核电站是通过核裂变反应来获得核能，故D错误。
故选A。
3．如图所示，关于分子动理论的基本观点，以下反映分子间有作用力的是（ ）
A． 液体扩散
B． 金块中的金原子
C． 两个铅柱不分开
D． 四溢的花香
【答案】C
【详解】A．图中液体静放一段时间，会看到原来有明显分界面的液体混合均匀，这是扩散现象，说明分子在不停地做无规则运动，故A不合题意；
B．如图金块中的金原子，说明金是由原子组成的，原子之间存在间隙，故B不合题意；
C．图中两个铅柱不分开，是由于分子间存在相互作用的引力，故C符合题意；
D．四溢的花香是扩散现象，说明分子在不停地做无规则运动，故D不合题意。
故选C。
4．如图所示是物质在三种不同状态下的分子模型，下列说法正确的是（ ）
A．甲图中分子间距较大，分子之间作用力几乎为零
B．乙图中分子无固定排列，组成的物质具有流动性
C．丙图中分子间距最近不易被压缩容易被拉伸
D．若某物体的分子排列情况经过某一个过程由甲图变为丙图，则该物体内能增大
【答案】B
【详解】A．甲图是液体分子的模型，分子排列杂乱，分子间距较大，分子间的作用力较弱，但不为0，宏观特征是具有一定的体积，但没有固定的形状，故A错误；
B．乙图是气体分子的模型，分子无固定排列，分子间作用力几乎为零，分子运动剧烈；组成的物质具有流动性，故B正确；
C．丙图固体分子的模型，分子间距离最小，分子间的作用力最大，有固定的形状和体积，不易被压缩、拉伸，故C错误；
D．物质由甲状态变为丙状态即液态变成固态，是凝固过程，需要放热，内能减小，故D错误。
故选B。
5．下列关于能源的说法错误的是（ ）
A．核能和太阳能都是一次能源
B．核电站的核心设备是反应堆，反应堆中发生的是链式反应
C．聚变也称为热核反应，氢弹利用的就是聚变在瞬间释放的核能
D．风能、水能、电能都是可再生能源
【答案】D
【详解】A．核能和太阳能都可以从自然界直接获取，属于一次能源，故A正确，不符合题意；
B．核电站的核心是放置核燃料的反应堆，是利用反应堆中的核燃料发生可控制的链式反应来获取稳定的能量的，故B正确，不符合题意；
C．核聚变需要超高温条件下才能发生，所以核聚变也称为热核反应，热核反应瞬间会释放出巨大的能量，这就是氢弹的原理，故C正确，不符合题意；
D．风能、水能属于一次能源中的可再生能源，电能属于二次能源，不属于可再生能源，故D错误，符合题意。
故选D。
6．如图甲乙是某便携式薄膜太阳能发电书包，该书包给人们带来了全新体验。对于该书包，下列说法错误的是（ ）
A．太阳能来源于太阳内部发生的核裂变
B．该书包肩带很宽，背起来感觉很舒适，这是由于增大受力面积可以减小压强
C．该书包带有两个USB接口，利用该书包给手机充电时，此时书包相当于电源
D．某时刻，该太阳能发电书包的发电功率为10W，接收太阳能的功率为50W，则该过程中光电转化效率为20%
【答案】A
【详解】太阳内部发生的是核聚变产生能量，故A错误，符合题意；
B．该书包肩带很宽，增大了受力面积，减小压强，故B正确，不符合题意；
C．利用该书包给手机充电时，书包提供电能，相当于电源，故C正确，不符合题意；
D．该过程中光电转化效率为
故D正确，不符合题意。
故选A。
7．劳动课已经成为大中小学的一门独立课程。小明同学积极参加家务劳动，利用双休日时间学做红烧肉。关于做这道菜的过程中涉及的物理知识，下列判断正确的是（ ）
A．切肉的锋利刀刃可以增大压力 B．用铁锅烧肉是因为铁的比热容大
C．做菜过程中肉的内能一直保持不变 D．天然气燃烧时将化学能转化为内能
【答案】D
【详解】A．切肉的锋利刀刃，通过减小受力面积可以增大压强，故A错误；
B．用铁锅烧肉是因为铁的比热容小，且是热的良导体，故B错误；
C．做菜过程中肉吸收热量，内能逐渐增大，故C错误；
D．天然气燃烧时，发生化学反应，同时释放出热量，所以是将化学能转化为内能，故D正确。
故选D。
8．关于太阳能及其利用，下列说法正确的是（ ）
A．太阳能来自于太阳内部进行的热核反应
B．太阳能是清洁的二次能源
C．太阳能是我们今天所用全部能量的源泉
D．太阳能电池板将太阳能转化为化学能
【答案】A
【详解】A．太阳能来自于太阳内部原子核进行的核聚变释放的能量，即热核反应；故A正确；
B．太阳能是清洁能源，且能从自然界直接获取应用，是一次能源，故B错误；
C．地球大多数能源来自太阳能，但核能、潮汐能、地热能不是来自太阳，所以我们今天所用全部能量不是都源自太阳能，故C错误；
D．太阳能电池板将太阳能转化为电能，故D错误。
故选A。
9．随州日报2023年5月25日报道了国能长源随州发电有限公司“风光水火储”综合发展的良好势头。风电、光电、水电、火电、储能多向发力，公司全面投产后预计年发电量可达60亿度。随县光电400MW项目只是公司的一部分。下列说法正确的是（ ）
A．“度”是电功率的单位，“MW”是电功的单位
B．60亿度即度，400MW即W
C．利用煤炭进行火力发电时，只要注意节约不浪费，发电效率可以达到100%并且不会对环境造成任何污染
D．风能、水能、太阳能可以从自然界中不断获得，属于可再生能源
【答案】D
【详解】AB．度是电功单位，1度就是，60亿度是度，MW是兆瓦，功率的单位
故AB错误；
C．利用煤炭进行火力发电时，总伴随着热散失，发电效率不可能达到100%，且火力发电对环境有较大的污染，故C错误；
D．风能、水能、太阳能都可从自然界源源不断的得到补充，是可再生能源，故D正确。
故选D。
10．目前，男子撑杆跳世界纪录（6.18m）比跳高世界纪录（2.45m）高很多，从能量的角度分析，原因之一是在“举腿引体”过程中（ ）
A．利用了人体的惯性
B．人体的生物能转化为了重力势能
C．人体的重力势能转化为了动能
D．人体的动能转化为了撑杆的弹性势能
【答案】B
【详解】A．在“起跳”的过程中，利用了人体的惯性，运动员继续向前运动；但在举腿引体的过程中，利用的是能量的转化，不是利用惯性，故A不符合题意；
BCD．撑杆的弹性势能转化为人的动能，人在上升的过程中，人的速度变小，质量不变，动能减小，人的质量不变，高度变大，重力势能变大，动转化为了重力势能；在举腿引体的过程中，人的生物能转化为人的重力势能，使得人继续向上运动，所以跳的更高，故B符合题意，CD不符合题意。
故选B。
二、填空题
11．目前我县正在兴建的孤山水电站，针对大坝涉及的物理知识，回答：水电站是利用 转化为 能的原理。如果是你负责建设水电站选址，从能量转换角度你将选择如图所示的地址 （选填“甲”或“乙”）。
【答案】 机械 电 乙
【详解】[1][2]水电站的工作原理是水下落时重力势能转化为的动能，推动水轮机转动，转化为电能。
[3]建设水电站选址时，从能量利用角度来看，选择图所示的乙址；原因是乙址与甲址相比，乙址的地势低，与水库的水位落差更大；在水的质量一定时，以乙址为参照面，水库中的水相对于乙址的重力势能更大，下落时，转化成的动能更多，推动水轮机发的电也更多。
12．阅读下列材料，回答问题。
材料一：风电技术是利用风力带动风车叶片旋转，并通过增速机将转速提高，从而带动风机内的发电机发电，通过电缆输送到升压变压器提升电压后，再由高压输电线路输送给用户，见图甲。
材料二：光伏发电的主要原理是半导体的光电效应。光电效应是指某些物质在高于特定频率的电磁波照射下，内部的电子逸出而形成电流。图乙为某光伏发电系统简化电路图，当太阳光照射太阳能电池板时可发电。发电后可向蓄电池充电，当夜晚来临时，蓄电池向用电器供电。
（1） 光伏发电是指太阳能电池板将太阳能转化为 能，再通过蓄电池转化为化学能储存起来。图乙中，当开关S1 闭合、S2 断开时，电路中的电源是 （选填“太阳能电池板”或“蓄电池”）；
（2）小丽查阅资料得知，太阳能电池板每平方米的发电功率为P，若她家装了一块面积为S的太阳能电池板，一天光照时间为T，其产生的电能为 ，这些能量相当于质量为 的煤完全燃烧释放的能量（以上两空结果用字母表达）（不计能量损失，煤的热值为q煤 ）
【答案】 电 太阳能电池板 PST
【详解】（1）[1][2]太阳能电池板将太阳能转化电能，再通过蓄电池将电能转化为化学能储存起来；当太阳光照射太阳能电池发电时，控制器发射控制信号将开关S1闭合、S2断开，太阳能电池向蓄电池充电，电路中的电源是太阳能电池板。
（2）[3]太阳能电池板每平方米的发电功率为P，太阳能电池板一天接收的太阳能为
W=PST
[4]不计能量损失，煤的热值为q煤，根据
W=Q=mq煤
这些能量相当于完全燃烧煤的质量
13．2022年的冬奥会，奥运火炬变身为“微火”，更好的践行绿色环保的理念。微火炬的氢燃料燃烧时，化学能转化为 能和光能。已知氢的热值为1.4×108J/kg，若完全燃烧20g的氢，所放出的热量为 J。
【答案】 内 2.8×106
【详解】[1]微火炬的氢燃料燃烧时，发出光和热，将化学能转化为内能和光能。
[2]完全燃烧20g氢放出的热量
14．卡塔尔世界杯上呈现许多中国元素，其中的哈尔萨光伏电站就是中国电力建设集团承建，为世界杯所有场馆提供绿电，这些电能全部来自多哈以西约80公里荒漠中的200万块太阳能电池板。据查：1平方米的晶硅太阳能板的电功率为120瓦，每天发电时间8小时。太阳能电池板给蓄电池充电时， 能转化 能；如果100m2的太阳能板发电一天的能量用燃烧天然气来提供，需要 m3天然气。（天然气的热值q＝3.6×107J/m3）
【答案】 电 化学 9.6
【详解】[1][2]利用太阳能电池板给蓄电池充电时，电池板将太阳能转化电能，再转化为化学能，这样就可以将能量储存起来供需要时使用。
[3]100m2的太阳能板发电一天的能量
Q=W=100×120W×8×3600s=3.456×108J
需要天然气的体积
15．如图是中国自主设计、建造的全超导托卡马克核聚变实验装置东方超环（简称EAST）的原理图，它在1亿度超高温度下运行了近10秒。
（1）该装置被称为“人造太阳”，其反应原理与太阳类似，通过核 （选填“聚变”或“裂变”）释放巨大的核能；
（2）该装置中，用通电线圈产生的磁场将超高温等离子体约束在磁场中，这是利用了电流的 ；为了产生强磁场，线圈中需要很大的电流，若线圈有一定电阻，则线圈流过大电流后会产生大量热量，这是因为电流具有 （以上两空均选填“热效应”或“磁效应”）。所以该装置的线圈使用超导材料绕制，这些线圈工作在零下296摄氏度的超低温中，从而实现超导，处于超导状态时的线圈的电阻为 ；
（3） “人造太阳”加热功率超过，若利用“人造太阳”发电，发电效率为60%，则每小时发电量达 。
【答案】 聚变 磁效应 热效应 0
【详解】（1）[1] 太阳内部进行着核聚变，由氢原子核聚变成氦原子核，释放出核能。“人造太阳”的反应原理与太阳相似，通过核聚变的途径释放出巨大能量，从而获得高温。
（2）[2]根据奥斯特实验可知通电导线周围存在磁场，由此可知该装置中，用通电线圈产生的磁场将超高温等离子体约束在磁场中，这是利用了电流的磁效应。
[3]根据焦耳定律可知电流具有热效应，因此线圈流过大电流后会产生大量热量，这说明电流具有热效应。
[4]当在超低温的温度下导体电阻为0Ω的现象称为超导现象，该导体材料较超导材料。
（3）[5]人造太阳每小时发电量为
三、实验题
16．利用我们身边的常见物品也可以完成一些物理小实验：
（一）将一根塑料绳一端扎紧，从另一端把绳尽可能撕成更多的细丝（如图甲所示），用手向下捋几下后，观察到的现象是：塑料细丝越来越 （选填A“蓬松”或B“紧密”），而手与塑料细丝带上的是 （选填A“同种”或B“异种”）电荷；
（二）如图乙a、b所示装置均为比较简易的验电器，它们都可以用来检验某物体是否带电，图a装置工作原理与图b装置 （选填A“相同”或B“不相同”）；
（三）如图丙所示，把一个带电棒靠近用毛皮摩擦过的橡胶棒时，它们互相排斥，这是因为这个带电棒在摩擦的过程中 （选填A“得到”或B“失去”）电子。
【答案】 A B B A
【详解】（一）[1][2]用手向下捋几下后，塑料细丝由于摩擦而带电，且带同种电荷相互排斥，所以塑料丝越来越蓬松，而摩擦的实质是电子的转移，所以摩擦后的两个物体带等量异种电荷。
（二）[3]图a装置验电器的工作原理是：同种电荷相互排斥；图b装置验电器的工作原理是：带电体有吸引轻小物体的性质。
（三）[4]毛皮摩擦过的橡胶棒因得到电子带负电，带电棒与橡胶棒互相排斥，所以带电棒也带负电，故这个带电棒在摩擦的过程中得到电子。
四、综合题
17．阅读短文，回答问题。
科学研究的“太空实验室”
中国空间站缩写CSS，又称天宫空间站，是中华人民共和国建造的国家级太空实验室。1992年9月21日，中国载人航天工程正式立项实施；2022年12月31日，国家主席习近平在新年贺词中郑重宣布，“中国空间站全面建成”。经过遴选，空间站上搭载安装有包括生物学、材料科学、基础物理、流体等类别相关的科学研究实验设施。空间站需要大规模的供电能力，需安装几对数十米长的太阳帆板，来维持长期运行。在空间站任务中，航天员必须完成大量的空间科学实验、技术试验等工作。在中国空间站历次“天宫课堂”中，航天员在微重力环境下，曾做了浮力消失的实验、水球光学实验、太空抛物实验、液桥演示实验等许多项目。
请回答下列问题：
（1）如图所示，在太空授课中航天员用小棒将乒乓球缓慢推入水中，撤回小棒后，由于球处于 环境中，所受浮力“消失”，观察到球相对于水的运动状态是 的；
（2）王亚平老师在天宫实验室里，用两片塑科板让水建成了“液桥”，如图所示。水能成桥是因为 ；
A．分子引力 B．分子斥力 C． 磁场力 D．浮力
（3）中国空间站使用的电能，主要来自于 ；
（4）如果在未来，允许中学生去天宫做物理实验。小强采用电热丝加热质量相等、初温相同的煤油，验证影响电功大小的因素，用温度计测量煤油的温度，可通过煤油 来比较电流做功的大小。实验中采用了控制变量法和 （选填“理想实验法”“转换法”或“类比法”）。
【答案】 失重 静止 A 太阳能 温度变化量 转换法
【详解】（1）[1][2]在空间站中物体处于失重状态，浸在水中的乒乓球不会受到水的压强和压力，所以乒乓球几乎不会受浮力，撤回小棒后，所受浮力“消失”，球相对于水的位置没有发生改变，是静止的。
（2）[3]向外拉动塑科板，水未分离，形成了“液桥”，说明水分子间存在引力。故A符合题意，BCD不符合题意。
故选A。
（3）[4]空间站需要大规模的供电能力，需安装几对数十米长的太阳帆板，来维持长期运行，空间站使用的电能主要来源于太阳能。
（4）[5][6]实验中，电流产生的热量无法直接测量，而是利用煤油温度变化量来表示，用到转换法。
18．阅读短文，回答问题；
太阳能被认为是理想的“终极能源”。我国中科院合肥物质科学研究院，持有的有“人造太阳”之称的全超导托卡马克核聚变实验装置于2021年12月30日晚，实现了1056秒的长脉冲高参数等离子体运行，再次创造新的世界纪录；
科学家们还设想在宇宙空间建立太阳能电站来利用太阳能。这种空间太阳能电站建在赤道平面内的地球同步轨道上，其工作过程如图所示。在太阳能收集板上铺设太阳能电池，通过它把太阳能转化成电能，再通过天线将电能以微波的形式发送至地面接收站，通过转换装置将其转换成电能接入电网；
（1）太阳能属于清洁能源，也属于 （选填“可再生”或“不可再生”）能源；目前人类无法利用核聚变反应放出的能量来发电，最主要的原因是 （选填字母）；
A．无法消除核聚变产生的核污染
B．无法实现核聚变反应
C．无法长时间有效控制核聚变反应的速度
（2）“人造太阳”非常复杂，“超高温”与“超低温”共存，“超强磁场”与“超大电流”并行，要在地球上造出“人造太阳”，必须要有性能极其特殊的材料承载。“人造太阳”的腔体器壁材料钨铜合金，实现“超强磁场”与“超大电流”最理想的导体材料是 （选填“半导体”或“超导体”）材料；
（3）假设空间太阳能电站太阳能收集板长10km、宽5km，太阳光辐射到其表面上每平方米的功率为1.2×103 W，太阳能电池的光电转化效率为10%，空间太阳能电站向地面的输电效率可达20%；空间太阳能电站工作时，太阳能收集板的发电功率为 W；光照1h，太阳能收集板产生的电能为 J。
【答案】 可再生 C 超导体
【详解】（1）[1]可以从自然界中源源不断地得到的能源是可再生能源，太阳能属于可再生能源。
[2]目前人类无法利用核聚变反应放出的热量来发电，最主要的原因是无法控制核聚变反应的速度，故C符合题意，AB不符合题意。
故选C。
（2）[3]由材料可知，人造太阳非常复杂，超高温与超低温共存，所以还要有耐高温的特点。超导体材料电阻为零，可以实现超大电流，也能实现超强磁场。所以最理想的导体材料是超导体材料。
（3）[4]已知太阳光照射到电池板时每平方米面积上的辐射功率为，收集板的面积为
光电转化效率为10%，故它的发电功率
[5]光照1h，太阳能收集板产生的电能
19．停车难是如今城市普遍存在的问题，图甲是一“路边空中存车亭”。“存车亭”遮阳棚上装有太阳能光电板，给蓄电池充电，再由蓄电池给电动机供电。存车时只需40秒就可以把车子“锁上天”。图乙为“存车亭”的工作原理图，其中A为存车架，其质量为800kg，O为杆OB的转动轴，杆的B端固定悬挂泊车装置，BC为牵引OB杆转动的钢丝绳，M为牵引钢丝绳的电动机。存车时，汽车开到存车架上，电动机通过钢丝绳BC将杆OB拉到一定高度固定；取车时，将OB杆放下使存车架落回地面。请根据以上信息回答下列问题（忽略OB的重力和机械各部分的摩擦力）。
（1）图甲中太阳能光电板是将太阳能转化为 ，图乙中的滑轮的作用是
（2）如图乙所示，当质量为1200kg的小汽车从水平地面缓慢被提升到钢丝绳BC垂直于杆OB时，OB杆与水平地面的夹角为37，此时钢丝绳BC点的拉力大小为多少 ？ （已知sin37°=0.6，cos37°=0.8）
（3）光电板平均每小时每平方米面积吸收太阳能为3×105J，太阳平均每天照射时间为10h，太阳能最终有10%转化为汽车和存车架的机械能。若汽车的质量均为1200kg，每次被提升的高度均为3m，每天存车的平均次数为10次，忽略下降过程电动机消耗的电能，则光电板的面积至少为多少？
【答案】 电能 改变力的方向 2
【详解】解：（1）[1]图甲中太阳能光电板是将太阳能转化为化学能储存在蓄电池中，供电时将化学能转化为电能。
[2]图乙中的滑轮是定滑轮，它的作用是改变力的方向。
（2）车和存车架的总重力
由杠杆平衡条件 得
（3）每天做的有用功
由 可得，转化效率
光电板的最小面积
答：（1）图甲中太阳能光电板是将太阳能转化为电能，图乙中的滑轮的作用是改变力的方向；
（2）此时钢丝绳BC点的拉力大小为；
（3）光电板的面积至少为。
20．太阳能汽车是一种靠太阳能来驱动的汽车。因为其环保的特点，太阳能汽车被诸多国家所提倡。图甲是一款新型太阳能家用电动车，它的相关数据如下表所示，请解答：
太阳能电池总面积S 5.84m2 最高时速v 126km/h
太阳能电池额定最大输出功率P 1.4kW 座位 4个
所搭载的蓄电池总质量m 60kg 刹车液压活塞面积S 20cm2
所搭载的蓄电池容量W 15kw-h 刹车杆的比例 OA:OB= 1:4
在蓄电池满电并且太阳能电池达到最大输出功率的情况下，最大续航里程1000km
（1）太阳能电池板一般是由晶体态硅制成的，它能直接把太阳能转化成电能，其主要材料是 （选填“导体”、“半导体”或“超导体”），太阳能电池进行的能量转换是 （选填“光热”、“光电”或“光化”）转换；
（2）图乙是刹车装置示意图，其中液压油连通刹车闸，可以使汽车减速或停止；
①请在图乙中，画出活塞作用在杠杆OAB上的阻力F2和动力F1的力臂l1；( )
②当司机在B处的踏板上施加240N的水平压力F1时，活塞对液压油的压强为多少？（不计活塞与外壁之间的摩擦）( )
（3）太阳能汽车搭载蓄电池的目的是”闲时充电忙时用”。某一天阳光明媚，一司机开着这辆蓄电池已经充满电的太阳能汽车，从上午10∶00到下午3∶00点匀速的在水平路面上行驶320km，若太阳能电池达到了最大输出功率，此速度时汽车的电动机可将所消耗电能的65%推动汽车前进，停止时蓄电池容量表显示剩余，求该太阳能汽车平直匀速行驶时，受到的阻力为多少？（结果保留一位小数，不计蓄电池对外供电时的能量损失）( )
【答案】 半导体 光电
【详解】（1）[1]太阳能电池板一般是由晶体态硅制成的，而硅属于半导体。
[2]太阳能电池板能直接把太阳能转化为电能，所以，太阳能电池进行的能量转换是光电转换。
（2）[3]踩下汽车踏板时，脚会对刹车踏板就会世家一个和踏板垂直向下的力F1的垂线段，记为l1，就是动力臂，刹车踏板运动时，液压装置中的液体就会对B点施加了以水平向右的力F2，即阻力，如下图所示：
[4]由相似三角形可得
由杠杆平衡条件得
此时，活塞对液压油的压强为
（3）[5]蓄电池消耗的电能为
太阳能电池工作时间为
根据
可得，太阳能电池输出电能为
该太阳能汽车共消耗电能为
电能转化的机械能为
该太阳能汽车平直匀速行驶时，受到的阻力为
五、计算题
21．某太阳能浴室，每天需要供应50℃的热水20t，输入的冷水为20℃，问：
（1）水吸收的热量是多少？水的比热容是4.2×103J/（kg ℃）
（2）如果（不计能量损失）用燃烧热值q＝3.0×107J/kg的焦炭来代替太阳能，则需要多少焦炭？
（3）如果太阳能热水器的效率是60%，则每天需要吸收多少太阳能？
【答案】（1）2.52×109J；（2）84kg；（3）4×109J
【详解】解：（1）水吸收的热量
Q吸＝cm（t﹣t0）＝4.2×103J/（kg ℃）×20000kg×（50℃﹣20℃）＝2.52×109J
（2）由于不计热量的散失，则
Q放＝Q吸＝2.52×109J
由Q放＝qm知道，焦炭的质量为
（3）由知道，每天需要吸收的太阳能为
答：（1）热水器中的水吸收的热量是2.52×109J；
（2）要完全燃烧84kg的焦炭；
（3）每天需要吸收4×109J太阳能。
22．某太阳能热水器，水的容量为，该热水器在冬季有效日照时段里，平均每平方米的面积上每小时接收的太阳能约为，可记作。该热水器接收太阳能的有效面积为，每天日照时间按计算，若这些太阳能能使装满水的热水器中的水温从20℃升高到60℃，水的比热容为,水的密度为，太阳能可用表示。求：
（1）热水器中水的质量；
（2）一天内热水器中的水吸收的热量；
（3）热水器在冬季的效率。
（4）若改用天然气来加热这些水，假设天然气燃烧放出了热量全部被水吸收，需要完全燃烧多少的天然气（天然气的热值，计算结果保留一位小数）。
【答案】（1）100kg；（2）1.68×107J；（3）35%；（4）0.4m3
【详解】解：（1）热水器中水的体积
V=100L=100dm3=0.1m3
水的质量
m=ρV=1×103kg/m3×0.1m3=100kg
（2）一天内热水器中的水吸收的热量
Q吸=cmΔt=4.2×103J/(kg·℃)×100kg×(60℃-20℃)=1.68×107J
（3）一天内热水器接收太阳能的能量
E=3.0×106J/(m2·h)×2m2×8h=4.8×107J
热水器在冬季的效率
（4）由题知，假设天然气燃烧放出的热量全部被水吸收，则天然气燃烧放出的热量
Q放=Q吸=1.68×106J
需要完全燃烧天然气的体积
答：（1）热水器中水的质量是100kg；
（2）一天内热水器中的水吸收的热量1.68×107J；
（3）热水器在冬季的效率是35%；
（4）若改用天然气来加热这些水，假设天然气燃烧放出了热量全部被水吸收，需要完全燃烧0.4m3的天然气。
23．某同学家新安装了一台容积为500L的太阳能热水器，加满水后经过4h阳光的照射，水温由原来的20℃升高到40℃。则：
（1）在这4h内水吸收的热量是多少；
（2）若这些热量由效率为20%的火炉燃烧焦炭来提供，则需要燃烧多少千克焦炭；[c水=4.2×103J/（kg ℃）；q焦炭=3.0×107J/kg]
（3）若太阳每分钟辐射到太阳能热水器上的热量为4×105J，这个太阳能热水器的效率是多少？
【答案】（1）4.2×107J；（2）7kg；（3）43.75%
【详解】解：（1）水的体积
由ρ=可知，水的质量
水吸收的热量
（2）由η=可知，焦炭燃烧放出的热量为
又根据可知，需要焦炭的质量为
（3）4h太阳能吸收的太阳能
太阳能热水器的效率
答：（1）在这4h内水吸收的热量是4.2×107J；
（2）若这些热量由效率为20%的火炉燃烧焦炭来提供，则需要燃烧7kg焦炭；
（3）若太阳每分钟辐射到太阳能热水器上的热量为4×105J，这个太阳能热水器的效率是43.75%。
24．6月5日是世界环境日．太阳能的开发和利用可以大大减少大量化石燃料的消耗，符合节能减排的理念．太阳能热水器是当今世界利用太阳的一种普遍装置，已走进了千家万户。如图为某型号的太阳能热水器，在地面地表晴天时垂直于阳光表面接受到的热辐射为3.6×106 J/（m2·h）。若该热水器接受阳光垂直照射的有效面积始终是2.5 m2，晴天晒了8h， [无烟煤的热值为3.4×107 J/kg，水的比热容为4.2×103J/（kg·℃）]
（1）若该太阳能热水器内装有100kg初温为25℃的水，经过8h的太阳照射，水温升高到75℃，则水吸收多少热量？
（2）若此热水器的效率为多少（保留1位小数位）？请从能量转化的角度说明你计算出的效率的意义。
（3）若用家用煤炉（它完全燃烧煤放出的热量有12﹪被水吸收）加热达到同样的目的，需要多少无烟煤（保留1位小数位）？
【答案】（1）2.1×107J；（2）29.2%；热水器将吸收的太阳能的29.2%转化为水的内能；（3）5.1kg
【详解】解：（1）由知道，水吸收的热量
（2）8h太阳能热水器吸收的太阳能（总能量）
E总=3.6×106J/(m2·h)×2.5m2×8h=7.2×107J
则该太阳能热水器的能量转化效率
从能量转化的角度知道，是热水器将吸收的太阳能的29.2%转化为水的内能。
（3）根据题意知道，无烟煤完全燃烧放出的热量
由Q放=mq知道，需要无烟煤的质量
答：（1）水吸收的热量是2.1×107J；
（2）若此热水器的效率为29.2%；从能量转化的角度说明热水器将吸收的太阳能的29.2%转化为水的内能；
（3）需要无烟煤5.1kg。
25．大量研究表明，我国家庭分散燃烧煤炭是产生雾霾的重要原因，因此高效利用及用清洁能源替代煤炭已经刻不容缓。太阳能热水器很好的利用了清洁能源。小明家太阳能热水器可装水，在夏季可以将这些水从加热到【，煤炭热值】。
（1）水吸收的热量是多少？
（2）如果煤炭加热水的效率为，加热上述水需要多少煤炭？（保留2位小数）
（3）节约能源也可以减少雾霾的产生，可是有人认为自然界的能量是守恒的，不必节约能源，这种观点为什么不对？
【答案】(1)4.2×107J；(2)4.67kg；(3)不对，因为能量的转移和转化是有方向性的，不是所有的能源都可以直接利用的
【分析】知道水的质量、比热容、初末温度，由吸热公式可以求出水吸收的热量；煤炭来提供热量，不计热量损失，根据公式变形可求得煤炭的质量；自然界的能量是守恒，但能量的转移和转化是有方向性的，故需要节约能源。
【详解】(1)水吸收的热量
(2)煤炭放出的热量
需要煤炭
(3)不对，因为能量的转移和转化是有方向性的，不是所有的能源都可以直接利用的。
答：(1)水吸收的热量是；
(2)如果煤炭加热水的效率为，加热上述水需要煤炭；
(3)不对，因为能量的转移和转化是有方向性的，不是所有的能源都可以直接利用的。
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第16章：粒子和宇宙-2023-2024学年初中物理单元培优提升题型练习（北师大版）
一、单选题
1．关于能源和信息的说法不正确的是（ ）
A．核电站是利用链式反应释放的核能直接来发电
B．太阳能来源于太阳内部的聚变热核反应，它是一次能源也是可再生能源
C．我国自主建立的北斗卫星定位系统是利用超声波传递信息的
D．光纤通讯是利用激光在光导纤维中不断反射传递信息
2．能源是人类生存和发展的基础，下列有关能源的说法中正确的是（ ）
A．水能、风能、以及化石能源实际上都是间接来自太阳能
B．能量的转化和转移是有方向的，能量在转化或转移的过程中总量会减少
C．煤、石油、天然气、地热能均为不可再生能源
D．目前核电站核反应堆中发生的链式反应是可控的，是通过聚变反应获得核能
3．如图所示，关于分子动理论的基本观点，以下反映分子间有作用力的是（ ）
A． 液体扩散
B． 金块中的金原子
C． 两个铅柱不分开
D． 四溢的花香
4．如图所示是物质在三种不同状态下的分子模型，下列说法正确的是（ ）
A．甲图中分子间距较大，分子之间作用力几乎为零
B．乙图中分子无固定排列，组成的物质具有流动性
C．丙图中分子间距最近不易被压缩容易被拉伸
D．若某物体的分子排列情况经过某一个过程由甲图变为丙图，则该物体内能增大
5．下列关于能源的说法错误的是（ ）
A．核能和太阳能都是一次能源
B．核电站的核心设备是反应堆，反应堆中发生的是链式反应
C．聚变也称为热核反应，氢弹利用的就是聚变在瞬间释放的核能
D．风能、水能、电能都是可再生能源
6．如图甲乙是某便携式薄膜太阳能发电书包，该书包给人们带来了全新体验。对于该书包，下列说法错误的是（ ）
A．太阳能来源于太阳内部发生的核裂变
B．该书包肩带很宽，背起来感觉很舒适，这是由于增大受力面积可以减小压强
C．该书包带有两个USB接口，利用该书包给手机充电时，此时书包相当于电源
D．某时刻，该太阳能发电书包的发电功率为10W，接收太阳能的功率为50W，则该过程中光电转化效率为20%
7．劳动课已经成为大中小学的一门独立课程。小明同学积极参加家务劳动，利用双休日时间学做红烧肉。关于做这道菜的过程中涉及的物理知识，下列判断正确的是（ ）
A．切肉的锋利刀刃可以增大压力 B．用铁锅烧肉是因为铁的比热容大
C．做菜过程中肉的内能一直保持不变 D．天然气燃烧时将化学能转化为内能
8．关于太阳能及其利用，下列说法正确的是（ ）
A．太阳能来自于太阳内部进行的热核反应
B．太阳能是清洁的二次能源
C．太阳能是我们今天所用全部能量的源泉
D．太阳能电池板将太阳能转化为化学能
9．随州日报2023年5月25日报道了国能长源随州发电有限公司“风光水火储”综合发展的良好势头。风电、光电、水电、火电、储能多向发力，公司全面投产后预计年发电量可达60亿度。随县光电400MW项目只是公司的一部分。下列说法正确的是（ ）
A．“度”是电功率的单位，“MW”是电功的单位
B．60亿度即度，400MW即W
C．利用煤炭进行火力发电时，只要注意节约不浪费，发电效率可以达到100%并且不会对环境造成任何污染
D．风能、水能、太阳能可以从自然界中不断获得，属于可再生能源
10．目前，男子撑杆跳世界纪录（6.18m）比跳高世界纪录（2.45m）高很多，从能量的角度分析，原因之一是在“举腿引体”过程中（ ）
A．利用了人体的惯性
B．人体的生物能转化为了重力势能
C．人体的重力势能转化为了动能
D．人体的动能转化为了撑杆的弹性势能
二、填空题
11．目前我县正在兴建的孤山水电站，针对大坝涉及的物理知识，回答：水电站是利用 转化为 能的原理。如果是你负责建设水电站选址，从能量转换角度你将选择如图所示的地址 （选填“甲”或“乙”）。
12．阅读下列材料，回答问题。
材料一：风电技术是利用风力带动风车叶片旋转，并通过增速机将转速提高，从而带动风机内的发电机发电，通过电缆输送到升压变压器提升电压后，再由高压输电线路输送给用户，见图甲。
材料二：光伏发电的主要原理是半导体的光电效应。光电效应是指某些物质在高于特定频率的电磁波照射下，内部的电子逸出而形成电流。图乙为某光伏发电系统简化电路图，当太阳光照射太阳能电池板时可发电。发电后可向蓄电池充电，当夜晚来临时，蓄电池向用电器供电。
（1） 光伏发电是指太阳能电池板将太阳能转化为 能，再通过蓄电池转化为化学能储存起来。图乙中，当开关S1 闭合、S2 断开时，电路中的电源是 （选填“太阳能电池板”或“蓄电池”）；
（2）小丽查阅资料得知，太阳能电池板每平方米的发电功率为P，若她家装了一块面积为S的太阳能电池板，一天光照时间为T，其产生的电能为 ，这些能量相当于质量为 的煤完全燃烧释放的能量（以上两空结果用字母表达）（不计能量损失，煤的热值为q煤 ）
13．2022年的冬奥会，奥运火炬变身为“微火”，更好的践行绿色环保的理念。微火炬的氢燃料燃烧时，化学能转化为 能和光能。已知氢的热值为1.4×108J/kg，若完全燃烧20g的氢，所放出的热量为 J。
14．卡塔尔世界杯上呈现许多中国元素，其中的哈尔萨光伏电站就是中国电力建设集团承建，为世界杯所有场馆提供绿电，这些电能全部来自多哈以西约80公里荒漠中的200万块太阳能电池板。据查：1平方米的晶硅太阳能板的电功率为120瓦，每天发电时间8小时。太阳能电池板给蓄电池充电时， 能转化 能；如果100m2的太阳能板发电一天的能量用燃烧天然气来提供，需要 m3天然气。（天然气的热值q＝3.6×107J/m3）
15．如图是中国自主设计、建造的全超导托卡马克核聚变实验装置东方超环（简称EAST）的原理图，它在1亿度超高温度下运行了近10秒。
（1）该装置被称为“人造太阳”，其反应原理与太阳类似，通过核 （选填“聚变”或“裂变”）释放巨大的核能；
（2）该装置中，用通电线圈产生的磁场将超高温等离子体约束在磁场中，这是利用了电流的 ；为了产生强磁场，线圈中需要很大的电流，若线圈有一定电阻，则线圈流过大电流后会产生大量热量，这是因为电流具有 （以上两空均选填“热效应”或“磁效应”）。所以该装置的线圈使用超导材料绕制，这些线圈工作在零下296摄氏度的超低温中，从而实现超导，处于超导状态时的线圈的电阻为 ；
（3） “人造太阳”加热功率超过，若利用“人造太阳”发电，发电效率为60%，则每小时发电量达 。
三、实验题
16．利用我们身边的常见物品也可以完成一些物理小实验：
（一）将一根塑料绳一端扎紧，从另一端把绳尽可能撕成更多的细丝（如图甲所示），用手向下捋几下后，观察到的现象是：塑料细丝越来越 （选填A“蓬松”或B“紧密”），而手与塑料细丝带上的是 （选填A“同种”或B“异种”）电荷；
（二）如图乙a、b所示装置均为比较简易的验电器，它们都可以用来检验某物体是否带电，图a装置工作原理与图b装置 （选填A“相同”或B“不相同”）；
（三）如图丙所示，把一个带电棒靠近用毛皮摩擦过的橡胶棒时，它们互相排斥，这是因为这个带电棒在摩擦的过程中 （选填A“得到”或B“失去”）电子。
四、综合题
17．阅读短文，回答问题。
科学研究的“太空实验室”
中国空间站缩写CSS，又称天宫空间站，是中华人民共和国建造的国家级太空实验室。1992年9月21日，中国载人航天工程正式立项实施；2022年12月31日，国家主席习近平在新年贺词中郑重宣布，“中国空间站全面建成”。经过遴选，空间站上搭载安装有包括生物学、材料科学、基础物理、流体等类别相关的科学研究实验设施。空间站需要大规模的供电能力，需安装几对数十米长的太阳帆板，来维持长期运行。在空间站任务中，航天员必须完成大量的空间科学实验、技术试验等工作。在中国空间站历次“天宫课堂”中，航天员在微重力环境下，曾做了浮力消失的实验、水球光学实验、太空抛物实验、液桥演示实验等许多项目。
请回答下列问题：
（1）如图所示，在太空授课中航天员用小棒将乒乓球缓慢推入水中，撤回小棒后，由于球处于 环境中，所受浮力“消失”，观察到球相对于水的运动状态是 的；
（2）王亚平老师在天宫实验室里，用两片塑科板让水建成了“液桥”，如图所示。水能成桥是因为 ；
A．分子引力 B．分子斥力 C． 磁场力 D．浮力
（3）中国空间站使用的电能，主要来自于 ；
（4）如果在未来，允许中学生去天宫做物理实验。小强采用电热丝加热质量相等、初温相同的煤油，验证影响电功大小的因素，用温度计测量煤油的温度，可通过煤油 来比较电流做功的大小。实验中采用了控制变量法和 （选填“理想实验法”“转换法”或“类比法”）。
18．阅读短文，回答问题；
太阳能被认为是理想的“终极能源”。我国中科院合肥物质科学研究院，持有的有“人造太阳”之称的全超导托卡马克核聚变实验装置于2021年12月30日晚，实现了1056秒的长脉冲高参数等离子体运行，再次创造新的世界纪录；
科学家们还设想在宇宙空间建立太阳能电站来利用太阳能。这种空间太阳能电站建在赤道平面内的地球同步轨道上，其工作过程如图所示。在太阳能收集板上铺设太阳能电池，通过它把太阳能转化成电能，再通过天线将电能以微波的形式发送至地面接收站，通过转换装置将其转换成电能接入电网；
（1）太阳能属于清洁能源，也属于 （选填“可再生”或“不可再生”）能源；目前人类无法利用核聚变反应放出的能量来发电，最主要的原因是 （选填字母）；
A．无法消除核聚变产生的核污染
B．无法实现核聚变反应
C．无法长时间有效控制核聚变反应的速度
（2）“人造太阳”非常复杂，“超高温”与“超低温”共存，“超强磁场”与“超大电流”并行，要在地球上造出“人造太阳”，必须要有性能极其特殊的材料承载。“人造太阳”的腔体器壁材料钨铜合金，实现“超强磁场”与“超大电流”最理想的导体材料是 （选填“半导体”或“超导体”）材料；
（3）假设空间太阳能电站太阳能收集板长10km、宽5km，太阳光辐射到其表面上每平方米的功率为1.2×103 W，太阳能电池的光电转化效率为10%，空间太阳能电站向地面的输电效率可达20%；空间太阳能电站工作时，太阳能收集板的发电功率为 W；光照1h，太阳能收集板产生的电能为 J。
19．停车难是如今城市普遍存在的问题，图甲是一“路边空中存车亭”。“存车亭”遮阳棚上装有太阳能光电板，给蓄电池充电，再由蓄电池给电动机供电。存车时只需40秒就可以把车子“锁上天”。图乙为“存车亭”的工作原理图，其中A为存车架，其质量为800kg，O为杆OB的转动轴，杆的B端固定悬挂泊车装置，BC为牵引OB杆转动的钢丝绳，M为牵引钢丝绳的电动机。存车时，汽车开到存车架上，电动机通过钢丝绳BC将杆OB拉到一定高度固定；取车时，将OB杆放下使存车架落回地面。请根据以上信息回答下列问题（忽略OB的重力和机械各部分的摩擦力）。
（1）图甲中太阳能光电板是将太阳能转化为 ，图乙中的滑轮的作用是
（2）如图乙所示，当质量为1200kg的小汽车从水平地面缓慢被提升到钢丝绳BC垂直于杆OB时，OB杆与水平地面的夹角为37，此时钢丝绳BC点的拉力大小为多少 ？ （已知sin37°=0.6，cos37°=0.8）
（3）光电板平均每小时每平方米面积吸收太阳能为3×105J，太阳平均每天照射时间为10h，太阳能最终有10%转化为汽车和存车架的机械能。若汽车的质量均为1200kg，每次被提升的高度均为3m，每天存车的平均次数为10次，忽略下降过程电动机消耗的电能，则光电板的面积至少为多少？
20．太阳能汽车是一种靠太阳能来驱动的汽车。因为其环保的特点，太阳能汽车被诸多国家所提倡。图甲是一款新型太阳能家用电动车，它的相关数据如下表所示，请解答：
太阳能电池总面积S 5.84m2 最高时速v 126km/h
太阳能电池额定最大输出功率P 1.4kW 座位 4个
所搭载的蓄电池总质量m 60kg 刹车液压活塞面积S 20cm2
所搭载的蓄电池容量W 15kw-h 刹车杆的比例 OA:OB= 1:4
在蓄电池满电并且太阳能电池达到最大输出功率的情况下，最大续航里程1000km
（1）太阳能电池板一般是由晶体态硅制成的，它能直接把太阳能转化成电能，其主要材料是 （选填“导体”、“半导体”或“超导体”），太阳能电池进行的能量转换是 （选填“光热”、“光电”或“光化”）转换；
（2）图乙是刹车装置示意图，其中液压油连通刹车闸，可以使汽车减速或停止；
①请在图乙中，画出活塞作用在杠杆OAB上的阻力F2和动力F1的力臂l1；( )
②当司机在B处的踏板上施加240N的水平压力F1时，活塞对液压油的压强为多少？（不计活塞与外壁之间的摩擦）( )
（3）太阳能汽车搭载蓄电池的目的是”闲时充电忙时用”。某一天阳光明媚，一司机开着这辆蓄电池已经充满电的太阳能汽车，从上午10∶00到下午3∶00点匀速的在水平路面上行驶320km，若太阳能电池达到了最大输出功率，此速度时汽车的电动机可将所消耗电能的65%推动汽车前进，停止时蓄电池容量表显示剩余，求该太阳能汽车平直匀速行驶时，受到的阻力为多少？（结果保留一位小数，不计蓄电池对外供电时的能量损失）( )
五、计算题
21．某太阳能浴室，每天需要供应50℃的热水20t，输入的冷水为20℃，问：
（1）水吸收的热量是多少？水的比热容是4.2×103J/（kg ℃）
（2）如果（不计能量损失）用燃烧热值q＝3.0×107J/kg的焦炭来代替太阳能，则需要多少焦炭？
（3）如果太阳能热水器的效率是60%，则每天需要吸收多少太阳能？
22．某太阳能热水器，水的容量为，该热水器在冬季有效日照时段里，平均每平方米的面积上每小时接收的太阳能约为，可记作。该热水器接收太阳能的有效面积为，每天日照时间按计算，若这些太阳能能使装满水的热水器中的水温从20℃升高到60℃，水的比热容为,水的密度为，太阳能可用表示。求：
（1）热水器中水的质量；
（2）一天内热水器中的水吸收的热量；
（3）热水器在冬季的效率。
（4）若改用天然气来加热这些水，假设天然气燃烧放出了热量全部被水吸收，需要完全燃烧多少的天然气（天然气的热值，计算结果保留一位小数）。
23．某同学家新安装了一台容积为500L的太阳能热水器，加满水后经过4h阳光的照射，水温由原来的20℃升高到40℃。则：
（1）在这4h内水吸收的热量是多少；
（2）若这些热量由效率为20%的火炉燃烧焦炭来提供，则需要燃烧多少千克焦炭；[c水=4.2×103J/（kg ℃）；q焦炭=3.0×107J/kg]
（3）若太阳每分钟辐射到太阳能热水器上的热量为4×105J，这个太阳能热水器的效率是多少？
24．6月5日是世界环境日．太阳能的开发和利用可以大大减少大量化石燃料的消耗，符合节能减排的理念．太阳能热水器是当今世界利用太阳的一种普遍装置，已走进了千家万户。如图为某型号的太阳能热水器，在地面地表晴天时垂直于阳光表面接受到的热辐射为3.6×106 J/（m2·h）。若该热水器接受阳光垂直照射的有效面积始终是2.5 m2，晴天晒了8h， [无烟煤的热值为3.4×107 J/kg，水的比热容为4.2×103J/（kg·℃）]
（1）若该太阳能热水器内装有100kg初温为25℃的水，经过8h的太阳照射，水温升高到75℃，则水吸收多少热量？
（2）若此热水器的效率为多少（保留1位小数位）？请从能量转化的角度说明你计算出的效率的意义。
（3）若用家用煤炉（它完全燃烧煤放出的热量有12﹪被水吸收）加热达到同样的目的，需要多少无烟煤（保留1位小数位）？
25．大量研究表明，我国家庭分散燃烧煤炭是产生雾霾的重要原因，因此高效利用及用清洁能源替代煤炭已经刻不容缓。太阳能热水器很好的利用了清洁能源。小明家太阳能热水器可装水，在夏季可以将这些水从加热到【，煤炭热值】。
（1）水吸收的热量是多少？
（2）如果煤炭加热水的效率为，加热上述水需要多少煤炭？（保留2位小数）
（3）节约能源也可以减少雾霾的产生，可是有人认为自然界的能量是守恒的，不必节约能源，这种观点为什么不对？
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