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第十九章　电磁波与信息时代　第二十章　能源与能量守恒
第十九、二十章诊断提分卷
一、单选题(每题5分,共40分)
1.【情境素材·科技成就】(2026山东聊城期末)近年来,作为国家战略性新兴产业,低空经济正成为驱动城市经济增长的新引擎,悄然重塑着人们的生活图景。如图所示,工作人员正在日照港码头操控无人机进行空中理货,他向无人机发送指令通过的是(　　)
A. 电磁波
B. 紫外线
C. 超声波
D. 次声波
2.【核心素养·物理观念】(2026江苏扬州广陵月考)能源的利用需要考虑是否可持续发展。理想能源需要具备环境破坏小、足够丰富、可再生等条件,以下各种形式的能源中可作为理想能源的是(　　)
A. 太阳能
B. 天然气
C. 石油
D. 煤炭
3.(2026河北石家庄月考)下列关于电磁波和信息技术的说法中不正确的是(　　)
A. 5G手机主要利用电磁波进行通信
B. 光纤通信是光在光导纤维中多次反射传递信息
C. 电磁波既能传递信息,又能传递能量
D. 不同频率的电磁波在真空中传播速度不相同
4.【核心素养·物理观念】如表所示是不同电磁波的频率,如图所示是电磁波家族。以下说法正确的是(　　)
项目 某电视台 4G频段 5G频段 可见光
频率 5.25×10 Hz 1.88×10 ~1.90×10 Hz 3.3×10 ~3.4×10 Hz 4.3×10 ~7.5×10 Hz
A. 5G网络的波长比4G网络的波长长
B. 电视台利用的电磁波属于无线电波
C. 可见光中,紫光的频率比红光的频率低
D. 真空中5G网络的传播速度比4G网络的传播速度快
5.【情境素材·科技成就】(2025湖北武汉月考)2025年1月20日,中国有"人造太阳"之称的全超导托卡马克核聚变实验装置(EAST)创造新的世界纪录,首次完成一亿摄氏度、1 066秒"高质量燃烧",标志我国聚变能源研究实现从基础科学向工程实践的重大跨越,对人类加快实现聚变发电具有重要意义。关于核能和核能利用,下列说法正确的是(　　)
A. 核能既是一次能源,又是可再生能源
B. 我国的核能利用来源主要是核聚变
C. 核能利用的主要装置是核反应堆,核反应堆发生的链式反应是可控的
D. 核能利用是将核能直接转化成电能
6.【跨学科实践·社会发展】(2024四川成都中考)三峡水电站是当今世界上装机容量最大的水电站,三峡大坝横跨长江,雄伟壮丽(如图)。下列说法正确的是(　　)
A. 水力发电是将电能转化为机械能
B. 水能是一次能源,电能是二次能源
C. 利用大坝提高水位的目的是储蓄更多内能,用来发电
D. 机械能和电能可以相互转化,所以能量转化没有方向性
7.(2026安徽宿州月考)下列关于能量的守恒和转化的说法正确的是(　　)
A. 风力发电,是将电能转化为机械能
B. 双手摩擦变热,说明内能可以转化为机械能
C. 燃料燃烧时发热,化学能转化为内能
D. 小球弹跳的最高高度越来越低,说明能量总量减少
8.【核心素养·科学态度与责任】(2024内蒙古包头中考)节能减排、保护环境是每个人的共同责任。下列做法符合节能环保理念的是(　　)
A. 把废旧电池随意丢弃
B. 将电视机处于待机状态
C. 关停高能耗、高污染的工厂
D. 将有害废水排放到江河中
二、填空题(每空2分,共28分)
9.【情境素材·科技成就】(2026山西吕梁月考)我国研发的北斗卫星导航系统是利用________提供导航服务的,汽车倒车雷达是利用________来工作的。(以上两空均选填"超声波""次声波"或"电磁波")
10.(2025江苏扬州二模)将手机悬吊在玻璃瓶内,用抽气机抽去瓶内的空气。呼叫瓶内手机,这时手机的显示屏上______(选填"能"或"不能")显示来电信号,人_______(选填"能"或"不能")清楚地听到手机的铃声,说明________(选填"电磁波"或"声音")的传播不需要介质。
11.(2025安徽南陵一模)如图是电磁波家族,智能手机与智能手环的"近场通信"是使用频率为1.356×10 Hz的无线电波来进行通信的,在手机耳机孔插入红外线发射器,手机变身传统的电视遥控器,手机发出的红外线的波长较"近场通信"的波长______(选填"长"或"短")。
12.(2024四川南充中考)作为传统燃油汽车燃料的汽油和柴油是_________(选填"可再生"或"不可再生")能源,为了减少燃油汽车对环境的污染,我国大力发展新能源汽车。如今,我国电动汽车的多项技术已领跑世界,某型号的国产电动汽车的电池容量为200 A·h,额定电压为400 V,充满电后,它储存了__________kW·h的能量。
13.太阳能已被人们广泛利用。太阳能来自太阳内部的_______(选填"核裂变"或"核聚变"),太阳能属于_______(选填"一次"或"二次")能源。某台太阳能集热器在天气晴朗时,一天可以吸收5.6×10 J的热量,这相当于完全燃烧___________m 的煤气释放的热量。(q煤气取2×10 J/m )
14.【核心素养·科学思维】(2026山西朔州月考)如图是某"发明家"设计的一种永动机。设想利用上水池的水使水轮发电机发电,然后利用发电机产生的电能驱动抽水机把下水池的水再抽回上水池(一部分电能供用电器使用)。这样不断循环下去,就可以制成一个永动机。这个永动机_______(选填"能"或"不能")持续运转。实际中,抽水机和发电机工作时会发热,有一部分能量转化为_______能。一段时间后,抽水机向上的抽水量______(选填"大于""等于"或"小于")经水轮发电机流下来的水量。
三、综合应用题(共32分)
15.【跨学科实践·日常生活】(2026广东韶关月考)(12分)阅读下列文章,回答问题。
共享单车骑自行车出行有很多益处,不仅可以节能减排、缓解交通压力,而且骑车时,人会消耗体能,可以强身健体,一个成年人在水平路面上骑车时所受阻力大约是20 N。近年来,我国众多城市推出多种新型共享单车,许多街道旁随处可见,如图甲所示,这种单车外观结构简单,单车的质量约为25 kg,比普通自行车质量要大一些。
共享单车的车辆内集成了嵌入式芯片、GPS定位模块和SIM卡等,便于监控单车的具体位置和状态,其工作原理如图乙所示。用户可使用手机查看并找到单车的位置,然后用手机扫描车身上的二维码,通过手机网络发送电磁波到云端系统请求解锁,云端系统收到请求指令后识别该车辆并发送解锁指令,单车执行解锁指令自动开锁,用户便可以开始骑行,手机上会显示计时、计价等信息。
此外,此种单车的第一代,当用户在骑行过程中踩动脚踏板,可将机械能转化为电能,为车内蓄电池充电,以满足单车定位和自动开锁等过程中的用电需要。
(1)真空中,电磁波的传播速度是_____________km/s,若此种单车使用的GPS信号的频率是1 800 GHz,而手机中蓝牙通信信号(电磁波)的频率是2.4 GHz,则该GPS信号的波长_______(选填"大于"或"小于")手机蓝牙通信信号的波长;
(2)此种单车的第一代,在骑行过程中可将机械能转化为电能,利用了_________原理;
(3)用手机扫描二维码时,下列说法正确的是_________。
A. 扫描后手机接收信号利用了次声波
B. 二维码位于摄像头的一倍焦距以内
C. 二维码是光源
D. 摄像头相当于凸透镜
(4)一个成年人在水平路面上以4 m/s的速度保持匀速骑行半小时,消耗的能量约为________________J;
(5)小明放学回家途中把自行车骑得飞快,妈妈看见后警告他说"以后骑自行车骑慢点,不然很危险",请用所学物理知识解释妈妈这句话:_______________________________________。
16.【实验考法·项目式学习】(2025广东深圳宝安二模)(20分)小明想为自行车安装一个绿色环保的"自发电照明电路",于是进行了如下项目研究:
【项目名称】设计并制作自行车自发电照明系统。
【项目实施】(一)选择节能环保灯具。小明查阅资料发现,生活中常用的照明灯有白炽灯、荧光灯和LED灯。正常工作时,5 W的LED灯和40 W的白炽灯亮度相当。
(1)LED灯的核心元件是发光二极管,其主要材料是________(选填"导体""半导体""超导体"或"绝缘体")。
(2)正常工作相同时间,与40 W的白炽灯相比,选用5 W的LED灯可以节约____________%的电能。
(二)制作利用简易发电机为照明灯供电的电路并测试。
(3)为了控制LED灯只在夜间工作,需在电路中安装控制电路通断的_______(填电学元件)。
(4)在测试中小明发现,LED灯的亮度不稳定,原因可能是__________。
(三)设计不同供能方式,制作为照明灯稳定供电的电路。为了给LED灯提供充足、稳定的电能,小明在供电系统中增加了蓄电池和太阳能电池板,设计了如图乙所示的电路,自行车被骑行时或有阳光照射时,给蓄电池充电,夜间,蓄电池为LED灯供电。
(5)太阳能电池板发电时,将太阳能转化为______能。
(6)小明安装的太阳能电池板面积为0.1 m ,光电转换效率为20%。当太阳每秒钟辐射到每平方米电池板上的能量为1×10 J时,1 h内这块太阳能电池板可以提供的电能为____________J,这些电能可以供5 W的LED灯正常工作_________h。
【项目迭代】为了使照明灯更加智能化,小明将原电路改进为如图丙所示的自动控制电路,其中控制电路电源电压为3 V,定值电阻R0阻值为10 Ω,电磁铁线圈电阻忽略不计。白天,太阳能电池板和发电机产生的电能,贮存于蓄电池中。傍晚,当光照强度减弱,电磁铁中电流I≤0.1 A时,控制电路会自动接通LED灯所在的电路,蓄电池给LED灯供电。
(7)由题意可推断,光敏电阻R的阻值随光照强度的减弱而_____(选填"增大""减小"或"不变")。LED灯刚亮起时,光敏电阻R的阻值为__________Ω。
(8)若想在光照更弱时才使LED灯接通工作,可采取的做法有________________________(写出一种即可)。
【项目评价】(9)小明根据上述方案完成了自行车自发电照明系统的设计和制作,请根据以下评价量表选择一个维度对该设计进行评价。
评价维度 合格 不合格
照明情况 亮度稳定 亮度不稳定
供电方式 两种供电方式 一种供电方式
智能化 能自动控制 需手动控制
参考答案与解析
1. A　解析:工作人员通过电磁波操控无人机进行空中理货,故选A。
2. A　解析:太阳能是清洁能源、无污染、可再生,可作理想能源;天然气、石油、煤炭都是化石燃料,使用会产生污染,故选A。
3. D　解析:5G手机靠发射、接收电磁波通信,A正确;光纤通信靠激光在光导纤维内多次反射传信息,B正确;电磁波既能传信息又能传能量,C正确;不同频率电磁波在真空中传播速度相同(都是3×10 m/s),D错误。本题选不正确的,故选D。
4. B　解析:5G频率比4G高,由c=λf,频率高波长短,故5G波长比4G短,A错误;由表中电视台频率对照无线电波频率范围,电视台电磁波属于无线电波,B正确;可见光中紫光频率比红光高,C错误;各种电磁波在真空中传播速度相同,D错误。
5. C　解析:核能短期内不能从自然界补充,是不可再生能源,A错误;我国核能利用主要来自核裂变,B错误;核能利用主要装置是核反应堆,链式反应可控,C正确;核能要经一系列转化才变为电能,不是直接转化,D错误。
6. B　解析:水力发电将水的机械能转化为电能,A错误;水能是一次能源,电能是二次能源,B正确;提高水位是为了储蓄更多重力势能,C错误;能量转化具有方向性,D错误。
7. C　解析:风力发电将风能(机械能)转化为电能,A错误;双手摩擦变热是机械能转化为内能,B错误;燃料燃烧发热,化学能转化为内能,C正确;小球弹跳高度降低是机械能减少,但能量总量不变,D错误。
8. C　解析:随意丢弃废旧电池污染环境,A错误;电视机待机浪费电能,B错误;关停高能耗高污染工厂,符合节能环保,C正确;排放有害废水污染江河,D错误。
9. 电磁波;超声波　解析:北斗卫星导航利用电磁波提供导航服务;超声波遇障碍物易反射,汽车倒车雷达利用超声波工作。
10. 能;不能;电磁波　解析:抽去空气后,手机靠电磁波接收信号(不需介质),显示屏能显示来电;瓶内声音传播需介质,人不能清楚听到铃声,说明电磁波传播不需介质。
11. 短　解析:由c=λf,同一介质中电磁波速度一定,频率越高波越短;红外线频率高于"近场通信"无线电波,故手机发出红外线波长较"近场通信"波长短。
12. 不可再生;80　解析:汽油柴油来源于石油,短期不能补充,是不可再生能源;电池充满电储存电能W=400 V×200 A·h=80 000 W·h=80 kW·h。
13. 核聚变;一次;2.8　解析:太阳能来自太阳内部核聚变,太阳能是一次能源;5.6×10 J相当于完全燃烧煤气体积V===2.8 m 。
14. 不能;内;小于　解析:整个过程中部分机械能和电能转化为内能,机械能和电能总量不守恒,永动机不能持续运转;抽水机和发电机发热,部分能量转化为内能;抽水能量越来越少,抽水机向上抽水量小于经水轮发电机流下的水量。
15. (1)3×10 ;小于　(2)电磁感应　(3)D　(4)1.44×10 　(5)见解析
解析:(1)真空中电磁波传播速度3×10 km/s;由λ=,电磁波速度不变时频率越高波长越短,GPS信号频率1 800 GHz大于蓝牙2.4 GHz,故GPS波长小于蓝牙波长。
(2)骑行中机械能转化为电能相当于发电机,利用电磁感应原理。
(3)手机接收信号靠电磁波,A错误;摄像头成倒立缩小实像,二维码在二倍焦距以外,B错误;摄像头相当于凸透镜,D正确;二维码不发光,不是光源,C错误。故选D。
(4)匀速半小时路程s=vt=4 m/s×0.5×3 600 s=7 200 m,消耗能量约等于克服阻力做功W=fs=20 N×7 200 m=1.44×10 J。
(5)质量一定时,物体速度越大动能越大,自行车骑得太快,危险性越大。
16. (1)半导体　(2)87.5　(3)开关　(4)电压不稳定　(5)电　(6)7.2×10 ;4　(7)增大;20　(8)换用更小阻值的定值电阻
解析:(1)发光二极管主要材料是半导体。
(2)节约电能百分比=×100%=×100%=87.5%。
(3)控制LED灯夜间工作需要安装开关控制通断。(4)LED灯亮度不稳定是因为(简易发电机/电路)电压不稳定。
(5)太阳能电池板将太阳能转化为电能。
(6)1 s内电池板提供电能=1×10 J×0.1 m ×20%=20 J,1 h(3 600 s)提供20 J×3 600=7.2×10 J;可供5 W LED灯工作时间t==1.44×10 s=4 h。
(7)光照减弱时光敏电阻R阻值增大;LED灯刚亮起时I=0.1 A,总电阻==30 Ω,R=30 Ω-10 Ω=20 Ω。
(8)想在光照更弱时(即R更大)才接通,可换用更小阻值的定值电阻,或增大控制电路电压,或提高吸合电流阈值。
(9)示例:从"智能化"维度评价:该设计通过自动控制电路在光照减弱时自动接通LED灯供电,能自动控制,达到合格标准。

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