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第三节 跨学科实践：设计节能房屋模型
一、单选题
1．下列能源中不是来自太阳的是（　　）
A．风能 B．水能 C．化石能源 D．地热能
2．我国“天宫”空间站的核心舱“天和号”利用了领先世界的柔性砷化镓薄膜电池来供电，它不仅薄如蝉翼，还不受太空恶劣环境影响，光电转化率超过 30%。下列有关说法正确的是（ ）
A．太阳能来自太阳内部的核裂变
B．太阳能收集板将电能转化为太阳能
C．光电转化率是指光能转化成电能的功率
D．太阳能是一种清洁无污染的可再生能源
3．2023年5月10日，由长征七号遥七运载火箭发射的“天舟六号”货运飞船顺利升空，船箭分离并进入预定轨道，成功对接中国空间站组合体端口，下列说法正确的是（　　）
A．“天舟六号”离开地面后就不再受地球的吸引力
B．对接后，飞船相对于空间站是运动的
C．“天舟六号”的太阳能帆板将电能转化为太阳能，供仪器设备使用
D．对接后，“天舟六号”飞船从远地点向近地点运动过程中机械能守恒
4． 如图所示为一款爆闪警示灯，常放置在存有安全隐患的危险路段，通过有规律的爆闪，起到有效的警示作用。太阳能电池板是一种利用太阳光直接发电的光电半导体薄片，白天，太阳能电池板给蓄电池充电，蓄电池再给LED红蓝灯供电，LED红蓝灯发光时几乎不发热，则（　　）
A．当太阳能电池板给蓄电池充电时，蓄电池相当于电源
B．蓄电池给LED红蓝灯供电时，蓄电池将化学能直接转化为光能
C．LED红蓝灯发光时将电能大部分转化为光能
D．如果将蓄电池的正负极对调，LED红蓝灯也能发光
5．晓理对课本提供的能量和能源信息进行了整理，下列说法正确的是（　　）
A．能量在利用的过程中，其转化和转移是有方向性的
B．能量既不能创造也不会消失，因此不需要节约能源
C．核电站利用核聚变发电，发生的是可控的链式反应
D．太阳能、地热能、氢燃料、天然气都属于新能源
6．2023年12月21日21时35分，神舟十七号航天员汤洪波、唐胜杰、江新林密切协同，在空间站机械臂和地面科研人员的配合支持下，完成了天和核心舱太阳翼修复试验等既定任务。由于在阳照区时，太阳翼在阳光照射下会产生电流，将影响航天员作业安全。因此，航天员需要在阴影区时对核心舱太阳翼进行维修作业，太阳翼在阳光照射下能产生电流是（　　）
A．光能转化成电能 B．电能转化成光能
C．机械能转化成电能 D．电能转化成机械能
7．新型“发电玻璃”利用超薄太阳能电池将太阳能直接转化为（　　）
A．内能 B．化学能 C．电能 D．机械能
8．如图所示为我国科学家研制的可以像纸片一样弯曲，且不易断裂的高柔韧性太阳能电池。下列有关该电池的说法正确的是（　　）
A．手指用力压电池板会使它变弯曲，说明力可以改变物体的形状
B．手指压力越大，电池板弯曲程度就越大，说明力的作用效果与力的方向有关
C．松开手后，电池板恢复到原来形状，说明发生的不是弹性形变
D．太阳能电池工作时，将机械能转化为电能
9．2015年3月10日，世界最大的太阳能飞机“阳光动力2号”顺利完成环球飞行之旅中的第一站．该飞机安装了超过17000块太阳能电池板，每天产生340千瓦时的电．关于太阳能飞机，下列说法中正确的是（　　）
A．太阳能电池板的作用是将太阳能转化成电能
B．太阳光不属于电磁波
C．太阳能属于不可再生能源
D．太阳光在真空中的传播速度是340m/s
10．关于太阳能的利用，下列说法中错误的是 (　　)
A．太阳能可以转化为内能
B．太阳能不能直接转化成电能
C．利用太阳能安全、清洁、无污染
D．太阳能取之不尽，用之不竭
二、多选题
11．下列说法中正确的是（　　）
A．煤、石油、天然气等化石燃料的化学能归根结底来自太阳能
B．火力发电实际上也是间接利用太阳能
C．化石能源也有不利的一面，例如，烧煤、汽油带来大气污染、“温室效应”、水土流失等
D．一次能源不一定来自太阳能
12．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，下列说法错误的是（　　）
A．图甲中，绿色植物通过光合作用将太阳能转化为植物的化学能
B．图乙中，太阳能热水器通过做功方式将太阳能转化为水的内能
C．图丙中，太阳能交通信号灯将太阳能直接转化为信号灯的光能
D．图丁中，首架环球航行的太阳能飞机将太阳能直接转化为飞机的机械能
13．如图所示关于太阳能的利用，下列说法中正确的是（　　）
A．图甲中，绿色植物光合作用的能量转化过程是太阳能→化学能
B．图乙中，太阳能热水器的能量转化过程是太阳能→内能
C．图丙中，太阳能交通信号灯的能量转化过程是太阳能→化学能→电能→光能
D．图丁中，太阳能飞机的能量转化过程是太阳能→机械能
三、填空题
14．肇庆市端州区位于北回归线以南，属亚热带季风气候，气候温暖，光照充足。结合肇庆市端州区气候特点，某学习小组开展了设计“阳光节能房屋”跨学科实践活动。
【活动目的】从能量转化的角度出发，探讨利用可再生能源的途径和方法，完成节能房屋的设计。
【活动方案】
（一）为房屋选择合适的隔热材料；
（二）设计太阳能电池供电系统；
（三）研究太阳能热水器的最佳集热效果。
【实施过程】
（一）选取房屋的“隔热材料”；
（1）学习小组为了比较材料的隔热性能，找到厚度相等的三种材料（混凝土、木材、泡沫板），制成大小、形状和结构均相同的房屋模型。用白炽灯光模拟太阳光，房屋模型与灯泡间距相等（如图），将温度传感器分别放在房屋模型　 　（选填“内”或“外”）部的相同位置。闭合白炽灯开关，每隔1分钟，同时测量三个房屋模型的温度。
（2）优化实验方案后进行实验，温度传感器的示数变化情况如图所示。根据图像分析；学习小组应选择　 　做房屋的隔热材料。
（二）设计太阳能电池供电系统
学习小组计划在房屋屋顶安装太阳能电池板给房屋供电。设计电路如图，其中R代表室内用电器。
（3）白天，太阳能电池板给蓄电池充电，此时的“蓄电池”相当于电路中的　 　（选填“电源”或“用电器”）。
（4）肇庆市端州区某天的太阳能电池板发电量为0.8kW h，若当天家庭用电量为16kW h，为了满足用电需求，太阳能电池板的面积至少为　 　。
（三）研究太阳能热水器的最佳集热效果。
（5）为了让太阳能热水器的集热效果最佳，学习小组拟为房屋安装集热面积为的壁挂式太阳能热水器（如图）。热水器的集热板与墙面夹角大小可随正午太阳高度的变化而变化，始终与正午太阳光　 　（选填“平行”或“垂直”），以达到最佳集热效果。
（6）经过测试，在最佳集热效果的情况下，太阳照射集热板1h，可以使水箱里100kg的水温度升高6℃，那么太阳能转化为水的内能的效率是　 　%。[每平方米每小时太阳的平均辐射能量为；]
【交流与评价】
学习小组根据上述活动方案完成了“阳光节能房屋”的设计，并针对节能情况、稳定性等维度对设计进行了评价。
15．如图所示，是试验中的太阳能汽车，它利用太阳能电池板提供能源，太阳能电池板工作时将太阳能转化为　 　能。太阳能汽车的外形做成流线型，上表面弯曲、下表面比较平，汽车高速行驶时对地面的压力　 　（选填“>” “=”或“<”）汽车静止时对地面的压力。
16．阅读短文，回答问题
戈壁滩上的“向日葵”
在敦煌戈壁滩上有一座熔盐塔式光热电站，如图所示，电站内有1.2万面可随太阳转动的略有弧度的定日镜，能将太阳光反射到吸热塔顶部，加热其中的熔盘。
熔盐的比热容是1.53×103J/(kg·℃)，熔点是131℃。将290℃左右的熔盐存储在保温性能极好的低温储热器中，输送到接收器内，通过太阳能加热使温度达到566℃以上，再存储在高温储热器中。当需要发电时，将高温熔盐送入蒸汽发生器，产生高温高压的水蒸气，驱动涡轮发电机发电。
（1）为提高定日镜的聚光效果，每面定日镜应设计成　 　（选填“平面镜”、“凸面镜”或“凹面镜”）；
（2）在电厂投产前，需将固态熔盐熔化后，注入低温储热器中，在熔化过程，熔盐的温度为　 　℃。在蒸汽发生器中，水是通过　 　方式增大内能的。熔盐发电最终将太阳能转化为　 　。
四、复合题
17．阅读短文， 回答问题。
月球太阳能电站
“嫦娥五号”的成功发射引起了人们对月球的科学兴趣。随着对月球了解的深入， 一些 科学家预言：月球必将成为人类未来的能源基地。按照一些科学家的设想，利用月球正 面太阳光充足、地域广阔的特点， 可克服在地球上受天气影响、提供的功率小等缺点。 在月球上产生的电能经微波转换器将电流转换成微波，并通过天线将电能以微波的形式向地面发送，如图甲所示，这样就解决了电能的输送问题。
我国的“嫦娥”系列登月车利用太阳能电池提供能量。如图乙所示足太阳能电池板工作 原理的示意图、当太阳光照射到组成太阳能电池叠在一起的两片不同的半导体表面时， 会产生光电效应。从而使电路中产生电流。太阳光照射到电池板每平方米面积上的辐射功率为 1.5×104W，光电转化效率为 18%。
（1）太阳能是 　 　 （选填“可再生”或“不可再生”）能源。太阳发出的巨大 能量来源于太阳内部的氢原子核发生的 　 　 （选填“核聚变”或“核裂变”）反应。
（2）月球太阳能电站相对于月球表面是　 　 （选填“运动”或“静止”） 的。若 从月球发出的微波信号经1.28s到达地球 ， 则月球与地球间的距离约等于　 　 m。（微波在真空和空气中的传播速度约为 3.0×105km/s）
（3）登月车太阳能电池工作时的能量转化情况：把太阳能转化为 　 　 能。
（4）在月球上一块接收面积为2m2的太阳能电池板， 它的发电功率是　 　W。
（5）若月球电站的总发电功率为 6×109kW，利用微波传输电能的输电效率为80%。则地面接收站1h接收到的电能相当于完全燃烧 　 　 kg煤放出的热量。（煤的热值为 3.0×107J/kg）
18．塑料日光温室（简称塑料大棚）已在很多地区普遍推广使用，大棚蔬菜生产成了农民脱贫致富的一大支柱产业。
不同的蔬菜以及同种蔬菜的不同生长期对温度、光照、湿度等环境有不同的要求。如韭菜生长的适宜温度为12℃－24℃，梅豆适宜温度为15℃－29℃范围内生长。塑料大棚可在人工控制下，对大棚内的温度、光照、湿度、气体等因素进行调节，形成适宜于蔬菜作物生长的小气候、小环境，对大棚内有关因素的调控是否适当，直接影响大棚蔬菜的产量和质量，关系到农户的经济效益。
请用已学过的知识解答以下两题中你感兴趣的一题。
（1）说明在自然条件下为什么塑料大棚内的温度会高于外界的气温？如何调节大棚内的气温，又怎样做到既节省能源又能保持适当的温度，保证冬季蔬菜作物的生长？
（2）增加蔬菜大棚内CO2气体的含量，可提高蔬菜产量，产生增收效果。对封闭蔬菜大棚内昼夜CO2气体含量变化的情况进行分析。如何增加大棚内CO2气体的含量？如果要使大棚内的CO2气体含量大于室外，你有什么办法获得CO2气体？（要求操作简便，无污染，适合农村家庭使用）
（3）提出一个你认为有价值的，关于塑料大棚性能、特点、生产等方面的研究课题。（如：研究外界气候条件对棚 “增温效应”的影响。）
（4）简要说明你准备如何进行这项课题研究。
答案解析部分
1．【答案】D
【知识点】太阳能及其利用与转化
2．【答案】D
【知识点】太阳能及其利用与转化
3．【答案】D
【知识点】机械能及其转化；太阳能及其利用与转化；重力及其大小的计算；参照物及其选择
4．【答案】C
【知识点】太阳能及其利用与转化
5．【答案】A
【知识点】太阳能及其利用与转化
6．【答案】A
【知识点】太阳能及其利用与转化
7．【答案】C
【知识点】太阳能及其利用与转化
8．【答案】A
【知识点】太阳能及其利用与转化；力的作用效果；力的三要素及力的示意图；弹力
9．【答案】A
【知识点】太阳能及其利用与转化
10．【答案】B
【知识点】太阳能及其利用与转化
11．【答案】A,B,C,D
【知识点】太阳能及其利用与转化
12．【答案】C,D
【知识点】太阳能及其利用与转化
13．【答案】A,B
【知识点】太阳能及其利用与转化
14．【答案】内；泡沫板；用电器；20；垂直；45
【知识点】太阳能及其利用与转化
15．【答案】电；<
【知识点】太阳能及其利用与转化；流体压强与流速的关系
16．【答案】凹面镜；131；热传递；电能
【知识点】凝固与凝固放热特点；凸面镜和凹面镜；热传递改变物体内能；太阳能及其利用与转化
17．【答案】（1）可再生；核聚变
（2）静止；3.84×108
（3）电
（4）5.4×103
（5）5.76×108
【知识点】太阳能及其利用与转化；太阳能的相关计算
18．【答案】（1）解：太阳光通过透明的塑料薄膜进入大棚内，使太阳能变为大棚内物质（土、墙、气体……）的内能，由于塑料薄膜大棚保温性能好，能积累一定的内能，产生增温效应维持大棚内外的温度差。
（2）解：大棚可以通过通风、调节光照等方法调节气温。冬季可采用：增大薄膜透光性。如替换老化透光差的薄膜，擦去薄膜的灰尘等。提高大棚的保温性能。如夜间增加覆盖物、用双层薄膜。加温补充热量。如用火墙、暖气等（注意不能用柴草、劣质煤直接在棚内燃烧，避免产生有害气体危害蔬菜）
①夜里蔬菜呼出CO2棚内CO2含量增加；白天蔬菜进行光合作用，CO2含量很快减少，导致在封闭的大棚内，CO2含量低于室外，以至于不能满足蔬菜生长需要。②白天大棚必须进行通风，补充CO2气体③获取CO2气体的气体：a．用稀硫酸和碳铵发生化学反应产生CO2b．冬季燃烧石油气、天然气等产生CO2气体（如果用煤燃烧，必须考虑如何减少气体污染）
（3）解：冬春季如何提高棚内湿度的测量及调节方法。
外界气候条件与大棚内“增温效应”的关系。大棚内气体污染物问题分析及减少污染的措施。大棚内湿度的测量及调节方法。不同类型塑料大棚的性能。
不同蔬菜品种对大棚小气候的要求。
（4）解：结合自己提出的研究课题，提出比较具体的、可行的研究方法、过程。
【知识点】太阳能及其利用与转化
21世纪教育网(www.21cnjy.com)
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