第二十一~二十二章 信息的传递 能源与可持续发展
(时间:85分钟 满分:80分)
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题号 一 二 三 四 总分
得分
一、填空题(共16 分,每空1分)
1.大量事实表明,能量既不会凭空消灭,也不会凭空产生,它只会从一种形式 为其他形式,或者从一个物体 到其他物体。
2.可燃冰在燃烧时把化学能转化为 能,而可燃冰与煤和石油一样都属于 (选填“可再生”或“不可再生”)能源,可见掌握最好的可燃冰技术,具有重要的意义。
3.汽车刹车的过程,伴随着能量从机械能转化为内能,内能散失到空气中,此过程能量的总和 (选填“增大”、“不变”或“减小”)。散失到空气中的内能无法自动转化为机械能再用来驱动汽车,这是因为能量的转移和转化具有 性。
4.2020年6月23日,我国成功发射了北斗三号全球卫星导航系统的第55颗卫星,即最后一颗组网卫星。卫星在加速升空过程中,其机械能 (选填“增大”、“不变”或“减小”);该系统是利用 波传递信息的。
5.某电磁波波形如图所示,该电磁波的波长是 ,频率是 。
6.光纤通信是利用 通过光纤传递信号的一种通信方式,当光信号从光纤的一端进入线芯后,在线芯与包层的交界面上反复发生 ,于是光信号便在线芯中几乎无损失地向前传播。
7.同步通信卫星是在离地面高度为3.6×107 m,绕地心转动的圆轨道(同步轨道)上运行的卫星,运行周期跟地球自转周期相同。同步通信卫星相对于地面的建筑物是 (选填“运动”或“静止”)的,如图所示, 颗同步通信卫星基本可以实现全球通信。
8.太阳能是人类能源的宝库,太阳已持续发光发热约50亿年,还能工作约50亿年。太阳能属于 (选填“可再生”或“不可再生”)能源。太阳核心温度高达1500万 ℃,表面温度也约有6000 ℃,其原因就是太阳内部发生持续的 (选填“核裂变”或“核聚变”),释放了惊人的能量。
二、选择题(共14 分,把你认为正确选项的代号写在答题卡的相应位置上。第9~12 小题,每小题只有一个正确选项,每小题2 分;第13、14 小题为多项选择,每小题有两个或两个以上正确选项,每小题3分,全部选择正确得3分,选择正确但不全得1分,不选、多选或错选得0分)
9.如图所示,哪种机器是不可能制造出来的 ( )
A.图甲:使用蓄电池的电动汽车
B.图乙:一种设想中的永动机
C.图丙:蒸汽机车
D.图丁:飞机
10.在相同时间内,5G通信传输的信息量约为4G的10倍。与4G相比,5G电磁波 ( )
A.频率更高 B.频率更低
C.传播速度更小 D.传播速度更大
11.目前城区的老居民小区正在进行水路改造,改造中用到了一种打孔工具——冲击钻,冲击钻工作时,钻头在电动机的带动下不断地冲击墙壁,打出圆孔,如图所示,冲击钻在工作过程中,其能量转化关系是 ( )
A.内能转化为机械能
B.内能转化为电能
C.只有机械能和内能的转化
D.有电能、机械能和内能的转化
12.研究表明,当空气中颗粒的直径越接近可见光的波长(波在一个周期内传播的距离叫作波长),颗粒对光的“消光”能力就越强。空气中PM2.5颗粒是灰霾天能见度降低的主要原因。若可见光的频率约为5×1014 Hz,则可以推算出PM2.5中对能见度造成较大影响的颗粒直径与下列哪一个值最接近 ( )
A.2.5 μm B.0.6 μm C.0.6 nm D.6 μm
13.下列关于合理利用资源与节约能源的行为正确的是 ( )
A.手机充电完毕,不及时拔下充电器
B.尽量使用一次性杯子
C.夏天使用空调不把温度设置过低
D.用洗衣服的水冲厕所
14.核电站利用核能发电,它的核心设备是核反应堆。下列说法正确的是 ( )
A.目前核电站都是通过核聚变反应来利用核能
B.核反应堆中发生的链式反应是可以控制的
C.原子核分裂或聚合时释放出核能
D.核能是一种不可再生的能源
三、计算题(共22分,第15、16小题各7分,第17小题8分)
15.雷达利用天线把电磁波向欲探测的目标发射出去,然后再利用天线接收到反射波,根据反射波的方向和延迟时间判断目标的方位和距离。某地面雷达站向某卫星发射出波长为0.1 m的电磁波,经过0.3 s的时间,接收到了反射波。请你回答:
(1)该雷达向目标发出的电磁波的频率是多少
(2)该卫星距地面多远
16.校车在平直的公路上以54 km/h的速度匀速行驶20 min,受到的平均阻力是6×103 N,消耗柴油7.5 L。(q柴油=4×107 J/kg,ρ柴油=0.8×103 kg/m3)求:
(1)发动机做有用功的功率。
(2)发动机的效率。
17.太阳能是个巨大的能源,直接利用太阳能不会污染环境,太阳能热水器就是直接利用太阳能的装置,假如太阳能热水器内盛有200 kg、25 ℃的水,在阳光的照射下水温升高到75 ℃,已知水的比热容c水=4.2×103 J/(kg·℃)。问:
(1)太阳能热水器内水的温度变化了多少 ℃
(2)这些水吸收的热量是多少J
(3)若用干木柴来加热这些水升高到相同温度,干木柴完全燃烧放出的热量全部被水吸收,则需要多少干木柴 (已知干木柴的热值为q=1.2×107 J/kg)
四、实验与探究题(共28分,每小题7分)
18.小明同学在探究“电磁波的产生与传播”的实验过程中,他进行了如下实验:
(1)如图所示,他打开收音机的开关,转动选台用的旋钮,调到一个没有节目的位置,使收音机收不到广播节目,然后开大音量,拿导线头迅速在钢锉上移动,这时收音机会发出“喀喀”的响声,表明有电磁波产生,由此可知产生电磁波的条件是导体中有 。
(2)他将手机放在真空罩中,用抽气机抽去罩中的空气。打电话呼叫罩内的手机,手机 (选填“能”或“不能”)接收到呼叫信号,这证明 。
(3)他又将手机放在金属容器(如饼干筒)中,打电话呼叫容器中的手机。这时手机 (选填“能”或“不能”)接收到呼叫信号,然后再将手机放在塑料容器或纸容器中,再打电话呼叫容器中的手机,这时手机 (选填“能”或“不能”)接收到呼叫信号。这说明 。
(4)根据以上探究活动,你能否解释在建筑物或电梯中,手机有时会接收不到信号或信号较弱。你认为原因是 。
19.我市风能资源丰富,现各地陆续安装了风力发电机。风力发电机的原理是利用自然风吹动发电机风叶转动,带动内部发电机组发电。某兴趣小组提出了一个问题:风力发电机的发电功率大小可能与哪些因素有关 他们针对这个问题提出如下猜想:
猜想一:风力发电机的发电功率大小可能与风速大小有关;
猜想二:风力发电机的发电功率大小可能与风叶长度有关;
猜想三:风力发电机的发电功率大小可能与风叶个数有关;
猜想四:……
针对以上猜想一和猜想二,该兴趣小组设计了实验方案,准备了以下主要实验器材:小型风力发电机(含形状相同长度分别为10 cm、15 cm、20 cm的风叶共三组)、电吹风、电压表、导线若干。
实验过程中,先将电压表连接在小型发电机输出电路两端,电压表示数可反映发电机的发电情况。用电吹风吹出的风模拟自然风,正对发电机风叶吹风,进行多次实验,实验数据记录如下:
实验序号 风叶长度/cm 电吹风挡位 风叶个数 电压表示数/V
1 10 弱 3 0.5
2 10 中 3 0.8
3 10 强 3 1.2
4 15 中 3 1.3
5 20 中 3 1.8
根据以上实验回答下列问题:
(1)本实验是通过 来反映发电机发电功率大小的;
(2)比较实验序号为 、 、 (填上表中实验序号)三次实验所得数据,可验证猜想一,结论是:其他条件都相同时,风速越大,风力发电机的发电功率 。
(3)比较实验序号为2、4、5三次实验所得数据,可验证猜想 (选填“一”或“二”),结论是 。
20.如图甲所示,这是位于九江市庐山区海会镇的长岭风电场,该风电场是目前江西省已建规模最大的风电场,风电场是利用风能并结合一系列发电机组从而达到利用风力发电的目的,其中的风力发电机组主要是由风机叶片和发动机组成,某物理兴趣小组对风力发电机组进行了如下探究。
甲 乙
(一)发电功率
【提出问题】
了解了风力发电机的组成后,小明想知道风力发电机发电时的输出功率与哪些因素有关呢 针对这一问题,他做了如下猜想:
【猜想与假设】
(1)风力发电机的输出功率可能与风速有关;
(2)风力发电机的输出功率可能与叶片的倾角有关;
(3)风力发电机的输出功率可能与 有关。
【进行实验】
为了探究风力发电机的输出功率是否与风速有关,小明利用如图乙所示的实验装置进行了如下实验:
(4)将叶片安装在风车底座上,把线的一端固定在风车转轴上,另一端系上钩码。
(5)在风车正前方1米处放置电风扇,将电风扇的风速调到1挡位,用秒表记录提升钩码到A点所需的时间。
(6)将电风扇换到2、3挡位,重复以上实验,通过测量 来比较风车输出功率的大小。
【收集证据】
实验收集到的数据记录如下。(注:电风扇挡位越高,风速越大)
电风扇挡位 钩码的质量m/g 提升钩码到A点的时间t/s
1 50 15
2 50 13
3 50 10
【分析论证】
(7)由表格数据可知,在其他条件相同时,风速越大(一定范围内),风车的输出功率 (选填“越大”或“越小”)。
【交流反思】
(8)小明从网上查到风速与输出功率的关系如下表所示,根据数据预测,台风(风速大于30 m/s)来临时, (选填“能”或“不能”)给风电场带来更大的经济效益;理由是 。
风速v(m/s) 4 6 8 10 12 14 16 18 20
输出功率P(kW) 0 75 200 360 540 740 730 650 550
(二)发电原理
(9)风力发电时,风轮机叶片受到风力的推动后转动,从而带动发电机发电,发电机是利用 原理工作的。
(三)应用前景
(10)风力发电正在世界上形成一股热潮,因为风能属于 (选填“可再生”或“不可再生”)能源,且不会产生辐射或空气污染。
21.太阳能作为一种新能源,已被人类广泛使用。例如太阳能路灯,其核心部件是光电板。某兴趣小组提出了一个问题:影响光电板吸收太阳能的多少与哪些因素有关呢 他们对这个问题有如下猜想:
猜想1:影响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2:影响光电板吸收太阳能的多少可能与光电板的面积有关;
猜想3:影响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,他们设计好实验方案,进行了实验探究,步骤如下:
A.先选用相同的三块0.1 m2的光电板,在其表面都涂上黑色,正对太阳光,照射时间分别为10 min、20 min、30 min,光电板吸收的能量被储存,让它们对相同的LED灯供电,并记录发光时间于下表中;
B.再选用0.2 m2、0.3 m2两块光电板,在其表面都涂上黑色,正对太阳光,照射时间都为10 min,光电板吸收的能量被储存,让它们对相同的LED灯供电,并记录发光时间于下表中;
C.然后再选用相同的两块0.1 m2的光电板,在其表面分别涂上绿色和白色,正对太阳光,照射时间都为10 min,光电板吸收的能量被储存,让它们对相同的LED灯供电,并记录发光时间于下表中;
实验数据记录如表:
序号 光电板的面积 (m2) 光照时间 (min) 光电板表面 所涂颜色 LED灯的发光 时间(min)
1 0.1 10 黑色 30
2 0.1 20 黑色 60
3 0.1 30 黑色 90
4 0.2 10 黑色 60
5 0.3 10 黑色 90
6 0.1 10 绿色 20
7 0.1 10 白色 5
(1)由表中 、 、 (填表中的序号)三组数据对猜想1进行验证,得出的结论是:光电板吸收太阳能的多少与光电板的光照时间有关。
(2)由表中1、4、5三组数据能对猜想 进行验证,得出结论是: 。
(3)由表中数据分析可知:制作太阳能光电板用 色最好。
(4)综合分析可知,影响光电板吸收太阳能多少的因素有光照时间、光电板的面积、表面所涂颜色,你觉得还与哪些因素有关: (写出一种即可)。
第二十一~二十二章 信息的传递 能源与可持续发展
参考答案
1.转化 转移
2.内 不可再生
3.不变 方向
4.增大 电磁
5.1 m 3×108 Hz
6.激光 全反射
7.静止 3
8.可再生 核聚变
9.B 10.A 11.D 12.B 13.CD 14.BCD
15.解:(1)雷达向目标发出的电磁波的频率:
由v=λf得:f====3000 MHz (3分)
(2)由v=得,s=vt=3×108 m/s×0.3 s=9×107 m
电磁波传播距离是单向距离的2倍,故卫星离地:
==4.5×107 m (4分)
16.解:(1)因校车在平直的公路上匀速行驶时处于平衡状态,则校车受到的牵引力和阻力是一对平衡力,所以,发动机的牵引力:
F=f=6×103 N
发动机做有用功的功率:
P===Fv=6×103 N× m/s=9×104 W (3分)
(2)匀速行驶20 min,发动机做的有用功:
W=Pt=9×104 W×20×60 s=1.08×108 J
由ρ=可得,消耗柴油的质量:
m=ρ柴油V=0.8×103 kg/m3×7.5×10-3 m3=6 kg
消耗的柴油完全燃烧释放的热量:
Q放=mq柴油=6 kg×4×107 J/kg=2.4×108 J (2分)
发动机的效率:
η=×100%=×100%=45% (2分)
17.解:(1)太阳能热水器内水的温度变化值:
Δt=75 ℃-25 ℃=50 ℃ (2分)
(2)水吸收的热量:
Q吸=c水mΔt=4.2×103 J/(kg·℃)×200 kg×50 ℃=4.2×107 J (3分)
(3)由题知,干木柴完全燃烧放出的热量全部被水吸收,则Q放=Q吸=m'q=4.2×107 J
需要干木柴的质量:m'===3.5 kg (3分)
18.(1)迅速变化的电流
(2)能 电磁波能在真空中传播
(3)不能 能 金属容器能屏蔽电磁波
(4)因为建筑物是钢筋结构,电梯相当于金属容器,它们对电磁波有屏蔽作用
评分标准:每空1分,共7分,有其他合理答案均参照给分
19.(1)电压表示数
(2)1 2 3 越大
(3)二 其他条件都相同时,风叶长度越大,风力发电机的发电功率越大
评分标准:每空1分,共7分,有其他合理答案均参照给分
20.(3)叶片的表面积(叶片的材料、风向等)
(6)提升钩码到A点的时间
(7)越大
(8)不能 当风速过大时,发电机的输出功率变小
(9)电磁感应
(10)可再生
评分标准:每空1分,共7分;有其他合理答案均参照给分
21.(1)1 2 3
(2)2 在光照时间相同、光电板的颜色相同时,光电板的面积越大,光电板吸收的太阳能越多
(3)黑
(4)光电板吸收太阳能多少还可能与光照强度有关
评分标准:每空1分,共7分,有其他合理答案均参照给分
