22.3 太阳能 22.4 能源与可持续发展（专题训练）【三大题型】（解析版）

223 太阳能 224 能源与可持续发展（专题训练）【三大题 型】 【题型1 太阳能】..................................................................................................................................................... 1 【题型2 能源的利用和对环境的危害】............................................................................................................... 12 【题型3 能源危机和节约能源】...........................................................................................................................19 【题型1 太阳能】 1．（2023 秋•江汉区期中）我国天宫空间站使用四对柔性三结砷化镓太阳能电池板，它的 技术非常先进，工作效率是30%。空间站的太阳能电池翼为柔性翼，双翼展开面积可达 134 平方米，收拢后仅有一本书的厚度。下列有关太阳能电池板的说法正确的是（ ） ．太阳能电池板所用材料三结砷化镓是超导体 B．太阳能电池板发电效率与面积有关，面积越大，发电效率越高 ．太阳能电池板工作的效率是30%，表明太阳能电池板把30%的太阳能转化为化学能 D．太阳能电池板工作的效率是30%，表明太阳能电池板把30%的太阳能转化为电能 【答】D 【分析】（1）三结砷化镓是半导体材料； （2）太阳能电池板发电效率是电能与获得的太阳能的比值，面积大，电能多，获得太 阳能也多，效率与面积无关； （3）太阳能电池板将太阳能转化为电能，根据工作效率分析解答。 【解答】解：．太阳能电池板光电转换部分用材料三结砷化镓，是半导体，不是超导体， 故错误； B．太阳能电池板发电效率与面积无关，故B 错误； ．太阳能电池板将太阳能转化为电能，工作的效率是30%，表明太阳能电池板把30%的 太阳能转化为电能，故错误； D．太阳能电池板工作的效率是30%，表明太阳能电池板把30%的太阳能转化为电能， 故D 正确。 故选：D。 2．（2023•广州）某路灯照明系统的太阳能电池白天将太阳能转化为电能，对蓄电池充电， 晚上蓄电池对路灯供电，对如图方框中能量形式判断正确的是（ ） ．甲是“电能” B．乙是“太阳能” ．丙是“电能” D．丁是“机械能” 【答】 【分析】（1）太阳能电池工作时将太阳能转化为电能。 （2）太阳能给蓄电池充电时将电能转化为化学能。 （3）蓄电池放电时将电能转化为其它形式的能量。 （4）路灯工作时将电能转化为光能和内能。 【解答】解：太阳能电池白天将太阳能转化为电能，对蓄电池充电，晚上蓄电池对路灯 供电，其能量转化过程如下：太阳能→电能→化学能→电能→光能。故正确，BD 错误。 故选：。 3．（2023•武侯区校级模拟）科技是强国的支撑，以下所列我国取得的科技成就中，说法 正确的是（ ） ．人造卫星展开太阳能电池板，可以直接把太阳能转化为电能 B．太阳能电池板接收的太阳能来自于太阳内部裂变释放的能量 ．北斗卫星与汽车导航系统之间通过光缆通讯传播信号的 D．超导光量子计算机中的所有电子器件都是超导体制成的 【答】 【分析】（1）太阳能电池板把太阳能转化为电能。 （2）在太阳内部，氢原子核在超高温下发生聚变，释放出巨大的核能。 （3）电磁波可以传递信息。 （4）超导光量子计算机中的核心电子器件是用超导体制成的。 【解答】解：、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，故 正确； B、太阳能电池板接收的太阳能来自于太阳内部核聚变释放的能量，故B 错误； 、北斗卫星与汽车导航系统之间通过电磁波传播信号，故错误； D、超导光量子计算机中的核心电子器件是用超导体材料制成的，不是所有电子器件都 是超导体制成的，故D 错误。 故选：。 4．（2023•榆阳区校级一模）目前，科学家正在研究太空电站，即地球同步轨道上的太阳 能电站，其示意图如图所示。下列说法错误的是（ ） ．以地球为参照物，太空电站是静止的 B．太阳能是太阳内部氢原子裂变时释放出的能量 ．利用微波实现“无缆传输”，微波是一种电磁波 D．太阳能是一种清洁、无污染的可再生能源 【答】B 【分析】（1）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； （2）太阳能是太阳内部连续不断的核聚变反应过程产生的能量； （3）电磁波是一个大家族，电磁波可以传递信息； （4）可再生能源可以短时间内从自然界中源源不断地获取。 【解答】解：、太空电站在地球同步轨道上，像同步卫星一样相对于地球是静止的，故 正确； B、太阳能是太阳内部氢原子聚变时释放出的能量，故B 错误； 、电磁波是一个大家族，微波是也电磁波的一种，故正确； D、太阳能是一种清洁、无污染的可再生能源，故D 正确。 故选：B。 5．（2023 秋•龙泉驿区期中）（多选）我们生活在信息和能量的世界，社会的进步和发展 离不开信息和能量。对于信息和能量的认识，下列说法正确的是（ ） ．微信“声音锁”利用了声音的音调特征 B．“隐川里”喷泉光影秀表演主要利用了光可以传递能量 ．追溯能量的来源，我们生活中的大部分能量来自太阳 D．汽车的辅助驾驶功能利用超声波可以传递能量来探测周围的行人和障碍物 【答】B 【分析】（1）音色反映了声音的品质和特色，不同发声体的材料、结构不同，发出声 音的音色也就不同； （2）光可以传递能量； （3）我们生活中的大部分能量来自太阳； （4）声音可以传递信息，也可以传递能量。 【解答】解： 、因为每个人的声带结构不同，所以发出声音的音色就会不同；微信“声音锁”利用了 声音的音色特征，故错误； B、“隐川里”喷泉光影秀表演，主要利用了光可以传递能量，故B 正确； 、自然界中，能量以不同的形式存在着，能量可以相互转化和转移，我们生活中的大部 分能量来自太阳能，如化石能源最终都是来自于太阳能，故正确； D、汽车的辅助驾驶功能利用超声波可以传递信息来探测周围的行人和障碍物，故D 错 误。 故选：B。 6．（2023•武汉模拟）2022 年5 月20 日18 时30 分，中国在酒泉卫星发射中心使用长征二 号丙运载火箭，采取一箭三星方式，成功将3 颗低轨通信试验卫星送入预定轨道，如图 甲。该低轨通信试验卫星主要用于开展在轨通信技术试验验证。 （1）长征二号丙运载火箭使用偏二甲肼做燃料，火箭发射时，偏二甲肼燃烧将 化学 能 转化为内能。 （2）如图乙，低轨通信试验卫星进入预定轨道后，接收到地面利用 微波 （选填 “光纤”“微波”或“超声波”）传来的指令信息将板状的两翼展开，板状的两翼是太 阳能电池，它把太阳能直接转化成 电 能，供卫星使用。 【答】（1）化学能；（2）微波；电。 【分析】（1）燃料具有化学能； （2）微波是电磁波，电磁波的传播不需要介质，电磁波可以在固体、液体、气体中传 播，也可以在真空中传播。 【解答】解：（1）“长征二号FY11”运载火箭使用偏二甲肼作为主要燃料，火箭发射 时，偏二甲肼燃烧将化学转化为内能；太阳能电池将太阳能转化成电能； （2）电磁波能够传递信息，低轨通信试验卫星进入预定轨道后，接收到地面利用微波 传来的指令信息将板状的两翼展开，板状的两翼是太阳能电池，它把太阳能直接转化成 电能，供卫星使用。 故答为：（1）化学能；（2）微波；电。 7．（2023•二道区校级模拟）2020 年6 月23 日19 时43 分，长征三号乙运载火箭在西昌卫 星发射中心成功发射了北斗导航系统第55 颗导航卫星，至此中国北斗导航系统全面完 成。北斗导航卫星是通过 电磁波 向地面传递信息的；导航卫星安装太阳能电池板 是将太阳能转化 电 能，太阳能是来自于太阳内部发生的核 聚 变释放的能量。 【答】电磁波；电；聚。 【分析】（1）电磁波能够传递信息； （2）太阳能电池板是将太阳能转化电能的装置； （3）获得核能的两种途径：核裂变和核聚变。 【解答】解：电磁波可以在真空中传播，北斗导航卫星是通过电磁波向地面传递信息的； 导航卫星安装太阳能电池板是将太阳能转化电能；太阳能是来自于太阳内部发生的核聚 变释放的能量。 故答为：电磁波；电；聚。 8．（2023•禅城区校级开学）南沙某岛礁安装了太阳能电灯。白天，太阳能电池板给蓄电 池充电；晚上，蓄电池为电灯供电。则白天的能量转化形式是： 太阳 能→ 电 能 → 化学 能。 【答】太阳；电；化学。 【分析】根据太阳能能源的转化过程分析回答； 【解答】解： 白天，太阳能电池板给蓄电池充电，将太阳能先转化为电能，再转化为化学能。 故答为：太阳；电；化学。 9．（2023 秋•濮阳期中）小红家的太阳能热水器，水箱容积是300L。小红进行了一次观察 活动：某天早上，她用温度计测得自来水的温度为20℃，然后给热水器水箱送满水， 中午时“温度传感器”显示水箱中的水温为45℃。请你求解下列问题： （1）从早上到中午，求水箱中的水吸收的热量。[水＝42×103/（kg•℃）] （2）如果水吸收的这些热量由天然气灶燃烧天然气来提供，需要完全燃烧天然气 06m3，求天然气灶的效率。（天然气的热值q＝70×107/m3） （3）请从环境保护的角度谈谈推广使用太阳能的意义。 【答】（1）水箱中的水吸收的热量是315×107； （2）天然气灶的效率是75%； （3）开发太阳能的意义是清洁无污染。 【分析】（1）知道水的体积根据ρ＝ 可求水的质量，知道水的初温、末温以及水的 比热容，根据Q 吸＝m（t t ﹣0）求出水吸收的热量； （2）利用Q＝Vq 求出天然气完全燃烧放出的热量，利用效率公式求出天然气灶的效率； （3）太阳能的特点：太阳能十分巨大，产生能源总量多，并且供应时间长，分布广阔， 获取方便，安全清洁，不会给环境带来污染。 【解答】解： （1）水的体积：V＝300L＝300×10 3 ﹣m3， 由ρ＝ 得，水的质量： m＝ρV＝10×103kg/m3×300×10 3 ﹣m3＝300kg， 水吸收的热量： Q 吸＝水m（t t ﹣0）＝42×103/（kg•℃）×300kg×（45 20 ℃ ℃ ﹣ ）＝315×107； （2）06m3天然气完全燃烧释放热量： Q 放＝Vq＝06m3×70×107/m3＝42×107； 天然气灶的效率： η＝ ＝ ×100%＝75%； （3）太阳能的特点：太阳能十分巨大，产生能源总量多，并且供应时间长，分布广阔， 获取方便，安全清洁，不会给环境带来污染。 答：（1）水箱中的水吸收的热量是315×107； （2）天然气灶的效率是75%； （3）开发太阳能的意义是清洁无污染。 10．（2023 秋•海门市校级期中）如图所示的太阳能热水器，它的水箱储水质量为120kg， 热水器上的集热器对太阳能的能量利用效率为40%，在与阳光垂直的地球表面单位面积、 单位时间获得太阳能用α＝1400/（m2•s）表示。如果将整箱水的温度从20℃加热到 70℃，需要阳光照射5，那么：【水＝42×103/（kg•℃）】 （1）α＝1400/（m2•s）表示的物理意义是什么？ （2）一箱水需要吸收的热量是多少？太阳辐射的能量E 为多少？ （3）热水器上集热器的面积至少要多大？ 【答】（1）每平方米在1 秒钟内得到的太阳辐射能量约为1400； （2）一箱水需要吸收的热量是252×107；太阳辐射的能量E 为63×107； （3）热水器上集热器的面积至少要25m2 【分析】（1）根据α 的单位分析； （2）利用Q 吸＝m（t t ﹣0）计算出水吸收的热量；根据E＝ 计算太阳辐射的能量 E； （3）根据太阳辐射的能量E、在与阳光垂直的地球表面上每平方米在1 秒钟内得到的太 阳辐射能量和阳光照射时间计算热水器上集热器的面积。 【解答】解： （1）α 的单位是/（m2•s），α＝1400/（m2•s），表示的是：每平方米在1 秒钟内得到 的太阳辐射能量约为1400； （2）水吸收的热量Q 吸＝水m 水（t t ﹣0）＝42×103/（kg•℃）×120kg×（70 20 ℃ ℃ ﹣ ）＝ 252×107； 太阳辐射的能量E＝ ＝ ＝63×107。 （3）在与阳光垂直的地球表面上每平方米在1 秒钟内得到的太阳辐射能量约为1400， 太阳辐射能量E＝63×107； 则热水器上集热器的面积：S＝ ＝25m2。 答：（1）每平方米在1 秒钟内得到的太阳辐射能量约为1400； （2）一箱水需要吸收的热量是252×107；太阳辐射的能量E 为63×107； （3）热水器上集热器的面积至少要25m2。 11．（2023 秋•鹿邑县月考）小明想为家里设计一个容量为54L 的简易太阳能晒水箱。 （1）小明从资料中查得，地球上与太阳光垂直的表面接收的太阳辐射能E＝ 756×104/（m•m2），这一数据的含义是 太阳每分钟在每平方米的面积上辐射的能量是 756×10 4 。 （2）若要使晒水箱中整箱水的温度从28℃升高到33℃，则水需要吸收的热量是多少？ [ρ 水＝10×103kg/m3，水＝42×103/（kg•℃）] （3）若阳光垂直照射晒水箱吸热面30m，整箱水可以从28℃升高到33℃，则小明设计 的晒水箱吸热面的面积是多少平方米？（假设这类晒水箱吸收太阳能的效率为50%） 【答】（1）太阳每分钟在每平方米的面积上辐射的能量是756×104； （2）水吸收热量为1134×106； （3）他设计的晒水箱的吸热面积是1m2。 【分析】（1）E＝756×104/（m•m2）的含义是太阳每分钟在每平方米的面积上辐射的能 量是756×104； （2）已知水的体积，根据m＝ρV 求出水的质量，利用Q 吸＝m（t t ﹣0）求出水吸收的 热量； （3）根据水吸收的热量Q 吸＝EtSη 求出晒水箱的吸热面积。 【解答】解：（1）E＝756×104/（m•m2）的含义是太阳每分钟在每平方米的面积上辐射 的能量是756×104； （2）太阳能晒水箱中水的体积： V＝54L＝54dm3＝0054m3， 由ρ＝ 可得，水的质量： m＝ρV＝10×103kg/m3×0054m3＝54kg； 水吸收热量： Q 吸＝m（t t ﹣0）＝42×103/（kg•℃）×54kg×（33 28 ℃ ℃ ﹣ ）＝1134×106； （2）由Q 吸＝EtSη 可得，晒水箱的吸热面积： S＝ ＝ ＝1m2。 答：（1）太阳每分钟在每平方米的面积上辐射的能量是756×104； （2）水吸收热量为1134×106； （3）他设计的晒水箱的吸热面积是1m2。 12．（2023•柘城县模拟）如图是一款太阳能汽车，在车体的外部贴有太阳能电池板，通过 太阳能电池板将太阳能直接转换成电能并储存在蓄电池中，蓄电池充满可以存储5k•的 电能。若该太阳能汽车匀速行驶时受到的阻力为180，在无太阳光时可以匀速行驶 80km。若太阳能电池板的光电转换效率20%。在车身表面搭载了面积为10m2的太阳能 电池板，太阳光充足时在每平方米面积上的辐射功率为500。则： （1）太阳能属于 可再生 能源，太阳能电池板的主要材料的硅属于 半导体 材料， 电动机的工作原理是： 通电线圈在磁场中受力转动 。 （2）电动机工作时将电能转化为机械能的效率为多少？ （3）在阳光充足情况下，几小时可将蓄电池充满？ 【答】（1）可再生；半导体；通电线圈在磁场中受力转动； （2）电动机工作时将电能转化为机械能的效率为80%； （3）在阳光充足情况下，5 小时可将蓄电池充满。 【分析】（1）能够短期内从自然界中得到补充的能源是可再生能源；短期内不能从自 然界中得到补充的能源是不可再生能源； 容易导电的物体是导体，不容易导电的物体是绝缘体，半导体的导电性能介于导体和绝 缘体之间； 电动机是利用通电线圈在磁场中受力转动的原理制成的； （2）太阳能汽车匀速行驶时的牵引力与受到的阻力是一对平衡力，根据二力平衡条件 可知太阳能汽车匀速行驶时的牵引力，根据＝Fs 求出电动机工作是转化的机械能；根据 效率公式求出电动机工作时将电能转化为机械能的效率； （3）根据效率公式求出将蓄电池充满需要的太阳能，根据t＝ 求出在阳光充足情况 下将蓄电池充满需要的时间。 【解答】解：（1）太阳能能够短期内从自然界中得到补充，所以太阳能是可再生能源； 太阳能电池板的主要材料的硅属于半导体材料； 电动机是利用通电线圈在磁场中受力转动的原理制成的； （2）太阳能汽车匀速行驶时的牵引力与受到的阻力是一对平衡力，根据二力平衡条件 可知太阳能汽车匀速行驶时的牵引力：F＝f＝180， 电动机工作是转化的机械能：＝Fs＝180×80×1000m＝144×107， 蓄电池充满可以存储的电能：电＝5k•＝5×36×106＝18×107， 电动机工作时将电能转化为机械能的效率：η1＝ ＝ ＝80%； （3）由η＝ 可知，蓄电池充满需要的太阳能：E＝ ＝ ＝9×107， 在阳光充足情况下将蓄电池充满需要的时间：t＝ ＝ ＝18000s＝ 5。 答：（1）可再生；半导体；通电线圈在磁场中受力转动； （2）电动机工作时将电能转化为机械能的效率为80%； （3）在阳光充足情况下，5 小时可将蓄电池充满。 13．（2023•霞山区二模）如图是晓宇设计的智能光伏供电系统，光敏电阻R 的阻值跟光照 有关，白天电磁铁磁性强，吸下衔铁，太阳能电池板、蓄电池与控制器所在电路工作， 将太阳能转化为化学能储存起来，晚上电磁铁磁性弱，衔铁向上弹起，蓄电池给LED 灯供电，相关设备技术参数与信息见表格乙。 太阳能电池板 光电转化效率15% 蓄电池 额定容量10• 额定电压12V LED 灯 额定电压12V 额定功率20 （1）太阳能是一次 可再生 能源（选填“可再生”或“不可再生”）； （2）晚上蓄电池给LED 灯供电时将 电 能转化为 光 能； （3）R 在白天的阻值比晚上 小 （选填“大”、“小”）； （4）已知太阳光照射到此太阳能电池板的功率为250，若太阳光照射4，电池板能输出 电能 015 k•； （5）充满电的蓄电池一次可供LED 灯正常工作 48 （蓄电池放电至余留20%自动停 止电能输出）。 【答】（1）可再生；（2）电；光；（3）小；（4）015；（5）48。 【分析】（1）一次能源是指直接从自然界获取的能源，能够源源不断的从自然界得到 的能源叫可再生能源； （2）晚上蓄电池给LED 灯供电时，消耗电能，获得光能； （3）由题意可知，白天蓄电池要与光伏电池相连，则必须吸下衔铁，说明电磁铁的磁 性强，通过电磁