22.3 太阳能（考点解读）（解析版）

223 太阳能（考点解读）（解析版） 1、太阳能及其利用 （1）太阳能是由太阳内部氢原子发生氢氦聚变释放出巨大核能而产生的，来自太阳的辐 射 能量； （2）地球上几乎所有的能源都来自太阳能（除：核能、地热能、潮汐能）； （3）目前直接利用太阳能的途径主要有两种：一种是用集热器把水等物质加热，例如太 阳 能热水器；另一种是用太阳能电池把太阳能转化成电能； （4）优点：十分巨大、供应时间长、分布广阔、获取方便、安全、干净、不污染环境； （5）缺点：分散性广、昼夜稳定性差、可转化率低。 2、太阳能的转化 （1）光-热能转换 原理：利用太阳辐射加热物体而获得热能。 应用：太阳能热水器、反射式太阳灶、高温太阳炉、地膜、大棚、温室； （2）光-电转换 原理：根据光电效应，利用太阳能直接转换成电能； 应用：为无电场所提供电池，包括移动电源和备用电源、太阳能日用电子产品。 3、太阳能热水器中的热量计算 （1）根据热量的计算公式为Q=m△t，计算出水温度升高需吸收的热量； （2）太阳能热水器所释放的热量=功率×时间； 4、太阳能的其他相关计算 太阳能电池板获取的太阳能是总功，转化为的电能是有用功。 【考点1 太阳能及其利用】 【典例1-1】（2023•新洲区模拟）关于太阳能及其利用，下列说法正确的是（ ） ．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 ．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】 【分析】（1）太阳能来自于太阳内部进行的核聚变； （2）太阳能是清洁能源，且能从自然界直接获取； （3）核能、潮汐能、地热能不是来自太阳能； （4）太阳能电池板将太阳能转化为电能。 【解答】解：．太阳能来自于太阳内部进行的核聚变，即热核反应；故正确； B．太阳能是清洁能源，且能从自然界直接获取，是一次能源，故B 错误； ．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，我们今天所用 全部能量不是都源自太阳能，故错误； D．太阳能电池板将太阳能转化为电能，故D 错误。 故选：。 【典例1-2】（2023•浠水县校级二模）如图所示是我国的天宫空间站。空间站所需的电能 主要来源于太阳能帆板，太阳能帆板的基本原理是利用 半导体 材料（选填“半导 体”“纳米”或“超导”）硅和某些金属的光电效应，将太阳能转化为 电 能。 【答】半导体；电。 【分析】太阳能帆板是利用半导体材料制成的，工作时将太阳能转化为电能。 【解答】解：空间站所需的电能主要来源于太阳能帆板，太阳能帆板的基本原理是利用 半导体硅和某些金属的光电效应，将太阳能转化为电能。 故答为：半导体；电。 【变式1-1】（2023•武汉模拟）下列有关能源的说法正确的是（ ） ．化石能源、核能都是一次能源，也是不可再生能源 B．太阳能是太阳核心发生核聚变释放的能量，是不可再生能源 ．风能是太阳能的间接利用，是二次能源 D．水能能够转化为电能，利用电能就是利用水能 【答】 【分析】（1）一次能源是可以从自然界直接获得的能源；不可再生能源是指一旦消耗， 短时间内无法再生的能源； （2）不能从自然界直接获得，而需要消耗其它能源才能获得的能源，称为二次能源； （3）核聚变也称为热核反应； （4）水能能转化为电能，电能是二次能源。 【解答】、能在短时间内得到补充的能源属于可再生能源，不能在短时间内得到补充的 能源属于不可再生能源，而核能、化石能源都属于不可再生能源，化石能源、核能可以 从自然界直接获取，是一次能源，故正确； B、太阳能能在短时间内得到补充，是可再生能源，故B 错误； 、风能可以从自然界直接获取，是一次能源，故错误； D、水能是一次能源，电能是二次能源，水能能够转化为电能，利用电能不是利用水能， 故D 错误。 故选：。 【变式1-2】（2023•德惠市一模）2022 年11 月29 日，搭载神舟十五号载人飞船的长征二 号F 遥十五运载火箭发射成功。 （1）箭体上的摄像机拍摄的画面通过 电磁 波传回地面。 （2）神舟十五号飞船加速上升时，以飞船为参照物，大地是 运动 的。 （3）运载火箭的燃料燃烧时，质量减小，热值 不变 （选填“变大”，“变小”或 “不变”）。 （4）神舟飞船进入太空后，利用太阳能电池板供电把太阳能转化为 电 能。 【答】（1）电磁；（2）运动；（3）不变；（4）电。 【分析】（1）电磁波可以传递信息和能量，而且电磁波能在真空中传播； （2）物体相对于参照物的位置发生了变化，则物体是运动的；物体相对于参照物的位 置没有发生变化，则物体是静止的； （3）热值是燃料本身的特性，只与燃料的种类有关，与燃料的质量、放热的多少以及 是否充分燃烧无关； （4）太阳能电池板将太阳能转化为电能。 【解答】解：（1）由于电磁波可以传递信息，而且电磁波能在真空中传播，所以箭体 上的摄像机拍摄的画面通过电磁波传回地面的； （2）神舟十五号飞船加速上升时，以飞船为参照物，大地的位置在不断地发生变化， 所以大地是运动的； （3）热值是燃料本身的特性，只与燃料的种类有关，与燃料的质量无关，所以运载火 箭的燃料燃烧时，质量减小，热值不变； （4）太阳能电池板供电把太阳能转化为电能。 故答为：（1）电磁；（2）运动；（3）不变；（4）电。 【考点2 太阳能的转化】 【典例2-1】（2023•济南二模）如图所示，太阳能电池（又称光伏电池）利用太阳能转化 为（ ） ．机械能 B．内能 ．电能 D．光能 【答】 【分析】光伏效应是在太阳光的照射下半导体材料产生电流的现象，此过程中把太阳能 转化为电能。 【解答】解：光伏效应是将太阳能转化为电能的过程，故正确，BD 错误。 故选：。 【典例2-2】（2023•梁溪区校级一模）小明用除颜色不同外，其他都相同的黑白两张纸分 别将两个相同的瓶子包起来，再将质量、初温相同的水分别倒入两个瓶中，然后将两个 瓶子放在太阳光下，过一段时间后，小明用温度计测量了两瓶中水的温度，发现包有黑 纸的瓶中水的温度升高的较多。黑纸的 吸热 性能比白纸的要好。两瓶中的水是通 过 热传递 的方式使其内能增加的。人类利用太阳能的方式除了和上述实验相同外， 还有其他方式吗？请举一例： 太阳能电池 ，该示例中将太阳能转化为 电 能。 【答】吸热；热传递；太阳能电池；电。 【分析】（1）根据水的温度的高低分析吸热性的大小； （2）改变物体内能的方式有两种：做功和热传递，热传递过程是能量的转移过程，而 做功过程是能量的转化过程。 （3）根据太阳能的应用举例。 【解答】解：（1）将两个瓶子放在太阳光下，过一段时间后，用温度计测量了两瓶中 水的温度，发现包有黑纸的瓶中水的温度升高得较多，说明包有黑纸的瓶中水吸收的热 量多，即黑纸的吸热性能比白纸的要好； （2）两瓶中的水从阳光中吸收热量，是通过热传递的方式使其内能增加的； （3）上述是光热转换，还有光电转换和光化转换，比如太阳能电池板，将太阳能转换 为电能。 故答为：吸热；热传递；太阳能电池；电。 【变式2-1】（2023•南岗区模拟）生活中大部分能量来自太阳，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，下面四幅图从电能的来源到利用，排列顺序正 确 的 是 （ ） ．①②③④ B．③②④① ．②①③④ D．①③④② 【答】 【分析】可以从自然界直接获取的能源叫一次能源，不能从自然界直接获取必须通过一 次能源的消耗才能得到的能源叫二次能源，根据一次能源和二次能源概念和能量转化的 方向性进行排列。 【解答】解：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它形式的能，故四幅图中能 量的转化顺序为：太阳→树林→发电厂→空调；即序号为②①③④，故正确。 故选：。 【变式2-2】（2023•柳州三模）我国首个多能互补绿色智慧综合能源基地——陇东综合能 源基地即将投入使用，其发电方式主要有：白天风小但阳光资源丰富，就以光伏发电为 主，即 太阳 能转化为电能；反之，则以风力发电为主，即风的 机械 能转化为 电能。 【答】太阳；机械。 【分析】光伏发电是将太阳能转化为电能；风力发电是将机械能转化为电能。 【解答】解：陇东综合能源基地即将投入使用，其发电方式主要有：白天风小但阳光资 源丰富，就以光伏发电为主，即太阳能转化为电能；反之，则以风力发电为主，即风的 机械能转化为电能。 故答为：太阳；机械。 【考点3 太阳能热水器中的热量计算】 【典例3-1】（2020•济南）人类利用太阳能的实质，是将太阳能转化为其他形式的能量供 人们使用。使用太阳能热水器时，将太阳能转化为（ ） ．内能 B．机械能 ．电能 D．化学能 【答】 【分析】人类利用太阳能的实质，是将太阳能转化为其他形式的能量。 【解答】解：太阳能热水器是将太阳能转化为内能，使热水器内的水温度升高。 故选：。 【典例3-2】（2023•唐山一模）如图所示，楼顶上的太阳能集热器为用户提供热水，这是 将太阳能转化为水的 内 能。太阳能是 可再生 （选填“可再生”或“不可再 生”）能源。某型号太阳能集热器水箱内的水为150L，当太阳照射一段时间后，水箱 内的水从20℃升高到40℃，则水吸收的热量为 126×10 7 。[水的密度ρ 水＝ 10×103kg/m3，水的比热容为42×103/（kg•℃）]。 【答】内；可再生；126×10⁷ 【分析】（1）太阳能热水器工作时将太阳能转化为内能。 （2）太阳能属于可再生能源。 （3）根据吸热公式进行计算。 【解答】解：楼顶上的太阳能集热器为用户提供热水，这是将太阳能转化为水的内能。 太阳能是可再生能源。 水的质量为：m＝ρV＝10×103kg/m3×150×10 3 ﹣m3＝150kg。 水吸收的热量为： kg× （40℃﹣ 20℃）＝126×107。 故答为：内；可再生；126×10⁷。 【典例3-3】（2023•东昌府区二模）太阳能具有环保、可再生等优点，某品牌太阳能热水 器在一天的有效照射时间内，将热水器中初温为25℃的40L 水升高到75℃。[水的密度 为10×103kg/m3，水的比热容为42×103/（kg•℃），天然气的热值q＝70×107/m3]，求： （1）在一天的有效照射时间内，热水器中的水吸收的热量是多少？ （2）若改用天然气炉灶来加热这些水，假设天然气放出的热量的20%被水吸收，需要 完全燃烧多少立方米的天然气？ 【答】（1）热水器中水吸收的热量为84×106； （2）若改用天然气炉灶来加热这些水，假设天然气放出的热量的20%被水吸收，需要 完全燃烧06 立方米的天然气。 【分析】（1）知道热水器中水的体积，根据ρ＝ 求出热水器中水的质量；知道水的 比热、质量、初温和末温，根据Q 吸＝m（t t ﹣0）进行计算水吸收的热量； （2）根据η＝ ×100%求出天然气完全燃烧释放的热量，利用Q 放＝mV 求出需要完 全燃烧天然气的体积。 【解答】解：（1）热水器中水的体积：V＝40L＝40dm3＝004m3， 由ρ＝ 可得，热水器中水质量：m＝ρV＝10×103kg/m3×004m3＝40kg； 热水器中水吸收的热量：Q 吸＝水m（t t ﹣0）＝42×103/（kg•℃）×40kg×（75 25 ℃ ℃ ﹣ ） ＝84×106； （3）由η＝ ×100%可得，天然气完全燃烧释放的热量：Q 放＝ ＝42×107， 由Q 放＝mV 可得，需要完全燃烧天然气的体积： V＝ ＝06m3。 答：（1）热水器中水吸收的热量为84×106； （2）若改用天然气炉灶来加热这些水，假设天然气放出的热量的20%被水吸收，需要 完全燃烧06 立方米的天然气。 【变式3-1】（2022 秋•江岸区校级月考）太阳能是人类优先开发和利用的新能源之一，关 于太阳能的利用，下列说法正确的是（ ） ．甲图中，绿色植物通过光合作用将太阳能转化为化学能 B．乙图中，太阳能热水器通过做功方式将太阳能转化为水的内能 ．丙图中，太阳能交通信号灯将太阳能直接转化为信号灯的光能 D．丁图中，太阳能电池板向蓄电池充电时，化学能转化为电能 【答】 【分析】从能的转化方向、转化形式分析解答此题，总是减少的能量转化为增加的能量。 【解答】解：、绿色植物通过光合作用将太阳能转化为化学能，故正确； B、太阳能热水器是通过热传递方式改变水的内能，故B 错误； 、太阳能信号灯先将太阳能先转化为电能，再转化为光能，故错误； D、太阳能电池板向蓄电池充电时，电能转化为化学能，故D 错误。 故选：。 【变式3-2】（2023•淮南一模）太阳能安全、清洁，太阳能热水器被人们广泛使用。如表 所示，为某太阳能热水器部分铭牌信息，假设装满水后经过一天时间，水温由20℃上 升到60℃，则水吸收的热量相当于完全燃烧 06 m3的液化气放出的热量。已知水的 密度为10×103kg/m3，水的比热容为42×103/（kg•℃），液化气的热值为42×107/m3。 采光面积 容量 水箱尺寸 效率 支架材料 25m2 150L ①550m×1500mm 50% 锌彩板 【答】06。 【分析】（1）利用密度公式可求水的质量； （2）利用Q 吸＝mΔt 可求热水器中水吸收的热量； （3）完全燃烧天然气放出的热量和水吸收的热量相等，再由Q 放＝qV 即可求解。 【解答】解：150L 水的质量为： m 水＝ρV＝×10×103kg/m3×150L＝10×103kg/m3×015m3＝150kg； 水温由20℃上升到60℃水吸收的热量为： Q 吸＝m 水Δt＝42×103/（kg•℃）×150kg×（60 20 ℃ ℃ ﹣ ）＝252×107； 相当于完全燃烧液化气的质量为： m 气＝ ＝ ＝ ＝06m3； 故答为：06。 【变式3-3】（2023•景德镇模拟）某太阳能热水器装有100kg 的冷水，经过一天，水温可 以从25℃升高50 [ ℃水的比热容为42×103/（kg•℃）， 天然气的热值为84×107/m3]，求： （1）这些水吸收的热量； （2）若用燃气灶将这些水加热，达到同样的效果需要消耗125m3燃气；则天然气灶效 率为多少？ 【答】（1）这些水吸收的热量为21×107； （2）天然气灶效率为20%。 【分析】（1）根据热量的计算公式Q 吸＝mΔt 可求出水吸收的热量； （2）利用Q 放＝Vq 求天然气完全燃烧放出的热量，利用η＝ 求天然气灶效率。 【 解 答 】 解 ： （ 1 ） 水 吸 收 的 热 量 ： ， （2）根据Q 放＝Vq 可得天然气完全燃烧放出的热量：Q 放＝Vq＝125m3×84×107/m3＝ 105×108； 根据 可得天然气灶效率为： ＝ ＝20%。 答：（1）这些水吸收的热量为21×107； （2）天然气灶效率为20%。 【考点4 太阳能的其他相关计算】 【典例4-1】家用太阳能热水器的晒水箱内有水40kg，晒水箱接收阳光垂直照射的面积始 终是15m2 ，已知在地球表面，晴天时垂直于太阳光的表面接收到的热辐射为 126×103/（m2•s），接收太阳能的效率为50%，散热损失为20%，要使水温上升18℃， 需要时间为（ ） ．3000s B．4000s ．5000s D．6000s 【答】B 【分析】知道水的质量、水的比热容和水温度的升高值，利用吸热公式Q 吸＝mΔt 求水 吸收的热量； 知道1s 内单位面积上接收到的热量、接收阳光的面积、接受到的总热量，利用Q 吸＝ 126×103/（m2•s）×S×t×η1×η2求加热时间t。 【解答】解：水温上升18℃需要吸收的热量 Q 吸＝mΔt＝42×103/（kg•℃）×40kg×18℃＝3024×106； 由于散热损失为20%，则吸热效率η2＝1 20% ﹣ ＝80%， 根据Q 吸＝126×103/（m2•s）×S×t×η1×（1﹣η2）可知： 需 要 的 时 间 t ＝ ＝ ＝4000s。 故选：B。 【典例4-2】（2023•临川区校级一模）小明家新安装了一台容积为500L 的太阳能热水器， 加满水后，经过4 阳光的照射，水温有原来的20℃升高到40℃。则在这4 内水吸收的 热量是 42×10 7 。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 7 千克焦炭。[水＝42×103/（kg•℃）；q 焦炭＝30×107/kg] 【答】42×107 ；7。 【分析】根据密度公式的变形公式m＝ρV 求水的质量，利用热量的计算公式Q＝mΔt 求水吸收的热量；结合效率计算公式及根据燃料燃烧放热的计算公式Q 放＝mq 的变形 公式m＝ 求需要焦炭的质量。 【解答】解：水的体积为：V＝500L＝05m3， 水的质量为：m＝ρV＝10×103kg/m3×05m3＝500kg， 水吸收的热量为： Q 吸＝m（t t ﹣0）＝42×103/（kg•℃）×500kg×（40 20 ℃ ℃ ﹣ ）＝42×107； 因η＝ ，所以焦炭燃烧放出的热量为： ＝ ＝21×108， 又根据Q 放＝mq，故需要焦炭的质量为： m＝ ＝7kg。 故答为：42×107 ；7。 【变式4-1】（2023•裕华区一模）目前太阳能已被人们广泛利用。太阳能来自于太阳内部 的核 聚变 （选填“裂变”或“聚变”），太阳能属于 一次 （选填“一次” “二次”）能源，利用太阳能的方式之一是用集热器加热，这是通过 热传递 方式 改变物体内能的。某台太阳能集热器在天气晴好时，一天可以吸收52×107的热量，这相 当于完全燃烧 13 m3的煤气释放的热量。（q 煤气＝40×107/m3） 【答】聚变；一次能源；热传递；13。 【分析】（1）太阳能是太阳内部氢发生聚变反应产生的； （2）可以直接从自然界获取的能源叫作一次能源，需要消耗一次能源才能获取的能源 叫作二次能源； （3）改变内能的方式：热传递和做功，根据题意分析改变内能的方式； （4）根据Q＝qV 可得V＝ 。 【解答】解：太阳能是我们可以从自然界中源源不断获取的能源，即太阳能属于一次能 源； 利用太阳能的方式之一是用集热器加热，这是通过热传递方式改变物体的内能的； 由Q＝qV 可得相当于完全燃烧的煤气的体积：V＝ ＝ ＝ 13m3。 故答为：聚变；一次能源；热传递；13。 【变式4-2】（2023•姑苏区校级二模）如图是一种新型动力车。它上面的太阳能接收板的 有效面积为8m2，天气晴朗且接收板正对阳光时，每平方米面积上每秒钟能接收到太阳 辐射的能量为1000，太阳能电池提供的电压为120V，可供电动机正常工作的电流为 10。 （1）电池将太阳能转化为电能的效率