第二十章综合素质评价
一、选择题(每题3分，共30分)
1．[2023·邵阳期末]下列关于能量的转化、转移和守恒的说法不正确的是( )
A．“既要马儿跑，又要马儿不吃草”违背了能量守恒定律
B．酒精燃烧时，将化学能转化为内能
C．用热水袋取暖，说明内能是可以发生转移的
D．人们对太阳能的开发和利用，说明能量可以凭空产生
2．[2022·兴化二模]2022北京冬奥会顺利闭幕，本着“绿色办奥”理念，其中最值得关注的莫过于奥运火炬在奥运史上首次采用了氢这种清洁能源作为燃料。以下能源属于清洁能源的是( )
A．石油 B．煤炭 C．天然气 D．太阳能
3．下列关于能源的描述不正确的是( )
A．煤、石油和天然气统称为化石燃料，属于一次能源
B．太阳能是由内部氢原子核发生裂变释放出巨大核能而产生的一种能源
C．太阳能的主要利用形式包括太阳能的光热转换、光电转换及光化转换
D．核能是一种不可再生能源，是原子核在分裂或者聚合等过程中释放的能量
4．[2022·葫芦岛]2022年6月5日11时许，整流罩打开，“神舟十四号”飞船成功入轨，展开太阳能帆板。飞船将在大气层外沿椭圆形轨道绕地球运动。下列说法错误的是( )
A．整流罩与大气层摩擦后温度升高，是通过做功的方式使其内能增加的
B．太阳能电池板可将光能转化为电能
C．太阳能是可再生能源
D．飞船从近地点向远地点运动时，动能增大，势能减小
5．[2022·常州武进区校级模拟]“加水就能跑的神车”一度成为舆论热点，该汽车实际是利用水解制氢技术获得氢气，通过氢燃料电池给车提供动力(该技术成本很高，目前仍处在试验阶段)，但被曲解为“加水就能跑”。下列对该事件的看法正确的是( )
A．该车行驶的效率能达到100%
B．氢燃料电池能将化学能转化为电能
C．水解技术制取氢气的过程不需要消耗其他能量
D．“加水就能跑的神车”不需要遵循能量守恒定律
6．关于核电站，小科总结了以下四种说法，其中正确的是( )
A．核电站是利用氢核的聚变产生的能量来发电的
B．核电站的核心是利用核反应堆控制核能平稳地释放
C．核电站的反应堆中放出的核能可以直接转化为电能
D．核电站产生的废料可以直接排放到大海中
7．[2022·厦门思明区校级二模]我国自主研发的碲化镉(CdTe)发电玻璃，首次应用于北京冬奥会场馆建设中。它由普通玻璃底衬、TCO导电氧化层(透明导电薄膜玻璃)、碲化镉光电薄膜等部分组成，太阳光照射时可直接进行光电转换，即使在阴雨天也能满足场馆供电需要。关于该发电玻璃，下列说法错误的是( )
A．它可以节能环保
B．它的TCO导电氧化层透光性较好
C．它的光电转化效率较高
D．它将光能转化为化学能，再转化为电能
8．[2022·扬州邗江区一模]学习强国平台发布：“科学岛”上的我国大科学装置“东方超环”取得重大突破，等离子体中心电子温度首次实现1亿摄氏度运行近10秒。“东方超环”是全超导托卡马克核聚变试验装置，被称为“人造太阳”。该装置由中科院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所自主研制，是世界上第一个非圆截面全超导托卡马克，也是中国第四代核聚变实验装置。下列核能的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
9．[2022·湘西州]超导材料具有零电阻、抗磁性等特殊的物理性质，应用领域非常广泛，近年来，我国积极推进常温超导及其应用领域的研究。常温下的超导体，最适合运用于( )
A．制作家用保险丝 B．制作白炽灯泡的灯丝
C．制作电炉的电阻丝 D．远距离输电
10．下列关于“新材料”的描述错误的是( )
A．人类利用半导体材料的导电特性，研制出的二极管、三极管是电脑必不可少的器件
B．纳米材料为人们制造更小的机械提供物质基础
C．人们利用超导的磁悬浮现象研制“无摩擦”的磁悬浮列车
D．人们根据超导零电阻的特点，用超导体制造的电饭锅，提高了电饭锅发热的效率
二、填空题(每空2分，共24分)
11．酸甜多汁的水果不仅可以为我们的身体提供能量，还可以发电。如图所示，几个水果提供的电能足以点亮一排规格相同的发光二极管。
(1)水果电池把________能转化为电能。远远地就能闻到果香味，是________现象。
(2)当连接好电路后，只有一个发光二极管不亮，用一根导线将该二极管的两极连起来时，发现所有二极管都熄灭，则这些发光二极管是________(填“串联”或“并联”)的；经检查各元件(包括所有二极管)均完好且规格适当，电路中各接点连接也完好，则这个发光二极管不亮的原因可能是________________________。
12．[2022·菏泽]水从高处流向低处后，无法自发回到原来的高度，说明能量的转化具有________，所以尽管能量是守恒的，我们仍然要节约能源。请列举一例可再生能源：________。
13．如图甲和图乙所示的是释放核能的两种方式，请回答下列问题：
(1)图________是核电站的工作原理。
(2)图乙是________(填“聚变”或“裂变”)的示意图，目前还不能人为控制。
14．核电站利用________获得能量。下图是核电站发电的流程图，在核电站发电的过程中，下列说法正确的是________。
A．能量转化顺序是核能→化学能→机械能→电能
B．在核反应堆的外围，有一层厚厚的水泥防护层，其作用是防止核泄漏
C．冷凝器发生的物态变化是先液化后汽化
15．[2022·济南]电光源的发明，照亮了人类生活的每一个角落。如图甲所示的白炽灯是利用电流的________(填“热效应”“磁效应”或“化学效应”)使灯丝达到白炽状态而发光的，发光效率仅8%，更多能量都以内能的形式散失到周围环境中。现在用来照明的白炽灯已被图乙所示的节能、环保的LED灯所替代，一只12 W LED灯的亮度相当于一只100 W白炽灯的亮度。LED灯主要是用____________ (填“纳米材料”“超导材料”或“半导体材料”)制成的。
三、作图题(16题5分，17题3分，共8分)
16．将下面材料或元件与其特性或用途对应连线。
A．二极管 a．可以用来实现大功率远距离输电
B．三极管 b．可以研制能进入人体杀死致病细胞的“机器人”
C．自然硅晶体 c．可以用来放大电信号
D．超导体 d．导电性能介于导体和绝缘体之间
E．纳米材料 e．具有单向导电性
17．有一种变光二极管，电流从其P端流入时发红光，从其Q端流入时发绿光，奥秘在于其内部封装有一红一绿两个发光二极管，其符号分别为、。发光二极管具有单向导电性，当电流从“＋”极流入时二极管能通电且发光，当电流从“－”极流入时二极管不能发光。请在虚线框内画出该变光二极管的内部电路图。
四、综合应用题(18题6分，19题12分，20题20分，共38分)
18．[2022·黔西南州]阅读下面的短文：
材料与社会发展
我们周围的生活用品是由各种材料制成的，如金属、陶瓷、玻璃、塑料等。一般来说，不同的材料具有不同的物理性质。除密度不同外，材料的导电性、磁性、弹性、硬度、延展性等也往往各不相同。生活、生产中，人们利用各种材料的优点，设计出所需的物品。某一种新材料的问世，往往会引起人类社会的重大变革。
当今，问世的新材料及其特性如下：
①铌钛：实用超导材料的代表。
②太阳能电池材料：多层复合太阳能电池，转换率可达40%。
③气凝胶：具有低密度、低热导率，隔热保温效果好等特性。
④钕铁硼：高性能永磁材料。
⑤离子液体：在热稳定性、导电性等方面具有独特的优势。
……
仿照示例，对短文中提到的某种新材料的应用及优点，说出你的设想：(示例 除外)
【示例】用铌钛材料制成导线：
导线没有电阻，导电时不会发热。
(1)_______________________________________________________________。
(2)_______________________________________________________________。
19．[2023·深圳期中]某太阳能热水器接收太阳能的有效面积为3 m2，假设某天有效光照时间为6 h，每平方米太阳的平均辐射功率为2.4×106 J/h，将热水器内初温为15 ℃的水的温度升高到70 ℃。(太阳能热水器的工作效率为50%)
(1)这一天太阳能热水器中的水吸收了多少热量？
(2)家用燃气热水器的工作效率为60%，把相同质量的水从15 ℃加热到70 ℃，使用太阳能热水器可节约多少千克燃气？(燃气的热值为4×107 J/kg)
(3)人们利用太阳能，除了转化为内能之外，还有“光电转换”，即利用________将太阳能转化为电能；还有“光化转换”，即通过植物的光合作用将太阳能转化为________。
20．[2023·河南师大附中二模]为落实中国对世界承诺的节能减排目标，加强政策扶持新能源经济战略，国家相关部委推出太阳能屋顶计划(如图)。太阳能电池板的参数如下表所示，其中光电转换效率是指太阳能电池板将光能转化为电能的效率。
太阳能电池板 平均输出功率 200 W
电池板面积 1.6 m2
光电转换效率 10%
(1)太阳能属于________(填“可再生”或“不可再生”)能源。
(2)若中午时分，太阳能电池板每平方米面积上每秒接收到的光能为2 500 J，则此时一块太阳能电池板输出电能的实际功率是多少？
(3)小明家的屋顶面积达到200 m2，太阳能电池板依次相连平铺在屋顶，理论上他家屋顶日输出电能的平均功率为多大？
(4)用太阳能发电替代发电效率为40%的火力发电站，按照第3问中的条件，小明家一天(一天太阳能发电时间按8 h计算)理论上可节约多少吨煤？(煤的热值为q＝3×107 J/kg)
答案
一、1．D 点拨：能量在转化和转移的过程中总量是守恒的，“既要马儿跑，又要马儿不吃草”违背了能量守恒定律，故A正确；酒精燃烧时，将自身的化学能转化为内能，故B正确；用热水袋取暖，是能量发生了转移，故C正确；人们对太阳能的开发和利用，是将太阳能转化为其他形式的能，而不是说能量可以凭空产生，故D错误。
2．D 点拨： 石油在燃烧时能产生二氧化硫、一氧化碳、烟尘等空气污染物，不属于清洁能源，故A错误；煤在燃烧时能产生二氧化硫、一氧化碳、氮氧化物等空气污染物，不属于清洁能源，故B错误；天然气燃烧生成温室气体二氧化碳，不属于清洁能源，故C错误；太阳能不会产生任何污染，属于清洁能源，故D正确。
3．B 点拨： 煤、石油和天然气都可以从自然界中直接获得，属于一次能源，故A正确；太阳能是由内部氢原子核发生聚变释放出巨大核能而产生的一种能源，故B错误；太阳能的主要利用形式包括太阳能的光热转换、光电转换及光化转换，故C正确；原子核在分裂或者聚合时释放的能量叫做核能，核能一旦消耗就很难再生，属于不可再生能源，故D正确。
4．D 点拨： 整流罩与大气层发生剧烈摩擦，温度升高，整流罩克服摩擦做功，是通过做功的方式增加了整流罩的内能的；太阳能电池板将光能转化为电能；太阳能可以源源不断地从自然界中获得，是可再生能源。故ABC正确；飞船从近地点向远地点运动过程中，速度变小，动能变小；高度变大，势能变大，D错误。
5．B 点拨：汽车在工作过程中不可避免地要克服机械间的摩擦而产生额外功，因此效率不能达到100%，故A错误；氢燃料电池是将化学能转化为电能，再用来驱动汽车，故B正确；根据能量守恒定律，水解技术制取氢气的过程一定要消耗其他能量，故C错误；任何能量的转化都遵循能量守恒定律，“加水就能跑的神车”也需要遵循能量守恒定律，故D错误。
6．B 点拨：核电站是利用原子核裂变产生的能量来发电的，故A错误；核反应堆工作的速度和规模是可以人为控制的，核能能平稳地释放，故B正确；核电站的反应堆中放出的核能不可以直接转化为电能，故C错误；核电站的核废料中具有很多的放射性物质，不可以直接排放到大海中，故D错误。
7．D 点拨：由于该装置可以直接进行光电转换，不会对环境产生污染，故A正确，D错误；由于TCO导电氧化层是透明导电薄膜玻璃，透光性较好，故B正确；根据“即使在阴雨天也能满足场馆供电需要”可知，它的光电转化效率较高，故C正确。
8．D
9．D 点拨： 保险丝是利用电流的热效应工作的，当电流过大时，自动熔断来保护电路，电阻为零无法将电能转化为内能，无法熔断，故A错误；灯丝电阻为零无法将电能转化为内能，无法放热，故B错误；电炉的电阻丝需要将电能转化为内能，电阻为零无法将电能转化为内能，故C错误；根据焦耳定律Q＝I2Rt可知，远距离输电，当电阻为零时，可使导线损耗的电能为零，以提高传输效率，故D正确。
10．D
二、11．(1)化学；扩散 (2)并联；二极管正、负极接反
点拨：(1)水果电池的能量转化是化学能转化为电能；远远地就能闻到果香味，这是扩散现象，说明分子在不停地做无规则运动。(2)当连接好电路后，只有一个发光二极管不亮，用一根导线将该二极管的两极连起来，所有二极管都熄灭，说明这些发光二极管是并联的；由于整个电路连接及所有元件均完好，且发光二极管具有单向导电性，所以这个发光二极管不亮的可能原因是二极管正、负极接反了。
12．方向性；水能
13．(1)甲 (2)聚变
点拨：(1)题图甲是铀核吸收一个中子以后，分裂成两个质量较小的原子核，同时放出两个中子和很大的能量，释放出的中子又能使别的铀原子核接着发生核裂变……，使该过程持续进行下去，这种过程称为链式反应；可控速度的链式反应是核电站的工作原理。(2)题图乙是由质量小的氘原子核和氚原子核，发生原子核互相聚合作用，生成新的质量更重的氦原子核，并伴随着巨大的能量释放的一种核反应形式。目前核聚变不能人为控制，其应用为制造氢弹。
14．核裂变；B 15．热效应；半导体材料
三、16．【解】对应连线如图所示。
17．【解】如图所示。
四、18．(1)用太阳能电池材料制成太阳能汽车的太阳能电池板：太阳能电池板的光电转换效率高
(2)用气凝胶制成保温箱：保温箱的密度小、质量小、携带方便，隔热性好、保温性能好
19．【解】(1)太阳能热水器一天接收到的太阳能E太阳＝PSt＝2.4×106 J/(h·m2)×3 m2× 6 h＝4.32×107 J，
由η＝×100%可得，水吸收的热量Q吸＝E太阳η＝4.32×107 J×50%＝2.16× 107 J。
(2)根据η＝×100%可得，燃气完全燃烧需要放出的热量Q放＝＝ ＝3.6×107 J，
节约的燃气的质量m＝＝＝0.9 kg。
(3)太阳能电池；化学能
20．【解】(1)可再生
(2)太阳每秒钟照射到电池板每平方米面积上的光能为2 500 J，电池板面积为1.6 m2，光电转换效率10%，则太阳能电池板输出电能的实际功率P实＝ 2 500 J/(s·m2)×1.6 m2×10%＝400 W。
(3)理论上小明家屋顶日输出电能的平均功率为P输出＝×200 m2＝2.5× 104 W。
(4)由P＝可知，小明家一天输出的电能W＝P输出t＝2.5×104 W×8×3 600 s＝7.2×108 J；由η＝可知，煤完全燃烧需要放出的热量Q放＝＝＝1.8×109 J；由Q放＝mq可知，理论上可节约煤的质量m＝＝＝ 60 kg＝0.06 t。
