《能量，材料与社会》
一．选择题（共10小题）
1．二极管是一种由半导体材料制成电子元件，它的符号为．小明以图甲的方式把二极管接入电路，闭合开关电流表有示数，小灯泡发光；把二极管反向后再接回原处（如图乙），闭合开关灯泡不亮，电流表无示数，根据这一特点，如果小明接成图丙所示电路，则关于此电路下列说法正确的是（ ）
A．灯泡不工作，电流表没有示数
B．灯泡工作，电流表没有示数
C．灯泡不工作，电流表有示数
D．灯泡工作，电流表有示数
2．能源、信息和材料是现代社会发展的三大支柱，关于它们下列说法中正确的是（ ）
A．超导体材料可以用来制作电饭锅中的电热丝
B．手机是利用电磁波来传递信息的
C．太阳能、风能、天然气都是可再生能源
D．大亚湾核电站利用的是核聚变释放的能量
3．当温度降低到一定程度时，某些物质的电阻会变为零，这种现象叫超导。常温下超导体的应用有着十分诱人的前景。下面的几个电路元件可用超导体制作的是（ ）
A．电阻箱的电阻丝 B．电动机的线圈
C．电炉的电热丝 D．白炽灯泡的灯丝
4．“智能纤维”是一种新型材料，能对外界环境和内部状态的变化做出响应。其中，相变纤维能够通过吸热、放热来实现对温度的调节；凝胶纤维能够对温度做出反应；电子纤维能够导电以及消除静电；记忆纤维能够在特定环境下恢复原状。下列说法正确的是（ ）
A．相变纤维制成的衣服可以调节体温是通过做功来实现的
B．用凝胶纤维有可能制成显示体温的衣服
C．电子纤维是一种绝缘体
D．记忆纤维发生形变后无法恢复原状
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5．纳米技术在研究电学材料、光学材料、高密度材料方面有广泛的应用前景，纳米是下列哪种物理量的计算单位（ ）
A．长度 B．体积 C．质量 D．时间
6．关于能的概念，说法正确的是（ ）
A．速度大的物体的动能一定大
B．质量大的物体的重力势能大
C．空中飞行的子弹有动能又有势能
D．用线吊在高处的小球没有机械能
7．科学家研发出“激光橡皮”，专门用来去除白纸上的黑色碳粉字迹。在激光照射下，纸上的碳粉直接转化为碳蒸气，字迹消失。关于碳粉转化为碳蒸气的过程，下列说法中正确的是（ ）
A．碳粉放热凝华 B．光能转化为内能
C．碳粉吸热蒸发 D．光能转化为机械能
8．下列物品中，通常情况下属于导体的是（ ）
A．塑料安全帽 B．布手套 C．橡胶鞋 D．钢尺
9．下列四组物品中，通常情况下都属于导体的是（ ）
A．陶瓷碗、空气 B．玻璃杯、大地
C．铅芯笔、人体 D．电炉丝、橡皮
10．小明学习了本节的知识后，做了如下总结，其中有一条总结的内容有错误，请你帮他挑出来（ ）
A．现在人类社会使用的能源主要是煤、石油和天然气
B．电能是最重要的二次能源
C．木材、草类、肉类等有生命物质提供的能源称为生物质能
D．地热能是不可再生能源的典型例子
二．填空题（共5小题）
11．一天，小明同学发现家里的LED灯有一串灯泡都不亮了，经检修发现是有一个灯泡坏了导致的。根据所学物理知识，小明推测，这串不亮的灯泡连接方式是 。LED灯实际上是发光二极管，它是由 材料制成的。
12．当温度降低到足够低时，有些材料的电阻会变为零，这就是 现象。利用这类材料输电，可最大限度地减少电能转化为 （选填“核能”、“化学能”或“内能”）所造成的能量损失。
13．硅、锗等半导体材料的导电能力比铜、铁等金属的导电能力 （选填“强”或“弱”）．某些物质在温度很低时，电阻变为
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，这就是超导现象。如果能制造出常温下的超导体，它可以在下列哪些情境得到应用 （选填序号）。
①用作电吹风的电热丝；②用作白炽灯的灯丝； ③用作输电线缆。
14．能量可以导致事物的发生、引起物质的变化，它无处不在，并有多种形式。我们听见的声音是一种能，叫做 ；看见的光也是一种能，叫做 ；感到的热也是一种能，叫做 ；物体运动也具有能，叫做 等等。
15．美国军队在实战中使用过石墨炸弹。这种炸弹被用来破坏对方的供电设施，它在空中散布大量的极细的石墨丝，这些石墨丝是 （填“导体”或“绝缘体”），它们飘落到供电设备上时，会造成 （填“断路”或“短路”）现象，从而使供电系统瘫痪。
三．计算题（共4小题）
16．人类正积极开发和利用太阳能，如太阳能热水器、太阳能电池等。江涛想知道家中太阳能热水器吸收太阳能的本领，做了如下探究：天气晴朗时，江涛测得太阳能热水器1h内使质量为50kg的水从20℃升高到30℃，问：
（1）水吸收了多少热量？（c水=4.2×103 J/（kg•℃））
（2）若用加热的方式使同质量的水升高相同的温度，则至少需要燃烧多少m3的液化气？（假设液化气燃烧放出的热量一半被水吸收，液化气的热值是5.0×107J/m3）
17．某物理兴趣小组为了探究地球表面水吸收太阳能的本领，做了如下实验：用一脸盆装6kg的水，水的表面积为0.1m2，经过太阳光垂直照射15min，水温升高了5℃．问：
（1）实验时6kg的水15min内吸收了多少热能？
（2）平均每分钟1m2水面吸收的热量是多少？
（3）若用加热的方式使同质量的水升高相同的温度，至少需要燃烧多少m3的液化气？
（假设液化气燃烧放出的热量全部被水吸收，液化气的热值是5.0×107J/m3）。
18．太阳能热水器是直接利用太阳能给水加热的装置，小明家的太阳能热水器某天在阳光照射下的相关信息：其中太阳辐射功率是指1h内投射到1m2面积上的太阳能。（补充说明：太阳能热水器，它的吸热板面积为2.5m2，内装100L水，太阳每小时辐射到1m2面积上的热量是1.68×106J，这些水在10h内由20℃升高到70℃）。
求：（1）水在10h内吸收的热量；
（2）如果水吸收的热量用天然气来提供，需要完全燃烧多少m3的天然气；（天然气的热值为8.4×107J/m3）（3）该太阳能热水器的能量转化效率。
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19．小明家新买来一台容积为80L的天然气热水器。小明学习了热效率的知识后，尝试估测该热水器的热效率，他把“进水量”设置为40L，“出水温度”设置为40℃后，开始加热。当水温达到40℃时，自动停止加热。已知当时自来水的温度是20℃，加热前天然气表的示数为129.96m3，停止加热后变为130.06m3，天然气的热值q天然气=4.2×107J/m3，水的比热容c水=4.2×103J/（kg•℃），1L=1.0﹣3m3．求：
（1）水箱中水的质量；
（2）水箱中水吸收的热量：
（3）该热水器的热效率
四．解答题（共2小题）
20．一个由半导体材料制成的加热器，接入某电压一定的电源后，加热器在发热的同时，也在向外散热。图为发热功率P发热和散热功率P散热与本身温度t之间关系的图象，由图可知：
（1）当时环境温度为 ℃。
（2）当温度为 ℃时，散热功率等于发热功率；当温度稍高于该温度时，P发热 P散热（选填“＞““=“或“＜“）．此加热器 制作电饭煲的发热体。（选择“可以”或“不可以”）
（3）加热器的阻值将随着温度的升高而变化的规律是 。
21．“全国大众创业、万众创新活动周”（即双创周）于2015年10月19日启动，“智慧、智能”是其主旋律。深圳分会场展出的既有高科技的无人机，智能机器人等，也有服务于生活的节能环保、新能源方面的最新产品与技术。
（1）在提倡低碳环保的今天，我市有些公路两旁设置了如图1所示的太阳能路灯，将白天获得的能量存储在蓄电池中，供晚上LED（发光二极管简称 LED）把电能直接转化为光能。LED发光元件由几个发光二极管并联组成。
①请你仿照以下例子，另写出整个路灯装置在工作中的两个能量转化。
序号
工作过程
能的转化
示例
路灯发光
电能转化为光能
1
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2
②使用这个路灯装置的好处。（写出两点）
a ，
b 。
（2）无人系统展是本届“双创周”最大的亮点之一。这是国内最大规模的涵盖无人机、无人车辆、无人船舶
等无人操作系统的展览。深圳市是全国在无人机的研发、生产、应用等方面走在前列的城市。此次展出的有高
科技的油电混合精英﹣﹣ATUAV多旋翼飞行器，大疆无人机（如图2），也有用于生活的扫地机器人（如图3）等。
大疆精灵Phantom系列有4根桨叶，一只手可以拿起。看似轻巧的航拍无人机，融合了飞行控制系统、数字图象传输系统（将影像实时传输到智能手机、平板电脑、PC等地面工作站）、陀螺稳定云台系统（大疆自主研发专利，即使无人机不断晃动，也可以保证下方摄像机拍摄影像的平滑）、飞行平台（如机身采用何种材料）等多个系统。此款飞行器底部有金属散热板和小风扇，这是因为传图的工作热量非常大，需要及时散热，避免机身受损。
扫地机器人具有主动躲避障碍物、自动吸尘、自动返回充电等诸多智能功能，它的工作原理是通过电动机转动使内部气体流速增大，压强小，从而使杂物进入吸尘器；扫地机器人在工作时，若电量不足，会自动返回充电。请从上文中找出四点无人机及扫地机器人用到的物理知识。
示例：扫地机器人主动躲避障碍物靠的是自身发射超声波。
①
②
③
④ 。
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2018年九上沪科物理《能量，材料与社会》
参考答案与试题解析
一．选择题（共10小题）
1．二极管是一种由半导体材料制成电子元件，它的符号为．小明以图甲的方式把二极管接入电路，闭合开关电流表有示数，小灯泡发光；把二极管反向后再接回原处（如图乙），闭合开关灯泡不亮，电流表无示数，根据这一特点，如果小明接成图丙所示电路，则关于此电路下列说法正确的是（ ）
A．灯泡不工作，电流表没有示数
B．灯泡工作，电流表没有示数
C．灯泡不工作，电流表有示数
D．灯泡工作，电流表有示数
【分析】二极管是一种由半导体材料制成电子元件，它的符号为具有单向导电性。
【解答】解：小明接成图丙所示电路电流从正极出发经过左边第一个二极管到达灯泡，由于二极管具有单向导电性，电流不能经过右边的二极管进入电源的负极，不能形成回路，故灯泡不工作，电流表没有示数。
故选：A。
【点评】本题主要考查二极管的单向导电性，是基础题。
2．能源、信息和材料是现代社会发展的三大支柱，关于它们下列说法中正确的是（ ）
A．超导体材料可以用来制作电饭锅中的电热丝
B．手机是利用电磁波来传递信息的
C．太阳能、风能、天然气都是可再生能源
D．大亚湾核电站利用的是核聚变释放的能量
【分析】利用下列知识分析判断：
（1）超导体电阻为零，电流流过超导体时，超导体不能发热，超导体不能用来制作电饭锅中的电热丝；
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（2）手机是利用电磁波来传递信息的；
（3）能在短时间内形成的能源属于可再生能源，不能在短时间内形成的能源属于不可再生能源；
（4）现在的核电站是利用核裂变释放的能量发电的。
【解答】解：A、超导体电阻为零，电流流过超导体时，超导体不能发热，超导体不能用来制作电饭锅中的电热丝，故A错误；
B、手机是利用电磁波来传递信息的，故B正确；
C、天然气不能在短时间内形成，天然气是不可再生能源，故C错误；
D、大亚湾核电站利用的是核裂变释放的能量，故D错误；
故选：B。
【点评】本题考查了超导体的性质、手机信息的传递、能源的分类、核电站的工作原理，涉及的知识点较多，是一道学科综合题，但难度不大，是一道基础题。
3．当温度降低到一定程度时，某些物质的电阻会变为零，这种现象叫超导。常温下超导体的应用有着十分诱人的前景。下面的几个电路元件可用超导体制作的是（ ）
A．电阻箱的电阻丝 B．电动机的线圈
C．电炉的电热丝 D．白炽灯泡的灯丝
【分析】解答本题需掌握：超导现象是电阻为零的现象，根据焦耳定律可知，电阻为零就不会产生电热。
【解答】解：
假如科学家已研制出常温下就能使用的超导体，适合制作人们不需要电热的地方，如：输电导线和电动机线圈等。
由于超导体不会产生电热，所以人们需要电热的地方是不能用超导体的。如电阻箱的电阻丝、电饭锅、白炽灯泡的灯丝、保险丝、电炉的电热丝等。
故选：B。
【点评】本题主要考查学生对：超导体的特点，以及应用的了解和掌握，是一道基础题。
4．“智能纤维”是一种新型材料，能对外界环境和内部状态的变化做出响应。其中，相变纤维能够通过吸热、放热来实现对温度的调节；凝胶纤维能够对温度做出反应；电子纤维能够导电以及消除静电；记忆纤维能够在特定环境下恢复原状。下列说法正确的是（ ）
A．相变纤维制成的衣服可以调节体温是通过做功来实现的
B．用凝胶纤维有可能制成显示体温的衣服
C．电子纤维是一种绝缘体
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D．记忆纤维发生形变后无法恢复原状
【分析】根据材料的特性及各选项的材料是否适合这一特性来判断。
【解答】解：
A．相变纤维能够通过吸热、放热来实现对温度的调节，是通过热传递来改变的，故A项错误；
B．凝胶纤维能够对温度做出反应，用凝胶纤维有可能制成显示体温的衣服，故B项正确；
C．电子纤维能够导电以及消除静电，故C项错误；
D．记忆纤维能够在特定环境下恢复原状，故D项错误。
故选：B。
【点评】此题是一道信息给予题，要能够理解题目中所给的相关信息，并结合有关物理知识来判断。
5．纳米技术在研究电学材料、光学材料、高密度材料方面有广泛的应用前景，纳米是下列哪种物理量的计算单位（ ）
A．长度 B．体积 C．质量 D．时间
【分析】长度的单位有许多，如：km、m、dm、cm、mm、μm、nm等，纳米（nm）是极小的长度单位。
【解答】解：纳米是长度的单位，用字母表示为nm，是一个极小的单位，用于描述微观世界中的长度（如分子和原子）；它与长度单位m之间的关系是1m=1×109nm；
故B、C、D错误，A正确；
故选：A。
【点评】此题考查了长度单位问题，长度的单位有很多，其中nm是长度单位中的极小的单位。
6．关于能的概念，说法正确的是（ ）
A．速度大的物体的动能一定大
B．质量大的物体的重力势能大
C．空中飞行的子弹有动能又有势能
D．用线吊在高处的小球没有机械能
【分析】（1）影响动能的因素是质量和速度；影响重力势能的因素是质量和高度，动能和重力势能都属于机械能；
（2）运动的物体具有动能，被举高的物体具有重力势能，发生弹性形变的物体具有的能量是弹性势能。
【解答】解：A、动能的大小除了跟速度大小有关外，还跟物体的质量有关，因此不能说速度大的物体的动能一定大，故说法错误；
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B、重力势能的大小除了跟物体的质量有关外，还跟举高的高度有关，因此不能说质量大的物体的重力势能大，故说法错误；
C、空中飞行的子弹具有一定的速度和高度，所以说同时具有动能和重力势能，故C说法正确；
D、用线吊在高处的小球具有一定的重力势能，所以说有一定的机械能，故说法错误。
故选：C。
【点评】解决本题主要应熟知和理解机械能的基本概念，以及影响动能、重力势能大小的因素，再进行综合分析，难度不大。
7．科学家研发出“激光橡皮”，专门用来去除白纸上的黑色碳粉字迹。在激光照射下，纸上的碳粉直接转化为碳蒸气，字迹消失。关于碳粉转化为碳蒸气的过程，下列说法中正确的是（ ）
A．碳粉放热凝华 B．光能转化为内能
C．碳粉吸热蒸发 D．光能转化为机械能
【分析】自然界中的各种能量之间会发生转化现象，光能和内能之间也会发生相互的转化。
【解答】解：激光照射下，纸张上的黑色碳粉温度升高，内能增大；即将光能转化为了内能。
故选：B。
【点评】能量转换问题的关键是弄清楚消耗了什么能量，得到了什么能量。
8．下列物品中，通常情况下属于导体的是（ ）
A．塑料安全帽 B．布手套 C．橡胶鞋 D．钢尺
【分析】容易导电的物体叫导体，不容易导电的物体叫绝缘体；常见的导体包括：人体、大地、各种金属、酸碱盐的溶液等。常见的绝缘体有陶瓷、玻璃、橡胶、油等；导体和绝缘体没有绝对的界限。
【解答】解：A、塑料安全帽的材料是塑料，不容易导电，属于绝缘体；故A错误；
B、布手套不易导电，不容易导电，属于绝缘体；故B错误；
C、橡胶鞋的材料是橡胶，不容易导电，属于绝缘体；故C错误；
D、钢尺的材料是金属，容易导电，是导体；故D正确；
故选：D。
【点评】此题考查了导体与绝缘体的概念以及生活中常见的实例；生活中哪些物体为导体，哪些物体为绝缘体，属于识记的内容，比较简单。
9．下列四组物品中，通常情况下都属于导体的是（ ）
A．陶瓷碗、空气 B．玻璃杯、大地
C．铅芯笔、人体 D．电炉丝、橡皮
【分析】
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根据导体和绝缘体的定义：容易导电的物体是导体，不容易导电的物体是绝缘体即可作出判断。
【解答】解：A、陶瓷碗、空气都属于绝缘体，不合题意；
B、玻璃属于绝缘体，大地属于导体，不合题意；
C、铅芯笔、人体都属于导体，符合题意；
D、电炉丝属于导体，橡皮属于绝缘体，不合题意。
故选：C。
【点评】本题考查常见的导体和绝缘体，会分辨出常见导体和绝缘体。属于识记的内容，比较简单。
10．小明学习了本节的知识后，做了如下总结，其中有一条总结的内容有错误，请你帮他挑出来（ ）
A．现在人类社会使用的能源主要是煤、石油和天然气
B．电能是最重要的二次能源
C．木材、草类、肉类等有生命物质提供的能源称为生物质能
D．地热能是不可再生能源的典型例子
【分析】能源是能够向人类提供能量的物质，能源分为可再生能源和不可再生能源两大类。大量使用不可再生能源（煤炭、石油）能够造成环境污染，目前人类使用的能源主要是煤和石油等不可再生能源，为了降低环境的恶化，人类正积极探索开发新能源，如利用核裂变建造核电站，将太阳能转化成热能和电能进行使用。
【解答】解：A、现在人类社会使用的能源主要是煤、石油和天然气，所以该选项不符合题意；
B、电能是最重要的二次能源，所以该选项不符合题意；
C、木材、草类、肉类等有生命物质提供的能源称为生物质能，所以该选项不符合题意；
D、地热能是可再生能源的典型例子，所以该选项符合题意；
故选：D。
【点评】知道能源的定义和分类方法是本题的解题关键。
二．填空题（共5小题）
11．一天，小明同学发现家里的LED灯有一串灯泡都不亮了，经检修发现是有一个灯泡坏了导致的。根据所学物理知识，小明推测，这串不亮的灯泡连接方式是 串联 。LED灯实际上是发光二极管，它是由 半导体 材料制成的。
【分析】串联电路中电流只有一条路径，各用电器之间相互影响；二极管是由半导体做成的器件，它具有单向导电性。
【解答】解：LED灯有一个灯泡坏了，一串灯泡都不亮了，所以各灯泡是串联连接；制造发光二极管的主要材料是半导体材料，发光二极管具有寿命长、节能、安全性好的优点。
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故答案为：串联；半导体。
【点评】本题考查串并联电路的特点，以及半导体材料是一道基础题。
12．当温度降低到足够低时，有些材料的电阻会变为零，这就是 超导 现象。利用这类材料输电，可最大限度地减少电能转化为 内能 （选填“核能”、“化学能”或“内能”）所造成的能量损失。
【分析】某些物质在很低的温度时，如铝在﹣271.76℃以下，铅在﹣265.95℃以下，电阻就变成了零。这就是超导现象；
电流通过导体是会放出热量，所以导线上损失的电能转化为内能。
【解答】解：
当温度降低到足够低时，有些材料的电阻变为零，这即为超导现象；
由焦耳定律可知，电流通过导体是会放出热量的；超导体的电阻为0，用超导体做输电导线时，电流通过导线产生的热量为0，所以利用超导材料输电，可最大限度地减少电能转化为内能所造成的能量损失。
故答案为：超导、内能。
【点评】本题考查超导现象的定义，要学生了解超导现象应用于实际，会给人类带来很大好处。
13．硅、锗等半导体材料的导电能力比铜、铁等金属的导电能力 弱 （选填“强”或“弱”）．某些物质在温度很低时，电阻变为 零 ，这就是超导现象。如果能制造出常温下的超导体，它可以在下列哪些情境得到应用 ③ （选填序号）。
①用作电吹风的电热丝；②用作白炽灯的灯丝； ③用作输电线缆。
【分析】（1）容易导电的物体叫导体，不容易导电的物体叫绝缘体，导电性能介于导体与绝缘体之间的叫半导体。
（2）超导体的电阻为零，利用电流热效应工作的电器设备都不能用超导材料制作，但可用于发电、做输送电力的线路。
【解答】解：（1）半导体的导电能力比金属导体的导电能力弱。
（2）当导体的温度降至某一低温时，它的电阻突然变为零，这种现象就是超导现象。
（3）超导体电阻是零，所以超导体不会将电能转化成内能，不会放热。利用电流热效应工作的电器设备都不能用超导材料制作。正因为超导体无法将电能转化为内能，所以用于发电、做输送电力的线路是非常好的材料，可以大大降低电能的损耗。
故答案为：弱，零，③。
【点评】此题考查了半导体的导电性能及对超导体的理解，属于识记的内容，比较简单。半导体和超导体是不同的，要注意区分。
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14．能量可以导致事物的发生、引起物质的变化，它无处不在，并有多种形式。我们听见的声音是一种能，叫做 声能 ；看见的光也是一种能，叫做 光能 ；感到的热也是一种能，叫做 内能 ；物体运动也具有能，叫做 动能 等等。
【分析】一个物体能够对另一个物体做功，这个物体就具有能量，能量反映了物体做功的本领；能量可以以不同的形式存在。
【解答】解：我们听见的声音是一种能，叫做声能；
看见的光也是一种能，叫做光能；
感到的热也是一种能，叫做内能；
物体运动也具有能，叫做动能等等。
故答案为：声能；光能；内能；动能。
【点评】本题考查了能量存在的形式，可以通过生活中的例子加强理解与掌握。
15．美国军队在实战中使用过石墨炸弹。这种炸弹被用来破坏对方的供电设施，它在空中散布大量的极细的石墨丝，这些石墨丝是 导体 （填“导体”或“绝缘体”），它们飘落到供电设备上时，会造成 短路 （填“断路”或“短路”）现象，从而使供电系统瘫痪。
【分析】根据石墨是导体和短路的危害分析。
【解答】解：石墨丝中含有石墨，它是导体，飘落到供电设备上时，会造成短路，从而使电源损坏，供电系统瘫痪。
故本题答案为：导体；短路。
【点评】本题考查了物质的导电性和短路现象在军事上的应用。
三．计算题（共4小题）
16．人类正积极开发和利用太阳能，如太阳能热水器、太阳能电池等。江涛想知道家中太阳能热水器吸收太阳能的本领，做了如下探究：天气晴朗时，江涛测得太阳能热水器1h内使质量为50kg的水从20℃升高到30℃，问：
（1）水吸收了多少热量？（c水=4.2×103 J/（kg•℃））
（2）若用加热的方式使同质量的水升高相同的温度，则至少需要燃烧多少m3的液化气？（假设液化气燃烧放出的热量一半被水吸收，液化气的热值是5.0×107J/m3）
【分析】（1）知道水的质量、比热容、初温和末温，利用Q=cm△t求解；
（2）根据Q=Vq求解。
【解答】解：（1）水吸收的热量：
Q吸=cm（t﹣t0）=4.2×103 J/（kg•℃）×50kg×（30℃﹣20℃）=2.1×106J；
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（2）液化气燃烧放出的热量一半被水吸收，则Q放=2Q吸=2×2.1×106J=4.2×106J，
根据Q放=Vq可得需要燃烧液化气的体积：
V===0.084m3。
答：（1）水吸收了2.1×106J热量；
（2）至少需要燃烧多少0.084m3的液化气。
【点评】本题考查了吸热公式、热效率公式和热值公式的应用，难度适中。
17．某物理兴趣小组为了探究地球表面水吸收太阳能的本领，做了如下实验：用一脸盆装6kg的水，水的表面积为0.1m2，经过太阳光垂直照射15min，水温升高了5℃．问：
（1）实验时6kg的水15min内吸收了多少热能？
（2）平均每分钟1m2水面吸收的热量是多少？
（3）若用加热的方式使同质量的水升高相同的温度，至少需要燃烧多少m3的液化气？
（假设液化气燃烧放出的热量全部被水吸收，液化气的热值是5.0×107J/m3）。
【分析】（1）知道水的质量、水的初温和末温、水的比热容，利用吸热公式求水吸收的热量；
（2）在（1）中求出的是15min内在0.1m2表面积上水吸收的热量，据此可求出平均每分钟1m2水面吸收的热量；
（3）由题知，液化气燃烧放出的热量全部被水吸收，知道液化气的热值，利用Q吸=Q放=Vq求需要的液化气的体积。
【解答】解：（1）水吸收的热量：
Q吸=cm△t=4.2×103J/（kg•℃）×6kg×5℃=1.26×105J；
（2）平均每分钟1m2水面吸收的热量：
Q===8.4×104J/（min•m2）；
（3）由题知，Q放=Q吸=1.26×105J，
根据Q放=Vq得需要液化气的体积：
V===2.52×10﹣3m3。
答：（1）实验时6kg的水15min内吸收了1.26×105J的热量；
（2）平均每分钟1m2水面吸收的热量是8.4×104J；
（3）至少需要燃烧2.52×10﹣3m3的液化气。
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【点评】本题考查了学生对吸热公式Q吸=cm△t、燃料完全燃烧放热公式Q放=mq的掌握和运用，计算时注意气体燃料热值的单位是J/m3，不是J/kg。
18．太阳能热水器是直接利用太阳能给水加热的装置，小明家的太阳能热水器某天在阳光照射下的相关信息：其中太阳辐射功率是指1h内投射到1m2面积上的太阳能。（补充说明：太阳能热水器，它的吸热板面积为2.5m2，内装100L水，太阳每小时辐射到1m2面积上的热量是1.68×106J，这些水在10h内由20℃升高到70℃）。
求：（1）水在10h内吸收的热量；
（2）如果水吸收的热量用天然气来提供，需要完全燃烧多少m3的天然气；（天然气的热值为8.4×107J/m3）（3）该太阳能热水器的能量转化效率。
【分析】（1）知道水的体积，根据m=ρV求出水的质量，又知道水的初温、末温以及比热容，根据Q吸=cm（t﹣t0）求出水吸收的热量；
（2）根据题意求出天然气完全燃烧释放的热量，根据Q放=Vq求出需要完全燃烧天然气的体积；
（3）根据题意求出太阳能热水器接收到的太阳能，根据η=×100%求出该太阳能热水器的能量转化效率。
【解答】解：（1）太阳能热水器内水的体积：
V=100L=100dm3=0.1m3，
由ρ=可得，水的质量：
m=ρV=1.0×103kg/m3×0.1m3=100kg，
则水吸收的热量：
Q吸=cm（t﹣t0）=4.2×103J/（kg•℃）×100kg×（70℃﹣20℃）=2.1×107J；
（2）由题意可知，天然气完全燃烧释放的热量：
Q放=Q吸=2.1×107J，
由Q放=Vq可得，需要天然气的体积：
V′===0.25m3；
（3）10h太阳能热水器吸收的太阳能：
Q总=1.68×106J/（m2•h）×2.5m2×10h=4.2×107J，
该太阳能热水器的能量转化效率：
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η=×100%=×100%=50%。
答：（1）水在10h内吸收的热量为2.1×107J；
（2）如果水吸收的热量用天然气来提供，需要完全燃烧0.25m3的天然气；
（3）该太阳能热水器的能量转化效率为50%。
【点评】本题考查了密度公式、吸热公式、燃料完全燃烧放热公式、效率公式的掌握和运用，要求学生熟练的应用相关的公式。
19．小明家新买来一台容积为80L的天然气热水器。小明学习了热效率的知识后，尝试估测该热水器的热效率，他把“进水量”设置为40L，“出水温度”设置为40℃后，开始加热。当水温达到40℃时，自动停止加热。已知当时自来水的温度是20℃，加热前天然气表的示数为129.96m3，停止加热后变为130.06m3，天然气的热值q天然气=4.2×107J/m3，水的比热容c水=4.2×103J/（kg•℃），1L=1.0﹣3m3．求：
（1）水箱中水的质量；
（2）水箱中水吸收的热量：
（3）该热水器的热效率
【分析】（1）知道水的体积，利用ρ=求水的质量；
（2）利用Q吸=cm△t求；
（3）根据燃气表前后读数差求出使用天然气的体积，利用Q放=qV求天然气完全燃烧释放的热量；该热水器的热效率等于水吸收的热量与天然气完全燃烧释放的热量之比。
【解答】解：
（1）把“进水量”设置为40L，则水箱中水的体积：
V=40L=40dm3=40×10﹣3m3，
由ρ=得水箱中水的质量：
m=ρV=1×103kg/m3×40×10﹣3m3=40kg，
（2）由题意可得，水吸收的热量：
Q吸=cm△t=4.2×103J/（kg•℃）×40kg×（40℃﹣20℃）=3.36×106J；
（3）使用天然气的体积：
V气=130.06m3﹣129.96m3=0.1m3，
天然气完全燃烧释放的热量：
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Q放=qV气=4.2×107J/m3×0.1m3=4.2×106J；
该热水器的热效率：
η==×100%=80%。
答：（1）水箱中水的质量为40kg；
（2）水箱中水吸收的热量为3.36×106J；
（3）该热水器的热效率为80%。
【点评】本题考查了密度公式、吸热公式、燃料燃烧放出热量公式、热效率公式的应用，计算时注意单位换算：1L=1dm3=1×10﹣3m3。
四．解答题（共2小题）
20．一个由半导体材料制成的加热器，接入某电压一定的电源后，加热器在发热的同时，也在向外散热。图为发热功率P发热和散热功率P散热与本身温度t之间关系的图象，由图可知：
（1）当时环境温度为 30 ℃。
（2）当温度为 70 ℃时，散热功率等于发热功率；当温度稍高于该温度时，P发热 小于 P散热（选填“＞““=“或“＜“）．此加热器 不可以 制作电饭煲的发热体。（选择“可以”或“不可以”）
（3）加热器的阻值将随着温度的升高而变化的规律是 先减小后增大 。
【分析】要解答本题，学生需会从图象中得到有用的信息，以及利用功率求电阻，由图象可知，加热器工作时的稳定温度和当温度稍高于稳定温度时，发热功率和散热功率的关系；根据公式R=可知半导体材料的电阻变化情况；
【解答】解：（1）热传递的条件：物体之间（或同一物体不同部分）存在温度差。当加热器温度高于当时环境时开始散热，由图象可知当时环境温度为30℃；
（2）①由图可知，当温度为70℃时，发热功率和散热功率相等，即此时物体的温度不再变化；②当温度稍高于稳定温度时，由图象可知，发热功率小于散热功率；③此加热器不可以制作电饭煲的发热体
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（3）由图象可知，加热器工作时当温度为70℃时，发热功率和散热功率相同，故稳定温度为70℃．当温度稍高于稳定温度时，由图象可知，发热功率小于散热功率；温度由0℃升高到100℃的过程中，由R=可知，U不变，P是先增大，后减小。故R是先减小后增大。
故答案为：（1）30；（2）70；＜；不可以；（4）先减小后增大。
【点评】本题考查学生对图象的理解及应用，图象法为物理中常用方法，应学会熟练应用。在应用中重点掌握：（1）图象中坐标的含义；（2）图象的变化。
21．“全国大众创业、万众创新活动周”（即双创周）于2015年10月19日启动，“智慧、智能”是其主旋律。深圳分会场展出的既有高科技的无人机，智能机器人等，也有服务于生活的节能环保、新能源方面的最新产品与技术。
（1）在提倡低碳环保的今天，我市有些公路两旁设置了如图1所示的太阳能路灯，将白天获得的能量存储在蓄电池中，供晚上LED（发光二极管简称 LED）把电能直接转化为光能。LED发光元件由几个发光二极管并联组成。
①请你仿照以下例子，另写出整个路灯装置在工作中的两个能量转化。
序号
工作过程
能的转化
示例
路灯发光
电能转化为光能
1
太阳能电池板
光能转化为电能
2
蓄电池充电
电能转化为化学能
②使用这个路灯装置的好处。（写出两点）
a 节省能源 ，
b 绿色环保，无污染 。
（2）无人系统展是本届“双创周”最大的亮点之一。这是国内最大规模的涵盖无人机、无人车辆、无人船舶
等无人操作系统的展览。深圳市是全国在无人机的研发、生产、应用等方面走在前列的城市。此次展出的有高
科技的油电混合精英﹣﹣ATUAV多旋翼飞行器，大疆无人机（如图2），也有用于生活的扫地机器人（如图3）等。
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大疆精灵Phantom系列有4根桨叶，一只手可以拿起。看似轻巧的航拍无人机，融合了飞行控制系统、数字图象传输系统（将影像实时传输到智能手机、平板电脑、PC等地面工作站）、陀螺稳定云台系统（大疆自主研发专利，即使无人机不断晃动，也可以保证下方摄像机拍摄影像的平滑）、飞行平台（如机身采用何种材料）等多个系统。此款飞行器底部有金属散热板和小风扇，这是因为传图的工作热量非常大，需要及时散热，避免机身受损。
扫地机器人具有主动躲避障碍物、自动吸尘、自动返回充电等诸多智能功能，它的工作原理是通过电动机转动使内部气体流速增大，压强小，从而使杂物进入吸尘器；扫地机器人在工作时，若电量不足，会自动返回充电。请从上文中找出四点无人机及扫地机器人用到的物理知识。
示例：扫地机器人主动躲避障碍物靠的是自身发射超声波。
① 无人机拍摄图象传输靠电磁波传输回地面
② 无人机底部安装散热板是因为电流有热效应
③ 无人系统中的电动机依靠的是磁场对通电导体有力的作用
④ 扫地机自动充电时将电能转化为化学能 。
【分析】（1）根据路灯装置在工作时消耗的能量和获得的能量可判断其能量转化情况；同时可结合其特点找出其主要的优点是什么；
（2）结合材料中对无人机及扫地机器人的介绍，找出其中涉及的物理知识并加以解释即可。
【解答】解：（1）①路灯工作时，太阳能电池板，将光能转化为电能；给蓄电池充电时，电能转化为化学能；
②根据这种路灯的特点可知，其主要的优点包括：a节省能源；b绿色环保，无污染等（合理即可）。
（2）根据材料中的介绍，无人机及扫地机器人中所应用到的物理知识有：
①无人机拍摄图象传输靠电磁波传输回地面；
②无人机底部安装散热板是因为电流有热效应；
③无人系统中的电动机依靠的是磁场对通电导体有力的作用；
④扫地机自动充电时将电能转化为化学能；
⑤扫地机器人工作时将电能转化为机械能等。
故答案为：（1）①见下表；
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序号
工作过程
能的转化
示例
路灯发光
电能转化为光能
1
太阳能电池板
光能转化为电能
2
蓄电池充电
电能转化为化学能
②a节省能源；b绿色环保，无污染等（合理即可）
（2）①无人机拍摄图象传输靠电磁波传输回地面；
②无人机底部安装散热板是因为电流有热效应；
③无人系统中的电动机依靠的是磁场对通电导体有力的作用；
④扫地机自动充电时将电能转化为化学能；
⑤扫地机器人工作时将电能转化为机械能。（合理即可）
【点评】通过阅读材料，找出相关内容并回答提出的问题，是本题的主要特点，有一定的开放性，要求我们必须认真阅读，并对相关知识有一个全面的了解。
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