太阳能【知识精讲+培优拓展】 人教版九年级物理备课精研

课时22.3太阳能（帮课堂）（原卷版）【学习目标】1.认识太阳能的特点；2.认识人类利用太阳能的过程；3.了解太阳能的应用。【知识导图】【基础知识】知识点一、太阳—巨大的“核能火炉”太阳距离地球1.5亿千米，它的直径大约是地球的110倍，体积是地球的130万倍，质量是地球的33万倍，核心温度高达1500万摄氏度。1.太阳的结构如图所示，从内到外依次是太阳的核心、辐射层、对流层、太阳大气。太阳大气：在太阳的最外面，是一层不透明的气体薄层，所有的可见光到了这一层才迸发出来。对流层：处于辐射层的外面，内部的热量以对流层的方式向太阳表面传输。辐射层：辐射层约占太阳体积的一半，太阳核心产生的能量，通过这个区域向外传输。太阳核心：半径只占太阳半径的1/4，但却是产生核聚变反应之处，是太阳能量的来源地。2.太阳能的产生—氢核聚变在太阳内部，氢原子核在超高温下发生聚变，释放出巨大的核能。因此可以讲，太阳核心每时每刻都在发生氢弹爆炸，所以说，太阳是一个巨大的“核能火炉”。3.太阳能的传递—热辐射太阳核心释放的能量向外扩散，可以传送到太阳表面。太阳表面温度约6000℃，就像一个高温气体组成的海洋。大部分太阳能以热和光的形式向四周辐射开去。4.太阳的寿命太阳这个巨大的“核能火炉”已经燃烧了近50亿年，目前它正处于壮年，要再过50亿年才会燃尽自己的核燃料。可以说，太阳能几乎是取之不尽用之不竭的。【典例1】（2021·湖北武汉市中考真题）关于核能和太阳能，下列说法正确的是（）。A．现有核电站是利用聚变来发电的；B．核能是一次能源，也是可再生能源；C．太阳能来源于太阳内部氢核的裂变反应；D．太阳能是未来理想能源的一个重要发展方向知识点二、太阳是人类能源的宝库地球上除核能、地热能和潮汐能以外的能源基本上都来自于太阳能，所以说太阳是人类的能源宝库。1.化石能源的形成远古时期的陆地和海洋中的植物，通过光合作用，将太阳能转化为生物体的化学能。在它们死后，躯体埋在地下和海底，经过几百万年的沉积、化学变化、地层的运动，在高压下渐渐变成了煤和石油（如图所示）。在石油形成过程中还放出天然气。今天我们开采化石燃料来获取能量，实际上是在开采上亿年前地球所接收的太阳能。也就是说，化石能源间接地来源于太阳能。2.地球上的风能、水能（江、河湖泊等水体）、生物质能的来源地球上的风能、水能、生物质能等都来自于太阳能。（1）风能的形成：由于太阳照射到地球时，地面上各个位置受热不均匀，空气的冷暖程度就不一样。暖空气膨胀变轻后上升，冷空气变冷后变重下降，这样冷暖空气流动形成了风。风能来源于太阳能。（2）水能的形成：地表水在太阳的照射下，吸热蒸发变成水蒸气上升到高空中，液化形成的小水滴悬浮在高空中形成云；云中的小水滴聚集，凝结成大水滴下落形成雨，雨滴降落到地面汇入江、河、湖海中而流动，从而有了水的动能。水能来源于太阳能。（3）生物质能的形成：植物通过光合作用将太阳能以化学能的形式存储在植物体内，人类和动物从植物或其他动物获取生物质能以维持生命。生物质能来源于太阳能。可见，人类利用风能、水能、生物质能等其实都是间接地利用太阳能。培优拓展：地球上绝大部分能源都来源于太阳能，但有些能源来源于其他途径。1.目前人们大量使用核能来源于铀核的裂变，而铀元素时太阳能形成过程中构成地球的元素之一。核能属于矿产资源，不是来源于太阳能。2.地热能来源于地球熔融岩浆。地热能通过地壳运动被推压到地表，从而被发现和利用，故地热能来源于地球内部，不是来源于太阳能。3.潮汐能是由于月球吸引力的变化导致海平面周期性地升降而产生的能源，故潮汐能来源于月球和地球间的引力变化，不是来源于太阳能。【典例2】关于核能和太阳能，下列说法正确的是（）。A．现有核电站是利用聚变来发电的；B．核能是一次能源，也是可再生能源；C．太阳能来源于太阳内部氢核的裂变反应；D．太阳能是未来理想能源的一个重要发展方向知识点三、太阳能的利用太阳能的利用就是将太阳能转化为其他形式的能。1.太阳能的间接利用由于化石能源、水能、风能、生物质能等都来源于太阳能，所以人类利用这些能源，实际上都是间接地利用太阳能。2.太阳能的直接利用目前直接利用太阳能方式主要有：一种是光热转换，一种是光点转换。（1）光热转换通过集热器直接利用太阳能进行加热，直接把太阳能转化为内能加以利用。例如，生活中的太阳能热水器、太阳灶、太阳能温室等。太阳能热水器太阳能灶（2）光电转换光电转换是把太阳能转化为电能再加以利用，一般是通过太阳能电池来实现的。能将光能直接转化为电能的太阳能电池可作为人造卫星、航标灯、交通信号灯、晶体管收音机等的电源。现在不少城市大规模使用的太阳能路灯也是依靠太阳能电池来工作的。太阳能路灯培优拓展：太阳能的利用效率太阳能的利用过程就是将太阳能转化为其他形式能量的过程，这个转化过程是由能量损失的，所以太阳能的利用是有效率的，太阳能的利用效率。例如，太阳能灶的热效率一般为25%，表示接收到的太阳能有25%转化为内能，即；常见的太阳能电池的转换效率约为16%，指的是接收到的太阳能有16%转化为电能，即。（3）太阳能的优缺点能直接利用太阳能作为一种新能源，有一定的缺点，但具有其他能源不可比拟的优点。优点清洁无污染太阳能是一种清洁能源，使用时不会带来任何污染分布广、获取方便太阳能分布广，不需要挖掘、开采和运输持久、可再生太阳能取之不尽用之不竭，太阳能内部的热核反应还足以持续50亿年之久，是人类可以利用的最丰富的新能源缺点分散太阳能到达地球上时非常分散，接收装置需要有相当大的接收面积，提高了接收装置的造价不稳定太阳能的利用受天气、昼夜、地理位置的影响很大，而且还必须有储存装置，这不仅增加了技术上的困难，也使经济效益降低转换效率低太阳能的转换效率较低【典例3】如图，太阳能汽车利用太阳能电池将太阳能转化为电能，储存在车上的蓄电池内，为汽车提供动力。下列说法正确的是（）。A．太阳能是一种不可再生能源；B．蓄电池为汽车提供动力时，将电能转化为化学能；C．太阳能汽车不能将接收到的太阳能全部转化为机械能；D．太阳能汽车将太阳能转化为内能，再将内能转化为动能【方法帮】题型一：对能源来源的认识地热能来源于地球熔融岩浆，这部分能量通过地壳运动被压到地面，从而被发现和利用。【典例4】下列能源中不是来自于太阳能的是（）。A.水能B.风能C.核能D.煤、石油、天然气题型二：太阳能的特点解答此类试题，必须熟知太阳能的特点，针对其特点分析应用太阳能的利于弊：太阳能清洁无污染、分布广、获取方便、可再生，但也存在分散、不稳定、转换效率低等缺点。【典例5】如图所示，卫星的太阳能电池帆板可以把太阳能直接转化成_______能，给卫星提供动力，太阳能是_______（选填“可再生”或“不可再生”）能源，它是在太阳内部的氢原子核发生______（选填“裂变”或“聚变”）释放出的能量。题型三：太阳能的利用【角度1】光热转换光热转换效率计算的通用公式：。【典例6】向某太阳能热水器中注入100kg水，阳光照射一段时间后，水温从20℃升高到60℃水的比热容是4.2×103J/(kg∙℃)，这段时间该热水器中的水吸收的热量是________；如果这段时间该太阳能热水器接收到太阳幅射的热量是5.6×107J，则这段时间该热水器的效率是________；水的内能是通过________方式改变的。【角度2】光电转换光电转换效率计算的通用公式：。【典例7】如图是新农村建设中一道靓丽的风景———风光互补路灯。“有风无光”风力发电机发电，“有光无风”太阳能电池板发电，二者皆各时同时发电，井日夜需能，某型号的该路灯额定功率为50W。试问∶（1）风力发电机利用风力发电时，是将_______能转化为电能。（2）“幸福村”安装了这种“风光互补路灯”100盏，如果每天路灯正常工作10h，一个月（30天）消耗的电能相当于完全燃烧多少______千克的天然气所放出的热量？（天然气的热值为6.4×107J/kg）（3）若太阳能的辐射功率为800J/s·m2）（1s内辐射在1m2上的太阳能为800J），太阳能的光电转换效率为12.5%，太阳能电池板在1m2的面积上的平均输出功率是多少______？（4）若每个路灯上太阳能电池板的面积为0.8m2，每天有效日照时间8h，则每个路灯上太阳能电池板一天发电多少度______？（5）从物理学的角度说出这种“风光互补路灯”的优点有哪些？______（答出一点即可）【中考帮】考点一:太阳能的来源【典例8】（2021·四川成都）2021年5月19日，中俄两国核能合作项目在两国领导人见证下正式开工。下列关于核能、原子核的说法，正确的是（）。A．太阳能来自太阳内部物质的核裂变反应；B．核反应堆发生的链式反应是可以控制的；C．核废料可直接排放，无需任何处理试验；D．原子核是由质子、中子和电子组成该题要求同学们知道核裂变和核聚变，知道太阳能源自太阳内部时刻发生的核聚变释放的核能，这是物理核心素养的物理观念的体现。考点二:太阳能的利用【典例9】（2021·湖南长沙市中考真题）家住长沙县乡村的李老师在自家房子的屋顶上安装了一组太阳能电池板，电池板既能发电又能防屋顶漏水，夏季光照充足发电量大时，还能将剩余的电能并入电网。太阳能电池作为一种新能源产品，具有宽广的前景。太阳能电池板工作时将太阳能转化为______能，太阳能的优点是______（写出一点即可）。该题要求同学们从能量转化的视角认识和理解太阳能在日常生活中的利用，这是物理核心素养中物理观念的能量观的体现。【作业帮】一、基础练（知识巩固）1．太阳是太阳系中唯一的恒星，每时每刻向外辐射太阳能。下列关于太阳能的叙述中，错误的是（）。A．煤、石油、天然气等化石燃料中的能量最终来自于太阳能；B．生态系统的能量流动是从生产者固定太阳能开始的；C．地球上的水循环是由太阳能推动的；D．太阳能来源于太阳内部的核裂变2．人类进入电气化时代的重要标志是大规模使用电能。电能无法从自然界直接获取，它通常通过发电机由其他形式的能转化而来，最终通过各种用电器转化为其他形式的能。电能的生产、输送和利用，极大地促进了经济社会发展和人类文明的进步。下列四幅图片中，利用核能发电的是（）。A．B．C．D．3．关于信息和能源，下列说法正确的是（）。A．北斗卫星导航系统是利用电磁波进行定位的；B．地球上的风能、水能、核能都来源于太阳能；C．目前核电站是利用核聚变来发电的；D．太阳能是未来的理想能源，太阳能不能直接转化为电能4．“风光互补”景观照明灯，它“头顶”小风扇，“肩抗”电池板，“脚踩”蓄电池，“腰”挎照明灯，下列解释合理的是（）。A．小风扇是风力发电机，将电能转化为机械能；B．蓄电池在充电时，将化学能转化为电能；C．光电池板是将光能转化为电能；D．照明灯工作将光能转化为电能5．下列关于能源的说法，正确的是（）。A．风能是不可再生能源；B．太阳能、水能是一次能源；C．人类已建成的核电站是利用核聚变发电的；D．太阳的惊人能量来自内部的核裂变6．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。太阳能转化为其他形式能量的方式说法错误的是（）。A．一是光热转换，例如用太阳能集热器把水加热；B．二是光化转换，把太阳能转化为化学能；C．三是光电转换，把太阳能转化为电能；D．四是光力转换，把太阳能转化为机械能7．如图所示，是“风光互补”景观照明灯，它“头顶”小风扇，“肩扛”电池板，“脚踩”蓄电池，“腰”挎照明灯，下列解释合理的是（）。A．光电池板是将光能转化为电能；B．照明灯是将光能转化电能；C．小风扇是风力发电机，将电能转化为机械能；D．蓄电池在夜晚放电时，将电能转化为化学能8．2019年1月3日，嫦娥四号探测器成功着陆在月球背面南极-艾特肯盆地冯·卡门撞击坑的预选着陆区，月球车“玉兔二号”到达月面开始巡视探测。我国探索太空计划再上一层。（1）与“光年”定义一样，太阳发出的光运动大约8光分传播至月球，这意味着在月球上观测到太阳上的景观大约是________分钟前发生的。太阳内部时刻在发生着________（选填“核裂变”或“核聚变”）。（2）月球绕地球运动时_________（选填“受”或“不受”）地球的引力。由远地点向近地点运动时，月球速度________（选填“增大”、“减小”或“不变”）。二、综合练（能力提升）9．某智能百叶窗的叶片上贴有太阳能板，在光照时发电，给电动机供电以调节百叶窗的开合。该过程中发生的能量转换是（）。A．光能→电能→机械能 B．光能→机械能→电能C．电能→机械能→光能 D．机械能→电能→光能10．能源是社会发展的宝贵资源，若将能源分为可再生能源和不可再生能源，则太阳能属于__________能源。太阳辐射能量主要来自太阳内部的__________反应（选填“聚变”或“裂变”）。某款太阳能热水器，水箱内有的水。在阳光照射下，水的温度升高了，如果这些热量由煤气灶燃烧煤气来提供，需要燃烧煤气，求煤气灶的效率是__________，（水的比热容为），煤气的热值为）11．拉萨素有“日光城”之称，太阳灶得到广泛使用，如图所示。周末，扎西在家用太阳灶烧水，水壶里装有5kg的水，经过一段时间后，水温从10℃升高到90℃，假设这段时间太阳灶共吸收了4.2×106J的热量。[](1)太阳能属于_______能源（选填“可再生”或“不可再生”）；(2)求水吸收的热量()；(3)求太阳灶的效率。()三、培优练（挑战自我）12．阅读短文，回答问题：太阳能百叶窗某商业大厦安装了如图甲所示的某太阳能百叶窗的示意图，它既能遮阳，还能发电。它的构造特点是百叶窗的叶片为太阳能电池板（以下简称电池板），其工作电路示意图如图乙所示，电池板