第二十二章-《能源与可持续发展》-全国初中物理竞赛试题精编（九年级）（解析版）

第二十二章《能源与可持续发展》全国初中物理竞赛试题精编一、单选题1．如图是手电筒的电路图，下列说法正确的是（）A．电池的作用是消耗电能B．灯泡将光能转化为电能C．开关断开时，a处有电流，b处没有电流D．开关断开时，a和b之间仍有电压【答案】D【详解】A．电池是电源，作用是提供电能，故A错误；B．灯泡工作时消耗电能，将电能转化为光能和内能，故B错误；C．当开关断开时，电路处于断路状态，不会产生电流。故C错误；D．开关断开时，因这两点分别与电源正负极相连，故它们之间是有电压的。故D正确。故选D。2．如图所示是武汉市的氢能源公交车。这种公交车不用加油、无需充电，3分钟“喝”满氢气，就能一口气跑上600公里，且全程零碳排放，连“滴”出来的水也能直接饮用。下列说法正确的是（

）

A．氢能源公交车使用的氢能源是一次能源B．停在站台上的公交车以旁边缓缓出站的另一辆公交车为参照物是静止的C．公交车发动机的能量损失中，燃气带走的能量最少D．汽车制动时，由于摩擦，动能转化成了内能【答案】D【详解】A．氢能源公交车使用的氢能源是二次能源，因为它是通过一定的方法利用其它能源制取的，故A错误；B．停在站台上的公交车以旁边缓缓出站的另一辆公交车为参照物是运动的，两辆车的位置发生变化，故B错误；C．公交车发动机的能量损失有很多，其中燃气带走的能量是最多的，故C错误；D．汽车制动时，由于摩擦，汽车的动能转化成了空气和地面的内能，故D正确。故选D。3．下列关于材料、能源及信息的说法中，正确的是（）A．半导体元件具有许多独特的功能，半导体二极管具有单向导电性B．煤、石油、天然气、太阳能都是不可再生能源C．光波、无线电波、声波都可以在真空中传播D．汽车上安装的倒车雷达是利用电磁波来传递信息的【答案】A【详解】A．半导体二极管具有单向导电性，是仅允许电流由一个方向通过元件，故A正确；B．太阳能是可再生能源，煤、石油、天然气是不可再生能源，故B错误；C．光波和无线电波都属于不同频率的电磁波，都可以在真空中传播；声音的传播需要介质，真空不能传声，故C错误；D．汽车上安装的倒车雷达是利用超声波来传递信息的，故D错误。故选A。4．勤劳的中华民族创造了灿烂的华夏文明，在众多领域取得了举世瞩目的成就，推动了人类社会的进步。下列关于我国科学技术的成就和应用描述完全正确的有（）①四大发明中的“指南针”——司南能指示南北方向是受地磁场的作用②1293年，郭守敬在通惠河上建造了船闸，这一创举利用了连通器原理③冬奥会的“巡检机器狗”将现场设备运行状态通过电磁波传递到指挥中心④“玉兔2号”月球车在月球背面留下属于中国的第一道印记，说明力可以改变物体的形状⑤“华龙一号”核反应堆利用核聚变进行发电，所用核燃料属于可再生能源⑥“复兴号”动车组刷新了中国速度，高速行驶时，周围空气的流速大，压强也大A．①②③④ B．①②③⑤ C．③④⑤⑥ D．②③④⑥【答案】A【详解】①指南针能够指南北是因为受到地磁场的作用，故①正确；②船闸的上游阀门打开时，上游和闸室构成连通器，下游阀门打开时，下游和闸室构成连通器，船只才能通航，故②正确；③电磁波能传递信息，冬奥会的“巡检机器狗”将现场设备运行状态通过电磁波传递到指挥中心，故③正确；④月球车在月球表面行驶留下痕迹，是因为月球车对月球表面有压力的作用，使月球表面的月壤的形状发生了改变，该现象说明力可以使物体发生形变，故④正确；⑤核反应堆利用核裂变进行发电，核燃料一旦使用，在短期内不能再生，是不可再生能源，故⑤错误；⑥高速行驶时，周围空气的流速大，压强小，故⑥错误。综上所述，只有①②③④正确。故选A。5．关于能量的转化与守恒，下列说法中正确的是（）A．能量守恒定律只适用于能量的转化过程B．给手机充电时是将电能转化为化学能C．“摩擦生热”是创造了热，它不符合能量守恒定律D．由于能的转化过程符合能量守恒定律，所以不会发生能源危机【答案】B【详解】A．能量守恒定律也适用于能量转移的情形。故A错误；B．充电时，消耗电能，电池内部发生化学反应，是将电能转化为化学能。故B正确；C．摩擦生热没有创造热，是将机械能转化为内能，使物体温度升高。故C错误；D．能量的转化和转移是具有方向性的，不是所有的能量都可以利用。故D错误。故选B。二、填空题6．2022年11月25日，国内首台自主研制F级50兆瓦重型燃气轮机正式完工发运，标志着我国在重型燃气轮机领域完成了从“0”到“1”的突破。（1）燃气轮机（选填“属于”或“不属于”）热机。在燃气轮机的轴承中加入润滑油可以（选填“增大”或“减小”）摩擦。（2）F级联合循环一小时发电量可达7万千瓦时，则该过程中其功率为W，产生的电能是（选填“一”或“二”）次能源。燃气轮机工作压强为18个大气压，该环境下手掌面积大小的零件上受到的压力约为（选填“2×102、2×103或2×104）。（3）已知F级燃气轮机的单循环热效率可达38%，E级燃气轮机的单循环热效率为34%。某装备E级燃气轮机的驱逐舰进行一次巡航任务需要消耗燃油760t，若改装成F级燃气轮机可节约燃油t。

【答案】属于减小7×107二2×10480【详解】（1）[1]燃气轮机工作时将内能转化为机械能，所以属于热机。[2]在燃气轮机的轴承中加入润滑油的目的是使接触面脱离，从而减小摩擦。（2）[3]燃气轮机的功率[4]电能必须通过一次能源例如机械能、内能的消耗才能得到，是二次能源。[5]手掌的面积约为由得，该环境下手掌面积大小的零件上受到的压力（3）[6]已知两种发动机做的有用功相等，所以即解得若改装成F级燃气轮机可节约燃油7．随着环保意识的增强和技术的不断进步，电动汽车正逐渐成为新时代的选择。（1）纯电动汽车通过电池提供动力，电能属于（选填“一”或“二”）次能源。纯电动汽车由于没有安装（选填“内燃机”或“电动机”），它比燃油汽车噪声小，这是在（选填“声源处”或“人耳处”）减弱噪声。（2）电池的能量密度是指电池可以充入的最大电能与电池质量的比值。电池的能量密度随环境温度的降低而降低，同一辆电动汽车在夏季的续航里程（充满电后最大行驶路程）比冬季更（选填“短”或“长”）。某电动汽车电池的质量为400kg，充满电后，在平直路面上以80km/h的速度匀速行驶时，受到的平均阻力为720N，续航里程为400km。该电动汽车将电能转化为机械能的效率为80%，其电池的能量密度为kW·h/kg。若行驶过程中电池的输出电压为400V，则电池的输出电流为A。【答案】二内燃机声源处长0.2550【详解】（1）[1]常规使用的电能不是直接从自然界中获取的，而是通过消耗一次能源得到的，属于二次能源。[2]纯电动汽车使用电能作为能源，安装的是电动机，没有内燃机。[3]纯电动汽车比燃油汽车噪声小，是因为没有内燃机工作时发出的噪声，是在声源处减弱噪声。（2）[4]电池的能量密度是指电池可以充入的最大电能与电池质量的比值，电池的能量密度随环境温度的降低而降低。相同的一块电池，在质量不变的情况下，夏季环境温度更高，可以充入的最大电能更大，充满电后最大行驶路程也更长。[5]汽车匀速行驶时，所受的牵引力与阻力大小相等，即行驶400km所消耗的机械能为消耗的电能为电池的能量密度为[6]行驶时间为根据可知，行驶过程中电池的输出电压为400V，则电池的输出电流为8．停车难是如今城市普遍存在的问题，图甲是“路边空中存车亭”，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，图甲图乙为杆OB的转动轴，杆的E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）汽车在给我们的生活提供便利的同时，也给环境造成污染。汽车行驶过程中冒“黑烟”时，对环境的污染尤为严重，这时发动机的效率将（选填“升高”或“不变”或“降低”）。某台汽油机飞轮的转速为2400r/min，在1s内，汽油机完成个工作循环；（2）如图乙所示，滑轮的作用是；（3）这台电动机正常工作时两端的电压为220V，通过线圈的电流为10A，若此线圈的电阻为2Ω，那么它在1min内产生的热量为J，这台电动机电能转化为机械能的效率为%（保留一位小数）；（4）“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。太阳能来源于太阳内部发生的核（选填“聚变”或“裂变”）。【答案】降低20改变力的方向12000J90.9%聚变【详解】（1）[1]汽车行驶过程中冒“黑烟”是燃料燃烧不充分，燃料燃烧放出的热量少，燃料的利用率低，这时发动机的效率将降低。[2]汽油机飞轮的转速为而一个工作循环飞轮转2r，则该汽油机1s内完成20个工作循环。（2）[3]图乙中的滑轮是定滑轮，故作用是改变力的方向。（3）[4]电动机产生的热电动机消耗的电能电动机输出的机械能[5]这台电动机电能转化为机械能的效率（4）[6]在太阳内部，氢原子核在超高温作用下发生聚变，释放巨大的核能。三、实验题9．随着社会主义新农村建设的不断深入，太阳能路灯已经在广大农村社区随处可见．太阳能路灯的核心部件是光电板，光电板可以把太阳能转化为电能并以化学能的形式储存或直接对外供电．翱翔科创兴趣小组想探究影响光电板吸收太阳能的多少与哪些因素有关，为此他们提出了如下猜想：猜想1：光电板吸收太阳能的多少可能与光电板的面积有关；猜想2：光电板吸收太阳能的多少可能与光电板的光照时间有关；猜想3：光电板吸收太阳能的多少可能与光电板的颜色有关。根据以上猜想，他们把不同大小、涂有不同颜色的光电板正对太阳光照射不同的时间，然后再分别让它们对小灯泡供电直到小灯泡熄灭，并记录小灯泡发光时间于下表中：序号光电板的面积（m2）光照时间（min）光电板表面所涂颜色小灯泡发光时间（s）10.110黑色18020.110绿色12030.110白色3040.210黑色36050.310黑色54060.120黑色36070.130黑色540请完成下面的问题：（1）实验中是通过比较来比较光电板吸收太阳能的多少的。（2）每次实验中所选用的小灯泡的规格应该是（选填“相同”或“不同”）的。（3）要验证猜想1，需要分析表中（填表中的序号）三组数据；分析表中1、6、7三组数据，我们可以得出结论：（写明比例关系）；分析表中数据还可得到：太阳能光电板表面涂层用色最好。（4）如果把小灯泡换成同样亮度的LED灯，LED灯的发光时间将（选填“增加”“不变”或“减少”）。（5）根据生活经验，我们猜想光电板吸收太阳能的多少还与等因素有关。【答案】小灯泡发光时间相同1、4、5在光电板的面积和颜色相同时，光电板吸收的太阳能的多少与光照时间成正比黑增加太阳光的照射强度（合理即可）【详解】(1)[1]本实验无法通过实验现象直接得出光电板吸收太阳能的多少，故使用转化法，通过灯泡的发光时间来反映吸收太阳能的多少。(2)[2]只有小灯泡的规格相同，在单位时间内消耗的电能才相同，故要选用相同规格的灯泡。(3)[3]验证猜想一，根据控制变量法，应保证光照时间和颜色相同，光电板的面积不同，故选表中1、4、5三组数据。[4]在光电板的面积和颜色相同时，光电板吸收的太阳能的多少与光照时间成正比。[5]比较1、2、3三组数据，光电板的面积、光照时间都相同，光照板颜色不同，根据表中数据可知，黑色光照板的灯泡发光时间最长，故太阳能光电板表面涂层用黑色色最好。(4)[6]LED灯相比灯泡更加节能，故LED灯的发光时间将增加。(5)[7]本实验涉及的能量转化是太阳能转化为化学能，太阳能的大还与太阳光的照射强度有关，故光电板吸收太阳能的多少还与太阳光的照射强度等因素有关。四、综合题10．“SmartflowerPop”是一款太阳能电池板，它能确保与日照方向始终垂直，使其吸收的太阳能最多.该电池板有自动清洁装置，它的工作效率比沾满灰灰尘的电池板更高，白天，太阳能电池发出的电可直接接供给家用电器工作，多余部分存储在蓄电池中。（1）太阳能属于（选填“常规”或“新”）能源，太阳能电池将光能转化为能；（2）“SmartfloserPop”晚间自动清洁一次需要1h，此时的耗电功率为1kw，则自动清洁一次消耗的电能为多少焦？与多少千克的焦炭完全燃烧产生的热量相等（焦炭的热值3×107J/kg）；（3）若叶片面积为25m2，白天太阳能电池接收太阳辐射的平均功率为1000W/m2，光电转化效率为20%，某日，白天家庭耗电的平均功率为4kW，电池的充电效率为84%，晚上若将当天存储的电能全部转化为内能，可将60kg的水从20加热到68，求当天的日照时间为多少小时?[水的比热容为4.2×103J/（kg·）]。【答案】新电能3.61064【详解】（1）[1]太阳能是近些年被开发利用的能源，属于新能源。[2]太阳能电池板利用光电效应将光能转化为电能（2）[3]自动清洁一次消耗的电能为W=Pt=1000W3600s=3.6106J[4]消耗的电能与焦炭完全燃烧产生的热量相等，完全燃烧焦炭的质量（3）[5]白天太阳能电池接收太阳辐射的功率为P=Po=1000W/m225m2=25000W白天太阳能电池储存的电功率为P电=P光=25000W20%=5000W白天剩余的功率为P'=P电-P白=5000W-4000W=1000W因为蓄电池的充电效率为84%，所以储存的电功率为P=P'84%=1000W84%=840W水吸收的热量Q吸=cm(t-t0)=4.2×103J/(kg·)60kg(68-20)=1.2096107J因为晚上电能全部转化为内能，故W=Q吸=1.2096×107J当天的日照时间为11．如图所示是“神舟十一号”飞船的返回舱.返回舱又称座舱,是航天员往返太空时乘坐的舱段,为密闭结构,前端有舱门.返回舱重返地球时,为避免与大气剧烈摩擦产生的高热烧穿舱壁,返回舱表面涂有防热材料.已知物体所具有的重力势能E和高度h的关系是Ep=mgh,若返回舱的总质量为M,其中防热材料的质量为m,比热容为c,若返回舱进入大气层后,下落时减少的重力势能转化为内能的40%被防热材料吸收.（1）请推导返回舱进入大气层后,返回舱下落高度△h和吸热材料升高的温度Δt的关系表达式.

（2）已知返回舱的总质量为3×103kg,其中防热材料的质量为500kg,比热容为4×103J/(kg.℃),则飞船在大气层中下落1000m防热材料升高的温度是多少?【答案】△t=

6℃【详解】（1）由重力势能和高度的关系可得：EPmg，由于返回舱进入大气层后，下落时减少的重力势能转化为内能的40被防热材料吸收，可知：Q吸40mg，由Q得：Q吸40Mg，即：；（2）由（1）得：.12．2021年5月15日，天问一号成功实现软着陆在火星表面，在火星上首次留下中国印迹，首次实现通过一次任务完成火星环绕、着陆和巡视三大目标，实现了中国在深空探测领域的技术跨越而进入世界先进行列；天问一号降落过程包括气动减速段、降落伞减速段、动力减速段，在动力减速段反冲发动机开始工作，降落至距离火星表面100m时，先悬停避障然后着陆到火星表面；（1）从开始发射到降落在火星上，探测器经过近300天的飞行，行程约4亿千米，它的平均速度约为km/h；飞行过程中，北京航天飞行控制中心利用向探测器传递指令，控制其飞行轨道；（2）质量为240kg的“祝融号”火星探测车随着陆巡视器一起下落，从距离火星表面100m处到着陆火星表面过程中，共用时40s，火星车重力做了多少功？重力做功的功率是多大；（物体在火星表面所受的重力约为地球上的，g取10N/kg）（3）火星表面土壤松软，为了减小压强，“祝融号”共有6个宽大的轮子，每个轮子与地面的接触面积约为250cm2；当“祝融号”静止于水平火星表面上时，对火星表面产生的压强为多大；（4）“祝融号”火星车用太阳能电池提供能源，说出这样做的好处。

【答案】55555.6电磁波96000J2400W6.4×103Pa来源丰富、不需运输、不会对环境造成污染等优点【详解】（1）[1]探测器飞行的时间为行程约它的平均速度约为[2]电磁波的传播不需要介质，北京航天飞行控制中心利用电磁波向探测器传递指令，控制其飞行轨道。（2）[3]祝融号火星车在火星表面受到的重力从距离火星表面100m处到着陆火星表面过程中火星车重力做的功[4]重力做功的功率为（3）[5]祝融号对火星表面的压力为火星表面的受力面积祝融号对火星表面的压强为（4）[6]祝融号火星车用太阳能电池提供能源，是因为太阳能电池是将太阳光能直接转化为电能，而太阳能具有来源丰富、不需运输、不会对环境造成污染等优点。13．阅读短文，回答问题。太空能量“供应商”——太阳能电池帆板太阳能电池帆板（简称“电池板”）是为各类太空飞行器提供能源的装置，被称为太空能量“供应商”。电池板通常装有“向日器”，有了“向日器”，电池板就像向日葵一样迎着太阳转动。某兴趣小组为了研究影响太阳能电池产生电流大小的因素，他们用材料相同、面积分别为S和S'（S＜S'）的“电池板”进行实验，并改变电池板与光线的夹角θ，用电流表观察电流大小，实验过程如图所示。

（1）太阳能电池工作时，是把太阳能转化为能；（2）分析比较图甲与乙可得，材料、与光线夹角相同的电池板，越大，产生的电流越大；（3）分析比较图可得：太阳能电池帆板安装“向日器”时，要尽量使太阳光垂直照射电池板；（4）图丁所示为我国最新“天宫”与“天和”的组合体。对太空中的组合体来说，每24个小时就有16个昼夜。每昼30分钟、每夜分钟，30分钟面对太阳的时间，就是组合体太阳能帆板发电的时候。帆板发电时，一部分电量直接供给组合体，另一部分电量则储存在柔性砷化镓薄膜电池里，供黑夜时使用。黑夜电池在供电时是把能转化为能。若组合体所在高度电池帆板每平方米接收的太阳光能量平均功率值为500W，为了保证每天能够产生的电能，则组合体电池帆板的总面积至少为m2（太阳能电池效率为23%）。【答案】电面积甲、丙60化学电250【详解】（1）[1]太阳能电池工作时，太阳能电池板吸收太阳能，是把太阳能转化为电能。（2）[2]分析比较图甲与乙可知，电池板的材料、与阳光夹角相同，乙的面积大、电流表的示数大，即产生的电流大。故可以得出结论：材料与阳光夹角相同的电池板，面积越大，产生的电流越大。（3）[3]分析比较图甲与丙可知，电池板的材料、面积相同，甲与阳光的夹角大，电流表的示数大，即产生的电流大，据此可知，太阳能电池帆板安装“向日器”时，要尽量使太阳光垂直照射电池板。（4）[4]每24个小时就有16个昼夜，每个昼夜的时间每昼30分钟、每夜的时间[5][6]帆板发电时，一部分电量直接供给组合体，另一部分电量以化学能的形式储存在柔性砷化镓薄膜电池里；电池板在供电时是把化学能转化为电能。[7]每24个小时，组合体太阳能电池板每平方米接收太阳光能后转化成的电能要保证每天能够产生的电能，则组合体电池帆板的总面积14．重力储能是一种新型储能方式，它通过提升或放下重物实现能量的储存或释放，能量转化过程如图1所示。重力储能可有效提升风能、太阳能等新能源的综合开发利用水平。某风力发电、重力储能综合项目，单个风力发电机组的平均发电功率为1500kW。某次风能充沛时，系统利用风能发电的富余电能，将2个质量均为的重物从地面提升至30m的高度处，实现能量储存，如图2所示。根据相关信息，完成以下问题（g取10N/kg）。（1）风能属于（选填“可再生”或“不可再生”）能源；（2）若某电动汽车每行驶1km的路程需消耗0.2kW·h的电能，单个风力发电机组发电1h产生的电能，可供该电动汽车行驶的路程是多少？（3）储能系统将2个重物匀速提升至30m高处的过程中，系统对重物所做的功是多少？（4）储能系统将2个重物从30m高处放回地面的发电过程中，产生的电能为，则该过程的发电效率是多少？据某资料介绍，重力储能系统的综合效率（输出电能与输入电能之比）可达70%以上，请你通过计算，判断这一数据是否可信？（已知系统提升重物的效率为90%）

【答案】可再生7500km可信【详解】（1）[1]可再生能源是指在自然界中可以不断再生、永续利用的能源，风能属于可再生能源。（2）[2]单个风力发电机组发电1h产生的电能为可供该电动汽车行驶的路程是（3）[3]系统对重物所做的功是（4）[4]重力储能系统放下重物的发电效率是[5]重力储能系统提升重物所需要的总能量重力储能系统的综合效率为因此这一数据可信。15．阅读短文，回答问题太阳是人类的“能源之母”，太阳能可能成为未来最理想的能源，太阳能路灯已经成为许多城市的一道靓丽的风景线.太阳能电池板的材料最主要的是晶体硅材料；太阳能电池有很多优点，如使用寿命长，保养费用极低；但缺点是效率低，理论上最高效率η1只有，制造太阳能电池所需的单晶硅价格昂贵．我市交通道路上使用了风光互补LED路灯，白天光线强时，太阳能电池板为蓄电池充电，夜晚光线弱时，蓄电池为电灯供电照明。其外形和电路原理如图所示.（1）太阳是人类的“能源之母”.下列地球上的能源中