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人教版九年级全册第3节 太阳能优秀精练
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这是一份人教版九年级全册第3节 太阳能优秀精练，文件包含223太阳能解析版docx、223太阳能原卷版docx等2份试卷配套教学资源，其中试卷共37页， 欢迎下载使用。
22.3 太阳能（解析版）
考点直击
典例分析＋变式训练
考点1 太阳能及其利用
（1）太阳能是由太阳内部氢原子发生氢氦聚变释放出巨大核能而产生的，来自太阳的辐射能量；
（2）地球上几乎所有的能源都来自太阳能（除：核能、地热能、潮汐能）；
（3）目前直接利用太阳能的途径主要有两种：一种是用集热器把水等物质加热，例如太阳能热水器；另一种是用太阳能电池把太阳能转化成电能；
（4）优点：十分巨大、供应时间长、分布广阔、获取方便、安全、干净、不污染环境；
（5）缺点：分散性广、昼夜稳定性差、可转化率低。
【典例1】（2021•湖州）太阳是太阳系中唯一的恒星，每时每刻向外辐射太阳能。下列关于太阳能的叙述中，错误的是（ ）
A．煤、石油、天然气等化石燃料中的能量最终来自于太阳能
B．生态系统的能量流动是从生产者固定太阳能开始的
C．地球上的水循环是由太阳能推动的
D．太阳能来源于太阳内部的核裂变
【答案】D。
【解答】解：煤、石油、天然气等化石燃料中的能量最终来自于太阳能；生态系统的能量流动是从生产者固定太阳能开始的；地球上的水循环是由太阳能推动的；太阳能来源于太阳内部的核聚变。综上所述故D叙述错误，符合题意。
故选：D。
【典例2】（2021•柳州）如图所示的发电方式中，利用太阳能发电的是（ ）
A．风力发电 B．光伏发电
C．火力发电 D．潮汐发电
【答案】B。
【解答】解：A、风力发电将风的机械能转化为电能，故A不符合题意；
B、光伏发电是将太阳能转化为电能，故B符合题意；
C、火力发电是将燃料的化学能转变为内能，内能转化为机械能，机械能转化为电能，故C不符合题意；
D、潮汐发电是将潮汐的机械能转化为电能，故D不符合题意。
故选：B。
【典例3】（2021•保定一模）“低碳环保”是当今世界的主题，太阳能已被人们广泛利用。太阳能来自于太阳内部的 核聚变 （选填“核裂变”或“核聚变”），太阳能属于 一次 （选填“一次”或“二次”）能源，利用太阳能的方式主要有两种，一种是用集热器加热，如某台太阳能集热器在天气晴好时，一天可以吸收5.2×107J的热量，这相当于完全燃烧 1.3 m3的煤气释放的热量；另一种是用太阳能电池将太阳能转化为 电能 。（q煤气＝4.0×107J/m3）
【答案】（1）核聚变；（2）一次；（3）1.3；（4）电能。
【解答】解：
（1）由较轻的原子核聚合成较重的原子核时，会释放出巨大的能量，这是太阳内部每时每刻进行的核聚变反应；
（2）太阳能属于一次能源；
（3）由题意知，Q放＝Q吸＝5.2×107J，
由Q放＝Vq得，需要完全燃烧煤气的体积：V＝＝＝1.3m3；
（4）太阳光通过太阳能电池就可以将太阳能转化为电能。
故答案为：（1）核聚变；（2）一次；（3）1.3；（4）电能。
【变式训练1】（2021•江都区校级三模）关于太阳能凉帽，以下说法错误的是（ ）
A．太阳能实质上是太阳内部核裂变释放出的能量 B．太阳能是可再生能源
C．电动机：将电能主要转化为机械能 D．电池板：将太阳能主要转化为电能
【答案】A。
【解答】解：
A、在太阳内部具有高温高压的环境，可以产生聚变反应，从而放出大量的能量，而不是核裂变，故A错误，符合题意；
B、太阳能可以从自然界中源源不断的获得，是可再生能源，故B正确，不符合题意；
C、电动机工作过程中消耗电能，得到机械能，所以将电能转化为机械能，故C正确，不符合题意；
D、太阳能电池板将太阳能转化为电能，故D正确，不符合题意；
故选：A。
【变式训练2】（2021•建华区模拟）如图所示，绕月运行的“嫦娥一号”卫星，两侧伸展的太阳能电池板作用是（ ）
A．增大浮力 B．分解白光 C．传递信息 D．利用光能
【答案】D。
【解答】解：绕月运行的“嫦娥一号”卫星，两侧伸展的太阳能电池板作用：利用光能转化为电能。故A、B、C不符合题意。
故选：D。
【变式训练3】（2020•凤山县一模）如图是太阳能LED照明路灯，LED是一种发光二极管，可以把电能直接转化成 光 能，太阳能是 可再生 （填“可再生”或“不可再生”）能源，是太阳内部氢原子核发生 聚变 （填“裂变”或“聚变”）时释放出的核能。
【答案】光；可再生；聚变。
【解答】解：LED是一种发光二极管，通过电流时不用经过加热灯丝直接能够发光，即把电能直接转化成光能。
太阳能属于可再生能源，其主要特点是取之不尽用之不竭，并且环保无污染。
在太阳内部，氢原子核在超高温作用下发生聚变，释放巨大的核能。
故答案为：光；可再生；聚变。
考点2 太阳能的转化
（1）光-热能转换
原理：利用太阳辐射加热物体而获得热能。
应用：太阳能热水器、反射式太阳灶、高温太阳炉、地膜、大棚、温室；
（2）光-电转换
原理：根据光电效应，利用太阳能直接转换成电能；
应用：为无电场所提供电池，包括移动电源和备用电源、太阳能日用电子产品。
【典例4】（2021秋•秦皇岛期末）全太阳能动力汽车部件工作大致流程如图所示，下列说法正确的是（ ）
A．储能环节，将电能转化为化学能 B．图中某个环节的工作效率可达100%
C．控制送电环节，将电能转化为机械能 D．光电转换环节，将电能转化为太阳能
【答案】A。
【解答】解：A、蓄电池是将电能转化为化学能的装置，故A正确；
B、任何一个环节能量损失都是不可避免的，所以工作效率不可能达到100%，故B错误；
C、控制送电环节，将化学能转化为电能，故C错误；
D、太阳能电池是把太阳能转化为电能的装置，故D错误。
故选：A。
【典例5】（2021秋•高邑县期末）太阳能的利用有两种方式：①将光能转化为 内 能加以利用，如太阳能热水器；②将光能转化为 电 能。例如：太阳能路灯，太阳能电池板就是 太阳 能直接转化为电能的装置。
【答案】内；电；太阳。
【解答】解：
（1）太阳能热水器内的水从太阳吸收热量，内能增加，温度升高，是通过热传递的方式增加水的内能；（2）利用光电转换装置可以把太阳能转化为电能，太阳能电池板就是太阳能直接转化为电能的装置。
故答案为：内；电；太阳。
【典例6】（2021秋•覃塘区期末）2021年5月15日，天问一号着陆巡视器“祝融号”登陆火星，其利用太阳能电池板把光能 转化 为电能（选填“转移”或“转化”）；“祝融号”的电动机工作时磁场对通电导线具有 力 的作用。
【答案】转化；力。
【解答】解：（1）太阳能电池板把光能转化为电能；
（2）电动机工作时磁场对通电导线具有力的作用。
故答案为：转化；力。
【变式训练1】（2022•常州模拟）阳逻之心蓝玉项链公园两侧安装了“风光互补”景观节能灯，如图所示，它“头顶”小风扇，“肩扛”太阳能电池板。关于节能灯的设计解释最合理的是（ ）
A．白天，太阳能电池板将太阳能转化为化学能储存起来
B．小风扇是用来给太阳能电池板散热和确定风向的
C．小风扇是风力发电机，将机械能转化为电能
D．蓄电池在夜晚放电时，将化学能转化为光能
【答案】C。
【解答】解：
A、“肩扛”太阳能电池板也可以把太阳能转化为电能，故A错误；
BC、“头顶”的小风扇是风力发电机，可以把风能转化为电能，这样只要有风，这种路灯也可以发电，故B错误、C正确；
D、蓄电池在夜晚放电时，将化学能转化为电能，故D错误。
故选：C。
【变式训练2】（2021•惠城区校级自主招生）2020年6月23日上午，长征三号乙运载火箭将最后一颗北斗三号全球组网卫星送入预定轨道，如图分别为火箭发射升空和卫星在轨道上运行时的情景，有关火箭和卫星的说法：
①火箭升空时，燃料的化学能最终部分转化为机械能
②火箭升空过程中只受重力
③卫星通过超声波把信息传回地球
④卫星带有太阳能电池帆板可把太阳能转化为电能，其中正确的是（ ）
A．①② B．①④ C．①③ D．②④
【答案】B。
【解答】解：
①火箭发动机是热机的一种，工作时燃料的化学能先转化为内能，再转化为火箭的机械能，由于存在能量的损失，所以燃料的化学能最终部分转化为机械能，故①正确；
②火箭在升空过程中受到重力的作用，同时还受到发动机的推力和空气阻力的作用，故②错误；
③卫星是通过电磁波来传递信息的，故③错误；
④卫星带有太阳能电池帆板可把太阳能转化为电能，故④正确。
综上可知，说法正确的是①④。
故选：B。
【变式训练3】（2022•兴化市模拟）利用太阳能热水器可以把太阳能转化为 内 能。小明家屋顶上有一台太阳能热水器，如图所示，水箱容量为100L，晴朗天气经过8h的照明，水箱中水温度从20℃升高到70℃，水箱中的水吸收了 2.1×107 J的热量。如果水吸收的这些热量由燃烧煤气来提供，至少需要燃烧 0.5 kg的煤气。
[c水＝4.2×103J/（kg•℃），煤气的热值为q＝4.2×107J/kg]
【答案】内；2.1×107；0.5。
【解答】解：（1）利用太阳能热水器可以把太阳能转化为内能；
（2）由ρ＝可知，太阳能热水器水箱中水的质量：m水＝ρV＝1.0×103kg/m3×100×10﹣3m3＝100kg；
水箱中水吸收的热量：Q吸＝c水m水（t﹣t0）＝4.2×103J/（kg•℃）×100kg×（70℃﹣20℃）＝2.1×107J；
（3）根据题意可知，煤气完全燃烧需要放出的热量Q放＝Q吸＝2.1×107J；
由Q放＝mq可知，煤气的质量：m＝＝＝0.5kg。
故答案为：内；2.1×107；0.5。
考点3 太阳能热水器中的热量计算
1、根据热量的计算公式为Q=cm△t，计算出水温度升高需吸收的热量；
2、太阳能热水器所释放的热量=功率×时间；
【典例7】（2022•青海一模）在一标准大气压下，将20kg的水从60℃加热到沸腾，需要吸收的热量是 3.36×106 J，如果这些热量是由效率为40%的太阳能热水器来提供，则需要的太阳能是 8.4×106 J[c水＝4.2×103J/（kg•℃）]。
【答案】3.36×106；8.4×106。
【解答】解：（1）在一标准大气压下，水的沸点是100℃，
则水需要吸收的热量：
Q吸＝c水m（t﹣t0）＝4.2×103J/（kg•℃）×20kg×（100℃﹣60℃）＝3.36×106J；
（2）由η＝可知，需要的太阳能E＝＝＝8.4×106J。
故答案为：3.36×106；8.4×106。
【典例8】（2022•舒城县校级模拟）小明家新安装了一台太阳能、电能两用热水器。晴天时，它用太阳能加热，能将接收的部分太阳能转换为水的内能，如果遇到阴雨天，可以用电加热。该电加热器的额定电压为220V，额定功率为1.5kW。[水的比热容为4.2×103J/（kg•℃）]。
（1）太阳能热水器将质量为100kg的水从20℃加热到50℃时需要吸收多少热量？
（2）若上述热量由电加热器加热，则加热器正常工作多长时间？（设电能全部转化为热能）
【解答】解：（1）水吸收的热量：Q吸＝cm（t﹣t0）＝4.2×103J/（kg•℃）×100kg×（50℃﹣20℃）＝1.26×107J；
（2）根据题意可知，电加热器消耗的电能W＝Q吸＝1.26×107J；
由P＝可知，加热器正常工作的时间：t＝＝＝8400s。
答：（1）太阳能热水器将质量为100kg的水从20℃加热到50℃时需要吸收1.26×107J热量；（2）若上述热量由电加热器加热，则加热器正常工作的时间为8400s。
【典例9】（2022•温州模拟）小明在项目化学习中，对学校太阳能热水器展开研究。
（1）太阳核心处温度很高，是由于大量氢原子 核聚变 （填“核聚变”或“核裂变”）反应变成氢原子，释放巨大能量。
（2）当太阳光线与太阳能热水器垂直时效果最好。如图所示，为了达到最好的集热效果，从夏季进入冬季时可以将图中的α逐渐 变大 （选填“变大”或“变小”）。
（3）太阳能热水器接收阳光垂直照射的面积是2m2，每平方米每秒接收到的太阳能为1000J，热水器中水的质量为100kg，垂直照射7min，水的比热为4.2×103J/（kg•℃）。若不计一切热量损失，水温可以升高 2 ℃。
【答案】（1）核聚变；（2）变大；（3）2。
【解答】解：（1）太阳内部的核反应是核聚变；
（2）冬季太阳光与水平面的夹角变小，为了达到更好的集热效果，要使太阳光线与太阳能热水器垂直，所以可以把支架调高一点，即把图中的α逐渐变大；
（3）太阳能热水器接收的太阳能：E＝7×60s×2m2×1000J/（s•m2）＝8.4×105J；
不计热损失，则Q吸＝E＝8.4×105J；
由Q吸＝cmΔt可知，水升高的温度：Δt＝＝＝2℃。
故答案为：（1）核聚变；（2）变大；（3）2。
【变式训练1】（2021秋•渝中区校级月考）家用太阳能热水器的晒水箱内有水40kg，晒水箱接收阳光垂直照射的面积始终是1.5m2，已知在地球表面，晴天时垂直于太阳光的表面接收到的热辐射为1.26×103J/（m2•s），接收太阳能的效率为50%，散热损失为20%，要使水温上升18℃，需要时间为（ ）
A．3000s B．4000s C．5000s D．6000s
【答案】B。
【解答】解：水温上升18℃需要吸收的热量
Q吸＝cm△t＝4.2×103J/（kg•℃）×40kg×18℃＝3.024×106J；
由于散热损失为20%，则吸热效率η2＝1﹣20%＝80%，
根据Q吸＝1.26×103J/（m2•s）×S×t×η1×（1﹣η2）可知：
需要的时间t＝＝＝4000s。
故选：B。
【变式训练2】（2022•常州模拟）太阳能热水器具有安全、节能、经济和环保等优点，当它吸收太阳能后，水的温度将会升高，这是通过 热传递 方式改变了水的内能。某太阳能热水器盛有100kg水。若水温由20℃升高到70℃，则水箱里的水吸收了 2.1×107 J的热量。这些热量如果全部由完全燃烧的焦炭来提供，需要燃烧 0.7 kg的焦炭。[焦炭的热值为3.0×107J/kg，c水＝4.2×103J/（kg•℃）]
【答案】热传递；2.1×107；0.7。
【解答】解：（1）水吸收热量温度升高，这是通过热传递的方式改变物体的内能；
（2）水箱里水吸收的热量：Q吸＝c水m水（t﹣t0）＝4.2×103J/（kg•℃）×100kg×（70℃﹣20℃）＝2.1×107J；
（3）根据题意可知，焦炭完全燃烧需要放出的热量Q放＝Q吸＝2.1×107J；
由Q放＝mq可知，需要焦炭的质量：m＝＝＝0.7kg。
故答案为：热传递；2.1×107；0.7。
【变式训练3】（2021秋•北海期末）某太阳能热水器5h内可将100kg水的温度升高60℃，若不计热量损失，求：
（1）此期间水吸收了多少热量？
（2）如果这些热量是由燃烧煤气来提供，则需完全燃烧多少立方米的煤气？[煤气的热值为1.8×107J/m3，水的比热容为c水＝4.2×103J/（kg•℃）]
【解答】解：（1）热水器水吸收热量：Q吸＝c水mΔt＝4.2×103J/（kg•℃）×100kg×60℃＝2.52×107J；
（2）由题可知，煤气完全燃烧放出的热量：Q放＝Q吸＝2.52×107J，
由Q放＝Vq可知，需完全燃烧煤气的体积：V＝＝＝1.4m3。
答：（1）此期间水吸收了2.52×107J的热量；
（2）如果这些热量是由燃烧煤气来提供，则需完全燃烧1.4立方米的煤气。
考点4 太阳能的其他相关计算
太阳能电池板获取的太阳能是总功，转化为的电能是有用功。
【典例10】（2021秋•廉江市期末）如图是一种太阳能LED路灯的电路图，光控开关S白天与触点a接触，太阳能电池板为蓄电池充电；晚上与触点b接触，蓄电池给路灯供电，平均每晚路灯工作10h。太阳光照射5h能使规格是“24V 30W”的路灯正常工作3个晚上。则路灯正常工作时的电阻是 19.2 Ω，路灯正常工作时每晚消耗的电能是 1.08×106 J，若太阳能电池的光电转化效率为18%，求电池板吸收太阳能的功率 1000 W。
【答案】1019.2；1.08×6；1000。
【解答】解：（1）路灯正常工作时的电阻为：R＝＝＝19.2Ω；
路灯正常工作一晚消耗的电能为：W1＝P额t1＝30W×10×3600s＝1.08×106J；
（2）路灯正常工作3个晚上消耗的电能为：W电＝P额t灯，
电池板获取的太阳能为：E＝，结合P电池＝可得，电池板吸收太阳能的功率为：
P电池＝＝＝＝＝1000W。
故答案为：1019.2；1.08×6；1000。
【典例11】（2021秋•渭滨区期末）如图是一款全动力太阳能汽车，太阳能电池板通过光电转化储能在动力蓄电池中，用来推动汽车的电动机，是真正的零排放。已知：太阳能电池板输出参数为“200V？A”，有效面积为6m2；正常日照时，太阳每秒辐射到每平方米电池板上的能量为1.2×103J（即为1.2×103W/m2）。
问：（1）动力蓄电池给该汽车供电时将 化学 能转化为电能。
（2）若太阳能电池板的光电转换效率为25%，则太阳能电池板输出电流是多少？
（3）若某一次行驶中太阳能汽车消耗电能4.6kW•h，全部转化为前进需要的机械能，则若用效率为25%的燃油汽车需要消耗多少质量的汽油？（汽油热值为4.6×107J/kg）
【解答】解：（1）动力蓄电池给该汽车供电时将化学能转化为电能；
（2）太阳能电池接收太阳能的总功率：P总＝1.2×103W/m2×6m2＝7.2×103W；
由η＝＝＝可知，太阳能电池的输出功率：P有用＝ηP总＝25%×7.2×103W＝1.8×103W；
由P＝UI可知，太阳能电池板输出电流：I＝＝＝9A；
（3）太阳能汽车消耗电能W＝4.6kW•h＝1.656×107J；
由η＝可知，燃油完全燃烧需要放出的热量：Q放＝＝＝6.624×107J；
由Q放＝mq可知，燃油的质量：m＝＝＝1.44kg。
答：（1）化学；
（2）太阳能电池板输出电流是9A；
（3）若用效率为25%的燃油汽车需要消耗1.44kg的汽油。
【变式训练1】（2021秋•金水区校级月考）如图所示，太阳能路灯的灯杆顶端有一块面积为0.5m2的太阳能电池板，它能将太阳能转化为 电能 ，并向灯杆下方的蓄电池充电，供夜晚LED灯照明。中午，太阳每秒钟照射到电池板每平方米面积上的光能约为1500J。某天中午太阳光辐射到该太阳能电池板1h的能量相当于完全燃烧 0.15 kg的煤放出的热量。（煤的热值为3.0×107J/kg）
【答案】电能；0.15。
【解答】解：
（1）太阳能电池板，能将太阳能转化为电能储存起来；
（2）由题知，Q放＝E＝1500J/s×3600s＝5.4×106J；
由Q放＝mq得需要完全燃烧煤的质量：m＝＝＝0.15kg。
故答案为：电能；0.15。
【变式训练2】（2022•钟楼区校级模拟）小明家中安装了一台电辅助太阳能热水器，在光照条件不好时，可用电加热器加热，温度达到预设温度时，自动切换到保温状态，为防止触电，热水器向外供水过程中自动切断电路。其接受太阳能板的有效面积为4m2，1m2太阳的平均辐射功率为2.5×106J/h，热水器能把接收的太阳能的55%转化为水的内能。电热器部分的原理如图甲所示，其中R1和R2都是阻值不变的发热电阻；图乙是它的部分参数。求：
（1）电阻R1与R2的阻值之比是多少？
（2）某天由于天气原因太阳能热水器接受太阳能的时间只有3h，此后就开启电加热模式。则要使满箱水从20℃达到预设的70℃，电热器要正常工作多长时间？
乙
额定电压
220V
额定加热功率
1500W
额定保温功率
100w
水箱容积
150L
【解答】解：（1）由题意知，开关位于2时，电加热器处于保温状态，只有电阻R1连入电路，对应保温功率P1＝100W，
开关位于3时，电加热器处于加热状态，电阻R1和R2并联连入电路，对应加热功率P＝1500W，
R2消耗的功率：
P2＝P﹣P1＝1500W﹣100W＝1400W，
电阻R1与R2的阻值之比：＝＝＝＝14：1；
（2）热水器转化的太阳能：
W太＝4×2.5×106J/h×3h×55%＝1.65×107J，
水的体积：
V＝150L＝0.15m3，
水的质量：
m＝ρV＝1×103kg/m3×0.15m3＝150kg，
水温升到预设温度所需热量：
Q＝cm△t＝4.2×103J/（kg•℃）×150kg×（70℃﹣20℃）＝3.15×107J，
电加热器所要加热的热量：
W电＝Q﹣W太＝3.15×107J﹣1.65×107J＝1.5×107J，
电热器正常工作时间：
t＝＝＝1×104s。
答：（1）电阻R1与R2的阻值之比是14：1；
（2）电热器要正常工作1×104s。
课堂巩固训练
一、选择题。
1．（2022•曲江区校级三模）有一种智能百叶窗，在百叶窗的每个百叶窗片的外侧面上贴有太阳能电池板，如图所示其能够根据阳光强度自动调整最佳角度。下列有关说法正确的是（ ）
A．光照下百叶窗的温度升高是通过做功来实现
B．制造太阳能电池板的主要材料硅是超导体材料
C．太阳能电池板给蓄电池充电时，蓄电池相当于电源
D．太阳能板产生的电能会少于它接受到的光能
【答案】D。
【解答】解：A、光照下百叶窗的温度升高是吸收了太阳辐射的能量，是通过热传递的方式实现的，故A错误；
B、制造太阳能电池板的主要材料硅是一种半导体材料，故B错误；
C、太阳能电池板给蓄电池充电时，蓄电池消耗电能，相当于用电器，故C错误；
D、由于能量的损失，所以太阳能板产生的电能会少于它接收的光能，故D正确。
故选：D。
2．（2022•定远县模拟）下列生活、生产实例与所包含物理知识的说法中，错误的是（ ）
A．用太阳能集热器加热和用太阳能电池获取电能，是直接利用太阳能的两种方式
B．司机驾车时必须系安全带，这是对惯性的利用
C．电饭煲通电后会发热，是利用了电能可以转化为内能
D．潜水艇是通过水舱蓄水、排水改变自重，实现浮沉
【答案】B。
【解答】解：A、人们直接利用太阳能的两种方式：一是用太阳能集热器加热，二是用太阳能电池获取电能，故A正确；
B、机驾车时必须系安全带，这是防止紧急刹车时由于惯性对人造成伤害，故B错误；
C、电饭煲通电后会发热，是利用了电流的热效应，将电能转化为内能，故C正确；
D、潜水艇是通过改变自身重力大小来实现上浮和下沉的，故D正确。
故选：B。
3．（2022•武侯区模拟）如图所示是“风能太阳能互补”节能灯装置，利用风能和太阳能为节能灯供电；它“头顶”小风扇，“肩扛”太阳能电池板，“腰插”蓄电池。关于该节能灯装置的设计解释合理的是为（ ）
A．太阳能电池板将电能转化成太阳能
B．小风扇是用来给太阳能电池板散热的
C．太阳能电池板同时向小风扇和节能灯供电
D．节能灯工作时是将电能转化成光能和内能
【答案】D。
【解答】解：A.太阳能电池板是将太阳能转化为电能的装置，故选项A错误；
B.小风扇被风吹动后，带动发电机工作，将风能转化为电能，故选项B错误；
C.太阳能电池板产生的电能会被蓄电池以化学能的性质存储起来，在晚上再提供给节能灯工作，故选项C错误；
D.节能工作时，主要将电能转化为光能，但还是有一部分电能会被转化为内能，故选项D正确。
故选：D。
4．（2022•雁塔区校级二模）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
【答案】D。
【解答】解：A、D.由于该装置可以直接进行光电转换，故不会对环境产生污染，且利用的是太阳能，故A正确、D错误。
B.由于TCO导电氧化层是透明导电薄膜玻璃，故透光性较好，故B正确。
C.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。
故选：D。
5．（2022•雨花区校级开学）2021年5月天舟二号升空与天宫空间站顺利完成对接。下列叙述正确的是（ ）
A．宇航员在天宫空间站内不能用声音交流
B．太阳能电池板将太阳能转化为电能，可供空间站使用
C．天舟二号在升空过程中机械能始终保持不变
D．天舟二号与天宫空间站对接后始终处于平衡状态
【答案】B。
【解答】解：A、天宫空间站内由供宇航员呼吸用的氧气，可以传播声音，所以宇航员能用声音交流，故A错误；
B、太阳能电池板将太阳能转化为电能，可供空间站使用，故B正确；
C、天舟二号升空的过程中，需要加速运动，而质量不变，动能变大；质量不变、高度变大，重力势能变大，所以机械能变大，故C错误；
D、天舟二号与天宫空间站对接后，绕地球转动，处于非平衡状态，故D错误。
故选：B。
二、填空题。
6．（2022•麒麟区校级模拟）太阳能是 可再生 （选填“可再生”或“不可再生”） 能源、清洁无污染，它是在太阳内部氢原子核发生 聚变 （选填“裂变”或“聚变”） 释放出巨大的能量。
【答案】可再生；聚变。
【解答】解：太阳能可以源源不断地获得，因此是可再生能源；
太阳能是在太阳内部氢原子核发生聚变释放出巨大的能量。
故答案为：可再生；聚变。
7．（2021•沈阳二模）在太阳内部，氢原子核发生 热核反应 （选填“热核反应”或“链式反应“）释放出巨大的核能。太阳能属于 一次 （选填“一次”或“二次”）能源。
【答案】热核反应；一次。
【解答】解：在太阳内部，氢原子核发生热核反应释放出巨大的核能。太阳能可以在自然界直接获取，属于一次能源。
故答案为：热核反应；一次。
8．（2022•房县一模）太阳能路灯灯杆顶端都安装有太阳能电池板，它能将太阳能转化为 电 能；《“十四五”规划纲要》提出我国将安全稳妥推动沿海核电发展，并未提及内陆核电发展计划。核能属于 不可再生 （选填“可再生”或“不可再生”）能源，目前核电站是利用核 裂变 （选填“裂变”或“聚变”）来获取能量发电。
【答案】电；不可再生；裂变。
【解答】解：太阳能电池板，它能将太阳能转化为电能。
核能属于不可再生能源，目前核电站是利用核裂变来获取能量发电。
故答案为：电；不可再生；裂变。
9．（2022•本溪模拟）如图是北京冬奥会的冰墩墩指引路标，其表面涂有碲化镉光电薄膜，当太阳光照射到薄膜层后，薄膜层中的电子就会发生定向运动形成电流。若电子从冰墩墩的左眼向右眼运动，则电流方向是从 右眼向左眼 （填“左眼向右眼”或“右眼向左眼”）；若发电薄膜光电转化效率为18%，吸收5.4×109J的太阳能，可发电 270 kW•h，这些电能可以使总功率为54W的冰墩墩指引路标工作 1.8×107 s。
【答案】右眼向左眼；270；1.8×107。
【解答】解：（1）电子带负电，负电荷的定向移动方向与电流的方向相反，所以电子从冰墩墩的左眼向右眼运动，则电流方向是从右眼向左眼；
（2）由η＝可知，转化的电能W电＝ηE＝18%×5.4×109J＝9.72×108J＝270kW•h；
（3）由P＝可知，这些电能可以使总功率为54W的冰墩墩指引路标工作的时间：t＝＝＝1.8×107s。
故答案为：右眼向左眼；270；1.8×107。
三、计算题。
10．（2022•云南模拟）太阳能具有环保、可再生等优点，某品牌太阳能热水器在一天的有效照射时间内，将热水器中质量为60kg、初温为20℃的水升高到65℃。[水的比热容c水＝4.2×103J/（kg•℃）]求：
（1）热水器中水吸收的热量Q；
（2）若改用焦炭来加热这些水，需要完全燃烧多少千克焦炭？（焦炭的热值q＝3×107J/kg，设焦炭放出的热量全部被水吸收）
【解答】解：（1）水吸收的热量：Q＝c水m水（t﹣t0）＝4.2×103J/（kg•℃）×60kg×（65℃﹣20℃）＝1.134×107J；
（2）改用焦炭来加热这些水，设焦炭放出的热量全部被水吸收，
则焦炭燃烧放出的热量：Q放＝Q＝1.134×107J；
根据Q放＝mq可得，需要完全燃烧焦炭的质量：m焦炭＝＝＝0.378kg。
答：（1）热水器中水吸收的热量为1.134×107J；
（2）需要完全燃烧0.378kg焦炭。
22.3 太阳能（解析版）
考点直击
典例分析＋变式训练
考点1 太阳能及其利用
（1）太阳能是由太阳内部氢原子发生氢氦聚变释放出巨大核能而产生的，来自太阳的辐射能量；
（2）地球上几乎所有的能源都来自太阳能（除：核能、地热能、潮汐能）；
（3）目前直接利用太阳能的途径主要有两种：一种是用集热器把水等物质加热，例如太阳能热水器；另一种是用太阳能电池把太阳能转化成电能；
（4）优点：十分巨大、供应时间长、分布广阔、获取方便、安全、干净、不污染环境；
（5）缺点：分散性广、昼夜稳定性差、可转化率低。
【典例1】（2021•湖州）太阳是太阳系中唯一的恒星，每时每刻向外辐射太阳能。下列关于太阳能的叙述中，错误的是（ ）
A．煤、石油、天然气等化石燃料中的能量最终来自于太阳能
B．生态系统的能量流动是从生产者固定太阳能开始的
C．地球上的水循环是由太阳能推动的
D．太阳能来源于太阳内部的核裂变
【答案】D。
【解答】解：煤、石油、天然气等化石燃料中的能量最终来自于太阳能；生态系统的能量流动是从生产者固定太阳能开始的；地球上的水循环是由太阳能推动的；太阳能来源于太阳内部的核聚变。综上所述故D叙述错误，符合题意。
故选：D。
【典例2】（2021•柳州）如图所示的发电方式中，利用太阳能发电的是（ ）
A．风力发电 B．光伏发电
C．火力发电 D．潮汐发电
【答案】B。
【解答】解：A、风力发电将风的机械能转化为电能，故A不符合题意；
B、光伏发电是将太阳能转化为电能，故B符合题意；
C、火力发电是将燃料的化学能转变为内能，内能转化为机械能，机械能转化为电能，故C不符合题意；
D、潮汐发电是将潮汐的机械能转化为电能，故D不符合题意。
故选：B。
【典例3】（2021•保定一模）“低碳环保”是当今世界的主题，太阳能已被人们广泛利用。太阳能来自于太阳内部的 核聚变 （选填“核裂变”或“核聚变”），太阳能属于 一次 （选填“一次”或“二次”）能源，利用太阳能的方式主要有两种，一种是用集热器加热，如某台太阳能集热器在天气晴好时，一天可以吸收5.2×107J的热量，这相当于完全燃烧 1.3 m3的煤气释放的热量；另一种是用太阳能电池将太阳能转化为 电能 。（q煤气＝4.0×107J/m3）
【答案】（1）核聚变；（2）一次；（3）1.3；（4）电能。
【解答】解：
（1）由较轻的原子核聚合成较重的原子核时，会释放出巨大的能量，这是太阳内部每时每刻进行的核聚变反应；
（2）太阳能属于一次能源；
（3）由题意知，Q放＝Q吸＝5.2×107J，
由Q放＝Vq得，需要完全燃烧煤气的体积：V＝＝＝1.3m3；
（4）太阳光通过太阳能电池就可以将太阳能转化为电能。
故答案为：（1）核聚变；（2）一次；（3）1.3；（4）电能。
【变式训练1】（2021•江都区校级三模）关于太阳能凉帽，以下说法错误的是（ ）
A．太阳能实质上是太阳内部核裂变释放出的能量 B．太阳能是可再生能源
C．电动机：将电能主要转化为机械能 D．电池板：将太阳能主要转化为电能
【答案】A。
【解答】解：
A、在太阳内部具有高温高压的环境，可以产生聚变反应，从而放出大量的能量，而不是核裂变，故A错误，符合题意；
B、太阳能可以从自然界中源源不断的获得，是可再生能源，故B正确，不符合题意；
C、电动机工作过程中消耗电能，得到机械能，所以将电能转化为机械能，故C正确，不符合题意；
D、太阳能电池板将太阳能转化为电能，故D正确，不符合题意；
故选：A。
【变式训练2】（2021•建华区模拟）如图所示，绕月运行的“嫦娥一号”卫星，两侧伸展的太阳能电池板作用是（ ）
A．增大浮力 B．分解白光 C．传递信息 D．利用光能
【答案】D。
【解答】解：绕月运行的“嫦娥一号”卫星，两侧伸展的太阳能电池板作用：利用光能转化为电能。故A、B、C不符合题意。
故选：D。
【变式训练3】（2020•凤山县一模）如图是太阳能LED照明路灯，LED是一种发光二极管，可以把电能直接转化成 光 能，太阳能是 可再生 （填“可再生”或“不可再生”）能源，是太阳内部氢原子核发生 聚变 （填“裂变”或“聚变”）时释放出的核能。
【答案】光；可再生；聚变。
【解答】解：LED是一种发光二极管，通过电流时不用经过加热灯丝直接能够发光，即把电能直接转化成光能。
太阳能属于可再生能源，其主要特点是取之不尽用之不竭，并且环保无污染。
在太阳内部，氢原子核在超高温作用下发生聚变，释放巨大的核能。
故答案为：光；可再生；聚变。
考点2 太阳能的转化
（1）光-热能转换
原理：利用太阳辐射加热物体而获得热能。
应用：太阳能热水器、反射式太阳灶、高温太阳炉、地膜、大棚、温室；
（2）光-电转换
原理：根据光电效应，利用太阳能直接转换成电能；
应用：为无电场所提供电池，包括移动电源和备用电源、太阳能日用电子产品。
【典例4】（2021秋•秦皇岛期末）全太阳能动力汽车部件工作大致流程如图所示，下列说法正确的是（ ）
A．储能环节，将电能转化为化学能 B．图中某个环节的工作效率可达100%
C．控制送电环节，将电能转化为机械能 D．光电转换环节，将电能转化为太阳能
【答案】A。
【解答】解：A、蓄电池是将电能转化为化学能的装置，故A正确；
B、任何一个环节能量损失都是不可避免的，所以工作效率不可能达到100%，故B错误；
C、控制送电环节，将化学能转化为电能，故C错误；
D、太阳能电池是把太阳能转化为电能的装置，故D错误。
故选：A。
【典例5】（2021秋•高邑县期末）太阳能的利用有两种方式：①将光能转化为 内 能加以利用，如太阳能热水器；②将光能转化为 电 能。例如：太阳能路灯，太阳能电池板就是 太阳 能直接转化为电能的装置。
【答案】内；电；太阳。
【解答】解：
（1）太阳能热水器内的水从太阳吸收热量，内能增加，温度升高，是通过热传递的方式增加水的内能；（2）利用光电转换装置可以把太阳能转化为电能，太阳能电池板就是太阳能直接转化为电能的装置。
故答案为：内；电；太阳。
【典例6】（2021秋•覃塘区期末）2021年5月15日，天问一号着陆巡视器“祝融号”登陆火星，其利用太阳能电池板把光能 转化 为电能（选填“转移”或“转化”）；“祝融号”的电动机工作时磁场对通电导线具有 力 的作用。
【答案】转化；力。
【解答】解：（1）太阳能电池板把光能转化为电能；
（2）电动机工作时磁场对通电导线具有力的作用。
故答案为：转化；力。
【变式训练1】（2022•常州模拟）阳逻之心蓝玉项链公园两侧安装了“风光互补”景观节能灯，如图所示，它“头顶”小风扇，“肩扛”太阳能电池板。关于节能灯的设计解释最合理的是（ ）
A．白天，太阳能电池板将太阳能转化为化学能储存起来
B．小风扇是用来给太阳能电池板散热和确定风向的
C．小风扇是风力发电机，将机械能转化为电能
D．蓄电池在夜晚放电时，将化学能转化为光能
【答案】C。
【解答】解：
A、“肩扛”太阳能电池板也可以把太阳能转化为电能，故A错误；
BC、“头顶”的小风扇是风力发电机，可以把风能转化为电能，这样只要有风，这种路灯也可以发电，故B错误、C正确；
D、蓄电池在夜晚放电时，将化学能转化为电能，故D错误。
故选：C。
【变式训练2】（2021•惠城区校级自主招生）2020年6月23日上午，长征三号乙运载火箭将最后一颗北斗三号全球组网卫星送入预定轨道，如图分别为火箭发射升空和卫星在轨道上运行时的情景，有关火箭和卫星的说法：
①火箭升空时，燃料的化学能最终部分转化为机械能
②火箭升空过程中只受重力
③卫星通过超声波把信息传回地球
④卫星带有太阳能电池帆板可把太阳能转化为电能，其中正确的是（ ）
A．①② B．①④ C．①③ D．②④
【答案】B。
【解答】解：
①火箭发动机是热机的一种，工作时燃料的化学能先转化为内能，再转化为火箭的机械能，由于存在能量的损失，所以燃料的化学能最终部分转化为机械能，故①正确；
②火箭在升空过程中受到重力的作用，同时还受到发动机的推力和空气阻力的作用，故②错误；
③卫星是通过电磁波来传递信息的，故③错误；
④卫星带有太阳能电池帆板可把太阳能转化为电能，故④正确。
综上可知，说法正确的是①④。
故选：B。
【变式训练3】（2022•兴化市模拟）利用太阳能热水器可以把太阳能转化为 内 能。小明家屋顶上有一台太阳能热水器，如图所示，水箱容量为100L，晴朗天气经过8h的照明，水箱中水温度从20℃升高到70℃，水箱中的水吸收了 2.1×107 J的热量。如果水吸收的这些热量由燃烧煤气来提供，至少需要燃烧 0.5 kg的煤气。
[c水＝4.2×103J/（kg•℃），煤气的热值为q＝4.2×107J/kg]
【答案】内；2.1×107；0.5。
【解答】解：（1）利用太阳能热水器可以把太阳能转化为内能；
（2）由ρ＝可知，太阳能热水器水箱中水的质量：m水＝ρV＝1.0×103kg/m3×100×10﹣3m3＝100kg；
水箱中水吸收的热量：Q吸＝c水m水（t﹣t0）＝4.2×103J/（kg•℃）×100kg×（70℃﹣20℃）＝2.1×107J；
（3）根据题意可知，煤气完全燃烧需要放出的热量Q放＝Q吸＝2.1×107J；
由Q放＝mq可知，煤气的质量：m＝＝＝0.5kg。
故答案为：内；2.1×107；0.5。
考点3 太阳能热水器中的热量计算
1、根据热量的计算公式为Q=cm△t，计算出水温度升高需吸收的热量；
2、太阳能热水器所释放的热量=功率×时间；
【典例7】（2022•青海一模）在一标准大气压下，将20kg的水从60℃加热到沸腾，需要吸收的热量是 3.36×106 J，如果这些热量是由效率为40%的太阳能热水器来提供，则需要的太阳能是 8.4×106 J[c水＝4.2×103J/（kg•℃）]。
【答案】3.36×106；8.4×106。
【解答】解：（1）在一标准大气压下，水的沸点是100℃，
则水需要吸收的热量：
Q吸＝c水m（t﹣t0）＝4.2×103J/（kg•℃）×20kg×（100℃﹣60℃）＝3.36×106J；
（2）由η＝可知，需要的太阳能E＝＝＝8.4×106J。
故答案为：3.36×106；8.4×106。
【典例8】（2022•舒城县校级模拟）小明家新安装了一台太阳能、电能两用热水器。晴天时，它用太阳能加热，能将接收的部分太阳能转换为水的内能，如果遇到阴雨天，可以用电加热。该电加热器的额定电压为220V，额定功率为1.5kW。[水的比热容为4.2×103J/（kg•℃）]。
（1）太阳能热水器将质量为100kg的水从20℃加热到50℃时需要吸收多少热量？
（2）若上述热量由电加热器加热，则加热器正常工作多长时间？（设电能全部转化为热能）
【解答】解：（1）水吸收的热量：Q吸＝cm（t﹣t0）＝4.2×103J/（kg•℃）×100kg×（50℃﹣20℃）＝1.26×107J；
（2）根据题意可知，电加热器消耗的电能W＝Q吸＝1.26×107J；
由P＝可知，加热器正常工作的时间：t＝＝＝8400s。
答：（1）太阳能热水器将质量为100kg的水从20℃加热到50℃时需要吸收1.26×107J热量；（2）若上述热量由电加热器加热，则加热器正常工作的时间为8400s。
【典例9】（2022•温州模拟）小明在项目化学习中，对学校太阳能热水器展开研究。
（1）太阳核心处温度很高，是由于大量氢原子 核聚变 （填“核聚变”或“核裂变”）反应变成氢原子，释放巨大能量。
（2）当太阳光线与太阳能热水器垂直时效果最好。如图所示，为了达到最好的集热效果，从夏季进入冬季时可以将图中的α逐渐 变大 （选填“变大”或“变小”）。
（3）太阳能热水器接收阳光垂直照射的面积是2m2，每平方米每秒接收到的太阳能为1000J，热水器中水的质量为100kg，垂直照射7min，水的比热为4.2×103J/（kg•℃）。若不计一切热量损失，水温可以升高 2 ℃。
【答案】（1）核聚变；（2）变大；（3）2。
【解答】解：（1）太阳内部的核反应是核聚变；
（2）冬季太阳光与水平面的夹角变小，为了达到更好的集热效果，要使太阳光线与太阳能热水器垂直，所以可以把支架调高一点，即把图中的α逐渐变大；
（3）太阳能热水器接收的太阳能：E＝7×60s×2m2×1000J/（s•m2）＝8.4×105J；
不计热损失，则Q吸＝E＝8.4×105J；
由Q吸＝cmΔt可知，水升高的温度：Δt＝＝＝2℃。
故答案为：（1）核聚变；（2）变大；（3）2。
【变式训练1】（2021秋•渝中区校级月考）家用太阳能热水器的晒水箱内有水40kg，晒水箱接收阳光垂直照射的面积始终是1.5m2，已知在地球表面，晴天时垂直于太阳光的表面接收到的热辐射为1.26×103J/（m2•s），接收太阳能的效率为50%，散热损失为20%，要使水温上升18℃，需要时间为（ ）
A．3000s B．4000s C．5000s D．6000s
【答案】B。
【解答】解：水温上升18℃需要吸收的热量
Q吸＝cm△t＝4.2×103J/（kg•℃）×40kg×18℃＝3.024×106J；
由于散热损失为20%，则吸热效率η2＝1﹣20%＝80%，
根据Q吸＝1.26×103J/（m2•s）×S×t×η1×（1﹣η2）可知：
需要的时间t＝＝＝4000s。
故选：B。
【变式训练2】（2022•常州模拟）太阳能热水器具有安全、节能、经济和环保等优点，当它吸收太阳能后，水的温度将会升高，这是通过 热传递 方式改变了水的内能。某太阳能热水器盛有100kg水。若水温由20℃升高到70℃，则水箱里的水吸收了 2.1×107 J的热量。这些热量如果全部由完全燃烧的焦炭来提供，需要燃烧 0.7 kg的焦炭。[焦炭的热值为3.0×107J/kg，c水＝4.2×103J/（kg•℃）]
【答案】热传递；2.1×107；0.7。
【解答】解：（1）水吸收热量温度升高，这是通过热传递的方式改变物体的内能；
（2）水箱里水吸收的热量：Q吸＝c水m水（t﹣t0）＝4.2×103J/（kg•℃）×100kg×（70℃﹣20℃）＝2.1×107J；
（3）根据题意可知，焦炭完全燃烧需要放出的热量Q放＝Q吸＝2.1×107J；
由Q放＝mq可知，需要焦炭的质量：m＝＝＝0.7kg。
故答案为：热传递；2.1×107；0.7。
【变式训练3】（2021秋•北海期末）某太阳能热水器5h内可将100kg水的温度升高60℃，若不计热量损失，求：
（1）此期间水吸收了多少热量？
（2）如果这些热量是由燃烧煤气来提供，则需完全燃烧多少立方米的煤气？[煤气的热值为1.8×107J/m3，水的比热容为c水＝4.2×103J/（kg•℃）]
【解答】解：（1）热水器水吸收热量：Q吸＝c水mΔt＝4.2×103J/（kg•℃）×100kg×60℃＝2.52×107J；
（2）由题可知，煤气完全燃烧放出的热量：Q放＝Q吸＝2.52×107J，
由Q放＝Vq可知，需完全燃烧煤气的体积：V＝＝＝1.4m3。
答：（1）此期间水吸收了2.52×107J的热量；
（2）如果这些热量是由燃烧煤气来提供，则需完全燃烧1.4立方米的煤气。
考点4 太阳能的其他相关计算
太阳能电池板获取的太阳能是总功，转化为的电能是有用功。
【典例10】（2021秋•廉江市期末）如图是一种太阳能LED路灯的电路图，光控开关S白天与触点a接触，太阳能电池板为蓄电池充电；晚上与触点b接触，蓄电池给路灯供电，平均每晚路灯工作10h。太阳光照射5h能使规格是“24V 30W”的路灯正常工作3个晚上。则路灯正常工作时的电阻是 19.2 Ω，路灯正常工作时每晚消耗的电能是 1.08×106 J，若太阳能电池的光电转化效率为18%，求电池板吸收太阳能的功率 1000 W。
【答案】1019.2；1.08×6；1000。
【解答】解：（1）路灯正常工作时的电阻为：R＝＝＝19.2Ω；
路灯正常工作一晚消耗的电能为：W1＝P额t1＝30W×10×3600s＝1.08×106J；
（2）路灯正常工作3个晚上消耗的电能为：W电＝P额t灯，
电池板获取的太阳能为：E＝，结合P电池＝可得，电池板吸收太阳能的功率为：
P电池＝＝＝＝＝1000W。
故答案为：1019.2；1.08×6；1000。
【典例11】（2021秋•渭滨区期末）如图是一款全动力太阳能汽车，太阳能电池板通过光电转化储能在动力蓄电池中，用来推动汽车的电动机，是真正的零排放。已知：太阳能电池板输出参数为“200V？A”，有效面积为6m2；正常日照时，太阳每秒辐射到每平方米电池板上的能量为1.2×103J（即为1.2×103W/m2）。
问：（1）动力蓄电池给该汽车供电时将 化学 能转化为电能。
（2）若太阳能电池板的光电转换效率为25%，则太阳能电池板输出电流是多少？
（3）若某一次行驶中太阳能汽车消耗电能4.6kW•h，全部转化为前进需要的机械能，则若用效率为25%的燃油汽车需要消耗多少质量的汽油？（汽油热值为4.6×107J/kg）
【解答】解：（1）动力蓄电池给该汽车供电时将化学能转化为电能；
（2）太阳能电池接收太阳能的总功率：P总＝1.2×103W/m2×6m2＝7.2×103W；
由η＝＝＝可知，太阳能电池的输出功率：P有用＝ηP总＝25%×7.2×103W＝1.8×103W；
由P＝UI可知，太阳能电池板输出电流：I＝＝＝9A；
（3）太阳能汽车消耗电能W＝4.6kW•h＝1.656×107J；
由η＝可知，燃油完全燃烧需要放出的热量：Q放＝＝＝6.624×107J；
由Q放＝mq可知，燃油的质量：m＝＝＝1.44kg。
答：（1）化学；
（2）太阳能电池板输出电流是9A；
（3）若用效率为25%的燃油汽车需要消耗1.44kg的汽油。
【变式训练1】（2021秋•金水区校级月考）如图所示，太阳能路灯的灯杆顶端有一块面积为0.5m2的太阳能电池板，它能将太阳能转化为 电能 ，并向灯杆下方的蓄电池充电，供夜晚LED灯照明。中午，太阳每秒钟照射到电池板每平方米面积上的光能约为1500J。某天中午太阳光辐射到该太阳能电池板1h的能量相当于完全燃烧 0.15 kg的煤放出的热量。（煤的热值为3.0×107J/kg）
【答案】电能；0.15。
【解答】解：
（1）太阳能电池板，能将太阳能转化为电能储存起来；
（2）由题知，Q放＝E＝1500J/s×3600s＝5.4×106J；
由Q放＝mq得需要完全燃烧煤的质量：m＝＝＝0.15kg。
故答案为：电能；0.15。
【变式训练2】（2022•钟楼区校级模拟）小明家中安装了一台电辅助太阳能热水器，在光照条件不好时，可用电加热器加热，温度达到预设温度时，自动切换到保温状态，为防止触电，热水器向外供水过程中自动切断电路。其接受太阳能板的有效面积为4m2，1m2太阳的平均辐射功率为2.5×106J/h，热水器能把接收的太阳能的55%转化为水的内能。电热器部分的原理如图甲所示，其中R1和R2都是阻值不变的发热电阻；图乙是它的部分参数。求：
（1）电阻R1与R2的阻值之比是多少？
（2）某天由于天气原因太阳能热水器接受太阳能的时间只有3h，此后就开启电加热模式。则要使满箱水从20℃达到预设的70℃，电热器要正常工作多长时间？
乙
额定电压
220V
额定加热功率
1500W
额定保温功率
100w
水箱容积
150L
【解答】解：（1）由题意知，开关位于2时，电加热器处于保温状态，只有电阻R1连入电路，对应保温功率P1＝100W，
开关位于3时，电加热器处于加热状态，电阻R1和R2并联连入电路，对应加热功率P＝1500W，
R2消耗的功率：
P2＝P﹣P1＝1500W﹣100W＝1400W，
电阻R1与R2的阻值之比：＝＝＝＝14：1；
（2）热水器转化的太阳能：
W太＝4×2.5×106J/h×3h×55%＝1.65×107J，
水的体积：
V＝150L＝0.15m3，
水的质量：
m＝ρV＝1×103kg/m3×0.15m3＝150kg，
水温升到预设温度所需热量：
Q＝cm△t＝4.2×103J/（kg•℃）×150kg×（70℃﹣20℃）＝3.15×107J，
电加热器所要加热的热量：
W电＝Q﹣W太＝3.15×107J﹣1.65×107J＝1.5×107J，
电热器正常工作时间：
t＝＝＝1×104s。
答：（1）电阻R1与R2的阻值之比是14：1；
（2）电热器要正常工作1×104s。
课堂巩固训练
一、选择题。
1．（2022•曲江区校级三模）有一种智能百叶窗，在百叶窗的每个百叶窗片的外侧面上贴有太阳能电池板，如图所示其能够根据阳光强度自动调整最佳角度。下列有关说法正确的是（ ）
A．光照下百叶窗的温度升高是通过做功来实现
B．制造太阳能电池板的主要材料硅是超导体材料
C．太阳能电池板给蓄电池充电时，蓄电池相当于电源
D．太阳能板产生的电能会少于它接受到的光能
【答案】D。
【解答】解：A、光照下百叶窗的温度升高是吸收了太阳辐射的能量，是通过热传递的方式实现的，故A错误；
B、制造太阳能电池板的主要材料硅是一种半导体材料，故B错误；
C、太阳能电池板给蓄电池充电时，蓄电池消耗电能，相当于用电器，故C错误；
D、由于能量的损失，所以太阳能板产生的电能会少于它接收的光能，故D正确。
故选：D。
2．（2022•定远县模拟）下列生活、生产实例与所包含物理知识的说法中，错误的是（ ）
A．用太阳能集热器加热和用太阳能电池获取电能，是直接利用太阳能的两种方式
B．司机驾车时必须系安全带，这是对惯性的利用
C．电饭煲通电后会发热，是利用了电能可以转化为内能
D．潜水艇是通过水舱蓄水、排水改变自重，实现浮沉
【答案】B。
【解答】解：A、人们直接利用太阳能的两种方式：一是用太阳能集热器加热，二是用太阳能电池获取电能，故A正确；
B、机驾车时必须系安全带，这是防止紧急刹车时由于惯性对人造成伤害，故B错误；
C、电饭煲通电后会发热，是利用了电流的热效应，将电能转化为内能，故C正确；
D、潜水艇是通过改变自身重力大小来实现上浮和下沉的，故D正确。
故选：B。
3．（2022•武侯区模拟）如图所示是“风能太阳能互补”节能灯装置，利用风能和太阳能为节能灯供电；它“头顶”小风扇，“肩扛”太阳能电池板，“腰插”蓄电池。关于该节能灯装置的设计解释合理的是为（ ）
A．太阳能电池板将电能转化成太阳能
B．小风扇是用来给太阳能电池板散热的
C．太阳能电池板同时向小风扇和节能灯供电
D．节能灯工作时是将电能转化成光能和内能
【答案】D。
【解答】解：A.太阳能电池板是将太阳能转化为电能的装置，故选项A错误；
B.小风扇被风吹动后，带动发电机工作，将风能转化为电能，故选项B错误；
C.太阳能电池板产生的电能会被蓄电池以化学能的性质存储起来，在晚上再提供给节能灯工作，故选项C错误；
D.节能工作时，主要将电能转化为光能，但还是有一部分电能会被转化为内能，故选项D正确。
故选：D。
4．（2022•雁塔区校级二模）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
【答案】D。
【解答】解：A、D.由于该装置可以直接进行光电转换，故不会对环境产生污染，且利用的是太阳能，故A正确、D错误。
B.由于TCO导电氧化层是透明导电薄膜玻璃，故透光性较好，故B正确。
C.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。
故选：D。
5．（2022•雨花区校级开学）2021年5月天舟二号升空与天宫空间站顺利完成对接。下列叙述正确的是（ ）
A．宇航员在天宫空间站内不能用声音交流
B．太阳能电池板将太阳能转化为电能，可供空间站使用
C．天舟二号在升空过程中机械能始终保持不变
D．天舟二号与天宫空间站对接后始终处于平衡状态
【答案】B。
【解答】解：A、天宫空间站内由供宇航员呼吸用的氧气，可以传播声音，所以宇航员能用声音交流，故A错误；
B、太阳能电池板将太阳能转化为电能，可供空间站使用，故B正确；
C、天舟二号升空的过程中，需要加速运动，而质量不变，动能变大；质量不变、高度变大，重力势能变大，所以机械能变大，故C错误；
D、天舟二号与天宫空间站对接后，绕地球转动，处于非平衡状态，故D错误。
故选：B。
二、填空题。
6．（2022•麒麟区校级模拟）太阳能是 可再生 （选填“可再生”或“不可再生”） 能源、清洁无污染，它是在太阳内部氢原子核发生 聚变 （选填“裂变”或“聚变”） 释放出巨大的能量。
【答案】可再生；聚变。
【解答】解：太阳能可以源源不断地获得，因此是可再生能源；
太阳能是在太阳内部氢原子核发生聚变释放出巨大的能量。
故答案为：可再生；聚变。
7．（2021•沈阳二模）在太阳内部，氢原子核发生 热核反应 （选填“热核反应”或“链式反应“）释放出巨大的核能。太阳能属于 一次 （选填“一次”或“二次”）能源。
【答案】热核反应；一次。
【解答】解：在太阳内部，氢原子核发生热核反应释放出巨大的核能。太阳能可以在自然界直接获取，属于一次能源。
故答案为：热核反应；一次。
8．（2022•房县一模）太阳能路灯灯杆顶端都安装有太阳能电池板，它能将太阳能转化为 电 能；《“十四五”规划纲要》提出我国将安全稳妥推动沿海核电发展，并未提及内陆核电发展计划。核能属于 不可再生 （选填“可再生”或“不可再生”）能源，目前核电站是利用核 裂变 （选填“裂变”或“聚变”）来获取能量发电。
【答案】电；不可再生；裂变。
【解答】解：太阳能电池板，它能将太阳能转化为电能。
核能属于不可再生能源，目前核电站是利用核裂变来获取能量发电。
故答案为：电；不可再生；裂变。
9．（2022•本溪模拟）如图是北京冬奥会的冰墩墩指引路标，其表面涂有碲化镉光电薄膜，当太阳光照射到薄膜层后，薄膜层中的电子就会发生定向运动形成电流。若电子从冰墩墩的左眼向右眼运动，则电流方向是从 右眼向左眼 （填“左眼向右眼”或“右眼向左眼”）；若发电薄膜光电转化效率为18%，吸收5.4×109J的太阳能，可发电 270 kW•h，这些电能可以使总功率为54W的冰墩墩指引路标工作 1.8×107 s。
【答案】右眼向左眼；270；1.8×107。
【解答】解：（1）电子带负电，负电荷的定向移动方向与电流的方向相反，所以电子从冰墩墩的左眼向右眼运动，则电流方向是从右眼向左眼；
（2）由η＝可知，转化的电能W电＝ηE＝18%×5.4×109J＝9.72×108J＝270kW•h；
（3）由P＝可知，这些电能可以使总功率为54W的冰墩墩指引路标工作的时间：t＝＝＝1.8×107s。
故答案为：右眼向左眼；270；1.8×107。
三、计算题。
10．（2022•云南模拟）太阳能具有环保、可再生等优点，某品牌太阳能热水器在一天的有效照射时间内，将热水器中质量为60kg、初温为20℃的水升高到65℃。[水的比热容c水＝4.2×103J/（kg•℃）]求：
（1）热水器中水吸收的热量Q；
（2）若改用焦炭来加热这些水，需要完全燃烧多少千克焦炭？（焦炭的热值q＝3×107J/kg，设焦炭放出的热量全部被水吸收）
【解答】解：（1）水吸收的热量：Q＝c水m水（t﹣t0）＝4.2×103J/（kg•℃）×60kg×（65℃﹣20℃）＝1.134×107J；
（2）改用焦炭来加热这些水，设焦炭放出的热量全部被水吸收，
则焦炭燃烧放出的热量：Q放＝Q＝1.134×107J；
根据Q放＝mq可得，需要完全燃烧焦炭的质量：m焦炭＝＝＝0.378kg。
答：（1）热水器中水吸收的热量为1.134×107J；
（2）需要完全燃烧0.378kg焦炭。
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