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8.(2024·河北中考)风电的开发可以有效助力我国实现碳达峰、碳中和的目标。张北—雄安特高压交流输变电工程的投运，实现了“张家口的风点亮雄安的灯”。从能源的视角来看，“张家口的风”属于
可再生
（选填“可再生”或“不可再生”）能源，它实际上来源于太阳
能。我国自主研发的单个陆上风电机组的功率可达$10^7$ W，这样一个风电机组在此功率下稳定工作10
min产生的电能，相当于200 kg焦炭完全燃烧放出的热量。已知焦炭的热值为$3.0×10^7$ J/kg。答案
8.可再生 太阳 10
【解析】风能可以在短期内从自然界得到补充,属于可再生能源,它实际上来源于太阳能。
200 kg 焦炭完全燃烧放出的热量$Q_{放}=mq=200\ \mathrm{kg}×3.0×10^7\ \mathrm{J/kg}=6×10^9\ \mathrm{J}$;单个陆上风电机组的功率可达$10^7\ \mathrm{W}$,以此功率稳定工作产生$6×10^9\ \mathrm{J}$电能需要的时间$t=\dfrac{W}{P}=\dfrac{Q_{放}}{P}=\dfrac{6×10^9\ \mathrm{J}}{10^7\ \mathrm{W}}=600\ \mathrm{s}=10\ \mathrm{min}$。
【解析】风能可以在短期内从自然界得到补充,属于可再生能源,它实际上来源于太阳能。
200 kg 焦炭完全燃烧放出的热量$Q_{放}=mq=200\ \mathrm{kg}×3.0×10^7\ \mathrm{J/kg}=6×10^9\ \mathrm{J}$;单个陆上风电机组的功率可达$10^7\ \mathrm{W}$,以此功率稳定工作产生$6×10^9\ \mathrm{J}$电能需要的时间$t=\dfrac{W}{P}=\dfrac{Q_{放}}{P}=\dfrac{6×10^9\ \mathrm{J}}{10^7\ \mathrm{W}}=600\ \mathrm{s}=10\ \mathrm{min}$。
解析
【分析】
首先，根据可再生能源和不可再生能源的定义，判断风能属于可再生能源；风能是空气流动产生的能量，其根本来源是太阳能；其次，先计算200kg焦炭完全燃烧放出的热量，再利用电能等于该热量，结合功率公式变形计算工作时间，最后将时间单位从秒换算为分钟。
【解析】
1. 能源类型判断：风能可在自然界中源源不断得到补充，属于可再生能源；风能的本质是空气流动的能量，来源于太阳能。
2. 计算焦炭完全燃烧放出的热量：根据热值公式$Q_{放}=mq$，代入数据得$Q_{放}=200\ \mathrm{kg}×3.0×10^7\ \mathrm{J/kg}=6×10^9\ \mathrm{J}$。
3. 计算风电机组工作时间：风电机组产生的电能$W=Q_{放}=6×10^9\ \mathrm{J}$，根据功率公式$P=\frac{W}{t}$，变形得$t=\frac{W}{P}$，代入数据得$t=\frac{6×10^9\ \mathrm{J}}{10^7\ \mathrm{W}}=600\ \mathrm{s}$，换算为分钟：$600\ \mathrm{s}=10\ \mathrm{min}$。
【答案】
可再生；太阳；10
【知识点】
可再生能源、太阳能、热值与功率计算
【点评】
本题结合风电开发的实际场景，考查能源分类、能源来源及热量与电能的计算，注重物理知识与生活应用的结合，难度适中，属于基础题型。
【难度系数】
0.7
首先，根据可再生能源和不可再生能源的定义，判断风能属于可再生能源；风能是空气流动产生的能量，其根本来源是太阳能；其次，先计算200kg焦炭完全燃烧放出的热量，再利用电能等于该热量，结合功率公式变形计算工作时间，最后将时间单位从秒换算为分钟。
【解析】
1. 能源类型判断：风能可在自然界中源源不断得到补充，属于可再生能源；风能的本质是空气流动的能量，来源于太阳能。
2. 计算焦炭完全燃烧放出的热量：根据热值公式$Q_{放}=mq$，代入数据得$Q_{放}=200\ \mathrm{kg}×3.0×10^7\ \mathrm{J/kg}=6×10^9\ \mathrm{J}$。
3. 计算风电机组工作时间：风电机组产生的电能$W=Q_{放}=6×10^9\ \mathrm{J}$，根据功率公式$P=\frac{W}{t}$，变形得$t=\frac{W}{P}$，代入数据得$t=\frac{6×10^9\ \mathrm{J}}{10^7\ \mathrm{W}}=600\ \mathrm{s}$，换算为分钟：$600\ \mathrm{s}=10\ \mathrm{min}$。
【答案】
可再生；太阳；10
【知识点】
可再生能源、太阳能、热值与功率计算
【点评】
本题结合风电开发的实际场景，考查能源分类、能源来源及热量与电能的计算，注重物理知识与生活应用的结合，难度适中，属于基础题型。
【难度系数】
0.7
9.(2024·江苏无锡中考)我国海阳核电站在利用核能发电的同时给居民供暖,其工作流程如图所示。核燃料反应堆内有低浓度的铀235原子核,发生核反应后产生大量的热,一回路和二回路是两个互不相通的水循环回路。一回路的水流过核燃料反应堆的堆芯,带走核反应堆产生的热量,在蒸汽发生器中将热量传递给二回路的水,然后流回堆芯。二回路的水在蒸汽发生器中受热,产生大量高温水蒸气,水蒸气做功推动汽轮机发电,做功后的水蒸气冷凝后返回蒸汽发生器。核能供暖是将发电之后的余热取出来通过管道送给居民的过程。单个机组,如果仅供电,那么它每秒提供的电能为$1.25×10^9$ J;如果在供电的同时进行供热,那么它每秒提供的电能为$1.21×10^9$ J,热量为$2×10^8$ J,单个机组核燃料反应堆产生的能量的使用效率提高了3.2个百分点,即两者效率之差为3.2%。已知焦炭的热值为$3.0×10^7$ J/kg。
(1)核燃料反应堆中的铀235原子核是
(2)在下面横线上将核能发电的能量转化过程补充完整。核能→内能→
(3)若给居民供热$5.4×10^{15}$ J,则相当于完全燃烧
(4)单个机组核燃料反应堆每秒产生的能量为
(1)核燃料反应堆中的铀235原子核是
不可再生
(选填“可再生”或“不可再生”)能源。二回路中的水在蒸汽发生器中发生汽化
(填物态变化名称),吸收热量。(2)在下面横线上将核能发电的能量转化过程补充完整。核能→内能→
机械能
→电能。(3)若给居民供热$5.4×10^{15}$ J,则相当于完全燃烧
$1.8×10^8$
kg焦炭产生的热量。(4)单个机组核燃料反应堆每秒产生的能量为
$5×10^9$
J。答案
9.(1)不可再生 汽化 (2)机械能
(3)$1.8×10^8$ (4)$5×10^9$
【解析】(1)核电站利用核裂变的可控链式反应来发电,核燃料在自然界中是有限的,核能属于不可再生能源。蒸汽发生器中的水被加热后变成了水蒸气,所以是汽化过程。(2)核能发电的能量转化过程:核能→内能→机械能→电能。
(3)根据$Q_{放}=q_{焦炭}m$ 可得,燃烧焦炭的质量$m=\dfrac{Q_{放}}{q_{焦炭}}=\dfrac{5.4×10^{15}\ \mathrm{J}}{3.0×10^7\ \mathrm{J/kg}}=1.8×10^8\ \mathrm{kg}$。
(4)设单个机组核燃料反应堆每秒产生的能量为$E$,则单个机组仅供电时,其能量使用效率$\eta_1=\dfrac{W_电}{E}$;单个机组在供电的同时进行供热,其能量使用效率$\eta_2=\dfrac{W_电'+Q}{E}$,因为单个机组核燃料反应堆产生的能量的使用效率提高了3.2个百分点,所以$\eta_2-\eta_1=3.2\%$,即$\dfrac{W_电'+Q}{E}-\dfrac{W_电}{E}=3.2\%$,则$E=\dfrac{W_电'+Q-W_电}{3.2\%}=\dfrac{1.21×10^9\ \mathrm{J}+2×10^8\ \mathrm{J}-1.25×10^9\ \mathrm{J}}{3.2\%}=5×10^9\ \mathrm{J}$。
(3)$1.8×10^8$ (4)$5×10^9$
【解析】(1)核电站利用核裂变的可控链式反应来发电,核燃料在自然界中是有限的,核能属于不可再生能源。蒸汽发生器中的水被加热后变成了水蒸气,所以是汽化过程。(2)核能发电的能量转化过程:核能→内能→机械能→电能。
(3)根据$Q_{放}=q_{焦炭}m$ 可得,燃烧焦炭的质量$m=\dfrac{Q_{放}}{q_{焦炭}}=\dfrac{5.4×10^{15}\ \mathrm{J}}{3.0×10^7\ \mathrm{J/kg}}=1.8×10^8\ \mathrm{kg}$。
(4)设单个机组核燃料反应堆每秒产生的能量为$E$,则单个机组仅供电时,其能量使用效率$\eta_1=\dfrac{W_电}{E}$;单个机组在供电的同时进行供热,其能量使用效率$\eta_2=\dfrac{W_电'+Q}{E}$,因为单个机组核燃料反应堆产生的能量的使用效率提高了3.2个百分点,所以$\eta_2-\eta_1=3.2\%$,即$\dfrac{W_电'+Q}{E}-\dfrac{W_电}{E}=3.2\%$,则$E=\dfrac{W_电'+Q-W_电}{3.2\%}=\dfrac{1.21×10^9\ \mathrm{J}+2×10^8\ \mathrm{J}-1.25×10^9\ \mathrm{J}}{3.2\%}=5×10^9\ \mathrm{J}$。
解析
【分析】
本题围绕核电站的工作流程设置问题，需结合能源分类、物态变化、能量转化、热值公式及效率公式的知识逐一分析：
(1) 能源类型判断：铀235是核燃料，短期内无法从自然界得到补充，属于不可再生能源；二回路的水在蒸汽发生器中由液态变为气态水蒸气，属于汽化现象。
(2) 能量转化：核能发电时，核反应释放的内能先转化为水蒸气的内能，水蒸气推动汽轮机转动，将内能转化为汽轮机的机械能，再带动发电机转化为电能。
(3) 热值计算：已知供热的热量和焦炭的热值，根据热值公式$Q_{放}=mq$，变形可得质量$m=\frac{Q_{放}}{q}$，代入数值计算即可。
(4) 总能量计算：设反应堆每秒产生的总能量为$E$，仅供电时效率$\eta_1=\frac{W_电}{E}$；供电同时供热时效率$\eta_2=\frac{W_电'+Q}{E}$，两者效率差为3.2%，据此列等式求解$E$。
【解析】
(1) 铀235核燃料在自然界中储量有限，短期内无法再生，属于不可再生能源；二回路的水受热由液态变为气态水蒸气，发生的物态变化是汽化。
(2) 核能发电过程中，核能先转化为内能，再通过水蒸气推动汽轮机，将内能转化为汽轮机的机械能，最后经发电机转化为电能，故补充的是机械能。
(3) 根据热值公式$Q_{放}=mq$，可得完全燃烧焦炭的质量：
$m=\frac{Q_{放}}{q}=\frac{5.4×10^{15}\ \mathrm{J}}{3.0×10^7\ \mathrm{J/kg}}=1.8×10^8\ \mathrm{kg}$。
(4) 设单个机组核燃料反应堆每秒产生的能量为$E$，由题意知效率差为3.2%，即：
$\eta_2 - \eta_1=\frac{W_电'+Q}{E}-\frac{W_电}{E}=\frac{W_电'+Q-W_电}{E}=3.2\%$
代入数值：$W_电'=1.21×10^9\ \mathrm{J}$，$Q=2×10^8\ \mathrm{J}$，$W_电=1.25×10^9\ \mathrm{J}$，
则$E=\frac{1.21×10^9\ \mathrm{J}+2×10^8\ \mathrm{J}-1.25×10^9\ \mathrm{J}}{3.2\%}=\frac{1.6×10^8\ \mathrm{J}}{0.032}=5×10^9\ \mathrm{J}$。
【答案】
(1) 不可再生；汽化 (2) 机械能 (3) $1.8×10^8$ (4) $5×10^9$
【知识点】
不可再生能源、汽化、能量转化、热值计算、效率计算
【点评】
本题结合核电站实际工作场景，融合能源分类、物态变化、能量转化、热值及效率计算等知识点，既联系生活实际，又考查物理公式和概念的应用，需理解核电站工作原理，掌握相关物理规律的应用方法。
【难度系数】
0.6
本题围绕核电站的工作流程设置问题，需结合能源分类、物态变化、能量转化、热值公式及效率公式的知识逐一分析：
(1) 能源类型判断：铀235是核燃料，短期内无法从自然界得到补充，属于不可再生能源；二回路的水在蒸汽发生器中由液态变为气态水蒸气，属于汽化现象。
(2) 能量转化：核能发电时，核反应释放的内能先转化为水蒸气的内能，水蒸气推动汽轮机转动，将内能转化为汽轮机的机械能，再带动发电机转化为电能。
(3) 热值计算：已知供热的热量和焦炭的热值，根据热值公式$Q_{放}=mq$，变形可得质量$m=\frac{Q_{放}}{q}$，代入数值计算即可。
(4) 总能量计算：设反应堆每秒产生的总能量为$E$，仅供电时效率$\eta_1=\frac{W_电}{E}$；供电同时供热时效率$\eta_2=\frac{W_电'+Q}{E}$，两者效率差为3.2%，据此列等式求解$E$。
【解析】
(1) 铀235核燃料在自然界中储量有限，短期内无法再生，属于不可再生能源；二回路的水受热由液态变为气态水蒸气，发生的物态变化是汽化。
(2) 核能发电过程中，核能先转化为内能，再通过水蒸气推动汽轮机，将内能转化为汽轮机的机械能，最后经发电机转化为电能，故补充的是机械能。
(3) 根据热值公式$Q_{放}=mq$，可得完全燃烧焦炭的质量：
$m=\frac{Q_{放}}{q}=\frac{5.4×10^{15}\ \mathrm{J}}{3.0×10^7\ \mathrm{J/kg}}=1.8×10^8\ \mathrm{kg}$。
(4) 设单个机组核燃料反应堆每秒产生的能量为$E$，由题意知效率差为3.2%，即：
$\eta_2 - \eta_1=\frac{W_电'+Q}{E}-\frac{W_电}{E}=\frac{W_电'+Q-W_电}{E}=3.2\%$
代入数值：$W_电'=1.21×10^9\ \mathrm{J}$，$Q=2×10^8\ \mathrm{J}$，$W_电=1.25×10^9\ \mathrm{J}$，
则$E=\frac{1.21×10^9\ \mathrm{J}+2×10^8\ \mathrm{J}-1.25×10^9\ \mathrm{J}}{3.2\%}=\frac{1.6×10^8\ \mathrm{J}}{0.032}=5×10^9\ \mathrm{J}$。
【答案】
(1) 不可再生；汽化 (2) 机械能 (3) $1.8×10^8$ (4) $5×10^9$
【知识点】
不可再生能源、汽化、能量转化、热值计算、效率计算
【点评】
本题结合核电站实际工作场景，融合能源分类、物态变化、能量转化、热值及效率计算等知识点，既联系生活实际，又考查物理公式和概念的应用，需理解核电站工作原理，掌握相关物理规律的应用方法。
【难度系数】
0.6
