22.4 能源与可持续发展课时作业 （含解析）2024-2025学年物理人教版九年级全一册

22.4 能源与可持续发展
一、单选题：本大题共8小题，共16分。
1.各种形式的能量都不是孤立的，它们可以在一定条件下发生转化，且能量的转化是有方向性的，下面几幅图按能量转化的顺序，排列正确的是( )
A. ①②③④ B. ②③④① C. ④③①② D. ②①③④
2.近年来，我国大力宣传“碳中和”等环保概念.是因为过度使用下列能源中的( )
A. 核能 B. 风能 C. 化石能源 D. 太阳能
3.新能源的开发和利用在中国发展势头强劲，是东方巨龙腾飞的助推器，下图是我国生产的某品牌氢动力汽车．关于新能源，下列说法错误的是( )
A. 水能、氢燃料和天然气都属于新能源 B. 核电站利用核裂变释放的能量来发电
C. 氢燃料发动机将化学能转化为机械能 D. 新能源的开发可以有效缓解能源危机
4.我国已经建成世界规模最大的抽水蓄能发电站，它可以利用风能和光能发电，获得的电能将水抽到高处转化为水的机械能储存起来，如图所示。需要时，再利用水的机械能发电，从而弥补了风能、光能不稳定，转化的电能难储存等不足，堪称电力系统的巨型“充电宝”。下列说法正确的是
A. 风能、光能和电能都是一次能源属于不可再生能源
B. 抽水时，消耗的电能全部转化为水的机械能
C. 发电站利用水能发电时，可将机械能转化为电能
D. 不同形式的能量可以相互转化，说明能量的转化是没有方向性的
5.为应对地球气候变暖，促进可持续发展，在践行节能低碳的今天，应特别重视新能源的开发和利用。下列能源中属于如图所示阴影部分的是( )
A. 煤炭 B. 风能 C. 潮汐能 D. 核能
6.21世纪人类社会正面临“能源危机”。节约能源，从我做起，下列说法正确的是( )
A. 煤、石油、天然气属于可再生能源 B. 电视机在待机状态下不消耗电能
C. 太阳的惊人能量来自核聚变 D. 核电站的废水可直接排入大海
7.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
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
8.白鹤滩水电站是实施西电东送”的国家重大工程，是世界在建规模最大的水电工程，正式投运后，每年可向华东地区输送的电能，相当于火力发电站燃烧标准煤所获得的电能，标准煤的热值取，下列说法中错误的是
A. 水能是可再生能源 B. 水电站将水的机械能转化为电能
C. 煤炭是不可再生能源 D. 火力发电站的发电效率为
二、填空题：本大题共10小题，共20分。
9.汽车在刹车过程中，机械能转化为地面和轮胎的内能，这些内能将无法自动地转化为汽车的机械能，这种现象说明自发的能量转化过程是有一定__________性的，但在能量的转化和转移过程中，能的总量__________填“不断增加”“不断减少”或“保持不变”。
10.我国在能源领域取得了巨大成就。目前我国已经建成的核电站主要利用核______过程中释放的能量；新能源中的地热能______选填“是”或“不是”来自于太阳；因为能量的转化和转移是有______，我国积极开发新能源可以有效缓解能源危机。
11.使全球气候变暖趋势的一种物理现象叫_______，近年来由于人类大量燃烧煤、石油等燃料排放出大量的_______，使温室效应加剧，给人类带来了灾难性的后果，人类已经认识到正在积极想办法控制_______.
12.太阳能是______选填“可再生”或“不可再生”能源，直接利用太阳能可有效地减少碳排放，如图所示是一辆低碳化未来汽车，车顶部装有高效光电转换器，它可将______能转化为电能；车轮的轮毂其实是风力发电机，可以把捕捉到的风能转化为______能。
13.现代电动汽车为了节能，都安装了能量回收装置，在汽车刹车时带动发电机，将汽车的_______能转化为电能，为汽车提供后续运动的能量。有人认为，只要不断改进，这种汽车就可以一边行驶，一边发电，永远运动下去，这种观念违背了____________________。
14.能源家族中，有①煤、②天然气、③风能、④水能、⑤核能、⑥太阳能等，其中属于不可再生的能源有__________填序号；核能是目前被广泛应用的新能源，我国已经建成十余座核电站，它们是利用__________选填“核裂变”或“核聚变”反应所释放的能量来发电的。
15.我国的乌东德、白鹤滩、溪洛渡、向家坝、三峡、葛洲坝水电站实现联合调度，标志着世界最大的“清洁能源走廊”已形成。水力发电是将水的______________能转化为电能，水能是______________选填“可再生”或“不可再生”能源，水电站年均发电量可达，若这些电量改用煤进行火力发电，效率为，煤的热值为，则需要用煤______________kg。
16.随着世界性能源危机的日益加剧，一向为人们所唾弃的垃圾也身价倍增，变成了能源再生的“宝库”。利用垃圾的一种方式就是将垃圾填埋后，通过厌氧发酵产生沼气，这些沼气燃烧，产生高温燃气，推动汽轮机转动，汽轮机驱动发电机来发电。
根据上面的短文，请你将垃圾发电过程中的能量转化填写完整________；
垃圾填埋后产生的沼气是一种_______填“可再生”或“不可再生”能源。利用垃圾发电与传统的垃圾填埋处理方法相比有哪些优点写出一条：_______；
若每吨填埋垃圾可产生沼气，集中收集后可发电，已知沼气的主要成分是甲烷，其热值为，则沼气发电的效率为多少？___
17.中国“人造太阳”——大型核实验装置取得重大突破，奠定了我国在核聚变研究领域的世界领先地位。
利用氘、氚原子核，在超高温下结合成氦原子核，同时释放出巨大的核能。这与我国正在运行的核电站获得核能的方式______填“相同”或“不同”。结合成氦原子核时，带正电的氘、氚原子核间具有很强的静电______填“引”或“斥”力。在利用核能过程中，能量的转移和转化具有______填“方向”或“可逆”性。
装置中，超导线圈中的强大______填“电压”或“电流”产生强磁场，氘、氚原子核在磁力作用下被约束在真空室的环形轨道内运动，运动方向始终与磁力方向垂直。磁力对氘、氚原子核______填“做功”或“不做功”，该过程______填“能”或“不能”说明磁力可以改变物体的运动状态。
18.我国红沿河核电站核能供暖示范项目，利用核能发电的同时实现了清洁供暖。
核电站利用原子核__________填“聚变”或“裂变”释放的核能发电。
核电站利用发电过程中产生的余热进行供暖，提高了能量的利用率。供暖时，用水做输运能量的介质，是因为水的__________大。
在能量转化和转移的过程中，能量的总量__________。但是在供暖过程中，热量只能自发地从高温物体转移到低温物体，不能相反，这一现象说明能量的转移具有__________。
三、综合题：本大题共2小题，共20分。
19.阅读短文，回答问题。
光伏发电
我国光伏发电总量位居世界第一、光伏发电使用的太阳能电池板是利用导体的光电效应将光能直接转化为电能。
太阳能电池板输出的是直流电，不能够直接被居民使用，需用逆变器将直流电转换为交流电，用不完的电可以通过并网光伏发电系统输送到异地。与公共电网相连接的太阳能光伏发电系统称为并网光伏发电系统，其结构如图乙所示。
该系统包括太阳能电池板阵列、连接器、逆变器、交流负载、变压器等部件。这种发电系统的灵活性在于，在日照较强时，光伏发电系统在给交流负载供电的同时将多余的电能送入电网；而当日照不足，即太阳能电池板阵列不能为负载提供足够电能时，又可从电网索取电能为负载供电。

太阳能电池板是利用半导体的__________效应发电的半导体器件；工作时将__________能转化为电能；
太阳能电池板输出的是直流电，需要利用逆变器转换成频率为__________Hz的交流电才能被我国居民使用；
若太阳能电池的光电转化效率是，某地的年太阳辐射为，的太阳能电池板方阵每年转化生成电能__________J，合__________；
请用自己的话简单描述并网发电系统的灵活性：__________。
20.阅读短文，回答问题。
化石能源目前仍是世界上许多国家的主要能源，但化石能源的大量开采利用使化石能源接近枯竭，也给人类生存环境带来极大的隐患。石油危机、环境污染，在全球范围内引起了人类对能源问题的思考，我国对此问题尤为重视。为了解决环境污染、能源枯竭问题，中国率先在75届联合国大会上提出“碳达峰”“碳中和”两个奋斗目标，同时大力发展风能、太阳能、核能等新能源。我国风力资源丰富，在东南沿海、西北沙漠优势突出。风能用之不竭、清洁环保，所以我国加大风能的开发和利用。如图甲是我国某风力发电基地，风力发电机组主要由风机叶片和发电机组组成。
风力发电是把风能转化为电能，风能是__________填“可再生”或“不可再生”能源。
某段风机叶片的形状像飞机的机翼，若叶片位置和风向如图乙所示，由于叶片两面形状不同导致叶片两面空气流速不同，从而产生__________差，可以使风机叶片转动。
风机叶片具有质量轻、强度高等性能，通常用密度__________填“大”或“小”、硬度大的复合材料制成。
某风力发电机输出功率与风速的关系如图丙所示。由图象可知，当风速在到之间时，风速越大，风力发电机输出功率__________填“越大”“越小”或“不变”；当风速大于时，风速增大，__________填“能”或“不能”提高风力发电机的输出功率。
答案和解析
1.【答案】C
【解析】各种形式的能量都不是孤立的，它们可以在一定条件下发生转化，且能量的转化是有方向性的，地球上大多数能量都直接或间接来自于太阳能，植物通过光合作用，将太阳能转化为自身的生物质能，再经过地壳变动在地质作用下，最终形成煤炭，发电厂将煤炭的化学能转化为电能，家用电器再将电能转化为其他形式的能，故四幅图中能量的转化顺序为：太阳、树林、燃煤电厂、空调，即序号为④③①②。
故选C。
2.【答案】C
【解析】解：化石燃料使用后会产生大量二氧化碳等含碳化合物，为了减小碳排放，所以需要减少化石能源的使用。
故选：C。
碳中和是指减少碳的排放，化石能源的过渡使用后会产生大量二氧化碳等含碳化合物，不利于碳中和。
本题考查了化石燃料的危害，属于基础题。
3.【答案】A
【解析】【分析】
那些近年来大力开发和利用的，具有环保、无污染、可循环利用等特点的能源，被称为新能源；根据能量形式的变化可判断能量的转化情况。
本题考查了对新能源与传统能源的了解，对能量转化的判断等，属基础题。
【解答】
A、核燃料、氢燃料属于新能源，天然气属于化石能源，是不可再生能源，不是新能源，故A错误；
B、核电站利用核裂变释放的能量来发电，将核能最终转化为电能，故B正确；
C、氢燃料发动机将氢燃料的化学能最终转化为机械能，故C正确；
D、新能源的开发有效缓解了能源危机，故D正确。
故选：A。
4.【答案】C
【解析】【分析】
本题考查能源的分类和能量的转化。
能源可分为一次能源和二次能源。一次能源指的是：可以从自然界直接获取的能源；二次能源指的是：必须通过一次能源的消耗才可以得到的能源叫二次能源；不可再生能源的概念：化石能源、核能等能源会越用越少，不能在短期内从自然界得到补充，这类能源称为不可再生能源；可再生能源的概念：像风能、水能、太阳能等可以在自然界源源不断地得到，把它们称为可再生能源；
根据转化前后的能量形式解答；
能量的转化具有方向性。
【解答】
A.风能、光能都是一次能源属于可再生能源；电能是二次能源，故A错误；
B.抽水时，消耗的电能部分转化为水的机械能，转化过程中有部分电能转化为其他形式能，故B错误；
C.发电站利用水能发电时，可将机械能转化为电能，故C正确；
D.不同形式的能量可以相互转化，但是能量的转化是有方向性的，故D错误。
5.【答案】B
【解析】【分析】
本题考查能源的分类。
根据新能源、可再生能源、来自太阳辐射的能源解答。
【解答】
A.煤炭不属于新能源，煤炭也不属于可再生能源，故A错误；
B.风能属于新能源、可再生能源，风能来自太阳辐射的能源，故B正确；
C.潮汐能不是来自太阳辐射的能源，故C错误；
D.核能不是可再生能源，故D错误。
6.【答案】C
【解析】解：煤、石油、天然气是短期内不能从自然界得到补充的能源叫不可再生能源，故A错误；
B.电视机在待机状态下也会消耗电能，故B错误；
C.太阳的惊人能量来自核聚变，故C正确；
D.核电站的废水具有核辐射，直接排入大海会造成核污染，故D错误。
故选：C。
从能源是否可再利用的角度可分为可再生能源和不可再生能源，像风能、水能、太阳能、生物质能，可以在自然界里源源不断的得到补充，所以它们属于可再生能源。煤、石油、天然气是短期内不能从自然界得到补充的能源叫不可再生能源。
太阳内部是核聚变，核电站原理是核裂变。
此题考查了能源的分类及核能的应用，属于基础知识。
7.【答案】D
【解析】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，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。
8.【答案】D
【解析】解：A、水可以从自然界里源源不断的得到补充，属于可再生能源，故A正确；
B、水力发电，将水的机械能转化为电能，故B正确；
C、煤炭是化石能源在地球是的储量是有限的，消耗后不可能再生，属不可再生能源，故C正确；
D、标准煤完全燃烧放出的热量，火力发电站的发电效率，故D错误。
故选：D。
人类开发利用后，在现阶段不可能再生的能源，属于不可再生能源；在自然界中可以不断再生、连续利用的能源，属于可再生能源；
判断能量的转化，我们主要看它要消耗什么能量，得到什么能量，总是消耗的能量转化为得到的能量；
利用计算出标准煤完全燃烧放出的热量，根据效率公式计算出火力发电站的发电效率。
本题考查考查能源的分类、热量的计算以及效率的计算，题目难度不大。
9.【答案】方向 保持不变
【解析】解：在刹车过程中，因摩擦将机械能转化为地面、轮胎和空气的内能。转化后，这些能将无法再自动转化为使电动自行车行驶所需要的能量，这种现象说明能量的转化具有方向性，但在能量的转化或转移过程中，能的总量保持不变。
故答案为：方向；保持不变。
在刹车过程中需克服摩擦做功，将机械能转化为内能，这些能量无法再转化为使电动自行车行驶所需要的能量，是因为能量转化和转移是有方向性的，并且能量在转化或转移的过程中总量保持不变。
能量虽然是守恒的，但是由于能量的转化及转移具有方向性，故有些有用能量会越来越少的，所以我们要有节约能源的意识。
10.【答案】裂变 不是 方向的
【解析】解：目前核电站是利用核裂变来获取能量发电；
地热能来自于地球内部，与太阳无关；
大量研究表明，自然界中能的总量是不变的，由于能量的转化或转移具有方向性，因而人类可利用的资源是有限的，所以我国积极开发新能源可以有效缓解能源危机。
故答案为：裂变；不是；方向的。
核能发电是利用铀原子核裂变时放出的核能来发电的；
像化石能源、生物质能等都是或直接或间接的来源与太阳，而核能、地热能都不是直接或间接来自太阳；
能量的转化和转移都是具有方向性的，
此题考查的知识点有：一是核能的利用；二是能源的来源；三是能量转化和转移具有方向性。
11.【答案】温室效应 二氧化碳 氧化碳排放量
【解析】使全球气候变暖趋势的一种物理现象叫温室效应，常见的温室气体主要有是二氧化碳，此外，还有甲烷、臭氧、氟利昂等，近年来因为人类大量燃烧煤、石油等燃料排放出大量的二氧化碳气体进入大气使温室效应加剧，给人类带来了灾难性的后果，人类正在积极想办法控制二氧化碳气体的排放量．
因此，本题正确答案是：温室效应；二氧化碳；二氧化碳排放量．
【点睛】温室效应是全球气候变暖趋势的一种物理现象，又称“花房效应”，是大气保温效应的俗称；
温室效应主要是因为现代化工业过多燃烧煤炭、石油和天然气放出大量的二氧化碳气体进入大气造成的；产生温室效应的气体主要是二氧化碳，此外，还有甲烷、臭氧、氟利昂等；减少碳排放有利于改善温室效应状况．
12.【答案】可再生 太阳 电
【解析】解：太阳能是可再生能源，清洁无污染。LED是一种发光二极管，它是由半导体材料制成的，可以把电能直接转化成光能；车顶部装有高效光电转换器，它是把太阳能转化为电能的装置；风力发电机，它是将风能转化为电能的装置。
故答案为：可再生；太阳；电。
根据能源的分类来分析；高效光电转换器是把太阳能转化成电能的装置；风力发电机是将风能转化为电能的装置。
此题主要考查的是人们对太阳能利用的认识以及使用太阳能的有点--环保低碳、无污染。充分体现了物理来源于生活，又服务于社会的新课程理念。
13.【答案】机械 能量守恒定律
【解析】解：在汽车刹车时带动发电机，发电机将机械能转化为蓄电池的化学能储存起来；
汽车就可以一边行驶，一边发电，在能量的转化过程中，有能量的散失，所以汽车不能永远运动下去，这种观念违背了能量守恒定律。
故答案为：机械；能量守恒定律。
汽车的发电机可以将剩余的机械能转化为化学能储存在蓄电池中；根据能量守恒定律的内容解答。
本题主要考查了能量守恒定律以及能量的转化，是一道基础题，掌握课本知识即可解答。
14.【答案】①②⑤ 核裂变
【解析】由于煤、天然气是化石能源，短期内不能得到补充，所以是不可再生能源；核能是矿产资源，短期内也不能得到补充，所以也是不可再生能源；风能、水能、太阳能能源源不断的得到补充，所以是可再生能源，故不可再生的能源有①②⑤。
由于目前人类掌握可控的核裂变技术，所以核电站是利用可控的核裂变反应所释放的能量来发电的。
15.【答案】机械 可再生
【解析】水力发电是通过水冲击涡轮机，带动发电机发电，所以是将水的机械能转化为电能。
水能能够从大自然源源不断的获取，所以水能是可再生能源。
水电站年均发电量可达，若这些电量改用煤进行火力发电，效率为，则需要用煤
16.【答案】 内能；机械能 可再生
节约能源或环保或减少污染

【解析】根据上面的短文可知能的转化过程为：沼气具有化学能，通过燃烧的方式获得内能，高温的燃气内能推动汽轮机转动转化为机械能，机械能带动发电机旋转获得电能。
垃圾填埋后产生的沼气可以通过此方式源源不断的获得，所以是一种可再生能源。利用垃圾发电与传统的垃圾填埋处理方法相比可以节约能源，减少对环境的污染。
沼气发电的效率为
17.【答案】不同 斥 方向 电流 不做功 能
【解析】解：利用氘、氚原子核，在超高温下结合成氦原子核，是将小的原子核合成大的原子核，属于核聚变，核电站是通过核裂变释放核能，所以两者方式不同；
同种电荷相互排斥，所以带正电的氘、氚原子核间具有很强的静电斥力；
能量的转移和转化具有方向性；
通电导体周围存在磁场，所以超导线圈中的强大电流产生强磁场，运动方向和力的方向始终垂直，属于垂直不做功的情况，但运动方向发生了改变，即运动状态发生变化，说明磁力可以改变物体的运动状态。
故答案为：不同；斥；方向；电流；不做功；能；
将质量很小的原子核，在超高温下结合成新的原子核，会释放出更大的核能，这种反应叫做聚变，自然界中最容易实现的聚变反应是氢的同位素氘与氚的聚变。核电站的核能反应属于核裂变；
同种电荷相互排斥；能量的转移和转化都是有方向性的；
通电导体周围会产生磁场；物体既受到力，又通过一段距离，但两者方向互相垂直如起重机吊起货物在空中沿水平方向移动，此情况叫“垂直无功”；运动方向发生了变化，所以磁力可以改变物体的运动状态。
本题考查了核聚变和核裂变的区别、同种电荷相互排斥、能量转化和转移具有方向性、做功的判定。属于中档题。
18.【答案】裂变 比热容 不变 方向性
【解析】解：核电站都是利用原子核裂变的链式反应发电；
供暖的“暖气”用水做输运能量的介质，是因为水的比热容较大，相同质量的水和其它物质比较，降低相同的温度时，水放出的热量多；
热量总是自发地从高温物体传到低温物体，而不可能自发地从低温物体传到高温物体，说明能量的转移和转化具有方向性；能量在转化或转移的过程中总量保持不变。
故答案为：裂变；比热容；不变；方向性。
核电站利用原子核裂变发电；
水的比热容大的理解：相同质量的水和其它物质比较，吸收或放出相同的热量，水的温度升高或降低的少；升高或降低相同的温度，水吸收或放出的热量多；
能量的转化和转移是有方向性的，并且能量在转化或转移的过程中总量保持不变。
本题考查核能、水的比热容以及能量的转化，难度不大。
19.【答案】光电 太阳能 见解析
【解析】太阳能发电所使用的太阳能电池板，是利用半导体的光电效应将太阳能直接转化为电能。
太阳能电池板输出的是直流电，根据图丙可知，需要利用逆变器转换成频率为
的太阳能电池板方阵每年转化生成电能为
光伏并网发电系统的灵活性：既可以向电网输电，也可以向电网借电。
20.【答案】可再生 压强 小 越大 不能
【解析】解：风力发电利用的是风能，风能可以在自然界中源源不断的得到，风能是取之不尽用之不竭的能源，所以风能是可再生资源；
风机叶片材料质量轻、强度大、耐磨损、密度小、硬度大，可以减小阻力，延长使用寿命；
由乙图知，叶片的上面是突出的弧形，下面是平面，空气流过时，上面空气流速大于下面空气流速，上面压强小于下面压强，由于叶片两面空气流速不同而产生向上的压力差，使风叶旋转；
由丙图可以知道，当风速在到之间时，风速越大，发电机组的电功率增大；当风速在到之间时，风速越大，发电机组的电功率不会增大。
故答案为：风；小；压力；越大；不能。
风能是取之不尽用之不竭的能源，
叶片上面为弧形，下面为平面，风经过叶片时，分析叶片上下空气流速，根据流速越大压强越小，分析压强大小，分析受力情况；
风机叶的质量要小，即所用材料的密度要小；
由图象丙可知，风速比较小时和风速比较大时，发电机组的电功率为零，在一定范围内电功率随风速增大而增大，据此解答。
本题是常识题，考查了风力发电的有关知识，属于中等题。
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