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20.2 开发新能源 分层练习 (解析版)
基础过关练
一、太阳能
1 ．太阳能
( 1)在太阳内部，氢原子核在超高温下发生_________ ，释放出巨大的_________ 。我们现在开采的 化石燃料获取的能量实际上是开采上亿年前地球接收的_________；
(2)目前，人们开发、利用太阳能主要采用：①太阳能转化为电能，如_________ ；②太阳能转化为 化学能，如_________ ；③太阳能转化为_________ ，如太阳灶、太阳能热水器。
2 ．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。 目前人类直接利用太阳能的方式 是 ( )
A ．利用太阳能集热器直接把水加热
B ．利用太阳能形成的风使风车发电
C ．利用太阳能汽车，把太阳能直接转化为机械能
D ．利用太阳能电池，把太阳能直接转化为化学能
3 ．2025 年 5 月 29 日 12 时 12 分，我国在酒泉卫星发射中心使用长征四号乙运载火箭，成功将实 践二十六号卫星送上太空。
( 1)我们在家里观看火箭发射过程是通过_________传播信息。
(2)火箭在大气层内高速运动时，其头部整流罩会与空气剧烈摩擦，温度升高达上千摄氏度，此过 程是通过________ 的方式改变了整流罩的内能；以正在升空的火箭为参照物，地球是_________ 的。
(3)中国空间站首次使用柔性太阳电池翼作为能量来源，太阳电池翼把太阳能直接转化为_______能。
4 ．2025 年 10 月 31 日 23 时 44 分，长征二号 F 遥二十一运载火箭在我国酒泉发射中心发射升空， 搭载的神舟二十一号载人飞船于 11 月 1 日 3 时 22 分与空间站对接成功，整个过程历时约 3.5 小时， 创造了神舟飞船与空间站交会对接的最快记录。下列说法正确的是 ( )
A ．对接后，神舟二十一号飞船相对于空间站是运动的
B ．飞船上的太阳能电池板将太阳能转化为电能
C ．火箭飞入太空后，当太空温度很低时，火箭的内能为零
D ．在升空过程中，随着液态氢质量的减少，液态氢的热值也减小
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二、核能
5 ．核能
( 1)核能是指原子核在发生_________变或_________变过程中释放出的能量；
(2)核聚变只有在_________和_________才能进行；
(3)获取核能有两条途径——重核的裂变和轻核的_________变；
(4)原子弹是利用原子核的_________制成的核武器，氢弹是利用氢核的_________制成的核武器；
(5)目前各国运行的核电站都是利用核_________ (选填“聚变”或“裂变”) 释放出的巨大的能量发电 的。我国正在采用不同方式进行可控核聚变的研究。
6 ．“东数西算”工程是指东部的数据算力需求引导到西部处理，因为西部有充足水电、风电、光伏 发电等，并且年均气温较低，可通过自然风冷降低散热成本。水能、风能、光能都属于_________ 能源(填“可再生”或“不可再生”) ，计算机芯片处理数据时会产生大量热，这是因为电流具有 _________效应。
7 ．能源、信息和材料是当今社会发展的重点领域，以下说法正确的是 ( )
A ．战斗机外壳需要用密度小强度大的材料制作
B ．风能、水能、潮汐能、电能都属于一次能源
C ．地面控制中心通过电磁波与战斗机进行通信
D ．核潜艇是利用原子核发生核聚变来获取能量
8 ．关于能量和能源，下列说法正确的是 ( )
A ．核能、生物质能、风能都是可再生能源 B ．电能是一次能源
C ．太阳释放的能量是核裂变产生的 D ．火力发电是将化学能转化为电能
三、其他新能源
9 ．图中的白鹤滩水电站是实施“西电东送”的国家重大工程，水能属于_________能源 (选填“可再 生”或“不可再生”) 。超导材料出现以后，人们首先想到的就是利用超导体的_________特性实现远
距离大功率输电，可以无损耗输送极大的电流。
10．阅读文章，回答问题：
零碳中国 氢能未来
2024 年 10 月 18 日，中国氢能产业大会在佛山市举行，大会以“氢能 全球绿色转型的未来”为 主题，向着“碳达峰、碳中和”的目标前进。氢能主要用于燃料电池汽车，通过电化学反应产生电能， 驱动车辆运行，具有零排放、高能效的特点。
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如图甲是氢氧燃料电池的原理图。氢气经过催化剂作用，分解成氢离子 (质子) 和电子，氢离 子从 A 端穿过质子交换膜，到达燃料电池的 B 端。而电子是不能通过质子交换膜的，只能经外电
路从 A 端流向 B 端，于是外电路中就形成了电流。电子到达 B 端后，与氧气反应生成水。
1kg 氢反应后可释放1.2 108 J 的能量，燃料电池的化学能转换效率在理论上可达100% ，实际效 率能达60% ~ 80% ，是普通内燃机热效率的2 ~ 3 倍。
如图乙是某款是氢能环卫车，车上的氢燃料电池含有 20kg 的氢，如图丙是该款氢能环卫车行
驶时阻力随速度变化的关系图。
( 1)有材料可知，分离出的电子带_________ (选填“正”或“负”) 电，氢氧燃料电池在工作过程中， 主要将_________能化为电能；
(2)由材料可知_________ (选填“C”或“D”) 端是燃料电池的正极，外电路中电子移动的方向从 _________ (选填“C 到 D”或“D 到 C”) ；
(3)如图丙所示，若环卫车行驶速度为 50km/h 时，氢氧燃料电池将氢能转化为电能的效率为 60%， 电能转化为机械能效率为 75% ，该氢能环卫车充满一次氢，能释放_________J 的机械能，续航
(
_
________
) (
k
)m。
11．【海洋与生活】我国在潮汐发电领域已取得重大成就，自主研发制造的首台 LHD 兆瓦级潮流 能“奋进号”发电机组，率先实现兆瓦级大功率稳定并网发电，入选 2024 年全球海洋能二十大亮点 工程。小铁同学想了解海洋能源在生活中的应用。
( 1)首先他了解了潮汐发电的相关知识，潮汐能是_________ (选填“可再生”或“不可再生”) 能源。 潮汐发电过程中，涨潮阶段海水涌入水库，退潮阶段海水流出，退潮过程中发电机将_______转化 为电能。某次退潮过程中海水重力做功 2.0×1010J，其中 50%转化为电能，则本次退潮发电_______J；
(2)潮汐发电产生的电能通过电网输送到小铁家，他家电能表上月末 记录的示数是 931.6kW ·h ， 本 月末示数如图所示，这个月他家用电_________ kW ·h ， kW ·h 是_________ 的单位。他将电饭煲单 独接入电路中正常工作 1min ，发现电能表转盘转过 10r，此过程中电饭煲的电功率为_________W；
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(3)接下来他探究了不同密度的海水在沸腾前后温度变化的规律。
①某次测量海水的质量和体积，托盘天平示数如图甲所示，已知烧杯质量为 20g ，海水的质量为 _________ g ，量筒示数如图乙所示，海水的体积为_________ cm3 ；
②用图丙实验器材进行探究，图中 A 、B 、C 三种读温度计示数的方式正确的是_________ 。海水 沸腾时大量的“白气”不断地从烧杯中冒出，这些“白气”是由水蒸气_________ (选填物态变化名称) 而形成的；
③小铁用相同热源对质量和初温均相同的海水 1 、海水 2 和水 ( p1 > p2 > p水 ) 进行加热，其温度随
加热时间变化的规律如图丁所示。分析图像得出如下结论：
a ．实验时水的沸点是_________℃；
b ．海水密度越大沸点越_________；
c．两种海水从相同初温加热至刚好沸腾，_________ (选填“海水 1”或“海水2”) 吸收的热量更多。 结合实验分析，如果内陆地区一个水量不变的咸水湖随着含盐量逐渐升高，其对周围地区气温的调 节作用会变_________ (选填“强”或“弱”) 。
12．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。
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( 1)风力发电是把风能转化为电能，风能是_________ (选填“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。 (2)风机叶片具有质量轻、强度高等性能，通常用密度_________ 、硬度_________ 的复合材料制成； (3)某风力发电机输出功率与风速的关系如图丙所示。由图像可知，当风速在v1 到v2 之间时，风速越 大，风力发电机输出功率_________ ；当风速大于v2 时，风速增大，_________ (选填“能”或“不能”) 提高风力发电机输出功率。
能力提升练
一、单选题
1 ．中国“人造太阳”——大型核实验装置“东方超环” (EAST) 取得重大突破。“东方超环”是全超导 托卡马克核聚变实验装置，下列核能利用方式与之相同的是 ( )
①原子弹 ②氢弹 ③江苏田湾核电站 ④太阳
A ．①② B ．①③ C ．②③ D ．②④
2 ．如图所示的是三种太阳能的转化途径，其中椭圆表示转化的装置或物体，菱形表示某种能量形 式。按图中序号顺序在三个空白处填入相关的文字，正确的是 ( )
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A ．内能 太阳能电池 光合作用
C ．太阳能电池 光合作用 内能
B ．内能 太阳能电池 绿色植物
D ．太阳能电池 绿色植物 内能
3 ．下列关于原子核裂变和聚变的说法，正确的是 ( )
A ． 目前人类还不能有效控制原子核裂变
B ． 自然界中只有在人为的条件下才会发生核聚变
C ．到目前为止，人类获得核能有两条途径，即核裂变和核聚变
D ．原子核在任何条件下都能发生聚变
(
．
．
)4 ．关于能源、信息和材料，下列说法错误的是 ( )
A ．核电站核反应堆中发生的是可控核裂变
B ．插电式新能源汽车充电时使用的电能是二次能源
C ．5G 和 4G 通讯信号的电磁波在真空中的传播速度相等
D ．为降低电能的损耗，可利用超导材料制造电饭煲的电热丝
二、多选题
5 ．“科学技术是第一生产力” ，同学们关注新闻时事、掌握祖国科技进展，在拓宽视野中点燃创新
火种，为个人成长注入时代动能。下列科技进展与我们所学物理知识联系正确的是 ( )
选项 科技进展 联系
A 嫦娥六号实现世界首次月球背面自动采样返回 嫦娥六号与地面联系用的是电磁波
B 自主研制的300 兆瓦级 F 级燃气轮机点火成功 燃气轮机对外做功时内能转化为机械能
C 新一代人造太阳“中国环流三号”首次实现原子核 和电子温度均突破一亿度 “中国环流三号”的原理是核聚变
D 首款大规模通用智能光计算芯片“太极”研制成功 芯片采用超导材料制成
A ．A B ．B C ．C D ．D
6 ．近年来，我国在科技领域取得了辉煌的成就，下列说法正确的是 ( )
A ． 甲图：光纤通信的原理利用光的反射，在一定时间内传输大量信息
B ．乙图：国内 AI 大模型 DeepSeek 的后台高算力芯片是由半导体材料制成的
C ．丙图：2025 年春晚机器人跳舞的过程中将机械能转化为电能
D ．丁图：核聚变装置“中国环流器三号”获得动能的方式和核电站相同
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三、课内填空
7．如图所示是太阳能 LED 照明路灯。它主要由太阳能电池板、
LED 灯头等部分构成。LED 是一种发光二极管，电流通过能
够使其发光，可以把电能直接转化成_________能。制作 LED
灯的主要材料是_________ (选填“导体”“半导体”或“绝缘体”)
太阳能清洁无污染，它是在太阳内部的氢原子核发生
_________ (选填“裂变”或“聚变”) 释放出的核能。
四、填空题
8 ．新疆的风光电资源充足，克拉玛依市投入 250MW 风电项目，安装 50 台 5MW 风电机组，产生 的电力主要用于克拉玛依市云计算产业园区内部消纳。 ( 1)风能是_________ (选填“可再生”或“不可再生”) 能源，在风力发电片的运输过程中，发电片相 对于运输车是_________ (选填“运动”或“静止”) 的。运输车轮胎很宽大，是为了_________ (选填 “增大”或“减小”) 对地面的压强。安全起见，车辆即将转弯时速度减慢，惯性_________ (选填“增 大”“减小”或“不变”) 。
(2)运输车采用的是四冲程柴油机，为其提供动力的是_________冲程，完全燃烧 100kg 的柴油释放 的热量为_________J 。 (柴油的热值约为3 107 J / kg ) 相当于一台 5MW ( 1MW = 1 106 W ) 风电机工 作_________小时 (取小数点后一位) 。
9 ．如图所示，某蔬菜种植基地的温室大棚由棚膜和土墙搭建而成。为使大棚白天吸收太阳更多的 热量，科研人员为大棚还安装了太阳能电池板、LED 灯、电风扇等设备，还指导农户用水墙替换 土墙。请说出以上情境中，你所了解的物理知识：__________________ ；__________________。
10．2025 年 1 月 20 日“人造太阳”创造“亿度千秒”世界纪录。“人造太阳”的反应过程如图所示，该 过程是通过_________ (选填“核裂变”或“核聚变”) 释放巨大的能量；核能属于_________ (选填“可 再生”或“不可再生”) 能源；航行中的两艘轮船不能离得太近，这是由于靠得太近的两艘船之间水
的流速大、压强_________ ，容易相撞。
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五、综合题
11．如图所示为同学们制作简易汽轮机的设计方案，向易拉罐内部注入大约半罐水，将去掉笔芯和 尾塞的中性笔的尾端插入易拉罐内，用橡皮泥将罐的开口处密封。将易拉罐放置在支架上，笔的尖 端对准小风扇的扇叶。测试过程中，发现风扇转动得很慢。同学们交流后认为，这是蒸汽喷射力不
足造成的。以下几种解决方案中你认为可行的是_________。
A ．增加酒精灯的高度，用其内焰加热
B ．更换一个更细的喷嘴
C ．降低小风扇的高度，使喷嘴对准风扇的中心
交流过程中，有同学设想：用凹面镜会聚太阳光替代酒精灯加热易拉罐，制成一个“太阳能蒸汽机”。 你认为这个“太阳能蒸汽机”的优势是___________________________ 。 (写出一条即可)
六、科普阅读题
12．阅读材料，回答问题。
高温气冷堆核电站
2023 年 12 月，全球首座第四代核电站——华能石岛湾高温气冷堆核电站商运投产，我国实现 了第四代核电站的“中国引领”。高温气冷堆被认为是“不会熔毁的反应堆” ，下图是高温气冷堆核电 站的发电模块示意图。
何为高温气冷堆？所谓“高温”，是指反应堆的工作温度和冷却剂的出口温度都达到其他堆型无 法企及的高温。所谓“气冷” ，则是区别于“水冷” ，使用氦气作为堆芯冷却剂和热传导媒介。
高温气冷堆有三道防线，保证其不会熔毁。第一道防线，耐高温的球形燃料。这种燃料球属于 弥散型核燃料，在任何情况下均能保证燃料颗粒的完整性不受影响，可有效防止放射性物质外泄； 第二道防线，燃料循环过程中具有负反应性温度系数。当温度达到阈值，反应堆会进行负反应性反 馈，实现自然停堆；第三道防线，非能动的余热排出系统。堆芯余热能够借助热传导、自然对流换 热和热辐射等释放到大气环境中，避免堆芯过热发生熔毁。
核电在积极解决能源困局的同时，也面临挑战，如核废物具有放射性等。
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( 1)核电站的核心设备是_________，通过_________ (选填“可控”或“不可控”) 的链式反应来释放核 能进行发电。通过发电机发出_________ (选填“交流”或“直流”) 电；
(2)核电清洁、经济，但一旦发生核泄漏，会对环境造成巨大的污染，核污染主要是因为核废料具 有_________；
(3)高温气冷堆核电站利用_________作为冷却剂；
(4)下列不属于高温气冷堆不熔毁的技术保证的是_________ ； (填字母)
A ．耐高温的球形燃料
B ．燃料循环过程中具有负反应性温度系数
C ．有非能动的余热排出系统
D ．反应堆有坚固的外壳
(5)石岛湾高温气冷堆核电站示范工程装机容量 20 万千瓦，每年可发电_________ kW h (按 365 天， 每天发电 20 小时计算) 。如果 1g 铀 235 完全裂变时产生的能量为8.2 1010J ，高温气冷堆的发电效 率为 40% ，那么每年要消耗铀 235 的质量为_________ (结果保留一位小数) 吨。
拓展培优练
一、单选题
1 ．核电站利用核反应堆提供的能量发电，以下说法正确的是 ( )
A ．核能属于可再生能源
B ．核能转化为电能的效率可达 100%
C ．核电站中冷却水温度升高，水分子的无规则运动加剧
D ．核反应堆产生的中子带正电
2．“华龙一号”是我国核电走向世界的“国家名片”，2021 年 1 月 30 日在福建福清投入商业运行，这 对助力碳达峰、实现碳中和具有重要意义。“华龙一号”核电站反应堆内的核反应是 ( )
A ．可控的裂变 B ．不可控的裂变 C ．可控的聚变 D ．不可控的聚变
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二、多选题
3 ．2025 年 5 月 22 日，神舟二十号航天员乘组完成第一次出舱活动，创下空间站建成后入轨出舱 间隔时间最短纪录。下列说法正确的是 ( )
A ．在舱外活动时航天员和地面控制中心通过电磁波传递信息
B ．在舱外活动时航天员的质量为零
C ．空间站的太阳能帆板工作时将太阳能转化为电能
D ．空间站的太阳能帆板工作时利用的太阳能是不可再生能源
三、填空题
4 ．小明乘坐高铁列车从北京南站到上海虹桥站，高铁列车利用的电能属于_________ (选填“清洁 型”或“污染型”) 能源。如图是列车时刻表，计算该次列车从北京南站到上海虹桥站的平均速度是
_________km/h 。 (为方便计算，数据做了适当调整)
站名 到站时间 开车时间 里程/千米
北京南 始发 14：45 0
济南西 16：25 16：27 406
南京南 18：24 18：26 1023
上海虹桥 19：45 终点 1350
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一、太阳能
1 ．太阳能
( 1)在太阳内部，氢原子核在超高温下发生_________ ，释放出巨大的_________ 。我们现在开采的 化石燃料获取的能量实际上是开采上亿年前地球接收的_________；
(2)目前，人们开发、利用太阳能主要采用：①太阳能转化为电能，如_________ ；②太阳能转化为 化学能，如_________ ；③太阳能转化为_________ ，如太阳灶、太阳能热水器。
【答案】( 1)聚变 核能 太阳能；(2)太阳能电池 植物通过太阳进行光合作用，生长粮食、水果 等为人类提供丰富的食物 内能
(1) [ 1]在太阳内部，氢原子核在超高温下发生聚变，释放巨大的核能，因此太阳的核心 每时每刻都在发生氢弹爆炸。
[2]远古时期陆地和海洋的植物，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， 埋在地下和海底，经过几百万年的变化，变成了今天所开采的化石燃料，所以实际上是在开采上亿
年前地球所接收的太阳能。
(2) [ 1]太阳能电池可以将太阳能转化为电能，供我们去使用。 [2]太阳能转化为化学能的典型实例就是植物的光合作用，还有生长粮食、水果等为人类提供丰富 的食物也是将太阳能转化为化学能。 [3]太阳灶、太阳能热水器这一类物体都是吸收太阳能并转化成内能，从而将水加热，所以是太阳 能转化为内能这一类。
2 ．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。 目前人类直接利用太阳能的方式 是 ( )
A ．利用太阳能集热器直接把水加热
B ．利用太阳能形成的风使风车发电
C ．利用太阳能汽车，把太阳能直接转化为机械能
D ．利用太阳能电池，把太阳能直接转化为化学能
【答案】A
A ．太阳能集热器将太阳能直接转化为内能 (热能) 加热水，属于人类直接利用太阳能的 方式，故 A 符合题意；
B ．风能是太阳能间接转化的能量 (太阳加热空气形成风) ，风车发电是利用间接能源，并非直接 利用太阳能，故 B 不符合题意；
C ．太阳能汽车是先将太阳能转化为电能，再转化为机械能，并非“直接转化为机械能” ，故 C 不符 合题意；
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D．太阳能电池是将太阳能直接转化为电能，而非化学能 (化学能通常是蓄电池储存能量的形式) ， 故 D 不符合题意。
故选 A。
3 ．2025 年 5 月 29 日 12 时 12 分，我国在酒泉卫星发射中心使用长征四号乙运载火箭，成功将实
践二十六号卫星送上太空。
( 1)我们在家里观看火箭发射过程是通过_________传播信息。
(2)火箭在大气层内高速运动时，其头部整流罩会与空气剧烈摩擦，温度升高达上千摄氏度，此过 程是通过________ 的方式改变了整流罩的内能；以正在升空的火箭为参照物，地球是_________ 的。
(3)中国空间站首次使用柔性太阳电池翼作为能量来源，太阳电池翼把太阳能直接转化为_______能。
【答案】( 1)电磁波
(2) 做功 运动
(3)电
(1) 广播、电视、移动通信、卫星都是用电磁波传递信息的，所以，在家里观看火箭发 射过程是通过电磁波传递信息的。
(2) [ 1]火箭在大气层内高速运动时，其头部整流罩与空气剧烈摩擦，克服摩擦做功，机械能转化 为内能，通过做功的方式改变了整流罩的内能。
[2]以正在升空的火箭为参照物，地球与火箭之间有相对位置的变化，地球是运动的。
(3) 太阳电池翼接收太阳能，为电路提供电能，所以是把太阳能直接转化为电能。
4 ．2025 年 10 月 31 日 23 时 44 分，长征二号 F 遥二十一运载火箭在我国酒泉发射中心发射升空， 搭载的神舟二十一号载人飞船于 11 月 1 日 3 时 22 分与空间站对接成功，整个过程历时约 3.5 小时， 创造了神舟飞船与空间站交会对接的最快记录。下列说法正确的是 ( )
A ．对接后，神舟二十一号飞船相对于空间站是运动的
B ．飞船上的太阳能电池板将太阳能转化为电能
C ．火箭飞入太空后，当太空温度很低时，火箭的内能为零
D ．在升空过程中，随着液态氢质量的减少，液态氢的热值也减小
【答案】B
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A ．对接后，神舟二十一号飞船之间的位置不发生变化，所以神舟二十一号飞船相对于空 间站是静止的，故 A 错误；
B ．太阳能电池板在工作时，将吸收的太阳能转化为电能，供空间站工作，故 B 正确；
C ．一切物体都有内能，任何物体的内能都不为 0 ，故 C 错误；
D ．热值是燃料的一种性质，与质量多少无关，所以在升空过程中，随着液态氢质量的减少，液态 氢的热值不变，故 D 错误。
故选 B。
二、核能
5 ．核能
( 1)核能是指原子核在发生_________变或_________变过程中释放出的能量；
(2)核聚变只有在_________和_________才能进行；
(3)获取核能有两条途径——重核的裂变和轻核的_________变；
(4)原子弹是利用原子核的_________制成的核武器，氢弹是利用氢核的_________制成的核武器；
(5)目前各国运行的核电站都是利用核_________ (选填“聚变”或“裂变”) 释放出的巨大的能量发电 的。我国正在采用不同方式进行可控核聚变的研究。
【答案】( 1) 裂 聚
(2) 极高的温度 极高的压强下
(3)聚
(4) 裂变 聚变
(5)裂变
(1) [ 1][2]核能是指质量较大的原子核发生分裂或质量较小的原子核相互结合时释放出的 能量，核反应分为两种，包括核裂变和核聚变。
(2) [1][2]核聚变只有在极严苛的条件下才能进行，其反应条件包括极高的温度、极高的压强等等。 (3) 获取核能的途径包括：铀、钚等重核裂变的链式反应中在极短时间内释放出巨大能量；氢的
同位素氘、氚等轻核在高温高压下发生核聚变，生成更重的原子核同时释放出巨大能量。
(4) [ 1][2]原子弹是利用裂变的链式反应在极短时间内释放出巨大能量的原理制成的；而氢弹则是 利用高温高压下轻核的聚变释放出巨大能量的原理制成的。
(5) 核裂变分为两种：可控链式反应和不可控链式反应， 目前各国运行的核电站的核反应堆中主 要应用的就是发生可控链式反应的核裂变。
6 ．“东数西算”工程是指东部的数据算力需求引导到西部处理，因为西部有充足水电、风电、光伏 发电等，并且年均气温较低，可通过自然风冷降低散热成本。水能、风能、光能都属于_________
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能源(填“可再生”或“不可再生”) ，计算机芯片处理数据时会产生大量热，这是因为电流具有 _________效应。
【答案】 可再生 热
[ 1] 水能、风能、光能均可在自然界中持续再生或补充，不会因使用而枯竭，故属于可再 生能源。
[2] 电流通过导体 (如芯片) 时，电能转化为内能，这是由电流的热效应引起的，导致芯片发热。
7 ．能源、信息和材料是当今社会发展的重点领域，以下说法正确的是 ( )
A ．战斗机外壳需要用密度小强度大的材料制作
B ．风能、水能、潮汐能、电能都属于一次能源
C ．地面控制中心通过电磁波与战斗机进行通信
D ．核潜艇是利用原子核发生核聚变来获取能量
【答案】AC
A ．为适合战斗机飞行、作战的需要，战斗机外壳材料要求“其坚如钢，其重如翎” ，需要 用密度小、强度大的材料制作，故 A 正确；
B ．一次能源是指从自然界取得未经改变或转变而直接利用的能源，风能、水能、潮汐能属于一次 能源； 电能是由其他形式的能转化而来的，属于二次能源，故 B 错误；
C．现代通信技术最广泛使用的是电磁波，地面控制中心是通过电磁波与战斗机进行通信，故 C 正 确；
D ．核潜艇利用原子核发生核反应堆来获取动力，反应堆中原子核裂变产生大量热量，内能通过汽 轮机转化为机械能，从而推动潜艇航行，故 D 错误。
故选 AC。
8 ．关于能量和能源，下列说法正确的是 ( )
A ．核能、生物质能、风能都是可再生能源 B ．电能是一次能源
C ．太阳释放的能量是核裂变产生的 D ．火力发电是将化学能转化为电能
【答案】D
A ．核能、生物质能、风能中，生物质能、风能都是可再生能源，而核能属于不可再生能 源，故 A 错误；
B ．一次能源是指没有经过加工从自然界中直接获得的能源，而电能需要经过加工才能获得，所以 属于二次能源，故 B 错误；
C ．太阳释放的能量是核聚变产生的，故 C 错误；
D ．火力发电通过燃烧燃料来发电，最初的能量来源于燃料的化学能，故 D 正确。
故选 D。
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三、其他新能源
9 ．图中的白鹤滩水电站是实施“西电东送”的国家重大工程，水能属于_________能源 (选填“可再 生”或“不可再生”) 。超导材料出现以后，人们首先想到的就是利用超导体的_________特性实现远
距离大功率输电，可以无损耗输送极大的电流。
【答案】 可再生 零电阻
[ 1]水能是自然界中可持续利用的能源，属于可再生能源。
[2]超导体在一定条件下，电阻可以变成零，人们可以利用它零电阻的特性实现远距离输电，可以 减少输电过程中的能量损耗。
10．阅读文章，回答问题：
零碳中国氢能未来 2024 年 10 月 18 日，中国氢能产业大会在佛山市举行，大会以“氢能 全球绿色 转型的未来”为主题，向着“碳达峰、碳中和”的目标前进。氢能主要用于燃料电池汽车，通过电化 学反应产生电能，驱动车辆运行，具有零排放、高能效的特点。
如图甲是氢氧燃料电池的原理图。氢气经过催化剂作用，分解成氢离子 (质子) 和电子，氢离子从 A 端穿过质子交换膜，到达燃料电池的 B 端。而电子是不能通过质子交换膜的，只能经外电路从 A
端流向 B 端，于是外电路中就形成了电流。电子到达 B 端后，与氧气反应生成水。
1kg 氢反应后可释放1.2 108 J 的能量，燃料电池的化学能转换效率在理论上可达100% ，实际效率能 达60% ~ 80% ，是普通内燃机热效率的2 ~ 3 倍。
如图乙是某款是氢能环卫车，车上的氢燃料电池含有 20kg 的氢，如图丙是该款氢能环卫车行驶时
阻力随速度变化的关系图。
( 1)有材料可知，分离出的电子带_________ (选填“正”或“负”) 电，氢氧燃料电池在工作过程中， 主要将_________能化为电能；
(2)由材料可知_________ (选填“C”或“D”) 端是燃料电池的正极，外电路中电子移动的方向从 _________ (选填“C 到 D”或“D 到 C”) ；
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(3)如图丙所示，若环卫车行驶速度为 50km/h 时，氢氧燃料电池将氢能转化为电能的效率为 60%， 电能转化为机械能效率为 75% ，该氢能环卫车充满一次氢，能释放_________J 的机械能，续航
(
_
________
) (
k
)m。
【答案】( 1) 负 化学
(2) D C 到 D
(3) 1.08×109 540
(1) [ 1]根据原子结构，原子由原子核与核外电子组成的，原子核由质子和中子组成，质 子带正电，中子不带电，电子带负电。
[2]氢氧燃料电池在工作过程中，发生了化学变化，主要将化学能转化为电能。
(2) [ 1][2]由材料可知，电子经外电路从 A 端流向 B 端，即从 A 经 C 到 D 再到 B 端，因此外电路 中电子移动的方向从 C 到 D ，电子带负电，定向移动方向与电流方向相反，因此电流方向为从 D
到 C，对电池来说，电流从正极出，负极回，因此 D 为电池正极。
(3) [ 1] 1kg 氢反应后可释放 1.2×108J 的能量，20kg 的氢反应后可释放的能量为
Q放 = mq = 20kg 1.2 108 J/kg = 2.4 109 J
[2]环卫车牵引力做的功为W =nQ放 = 60% 75% 2.4 109 J = 1.08 109 J
若环卫车行驶速度为50km / h 时，由图丙可知，此时环卫车受到的阻力为f = 2000N 根据二力平衡可知，环卫车的牵引力为F = f = 2000N
则环卫车运动的距离为s = = = 5.4 105 m = 540km
11．【海洋与生活】我国在潮汐发电领域已取得重大成就，自主研发制造的首台 LHD 兆瓦级潮流 能“奋进号”发电机组，率先实现兆瓦级大功率稳定并网发电，入选 2024 年全球海洋能二十大亮点 工程。小铁同学想了解海洋能源在生活中的应用。
( 1)首先他了解了潮汐发电的相关知识，潮汐能是_________ (选填“可再生”或“不可再生”) 能源。 潮汐发电过程中，涨潮阶段海水涌入水库，退潮阶段海水流出，退潮过程中发电机将_________转 化为电能。某次退潮过程中海水重力做功 2.0×1010J ，其中 50%转化为电能，则本次退潮发电 _________ J；
(2)潮汐发电产生的电能通过电网输送到小铁家，他家电能表上月末 记录的示数是 931.6kW ·h ， 本 月末示数如图所示，这个月他家用电_________ kW ·h ， kW ·h 是_________ 的单位。他将电饭煲单 独接入电路中正常工作 1min ，发现电能表转盘转过 10r，此过程中电饭煲的电功率为_________W；
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(3)接下来他探究了不同密度的海水在沸腾前后温度变化的规律。
①某次测量海水的质量和体积，托盘天平示数如图甲所示，已知烧杯质量为 20g ，海水的质量为 _________ g ，量筒示数如图乙所示，海水的体积为_________ cm3 ；
②用图丙实验器材进行探究，图中 A 、B 、C 三种读温度计示数的方式正确的是_________ 。海水 沸腾时大量的“白气”不断地从烧杯中冒出，这些“白气”是由水蒸气_________ (选填物态变化名称) 而形成的；
③小铁用相同热源对质量和初温均相同的海水 1 、海水 2 和水 ( p1 > p2 > p水 ) 进行加热，其温度随
加热时间变化的规律如图丁所示。分析图像得出如下结论：
a ．实验时水的沸点是_________℃；
b ．海水密度越大沸点越_________；
c．两种海水从相同初温加热至刚好沸腾，_________ (选填“海水 1”或“海水2”) 吸收的热量更多。 结合实验分析，如果内陆地区一个水量不变的咸水湖随着含盐量逐渐升高，其对周围地区气温的调
节作用会变_________ (选填“强”或“弱”) 。
【答案】( 1) 可再生 机械能 1 1010
(2) 101 电能 1000
(3) 43.6 40 B 液化 99 高 海水 2 弱
(1) [ 1]潮汐能可以从自然界中源源不断地得到，属于可再生能源。 [2]潮汐发电过程中把海水的机械能转化为电能。 [3]本次退潮发电为W电 =nW机械 = 50% 2.0 1010J= 1.0 1010J
(2) [ 1]电能表显示本月末电能表的示数为1032.6kW . h ，本月消耗的电能为 1032.6kW . h-931.6kW . h=101kW . h
[2]电能表是测量电能的仪表，它的单位是千瓦时，所以，kW ·h 是电能的单位。
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[3] 600imp/ (kW ·h ) 表示的含义是：每消耗1kW ·h 的电能，电能表转盘转 600 次。则转 10r 消耗的电能 W = kW . h=kW . h
W 1 kW . h
电饭煲的电功率P = t = 60h = 1kW= 1000W
(3) [ 1]图甲可知，天平标尺的分度值是 0.2g ，烧杯和海水的总质量为m总 = 50g+ 10g+3.6g=63.6g 海水的质量为m水 = m总 - m杯 = 63.6g-20g=43.6g
[2]由乙图知，量筒的分度值是 1mL ，海水的体积为V = 40mL=40cm3
[3]读取温度计示数时，视线与温度计中的液柱上表面相平，不能仰视或俯视，所以正确的是 B。 [4]白气是热的水蒸气遇到冷的空气液化成小水滴。
[5]由图可知，水温度为 99℃保持不变，说明实验时水的沸点是 99℃。
[6]已知，p1＞p2＞p水 ，由图乙可知，海水 1 的沸点大于海水 2 的沸点，所以可以得出海水的沸点随
海水密度变化的规律是，海水密度越大沸点越高。
[7]由乙图可知，海水 2 加热至沸腾所用的时间比海水 1 长，因此海水 2 吸收的热量更多。 [8]根据吸热公式Q吸 = cmt 可知，在吸收热量和质量一定时，温度变化越大，比热容越小。由图可 知，在其他条件相同时，海水 1 温度变化比海水 2 温度变化大，所以海水 1 的比热容比海水 2 的比 热容小，又知海水 1 的密度大于海水 2 的密度，故咸水湖含盐量逐渐升高，对周围地区气温的调节 作用会变弱。
12．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。
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( 1)风力发电是把风能转化为电能，风能是_________ (选填“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。 (2)风机叶片具有质量轻、强度高等性能，通常用密度_________ 、硬度_________ 的复合材料制成； (3)某风力发电机输出功率与风速的关系如图丙所示。由图像可知，当风速在v1 到v2 之间时，风速越 大，风力发电机输出功率_________ ；当风速大于v2 时，风速增大，_________ (选填“能”或“不能”) 提高风力发电机输出功率。
【答案】( 1) 可再生 压强
(2) 小 大
(3) 越大 不能
(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，具有取之不尽，用
之不竭的特点，主要包括太阳能、风能、水能、生物质能、地热能和海洋能等。 不可再生能源是 指在自然界中经过亿万年形成，短期内无法恢复且随着大规模开发利用，储量越来越少总有枯竭一 天的能源，主要包括煤、石油、天然气等化石能源。 风能可以在自然界中源源不断地获取，所以
风能是可再生能源。
[2]流体压强与流速的关系是：在流体中，流速越大的位置压强越小。 风机叶片的形状像飞机的机 翼，叶片上方空气流速快，压强小；叶片下方空气流速慢，压强大，从而产生压强差，这个压强差 会形成一个向上的力，使风机叶片转动。
(2) [ 1]因为风机叶片需要质量轻，由p = 可知，在体积一定的情况下，密度越小，质量越轻， 所以通常用密度小的复合材料制成。
[2]风机叶片需要强度高，也就是要具有较好的抵抗外力破坏的能力，而硬度是材料抵抗局部变形， 特别是塑性变形、压痕或划痕的能力，所以需要用硬度大的复合材料制成。
(3) [1]当风速在 v1 到 v2 之间时，观察图丙可知，随着风速的增大，风力发电机输出功率逐渐增大， 即风速越大，风力发电机输出功率越大。
[2]当风速大于 v2 时，从图丙中可以看出，输出功率不再随风速的增大而增大，保持不变，所以不 能提高风力发电机输出功率。
能力提升练
一、单选题
1 ．中国“人造太阳”——大型核实验装置“东方超环” (EAST) 取得重大突破。“东方超环”是全超导 托卡马克核聚变实验装置，下列核能利用方式与之相同的是 ( )
①原子弹 ②氢弹 ③江苏田湾核电站 ④太阳
A ．①② B ．①③ C ．②③ D ．②④
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【答案】D
“东方超环”是全超导托卡马克核聚变实验装置，属于核聚变。 ①原子弹利用核能的原理主要基于核裂变过程，通过不可控的链式反应在极短时间内释放巨大能量。 故原子弹利用核能的原理是核裂变；
②氢弹利用核能的原理是核聚变，即在极高温度和压力条件下，氢的同位素 (如氘和氚) 的原子核 发生结合反应，生成更重的原子核 (如氦) ，并瞬时释放巨大能量，故氢弹利用核能的原理是核聚 变；
③核电站利用核能的原理与原子弹的原理相同，都是核裂变；
④太阳利用核能的原理与氢弹的原理相同，都是核聚变。
故 ABC 不符合题意，D 符合题意。
故选 D。
2 ．如图所示的是三种太阳能的转化途径，其中椭圆表示转化的装置或物体，菱形表示某种能量形 式。按图中序号顺序在三个空白处填入相关的文字，正确的是 ( )
A ．内能 太阳能电池 光合作用 B ．内能 太阳能电池 绿色植物
C ．太阳能电池 光合作用 内能 D ．太阳能电池 绿色植物 内能
【答案】D
ABCD．太阳能电池把太阳能转化为电能；通过光合作用，绿色植物把太阳能转化为化学
能；太阳能集热器把太阳能转化为内能。所以①是太阳能电池，②是绿色植物，③是内能；故 D 正确，A 、B 、C 错误。
故选 D。
3 ．下列关于原子核裂变和聚变的说法，正确的是 ( )
A ． 目前人类还不能有效控制原子核裂变
B ． 自然界中只有在人为的条件下才会发生核聚变
C ．到目前为止，人类获得核能有两条途径，即核裂变和核聚变
D ．原子核在任何条件下都能发生聚变
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【答案】C
A．核反应堆中的链式反应是可以控制的，即目前人类还能有效控制原子核裂变，故 A 错 误；
B ． 自然界中存在天然的核聚变，比如太阳内部一直在发生核聚变，故 B 错误；
C ．到目前为止，人类获得核能有两种途径，即重核裂变和轻核聚变，故 C 正确；
D ．核聚变需要极高的温度和压强等特殊条件，不是任何条件下都能发生的，故 D 错误。 故选 C。
(
．
．
)4 ．关于能源、信息和材料，下列说法错误的是 ( )
A ．核电站核反应堆中发生的是可控核裂变
B ．插电式新能源汽车充电时使用的电能是二次能源
C ．5G 和 4G 通讯信号的电磁波在真空中的传播速度相等
D ．为降低电能的损耗，可利用超导材料制造电饭煲的电热丝
【答案】D
A ．核电站是核裂变的应用，核反应堆中发生的链式反应是可以控制的，故 A 正确，不符 合题意；
B ．电能需通过消耗一次能源才能获得，是二次能源，故 B 正确，不符合题意；
C．5G 和 4G 信号都是利用电磁波传播信息的，所以它们在真空中的传播速度相同，均为3 108 m/s ， 故 C 正确，不符合题意；
D ．超导体的电阻为 0 ，若用超导材料制造电饭煲的电热丝，电热丝不能发热，因此不能用超导材 料制造电饭煲的电热丝，故 D 错误，符合题意。
故选 D。
二、多选题
5 ．“科学技术是第一生产力” ，同学们关注新闻时事、掌握祖国科技进展，在拓宽视野中点燃创新
火种，为个人成长注入时代动能。下列科技进展与我们所学物理知识联系正确的是 ( )
选项 科技进展 联系
A 嫦娥六号实现世界首次月球背面自动采样返回 嫦娥六号与地面联系用的是电磁波
B 自主研制的300 兆瓦级 F 级燃气轮机点火成功 燃气轮机对外做功时内能转化为机械能
C 新一代人造太阳“中国环流三号”首次实现原子核 和电子温度均突破一亿度 “中国环流三号”的原理是核聚变
D 首款大规模通用智能光计算芯片“太极”研制成功 芯片采用超导材料制成
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A ．A B ．B C ．C D ．D
【答案】ABC
A ．嫦娥六号在月球背面，大气层与月球之间接近于真空环境，无法通过声波或空气传播 信息，只能依靠电磁波进行通信，故 A 符合题意；
B ．燃气轮机工作时，燃料燃烧产生高温高压气体推动涡轮转动，将燃料的内能转化为机械能，故 B 符合题意；
C ．“人造太阳”是通过核聚变反应来模拟太阳内部的能量产生过程，故 C 符合题意；
D ．芯片的核心材料是半导体 (如硅) ，而不是超导材料，故 D 不符合题意。 故选 ABC。
6 ．近年来，我国在科技领域取得了辉煌的成就，下列说法正确的是 ( )
A ． 甲图：光纤通信的原理利用光的反射，在一定时间内传输大量信息
B ．乙图：国内 AI 大模型 DeepSeek 的后台高算力芯片是由半导体材料制成的
C ．丙图：2025 年春晚机器人跳舞的过程中将机械能转化为电能
D ．丁图：核聚变装置“中国环流器三号”获得动能的方式和核电站相同
【答案】AB
A ．光纤通信是利用光在光纤内不断反射来传输信息的，光的传播速度快，且光纤可以同 时传输多个光信号，所以能在定时间内传输大量信息，故 A 正确；
B ．芯片通常是由半导体材料制成的，半导体材料具有独特的电学性质，能够实现对电流的控制和 处理，从而实现各种复杂的逻辑运算和数据处理功能，故 B 正确；
C ．机器人是依靠电机驱动来完成动作的，在这个过程中，是将电能转化为机械能，从而使机器人 能够做出各种舞蹈动作，故 C 错误；
D ．核聚变装置“中国环流器三号”获得核能的方式是核聚变，而核电站获得核能的方式是核裂变， 二者获得核能的方式不同，故 D 错误。
故选 AB。
三、课内填空
7 ．如图所示是太阳能 LED 照明路灯。它主要由太阳能电池板、LED 灯头等部分构成。LED 是一 种发光二极管，电流通过能够使其发光，可以把电能直接转化成_________能。制作 LED 灯的主要
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材料是_________ (选填“导体”“半导体”或“绝缘体”) 。太阳能清洁无污染，它是在太阳内部的氢 原子核发生_________ (选填“裂变”或“聚变”) 释放出的核能。
【答案】 光 半导体 聚变
[ 1]LED 是一种发光二极管，通过电流时不用经过加热灯丝直接能够发光，即把电能直接 转化成光能。
[2] 半导体的导电能力介于导体和绝缘体之间，制作 LED 灯的主要材料是半导体。 [3]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。
四、填空题
8 ．新疆的风光电资源充足，克拉玛依市投入 250MW 风电项目，安装 50 台 5MW 风电机组，产生 的电力主要用于克拉玛依市云计算产业园区内部消纳。
( 1)风能是_________ (选填“可再生”或“不可再生”) 能源，在风力发电片的运输过程中，发电片相 对于运输车是_________ (选填“运动”或“静止”) 的。运输车轮胎很宽大，是为了_________ (选填 “增大”或“减小”) 对地面的压强。安全起见，车辆即将转弯时速度减慢，惯性_________ (选填“增 大”“减小”或“不变”) 。
(2)运输车采用的是四冲程柴油机，为其提供动力的是_________冲程，完全燃烧 100kg 的柴油释放 的热量为_________J 。 (柴油的热值约为3 107 J / kg ) 相当于一台 5MW ( 1MW = 1 106 W ) 风电机工
作_________小时 (取小数点后一位) 。
【答案】( 1) 可再生 静止 减小 不变
(2) 做功 3 109 J 0.2
(1) [ 1]风能可以从自然界源源不断地获取，所以风能是可再生能源。 [2]在风力发电片的运输过程中，发电片相对于运输车的位置没有发生变化，所以发电片相对于运 输车是静止的。
[3]运输车轮胎很宽大，是在压力一定时，通过增大受力面积来减小对地面的压强。 [4]惯性只与物体的质量有关，与速度无关，车辆即将转弯时速度减慢，质量不变，所以惯性不变。 (2) [ 1]四冲程柴油机中，为其提供动力的是做功冲程，在做功冲程中，内能转化为机械能。 [2]根据热量计算公式Q = mq 可得，完全燃烧 100kg 柴油释放的热量Q = mq = 100kg 3 10 7 J / kg = 3 10 9J
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[3]根据W = Pt ，可得风电机工作的时间为t = = = 600s = h 必 0.2h
9 ．如图所示，某蔬菜种植基地的温室大棚由棚膜和土墙搭建而成。为使大棚白天吸收太阳更多的 热量，科研人员为大棚还安装了太阳能电池板、LED 灯、电风扇等设备，还指导农户用水墙替换
土墙。请说出以上情境中，你所了解的物理知识：_________ ；_________。
【答案】 见解析 见解析
[ 1]太阳能电池板将太阳能 (光能) 转化为电能。
[2]LED 灯将电能转化为光能和内能。
10．2025 年 1 月 20 日“人造太阳”创造“亿度千秒”世界纪录。“人造太阳”的反应过程如图所示，该 过程是通过_________ (选填“核裂变”或“核聚变”) 释放巨大的能量；核能属于_________ (选填“可 再生”或“不可再生”) 能源；航行中的两艘轮船不能离得太近，这是由于靠得太近的两艘船之间水
的流速大、压强_________ ，容易相撞。
【答案】 核聚变 不可再生 小 [ 1]“人造太阳”是模拟太阳内部氢原子核聚变成氦原子核的过程，即核聚变反应释放能量。 [2]核能是通过消耗核燃料 (如铀、氘等) 获得的，核燃料在短期内无法从自然界得到补充，因此 属于不可再生能源。
[3]根据流体压强与流速的关系，流体流速越大的位置，压强越小。两艘轮船靠得太近时，中间水 流速度大、压强小，外侧压强大，会将两船 “压” 向彼此，容易相撞。
五、综合题
11．如图所示为同学们制作简易汽轮机的设计方案，向易拉罐内部注入大约半罐水，将去掉笔芯和 尾塞的中性笔的尾端插入易拉罐内，用橡皮泥将罐的开口处密封。将易拉罐放置在支架上，笔的尖 端对准小风扇的扇叶。测试过程中，发现风扇转动得很慢。同学们交流后认为，这是蒸汽喷射力不 足造成的。以下几种解决方案中你认为可行的是_________。
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A ．增加酒精灯的高度，用其内焰加热
B ．更换一个更细的喷嘴
C ．降低小风扇的高度，使喷嘴对准风扇的中心
交流过程中，有同学设想：用凹面镜会聚太阳光替代酒精灯加热易拉罐，制成一个“太阳能蒸汽机”。 你认为这个“太阳能蒸汽机”的优势是_________ 。 (写出一条即可)
【答案】 B 不需要燃烧燃料，环保无污染
【小题 1】[ 1]A ．根据酒精灯的使用方法，外焰温度最高，内焰温度较低。如果将酒精灯
调高，使用内焰加热，反而会降低加热效率，导致水蒸气产生量减少，喷射力更小，故 A 不符合 题意；
B ．根据流体压强与流速的关系，喷嘴变细后，相同时间内通过的水蒸气流速会增加，相同情况下 喷射力会增大，这将有效提高扇叶的转速，故 B 符合题意；
C ．调整喷嘴与扇叶的对准位置，可以提高能量利用率，但并不能增大蒸汽喷射力本身。题目明确
指出问题是“蒸汽喷射力不足” ，而非喷射方向问题，故 C 不符合题意。
故选 B。
[2]“太阳能蒸汽机”利用太阳能加热，无需燃烧化石燃料，具有环保无污染、节约能源、可再生等 优点。
六、科普阅读题
12．阅读材料，回答问题。
高温气冷堆核电站
2023 年 12 月，全球首座第四代核电站——华能石岛湾高温气冷堆核电站商运投产，我国实现了第 四代核电站的“中国引领”。高温气冷堆被认为是“不会熔毁的反应堆” ，下图是高温气冷堆核电站的 发电模块示意图。
何为高温气冷堆？所谓“高温”，是指反应堆的工作温度和冷却剂的出口温度都达到其他堆型无法企 及的高温。所谓“气冷” ，则是区别于“水冷” ，使用氦气作为堆芯冷却剂和热传导媒介。
高温气冷堆有三道防线，保证其不会熔毁。第一道防线，耐高温的球形燃料。这种燃料球属于弥散 型核燃料，在任何情况下均能保证燃料颗粒的完整性不受影响，可有效防止放射性物质外泄；第二
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道防线，燃料循环过程中具有负反应性温度系数。当温度达到阈值，反应堆会进行负反应性反馈， 实现自然停堆；第三道防线，非能动的余热排出系统。堆芯余热能够借助热传导、自然对流换热和 热辐射等释放到大气环境中，避免堆芯过热发生熔毁。
核电在积极解决能源困局的同时，也面临挑战，如核废物具有放射性等。
( 1)核电站的核心设备是_________，通过_________ (选填“可控”或“不可控”) 的链式反应来释放核 能进行发电。通过发电机发出_________ (选填“交流”或“直流”) 电；
(2)核电清洁、经济，但一旦发生核泄漏，会对环境造成巨大的污染，核污染主要是因为核废料具 有_________；
(3)高温气冷堆核电站利用_________作为冷却剂；
(4)下列不属于高温气冷堆不熔毁的技术保证的是_________ ； (填字母)
A ．耐高温的球形燃料 B ．燃料循环过程中具有负反应性温度系数
C ．有非能动的余热排出系统 D ．反应堆有坚固的外壳
(5)石岛湾高温气冷堆核电站示范工程装机容量 20 万千瓦，每年可发电_________ kW h (按 365 天， 每天发电 20 小时计算) 。如果 1g 铀 235 完全裂变时产生的能量为8.2 1010J ，高温气冷堆的发电效 率为 40% ，那么每年要消耗铀 235 的质量为_________ (结果保留一位小数) 吨。
【答案】( 1) 反应堆 可控 交流
(2)放射性
(3)氦气
(4)D
(5) 1.46 109 0.2
(1) [ 1][2][3]核电站的核心设备是核反应堆，核反应堆是通过可控制的铀核裂变释放核能， 核能转变为内能再通过蒸汽轮机做功，带动发电机发出交流电。
(2) 核污染主要是因为核废料具有放射性，核废料中的放射性核素会衰变并释放电离辐射，这种 辐射能破坏细胞结构，导致环境污染和健康风险。
(3) 由材料内容：所谓“气冷” ，则是区别于“水冷” ，使用氦气作为堆芯冷却剂和热传导媒介，可 知高温气冷堆核电站利用氦气作为冷却剂。
20.2 开发新能源 分层练习 (解析版)
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(4) 由材料内容可知，高温气冷堆有三道防线：第一道防线，耐高温的球形燃料；第二道防线， 燃料循环过程中具有负反应性温度系数；第三道防线，非能动的余热排出系统。故 ABC 不符合题
意，D 符合题意。
故选 D。
(5) [ 1]石岛湾高温气冷堆核电站示范工程装机容量 20 万千瓦，每年可发电
W = Pt = 20 104 kW 365 20h = 1.46 109 kW . h
[2]发电1.46 109 kW . h 所需要的能量为
(
E
总
=
=
=
3.65
10
9
kW
.
h
=3.65
10
9
3.6
10
6
J
=
1.314
10
16
J
)W 1.46 109 kW . h
n 40%
1g 铀 235 完全裂变时产生的能量为E = 8.2 1010 J ，则 1t 铀 235 完全裂变时产生的能量为
(
1
)E = 8.2 1010 106 J = 8.2 1016 J
每年要消耗铀 235 的质量为m = 0.2t
拓展培优练
一、单选题
1 ．核电站利用核反应堆提供的能量发电，以下说法正确的是 ( )
A ．核能属于可再生能源
B ．核能转化为电能的效率可达 100%
C ．核电站中冷却水温度升高，水分子的无规则运动加剧
D ．核反应堆产生的中子带正电
【答案】C
A ．核能需要用到铀，像铀矿这类矿物能源，一旦消耗就很难再生，是不可再生能源，故 A 错误；
B ．核电站利用核反应堆提供的能量发电时不可避免有能量的损失，核能转化为电能的效率不可能 达到 100% ，故 B 错误；
C ．温度越高，分子热运动越剧烈。核电站中冷却水温度升高，水分子的无规则运动加剧，故 C 正 确；
D ．中子不带电，故 D 错误。 故选 C。
2．“华龙一号”是我国核电走向世界的“国家名片”，2021 年 1 月 30 日在福建福清投入商业运行，这 对助力碳达峰、实现碳中和具有重要意义。“华龙一号”核电站反应堆内的核反应是 ( )
A ．可控的裂变 B ．不可控的裂变 C ．可控的聚变 D ．不可控的聚变
【答案】A
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“华龙一号”核电站是利用原子核发生裂变释放能量来发电的，核聚变的过程是可控的，故 BCD 不符合题意；A 符合题意。
故选 A。
二、多选题
3 ．2025 年 5 月 22 日，神舟二十号航天员乘组完成第一次出舱活动，创下空间站建成后入轨出舱 间隔时间最短纪录。下列说法正确的是 ( )
A ．在舱外活动时航天员和地面控制中心通过电磁波传递信息
B ．在舱外活动时航天员的质量为零
C ．空间站的太阳能帆板工作时将太阳能转化为电能
D ．空间站的太阳能帆板工作时利用的太阳能是不可再生能源
【答案】AC
A ．太空是真空环境，声音无法传播，而电磁波可以在真空中传播，所以在舱外活动时航 天员和地面控制中心通过电磁波传递信息，故 A 正确；
B ．质量是物体的一种基本属性，它不随物体的位置、状态、形状等因素的改变而改变，所以在舱 外活动时航天员的质量不为零，故 B 错误；
C ．空间站的太阳能帆板在有光照时，产生电能，供整舱使用，同时为锂离子蓄电池储存能量，空 间站的太阳能帆板在没有光照时，空间站依靠锂离子蓄电池释放电能工作，故空间站的太阳能帆板 工作时将太阳能转化为电能，故 C 正确；
D ．太阳能可以源源不断地从自然界中获得，属于可再生能源，故 D 错误。
故选 AC。
三、填空题
4 ．小明乘坐高铁列车从北京南站到上海虹桥站，高铁列车利用的电能属于_________ (选填“清洁 型”或“污染型”) 能源。如图是列车时刻表，计算该次列车从北京南站到上海虹桥站的平均速度是
_________km/h 。 (为方便计算，数据做了适当调整)
站名 到站时间 开车时间 里程/千米
北京南 始发 14：45 0
济南西 16：25 16：27 406
南京南 18：24 18：26 1023
上海虹桥 19：45 终点 1350
【答案】 清洁型 270
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[ 1]电能在使用时不产生污染，属于清洁型能源，所以高铁列车利用的电能属于清洁型能 源。
[2]由图可知，列车从北京南站到上海虹桥站的时间为t = 19：45 一 14：45 = 5h
(
列车从北京南站到上海虹桥站的平均速度是
v
=
=
=
270
km
/
h
)s 1350km
t 5h
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