人教版九年级物理 第二十二章 能源与可持续发展
第3节 跨学科实践：为节约能源设计方案 （基础训练）
【基础巩固练习】
1.小明家中上月月底和本月月底电能表示数如图所示，小明家所在地区每度电的电费是0.6元，那么本月他家应交电费 元。请为小明家提一条节约用电的建议： 。
【答案】180 人离开时随手关灯
【解析】由图可知，小明家上月月底电能表示数为781.5kW h，本月月底电能表示数为1081.5kW h，本月消耗的电能 W＝1081.5kW h﹣781.5kW h＝300kW h＝300度，则本月小明家应交电费 0.6元/度×300度＝180元。
可以从以下几个方面采取措施节约用电：①人离开家时断开电灯、电视机、空调等用电器的电源开关；②夏天空调设置温度不要低于26℃；③使用节能的智能电器等。
2.学习“为节约能源设计方案”后，小明想为家庭能源使用和环保作出贡献，从优化自己家中能源的使用入手，制订出优化的具体方案。下列关于合理利用资源与节约能源的行为中,正确的是【 】
①手机充电完毕,不及时拔下充电器；②将废书报、饮料瓶等送到废品回收站；③尽量使用一次性杯子；④夏天使用空调不要把温度设置过低；⑤用洗衣服的水冲厕所。
A.①③⑤ B.②③④ C.②④⑤ D.①④⑤
【答案】C
【解析】①手机充电完毕,不及时拔下充电器，充电器仍然消耗电能；②将废书报、饮料瓶等送到废品回收站，可以使废物利用节约资源；③使用一次性杯子，资源利用率低，浪费资源；④夏天使用空调不把温度设置过低，可以有效减少空调工作时间，节约电能消耗；⑤ 用洗衣服的水冲厕所，使资源再利用，减少了资源消耗。由此可知，②④⑤是合理利用资源与节约能源的行为。
3.为了节约家庭用电和燃气消耗,小聪家在楼顶安装了一个太阳能热水器。小聪家所在地区的太阳能辐射强度为300J/(㎡·s),它表示每平方米的面积上每秒接收到的太阳能为300J,该太阳能热水器集热管接收太阳能照射的有效面积为2m2,储水箱有100kg的水。水的比热容为4.2×103J/(kg ℃).
（1）太阳能热水器通过真空管把辐射的太阳能直接转化为水的______能,真空管的内外层之间为真空,它的主要作用为_________(选填“导热”或“隔热”)。
（2）若该太阳能热水器在阳光下照6h,如果所接收到的太阳能全部用来加热水,则水箱中的水可升高多少摄氏度 (不考虑能量损失,结果保留整数)
（3）如果小聪家每天有效光照时间按6h算,每年可使用太阳能热水器5个月,每个月按30天算,则每年相当于节约多少度电 (不考虑能量损失,结果保留整数)
（4）太阳能热水器和电热水器、燃气热水器相比有哪些优点？（写出一条即可）
【答案】（1）内 隔热 （2）31℃ （3）540kW·h （4）使用太阳能热水器清洁无污染，经济环保，可减少化石能源的消耗
【解析】（1）太阳能热水器通过真空管把辐射的太阳能直接转化为水的内能,真空管的内外层之间为真空,它的主要作用为隔热。
（2）太阳能热水器在阳光下照射6h,热水器中的水吸收的热量等于热水器接收的太阳能,为Q吸=300J/(㎡·s)×2m2×6×3600s=1.296×107J
由Q吸=cm（t-t0）得，热水器中的水可升高的温度
（3）小聪家使用太阳能热水器，每年节约的电能等于太阳能热水器每年接收的太阳能，为 W=5×30×300J/(㎡·s)×2m2×6×3600s=1.944×109J=540kW·h
（4）和电热水器、燃气热水器相比，使用太阳能热水器不需要消耗电能和燃气，节约了电能和燃气（化石能源），经济合算；使用太阳能热水器，清洁无污染。
4. LED灯又叫发光二极管,是由半导体材料制成,具有光效高、耗电少、寿命长、易控制、免维护、安全环保等优点,是继白炽灯、卤素灯和荧光灯后的新兴电光源,是极具发展前途的新光源。
与传统的白炽灯、卤素灯、荧光灯相比， LED灯具有许多不同之处。首先,LED灯基本上是一块很小的芯片被封装在环氧树脂里面，所以它非常的小而轻；其次,由于白炽灯的发光原理是通过电流加热灯丝到白炽状态,从而利用热辐射发出可见光,所以白炽灯在使用时约90%以上的电能都转化成了内能,只有不足10%的电能才真正转化成光能,而 LED 灯可以直接把电能转化为光能,它的转化效率可达到80%以上；第三,从使用寿命来看，普通白炽灯的额定寿命约1000h,荧光灯的额定寿命在5000h以上,而LED灯的额定寿命约50000h.另外,与荧光灯相比,LED灯不含汞等有害元素,更加环保,利于回收.
请根据上述材料,回答下列问题。
（1）LED灯可以把电能直接转化为______能，它之所以节能,被称为冷光源,是因为电热转换时损耗的能量较白炽灯_________(选填“多”或“少”)；
（2）5W 的LED灯和40W的白炽灯正常发光时亮度相同,小明家为了节约能源,将家中的6盏40W的白炽灯全部换成5W的 LED灯.若每天照明4h,使用LED灯后，每天可以节约电能____kW·h.
【答案】（1）光 少 （2）0.84
【解析】（1）LED灯可以把电能直接转化为光能，使用LED灯之所以能节约电能,是因为电热转换时损耗的能量较白炽灯少，消耗的电能转化为光能的效率高。
（2）由得,使用LED灯后,每天可以节约电能
W节=P减小t = 6×(0.04kW-0.005kW)×4h =0.84kW·h.
5.小明在学习“为房屋加装保温层”后，了解到材料的保温性能与它的厚度、热导率、干燥程度、与外界的接触面积，以及外界温度等有关。小明想：“保温层材料、厚度一定时，用双层薄的保温效果好还是用单层厚的保温效果好呢？”。他采用如图所示的装置进行实验：在甲、乙两个相同的瓶子中装入等体积的热水，用两层灰色薄棉布包裹着甲瓶(内层紧贴，外层相对宽松)，用一层灰色厚棉布紧贴包裹着乙瓶，用数显温度计测量瓶中热水的温度，测得有关数据如表所示。
室温：25℃
时间/min 0 20 40 60 80
甲瓶中水温/℃ 61.0 56.6 50.8 48.5
乙瓶中水温/℃ 61.0 55.6 52.3 49.4 46.8
（1）这个过程中，甲、乙两瓶热水都会_______(选填“吸热”或“放热”)，两瓶水的温度下降至________℃不再变化，_______瓶水所需时间更长。
（2）实验中，用____________________显示保温层的保温效果。分析实验数据可得出的结论是：___________________________________________________。
（3）由实验数据可知水温下降的特点是：温度越高时，水温下降得越_____(选填“快”或“慢”)。根据这一特点，40min时，甲瓶水温范围在_______℃到______℃之间。
（4）日常生活中，下面的例子与小明观察的实验现象不相符的是【 】
A.房屋窗户双层玻璃保温效果更好
B.冬季穿蓬松的羽绒服更保暖
C.金属外壳上电镀一层厚厚的防锈漆
D.双层中空岩棉板材建造工地板房
【答案】（1）放热 25.0 甲 （2）瓶中的水降低的温度（或瓶中的水温度降低的快慢） 保温层用双层薄的保温效果比用单层厚的保温效果好 （3）快 53.3 53.7 （4）C
【解析】（1）实验过程中，瓶中的水温度高于室温，会发生热传递，甲、乙两瓶热水都会放热，两瓶水的温度下降至室温25.0℃不再变化。由表中实验数据可知，甲瓶中的水温度降低得慢，温度降到室温所需时间更长。
（2）实验中，用瓶中的水降低的温度（或瓶中的水温度降低的快慢）显示保温层的保温效果。瓶中的水温度降低得慢的保温层的保温效果好。分析实验数据可得出的结论是：保温层用双层薄的保温效果比用单层厚的保温效果好。
（3）由实验数据可知水温下降的特点是：温度越高时，水温下降得越快。
甲瓶中的水温与乙瓶中的水温在相同时刻的差值越来越大，所以甲、乙两瓶中的水在0～40min的温差大于在0～20min的温差，小于在0～60min的温差，若40min时甲瓶中的水温为t，则（56.6℃-55.6℃）＜（t－52.3℃）＜（50.8℃-49.4℃），所以有
53.3℃＜t＜53.7℃
（4）A、B、D.双层玻璃、蓬松的羽绒服、双层中空岩棉板材中间有很多空气，保温层是双层薄的保温材料，由于双层间的空气不善于传热，可有效防止热的传递，保温效果好。
C.金属外壳上电镀一层厚厚的防锈漆，作用是与空气隔绝，防止金属氧化的。
6.小明家准备将燃油汽车换成某款新型电动汽车以节约家庭能源消耗。该款电动汽车的性能参数如表所示,请回答下列问题.
工作电压 400 V
电动机功率 40 kW
百公里耗电量 15 kW·h
（1）燃油汽车消耗的汽油是______（选填“一次”或“二次”）能源，电动汽车消耗的电能是______（选填“一次”或“二次”）能源。
（2）电动机是电动汽车的核心部件,电动机正常工作时,消耗的电能转化为 能,电动机的工作原理是 。
（3）该款电动汽车的电动机正常工作时,通过线圈的电流是多大
（4）同类型号的燃油汽车在同等条件下百公里消耗汽油为10L,请通过计算比较两种汽车的百公里能耗,并说明能耗不同的主要原因。汽油的密度ρ=0.7×103 kg/m3,热值q=4.6×107 J/kg.
【答案】（1）二次 二次 （2）机械（或机械能和内） 通电线圈在磁场中受力转动 （3）100A （4）电动机工作时能量的损耗较小,而热机的废气等带走了大量的能量,即电动汽车的效率高于燃油汽车的效率
【解析】（1）燃油汽车消耗的汽油和电动汽车消耗的电能都是需要消耗一次能源才能获取的能源，汽油和电能都是二次能源。
（2）电动机正常工作时,消耗的电能转化为机械能和内能,电动机的工作原理是通电线圈在磁场中受力转动（或通电导体在磁场中受到力的作用）。
（3）由P=UI得，该款电动汽车的电动机正常工作时,通过线圈的电流
（4）)该款电动汽车百公里能耗为W=15kW·h=15×3.6×106 J=5.4×107 J
同类型号的燃油汽车百公里能耗为
Q放=mq=ρVq=0.7×103 kg/m3×10×10-3 m3×4.6×107 J/kg=3.22×108 J
该款电动汽车的百公里能耗小于同类型号的燃油汽车的百公里能耗,主要原因是电动机工作时能量的损耗较小,而热机的废气等带走了大量的能量,即电动汽车的效率高于燃油汽车的效率。
【能力提升练习】
7.小明为了为家庭节约能源设计方案，对燃气热水器和电热水器进行了调查比较。表一是某款燃气热水器正常工作时的部分参数。表二是某款即热式电热水器的铭牌。
即热式电热水器
额定功率 7000W
额定电压 220V
额定频率 50Hz
表一 表二
燃气热水器
设定温度 50℃
气量 1.0m3/h
水量 5.0L/min
（1）已知水的初温为20℃，c水＝4.2×103J/（kg ℃）.燃气热水器正常工作10min流出的热水所吸收的热量；
（2）若要得到（1）中热水所吸收的热量，即热式电热水器需正常工作16min40s，则该即热式电热水器的加热效率为多少；
（3）请写出使用电能的两个优点。
【答案】（1）6.3×106J （2）90% （3）①对环境污染小；②转化效率高
【解析】（1燃气热水器正常工作10min流出的热水的体积
V＝5.0L/min×10min＝50L＝0.05m3
由ρ＝可得流出水的质量 m＝ρ水V＝1.0×103kg/m3×0.05m3＝50kg
燃气热水器正常工作10min流出的热水所吸收的热量
Q吸＝c水m（t﹣t0）＝4.2×103J/（kg ℃）×50kg×（50℃﹣20℃）＝6.3×106J
（2）由得，即热式电热水器16min40s消耗的电能
W＝Pt′＝7000W×（16×60s+40s）＝7×106J
即热式电热水器的加热效率η＝×100%＝×100%＝90%
（3）使用电能的显著优点是对环境污染小，转化效率高。
8.小华家的自建住宅楼顶面积较大,打算为自家住宅加装一套如图所示的光伏发电系统,这种系统主要由太阳能电池板、逆变器、支架结构、监控系统和电缆及连接器等组成。
（1）太阳能电池板工作的光电转换效率为20%,光照强度为1000W/m2.若小华家屋顶的面积为70㎡,一天内阳光有效照射时长5h,则一天可获得电能________kW·h.
（2）小华家有2台功率为1250W的空调,结合(1)中数据,光伏发电系统一天获得的电能可供小华家的空调同时工作________h.
（3）请你列举出一条家用光伏发电系统的优点:____________。
【答案】（1）70 （2）28 （3）清洁无污染
【解析】 （1）太阳能电池板一天接收的太阳能为W=1kW/m2×70m2×5h=350kW·h
太阳能电池板一天获得的电能W电=ηW=20%×350kW·h=70kW·h
（2）由得，光伏发电系统一天获得的电能可供小华家的2台空调同时工作时间
（3）光伏发电利用的太阳能是可再生能源,清洁无污染；随着太阳能电池板的能量转化效率提高,虽然家用光伏发电一次性投入成本较高,从长远角度看,光伏发电更经济划算。
9.学校开展“为节约能源设计方案”活动，小明想探究影响电热水壶电热转化效率的因素。他提出两点猜想，猜想1：与电热水壶的功率有关；猜想2：与被加热的水的质量有关。于是在家中进行实验探究。
（1）测量电热水壶消耗电能的方法有两种：①用电能表直接测量；②用秒表测出烧水时间，用电热水壶的额定功率乘以烧水时间求得。正确的测量方法是 。
（2）为了探究猜想1，应该保持 一定，选用额定功率不同的电热水壶，进行实验。为了探究猜想2，小明设计了2个方案：
A方案：用一个电热水壶先后三次加热不同质量的水，直至烧开。
B方案：用三个相同的电热水壶同时加热不同质量的水，直至烧开。
小明认为A方案可行，但实验时要注意 。
你认为B方案是否可行？并说明理由 。
（3）按照正确的方案进行实验，数据如下表：
实验 次数 电热水壶的功率/W 水的质量/kg 水的初温/℃ 水的末温/℃ 消耗的电能 /×105J 水吸收的热量/×105J 电热转化效率η/%
1 800 1 25 99 3.731 3.108 83.3
2 800 0.6 25.5 99.5 2.285 1.865 81.6
3 800 0.3 25 99 1.171 0.932 79.6
4 1000 1 24 99 3.604 3.150 87.4
5 1200 1 24.5 99 3.354 3.129 93.3
第1、2、3组数据表明：电热水壶的功率相同，水的质量越大，电热转化效率越 。第1、4、5组数据表明： 。
（4）结合以上结论，请你对电热水壶的使用提出一点建议： 。
【答案】（1）① （2）水的质量和初温 水壶和水的初温相同 不可行，仅有一只电能表无法测出同时工作的三个电水壶分别消耗的电能 （3）高 水的质量相同时，电热水壶的功率越大，电热转化效率越高 （4）使用功率较大的电热水壶或单次使用时加热质量较大的水可以提高电热转化效率。
【解析】（1）断开了家中其它用电器，仅让电热水壶工作，利用电能表可以直接测出电热水壶消耗的电能；电热水壶工作时的功率和额定功率不一定相等，不能用电热水壶的额定功率与实际烧水时间的乘积求出消耗的电能，所以正确的测量方法①；
（2）探究电热水壶电热转化效率与电热水壶的功率有关时，应该保持水的质量和初温一定，选用功率不同的电热水壶，进行实验；
探究电热水壶电热转化效率与被加热的水的质量有关时，应该改变水的质量，且控制电热水壶的功率相同，同时要注意水壶和水的初温应该相同，利用一只电能表可以分别测出电热水壶先后三次加热水时消耗的电能，则A方案可行；
仅有一只电能表，无法测出同时工作的三个电热水壶烧水分别消耗的电能，所以B方案不可行；
（3）由第1、2、3组数据可知，电热水壶的功率相同时，水的质量越大，电热转化效率越高；由第1、4、5组数据可知，水的质量相同时，电热水壶的功率越大，电热转化效率越高；
（4）由（3）的实验结论可知，使用功率较大的电热水壶或单次使用时加热质量较大的水可以提高电热水壶的电热转化效率。
10.小聪家准备将家用燃油汽车更换为新能源电动车以节约能源消耗。下表是我国自主研发的某新能源电动车的部分参数：
充电电压U 380V
充电电流I 100A
支付方式 刷卡支付、APP扫二维码（小程序）
安装方式 壁挂式、立柱式
电车将电能转换为机械能的效率η 60%～75%
在该新能源电动车正常充电10min后，求：
（1）电动车获得的电能；
（2）若获得的电能由完全燃烧热值为q＝4.0×107J/kg的燃油来提供，需要该燃油的质量；
（3）若该电动车在水平公路上匀速行驶受到的阻力为500N，电动车将电能转换为机械能的效率为60%，该车能行驶的路程。
【答案】（1）电动车获得的电能为2.28×107J （2）需要该燃油的质量为0.57kg
（3）该车能行驶的路程为2.736×104m
【解析】（1）新能源电动车正常充电10min后，电动车获得的电能
W电＝UIt＝380V×100A×10×60s＝2.28×107J；
（2）燃油完全燃烧放热的热量Q放＝W电＝2.28×107J；
由Q放＝mq得，燃油的质量：m＝＝＝0.57kg；
（3）由η＝得，电动车获得的机械能
W机械＝ηW电＝60%×2.28×107J＝1.368×107J；
电动车在水平公路上匀速行驶，牵引力F＝f＝500N，
由W＝Fs可知，该车能行驶的路程：s＝＝2.736×104m
11.设计为房屋加装保温层的方案，需要选择节能保温材料。小明选择钟表、烧杯、冷水、热水、温度计，还有用塑料、纸、泡沫制成相同的带盖子的杯子，探究不同材料的隔热保温性能。
步骤1：在塑料杯盖上扎个小洞，向杯中倒入半杯冷水。
步骤2：将杯盖盖好，在盖子的小洞中插一支温度计，将塑料杯放入烧杯中，再在烧杯中加入热水至塑料杯盖下方约1cm（如图所示）观察并记录水温上升5℃所用的时间。
步骤3：选择另外两个杯子重复上述步骤进行实验。
（1）实验装置中，杯子壁可以代表建筑物的墙壁，________________可代表外界大气，实验通过 反映材料隔热保温性能的优劣。
（2）请你设计一个记录实验数据的表格。
（3）分析实验方案，请你提出改进建议 。
【答案】（1）热水 杯中冷水上升5℃所用的时间 （2）
杯中冷水上升5℃所用的时间t/s
塑料杯
纸杯
泡沫杯
（3）应控制冷水的初温相同、倒入杯中冷水的质量相同、温度计的玻璃泡不要与容器底和壁接触。
【解析】（1）实验装置中，杯子壁可以代表建筑物的墙壁，热水可代表外界大气，实验通过杯中冷水上升5℃所用的时间反映材料隔热保温性能的优劣；
（2）根据实验要求，记录的实验数据如表格所示；
（3）改进建议：应控制冷水的初温相同、倒入杯中冷水的质量（或体积）相同、温度计的玻璃泡不要与杯底和杯子壁接触。
12. 小明家目前使用的是传统燃油汽车,希望更换一辆纯电动汽车,于是小明对纯电动汽车开展研究,了解到纯电动汽车主要由动力系统、电池系统、控制系统、车身结构等部分组成。
（1）动力电池是纯电动汽车的心脏。某品牌纯电动汽车采用的是18650锂离子电池,单节标称电压为3.7V,常见容量为2600mA·h；该品牌纯电动汽车需要370V的输出电压,理论上需要______节18650锂离子电池串联。研究发现该品牌纯电动汽车实际使用了7000节18650锂离子电池通过模组串并联组成的动力电池板,这主要是为了增大_____(选填“电阻”、“电压”或“电能”)。
（2）纯电动汽车可以使用充电桩来充电,充电过程是把电能转化成________能。用两种不同的充电桩对同一辆纯电动汽车充满电的相关数据如表所示(不计充电过程中的能量损失)。用快充充电桩充满电,需要________h.
（3）该款纯电动汽车在平直公路上匀速行驶时,每百公里耗电30kW·h,若电能转化为机械能的效率为 85%,则汽车匀速行驶时受到阻力为________N.小明家原来的燃油汽车,它的能量转化效率为30%,以相同速度在同一路面上匀速行驶(假设汽车质量与外形相同),每行驶百公里需要消耗的燃油为______kg.(汽油的热值为q=4.6×107J/kg,结果保留1位小数)
（4）根据（3）中的数据,若电价为0.6元/千瓦时,汽油价格为7.0元/升,小明家汽车一年行驶里程约为10000千米,则更换电动汽车后,一年可以比燃油汽车节省约______元。(汽油的密度ρ=0.71×103kg/m3,结果精确到百位)
（5）请列举纯电动汽车相比于传统燃油车的2条优点:_____________________。
（6）小明了解到目前纯电动汽车存在“充电难”的问题。为解决此问题,除提升充电速度外,还可以进行一些设想,如________________________(列举一条)。
【答案】（1）100 电能 （2）化学 1.32 （3）918 6.7 （4）4800 （5）对环境污染小，转化为有用机械能的效率高 （6）增加充电桩数量
【解析】（1）单节电池标称电压为3.7V,常见容量为2600mA h.该品牌纯电动汽车需要370V的输出电压,理论上需要18650锂离子电池串联的节数；实际使用了7000节18650锂离子电池,串并联组成的电池板既增大了电压,又增大了电流,根据 W=Ult可知增加了贮存的电能。
（2）蓄电池充电时,将消耗的电能转化为化学能存储起来；电池快充和慢充充满电消耗的电能相等,由W=Ult得，220V×30A×10h=500V×100A×t,用快充充电桩充满电,需要的时间t=1.32h.
（3）每百公里耗电30kW·h时,若电能转化为机械能的效率为85%,
由η＝得，电动车获得的机械能W=ηW电=85%×30kW·h=25.5kW·h=9.18x107J,
由W=Fs得，汽车匀速行驶时的牵引力为
汽车匀速行驶时受到的阻力f=F=918N
燃油车需要消耗的燃油完全燃烧放的热量为
由Q=qm得，消耗燃油质量为
（4）每行驶百公里,电动汽车需要花费30kW·h×0.6元/(kW·h)=18元；
由得，燃油汽车消耗汽油的体积
需要花费9.44L×7元/L≈66.08元；
故每百公里能够节省66.08元-18元=48.08元，
小明家汽车一年行驶里程约10000km,则电动汽车可比燃油汽车节省
48.08元/(100km)×10000km=4808元≈4800元
（5）和燃油汽车相比，电动车对环境污染小，转化为有用机械能的效率高。
（6）解决纯电动汽车“充电难”的问题,增加充电桩数量。人教版九年级物理 第二十二章 能源与可持续发展
第3节 跨学科实践：为节约能源设计方案 （基础训练）
【基础巩固练习】
1.小明家中上月月底和本月月底电能表示数如图所示，小明家所在地区每度电的电费是0.6元，那么本月他家应交电费 元。请为小明家提一条节约用电的建议： 。
【答案】180 人离开时随手关灯
【解析】由图可知，小明家上月月底电能表示数为781.5kW h，本月月底电能表示数为1081.5kW h，本月消耗的电能 W＝1081.5kW h﹣781.5kW h＝300kW h＝300度，则本月小明家应交电费 0.6元/度×300度＝180元。
可以从以下几个方面采取措施节约用电：①人离开家时断开电灯、电视机、空调等用电器的电源开关；②夏天空调设置温度不要低于26℃；③使用节能的智能电器等。
2.学习“为节约能源设计方案”后，小明想为家庭能源使用和环保作出贡献，从优化自己家中能源的使用入手，制订出优化的具体方案。下列关于合理利用资源与节约能源的行为中,正确的是【 】
①手机充电完毕,不及时拔下充电器；②将废书报、饮料瓶等送到废品回收站；③尽量使用一次性杯子；④夏天使用空调不要把温度设置过低；⑤用洗衣服的水冲厕所。
A.①③⑤ B.②③④ C.②④⑤ D.①④⑤
3.为了节约家庭用电和燃气消耗,小聪家在楼顶安装了一个太阳能热水器。小聪家所在地区的太阳能辐射强度为300J/(㎡·s),它表示每平方米的面积上每秒接收到的太阳能为300J,该太阳能热水器集热管接收太阳能照射的有效面积为2m2,储水箱有100kg的水。水的比热容为4.2×103J/(kg ℃).
（1）太阳能热水器通过真空管把辐射的太阳能直接转化为水的______能,真空管的内外层之间为真空,它的主要作用为_________(选填“导热”或“隔热”)。
（2）若该太阳能热水器在阳光下照6h,如果所接收到的太阳能全部用来加热水,则水箱中的水可升高多少摄氏度 (不考虑能量损失,结果保留整数)
（3）如果小聪家每天有效光照时间按6h算,每年可使用太阳能热水器5个月,每个月按30天算,则每年相当于节约多少度电 (不考虑能量损失,结果保留整数)
（4）太阳能热水器和电热水器、燃气热水器相比有哪些优点？（写出一条即可）
4. LED灯又叫发光二极管,是由半导体材料制成,具有光效高、耗电少、寿命长、易控制、免维护、安全环保等优点,是继白炽灯、卤素灯和荧光灯后的新兴电光源,是极具发展前途的新光源。
与传统的白炽灯、卤素灯、荧光灯相比， LED灯具有许多不同之处。首先,LED灯基本上是一块很小的芯片被封装在环氧树脂里面，所以它非常的小而轻；其次,由于白炽灯的发光原理是通过电流加热灯丝到白炽状态,从而利用热辐射发出可见光,所以白炽灯在使用时约90%以上的电能都转化成了内能,只有不足10%的电能才真正转化成光能,而 LED 灯可以直接把电能转化为光能,它的转化效率可达到80%以上；第三,从使用寿命来看，普通白炽灯的额定寿命约1000h,荧光灯的额定寿命在5000h以上,而LED灯的额定寿命约50000h.另外,与荧光灯相比,LED灯不含汞等有害元素,更加环保,利于回收.
请根据上述材料,回答下列问题。
（1）LED灯可以把电能直接转化为______能，它之所以节能,被称为冷光源,是因为电热转换时损耗的能量较白炽灯_________(选填“多”或“少”)；
（2）5W 的LED灯和40W的白炽灯正常发光时亮度相同,小明家为了节约能源,将家中的6盏40W的白炽灯全部换成5W的 LED灯.若每天照明4h,使用LED灯后，每天可以节约电能____kW·h.
5.小明在学习“为房屋加装保温层”后，了解到材料的保温性能与它的厚度、热导率、干燥程度、与外界的接触面积，以及外界温度等有关。小明想：“保温层材料、厚度一定时，用双层薄的保温效果好还是用单层厚的保温效果好呢？”。他采用如图所示的装置进行实验：在甲、乙两个相同的瓶子中装入等体积的热水，用两层灰色薄棉布包裹着甲瓶(内层紧贴，外层相对宽松)，用一层灰色厚棉布紧贴包裹着乙瓶，用数显温度计测量瓶中热水的温度，测得有关数据如表所示。
室温：25℃
时间/min 0 20 40 60 80
甲瓶中水温/℃ 61.0 56.6 50.8 48.5
乙瓶中水温/℃ 61.0 55.6 52.3 49.4 46.8
（1）这个过程中，甲、乙两瓶热水都会_______(选填“吸热”或“放热”)，两瓶水的温度下降至________℃不再变化，_______瓶水所需时间更长。
（2）实验中，用____________________显示保温层的保温效果。分析实验数据可得出的结论是：___________________________________________________。
（3）由实验数据可知水温下降的特点是：温度越高时，水温下降得越_____(选填“快”或“慢”)。根据这一特点，40min时，甲瓶水温范围在_______℃到______℃之间。
（4）日常生活中，下面的例子与小明观察的实验现象不相符的是【 】
A.房屋窗户双层玻璃保温效果更好
B.冬季穿蓬松的羽绒服更保暖
C.金属外壳上电镀一层厚厚的防锈漆
D.双层中空岩棉板材建造工地板房
6.小明家准备将燃油汽车换成某款新型电动汽车以节约家庭能源消耗。该款电动汽车的性能参数如表所示,请回答下列问题.
工作电压 400 V
电动机功率 40 kW
百公里耗电量 15 kW·h
（1）燃油汽车消耗的汽油是______（选填“一次”或“二次”）能源，电动汽车消耗的电能是______（选填“一次”或“二次”）能源。
（2）电动机是电动汽车的核心部件,电动机正常工作时,消耗的电能转化为 能,电动机的工作原理是 。
（3）该款电动汽车的电动机正常工作时,通过线圈的电流是多大
（4）同类型号的燃油汽车在同等条件下百公里消耗汽油为10L,请通过计算比较两种汽车的百公里能耗,并说明能耗不同的主要原因。汽油的密度ρ=0.7×103 kg/m3,热值q=4.6×107 J/kg.
【能力提升练习】
7.小明为了为家庭节约能源设计方案，对燃气热水器和电热水器进行了调查比较。表一是某款燃气热水器正常工作时的部分参数。表二是某款即热式电热水器的铭牌。
即热式电热水器
额定功率 7000W
额定电压 220V
额定频率 50Hz
表一 表二
燃气热水器
设定温度 50℃
气量 1.0m3/h
水量 5.0L/min
（1）已知水的初温为20℃，c水＝4.2×103J/（kg ℃）.燃气热水器正常工作10min流出的热水所吸收的热量；
（2）若要得到（1）中热水所吸收的热量，即热式电热水器需正常工作16min40s，则该即热式电热水器的加热效率为多少；
（3）请写出使用电能的两个优点。
8.小华家的自建住宅楼顶面积较大,打算为自家住宅加装一套如图所示的光伏发电系统,这种系统主要由太阳能电池板、逆变器、支架结构、监控系统和电缆及连接器等组成。
（1）太阳能电池板工作的光电转换效率为20%,光照强度为1000W/m2.若小华家屋顶的面积为70㎡,一天内阳光有效照射时长5h,则一天可获得电能________kW·h.
（2）小华家有2台功率为1250W的空调,结合(1)中数据,光伏发电系统一天获得的电能可供小华家的空调同时工作________h.
（3）请你列举出一条家用光伏发电系统的优点:____________。
9.学校开展“为节约能源设计方案”活动，小明想探究影响电热水壶电热转化效率的因素。他提出两点猜想，猜想1：与电热水壶的功率有关；猜想2：与被加热的水的质量有关。于是在家中进行实验探究。
（1）测量电热水壶消耗电能的方法有两种：①用电能表直接测量；②用秒表测出烧水时间，用电热水壶的额定功率乘以烧水时间求得。正确的测量方法是 。
（2）为了探究猜想1，应该保持 一定，选用额定功率不同的电热水壶，进行实验。为了探究猜想2，小明设计了2个方案：
A方案：用一个电热水壶先后三次加热不同质量的水，直至烧开。
B方案：用三个相同的电热水壶同时加热不同质量的水，直至烧开。
小明认为A方案可行，但实验时要注意 。
你认为B方案是否可行？并说明理由 。
（3）按照正确的方案进行实验，数据如下表：
实验 次数 电热水壶的功率/W 水的质量/kg 水的初温/℃ 水的末温/℃ 消耗的电能 /×105J 水吸收的热量/×105J 电热转化效率η/%
1 800 1 25 99 3.731 3.108 83.3
2 800 0.6 25.5 99.5 2.285 1.865 81.6
3 800 0.3 25 99 1.171 0.932 79.6
4 1000 1 24 99 3.604 3.150 87.4
5 1200 1 24.5 99 3.354 3.129 93.3
第1、2、3组数据表明：电热水壶的功率相同，水的质量越大，电热转化效率越 。第1、4、5组数据表明： 。
（4）结合以上结论，请你对电热水壶的使用提出一点建议： 。
10.小聪家准备将家用燃油汽车更换为新能源电动车以节约能源消耗。下表是我国自主研发的某新能源电动车的部分参数：
充电电压U 380V
充电电流I 100A
支付方式 刷卡支付、APP扫二维码（小程序）
安装方式 壁挂式、立柱式
电车将电能转换为机械能的效率η 60%～75%
在该新能源电动车正常充电10min后，求：
（1）电动车获得的电能；
（2）若获得的电能由完全燃烧热值为q＝4.0×107J/kg的燃油来提供，需要该燃油的质量；
（3）若该电动车在水平公路上匀速行驶受到的阻力为500N，电动车将电能转换为机械能的效率为60%，该车能行驶的路程。
11.设计为房屋加装保温层的方案，需要选择节能保温材料。小明选择钟表、烧杯、冷水、热水、温度计，还有用塑料、纸、泡沫制成相同的带盖子的杯子，探究不同材料的隔热保温性能。
步骤1：在塑料杯盖上扎个小洞，向杯中倒入半杯冷水。
步骤2：将杯盖盖好，在盖子的小洞中插一支温度计，将塑料杯放入烧杯中，再在烧杯中加入热水至塑料杯盖下方约1cm（如图所示）观察并记录水温上升5℃所用的时间。
步骤3：选择另外两个杯子重复上述步骤进行实验。
（1）实验装置中，杯子壁可以代表建筑物的墙壁，________________可代表外界大气，实验通过 反映材料隔热保温性能的优劣。
（2）请你设计一个记录实验数据的表格。
（3）分析实验方案，请你提出改进建议 。
12. 小明家目前使用的是传统燃油汽车,希望更换一辆纯电动汽车,于是小明对纯电动汽车开展研究,了解到纯电动汽车主要由动力系统、电池系统、控制系统、车身结构等部分组成。
（1）动力电池是纯电动汽车的心脏。某品牌纯电动汽车采用的是18650锂离子电池,单节标称电压为3.7V,常见容量为2600mA·h；该品牌纯电动汽车需要370V的输出电压,理论上需要______节18650锂离子电池串联。研究发现该品牌纯电动汽车实际使用了7000节18650锂离子电池通过模组串并联组成的动力电池板,这主要是为了增大_____(选填“电阻”、“电压”或“电能”)。
（2）纯电动汽车可以使用充电桩来充电,充电过程是把电能转化成________能。用两种不同的充电桩对同一辆纯电动汽车充满电的相关数据如表所示(不计充电过程中的能量损失)。用快充充电桩充满电,需要________h.
（3）该款纯电动汽车在平直公路上匀速行驶时,每百公里耗电30kW·h,若电能转化为机械能的效率为 85%,则汽车匀速行驶时受到阻力为________N.小明家原来的燃油汽车,它的能量转化效率为30%,以相同速度在同一路面上匀速行驶(假设汽车质量与外形相同),每行驶百公里需要消耗的燃油为______kg.(汽油的热值为q=4.6×107J/kg,结果保留1位小数)
（4）根据（3）中的数据,若电价为0.6元/千瓦时,汽油价格为7.0元/升,小明家汽车一年行驶里程约为10000千米,则更换电动汽车后,一年可以比燃油汽车节省约______元。(汽油的密度ρ=0.71×103kg/m3,结果精确到百位)
（5）请列举纯电动汽车相比于传统燃油车的2条优点:_____________________。
（6）小明了解到目前纯电动汽车存在“充电难”的问题。为解决此问题,除提升充电速度外,还可以进行一些设想,如________________________(列举一条)。
