初中物理九年级全一册《有利于节约能源的措施》及答案

初中物理九年级全一册《有利于节约能源的措施》及答案一、单项选择题（共12小题，每小题2分，共24分。每小题只有一个选项符合题意）1.家庭照明节能是全民节能的重要组成部分，下列照明方式中最有利于节约能源的是（）A.用60W白炽灯替代12WLED灯（亮度相当）B.无人的教室长时间保持照明灯开启C.用12WLED灯替代60W白炽灯（亮度相当）D.将家中所有灯具更换为功率更大的款式2.能量守恒定律告诉我们，能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，只会从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到另一个物体。下列关于节约能源的说法，正确的是（）A.既然能量守恒，就不需要节约能源B.能量的转化和转移具有方向性，可利用的能量会减少，因此需要节约能源C.地球上的能源是取之不尽用之不竭的，不需要节约D.节约能源只是为了降低经济成本，和能源储量无关3.工业生产是能源消耗的主要领域之一，下列工业生产措施中，不利于节约能源的是（）A.对燃煤锅炉进行改造，将排烟温度从200℃降低到120℃，回收余热用于预热进水B.更换低效电动机，将电机效率从75%提升到92%C.为了提高生产速度，将工业炉窑长时间处于高温待机状态D.采用变频调速技术，根据生产需求调节水泵、风机的转速4.建筑能耗约占我国社会总能耗的30%，建筑节能意义重大。下列建筑节能措施中，通过减少热辐射传递热量的是（）A.外墙粘贴聚苯乙烯保温板B.窗户采用中空玻璃C.玻璃表面镀Low-E低辐射膜D.楼道采用感应式自动照明灯5.交通出行的能源消耗占比逐年提升，下列出行方式中最不利于节约能源的是（）A.短途出行选择共享单车B.长途出行优先选择高速铁路C.上下班驾驶大排量燃油私家车D.城市公交选用纯电动车辆6.特高压输电是我国领先世界的技术，1000kV特高压交流输电的线损仅为500kV超高压输电的1/3左右。特高压输电节能的物理原理是（）A.提高输电电压可以减小输电电流，从而减少输电线上的焦耳热损耗B.提高输电电压可以增大输电电流，从而提高输电功率C.特高压输电使用的导线电阻更小，所以损耗少D.特高压输电的输送距离更短，所以损耗少7.农业生产中的节能也不容忽视，下列农业措施中与节约能源无关的是（）A.将大水漫灌改为滴灌、喷灌，减少水资源浪费B.推广太阳能温室大棚，减少燃煤采暖的消耗C.选用高效节能的农业水泵，提高抽水效率D.增加农药使用量，提高农作物产量8.电冰箱是家庭中常见的用电器，下列操作中不利于节约电能的是（）A.将冰箱冷冻室温度设置为-30℃（常规设定为-18℃）B.定期清理冰箱蒸发器上的结霜，霜层厚度不超过5mmC.尽量减少冰箱开门次数，缩短开门时间D.冰箱放置在阴凉通风处，避免阳光直射9.某火力发电厂的供电煤耗为320g标准煤/千瓦时，即每输出1千瓦时的电能，需要消耗320g标准煤。该发电厂的能量转化效率约为（标准煤的热值为3.0×10⁷J/kg）（）A.12.5%B.37.5%C.60%D.90%10.下列关于节约能源措施的描述，从能量转化的角度看，核心本质是（）A.减少能量的总量，从而降低消耗B.提高能量转化、转移过程中的效率，减少无用能量的损耗C.多使用可再生能源，不再使用不可再生能源D.全部用电力替代化石能源11.城市集中供热比分散小锅炉供热更节能，主要原因是（）A.集中供热的锅炉容量大，热效率更高，且可回收余热B.集中供热的煤炭价格更低C.集中供热的管道更粗，热量损失少D.集中供热的温度更高，供暖效果更好12.下列措施中，既有利于节约能源，又有利于环境保护的是（）A.大力发展燃煤发电，保障电力供应B.推广使用一次性木筷，提高生活便利性C.加快建设抽水蓄能电站，提高电力系统调峰能力D.鼓励使用塑料购物袋，促进经济发展二、填空题（共10小题，每空1分，共22分）1.能量的转化和转移具有______性，例如热量只能自发地从高温物体转移到低温物体，不能反向转移，因此我们需要______，提高能源的利用效率。2.某品牌LED灯的额定功率为12W，发光效率为85%，则该LED灯正常工作时，每秒转化的光能为______J，其余能量转化为______能。3.工业锅炉的余热回收装置可以将排烟中的热量回收，用于加热生产用水，这是通过______的方式改变水的内能；某锅炉余热回收功率为50kW，每天工作8小时，每天回收的热量相当于______kg标准煤完全燃烧放出的热量（标准煤热值取3.0×10⁷J/kg，结果保留整数）。4.建筑外墙的保温层通常采用导热系数______（选填“大”或“小”）的材料，通过减少热______（选填“传导”“对流”或“辐射”）的方式降低室内外的热量传递；某住宅采用保温措施后，冬季采暖能耗降低了25%，若原来每年采暖消耗1200m³天然气（热值为3.6×10⁷J/m³），则每年可节约的能量为______J。5.某燃油汽车的热机效率为30%，纯电动汽车的驱动电机效率为90%，若两种车行驶相同路程做的有用功相同，则纯电动汽车消耗的能量是燃油汽车的______（选填“1/3”“3倍”“1/9”），这体现了电动汽车的节能优势。6.家庭中的用电器在待机状态下也会消耗电能，若某家庭共有5台用电器，平均每台待机功率为1W，若这些用电器每天待机20小时，则该家庭每月（30天）因待机浪费的电能为______kWh，相当于______g标准煤完全燃烧放出的能量（供电煤耗按320g/kWh计算）。7.农业生产中，将大水漫灌改为滴灌，可以减少水分的______（填物态变化名称），从而节约水资源；由于抽取地下水需要消耗电能，因此节水也间接节约了能源，若滴灌比漫灌节水60%，某农田漫灌时每次抽水需要消耗20kWh电能，则改用滴灌后每次可节约电能______kWh，节约的这些电能可供额定功率为100W的白炽灯正常工作______h。8.风力发电是将______能转化为电能，属于可再生能源利用；若某风力发电机的额定功率为2MW，全年有效发电时长为2000小时，则全年发电量为______kWh，相当于节约______吨标准煤（供电煤耗按320g/kWh计算）。9.楼道里的声光控灯，只有在光线暗且有声音时才会亮起，这种设计通过减少无用照明时间节约电能。声光控开关中的光控元件是______（填电学元件名称），声控元件是将______信号转化为电信号的传感器。10.我国“双碳”目标指的是2030年前实现______，2060年前实现______，推广节能措施是实现“双碳”目标的重要路径。三、实验探究题（共2小题，第13题9分，第14题9分，共18分）13.某物理兴趣小组为了探究亮度相当的不同照明灯具的节能效果，选取了商家标注“亮度相当”的三种灯具：25W白炽灯、8W紧凑型荧光灯（节能灯）、3WLED灯，在学校实验室进行了如下实验：实验器材：额定电压均为220V的三种灯具各1个、电子式电能表（常数为3200imp/kWh，即每消耗1kW·h的电能，指示灯闪烁3200次）、光强传感器、数字计时器、暗箱。实验步骤：①将白炽灯固定在暗箱内，光强传感器置于灯具正下方30cm处，将灯具接入220V电路，检查电路连接正确；②闭合开关，待光强传感器示数稳定后，记录此时的光强值E₁，同时启动计时器，记录灯具正常工作100min内电能表指示灯的闪烁次数n；③断开开关，待暗箱内温度恢复至初始值后，依次更换节能灯、LED灯，保持灯具与光强传感器的位置不变，重复步骤①②，记录实验数据如下表：灯具类型额定功率/W工作时间/min闪烁次数/次光强值/lx白炽灯25100133198节能灯810043202LED灯310016199（1）实验中，通过光强传感器的示数反映灯具的发光亮度，这种研究物理问题的方法叫做______法；实验中记录电能表闪烁次数的目的是______。（2分）（2）结合实验数据分析，三种灯具中，“亮度相当”的说法______（选填“符合”或“不符合”）实际，判断依据是______。（2分）（3）计算白炽灯正常工作100min消耗的电能为______J；若以光强值代表单位时间内输出的光能多少，则LED灯的发光效率约为白炽灯的______倍（结果保留1位小数）。（3分）（4）若某家庭书房原来使用1盏25W白炽灯，每天使用3小时，现将其更换为亮度相当的3WLED灯，则每年（按365天计算）可节约电能______kW·h。（2分）14.某小组探究“影响电热水壶能耗的因素”，猜想能耗可能与水的初温、设定的末温、热水壶的保温性能有关。他们用两个容积均为1.5L的电热水壶（甲为普通款，乙为保温款）进行实验，实验数据如下：实验序号水的初温/℃设定末温/℃水壶类型消耗电能/kW·h120100甲0.175230100甲0.15532080甲0.125420100乙0.142（1）比较实验序号1和2，可以得出结论：在______和水壶类型相同时，水的初温越高，消耗的电能越______（选填“多”或“少”），因此用温水烧水比用冷水更节能。（2分）（2）比较实验序号______，可以探究设定末温对能耗的影响。（1分）（3）计算实验1中水吸收的热量为______J，普通电热水壶的加热效率为______（结果保留1位小数）。（3分）（4）对比实验1和4，保温款电热水壶更节能的原因是壶身有保温层，减少了加热过程中热量的散失，保温层的材料应具有导热性______（选填“好”或“差”）的特点。（1分）（5）请你再写出一条家庭使用电热水壶时的节能措施：______。（2分）四、计算题（共2小题，第15题10分，第16题10分，共20分）15.某家庭冬季采用燃气壁挂炉采暖，每天需要将80kg的采暖水从40℃加热到60℃，燃气壁挂炉的加热效率为80%。为了节约能源，该家庭安装了太阳能采暖系统，太阳能集热器的有效采光面积为4m²，当地冬季平均每天每平方米集热器接收的太阳辐射能为2.5×10⁶J，太阳能采暖系统的效率为60%。已知天然气的热值q=4.0×10⁷J/m³，水的比热容c=4.2×10³J/(kg·℃)。求：（1）采暖水每天需要吸收的热量；（3分）（2）使用燃气壁挂炉时，每天需要消耗的天然气体积；（3分）（3）若改用太阳能采暖系统，不足部分由燃气壁挂炉补充，每天需要补充燃烧多少立方米天然气？（4分）16.某货运公司采用重型柴油货车运输货物，货车总质量为20t，在高速公路上以90km/h的速度匀速行驶时，受到的阻力是车总重的0.03倍，柴油发动机的效率为35%。为了降低能耗，公司更换了纯电动重型货车，驱动电机的效率为90%，行驶速度和阻力与柴油货车相同。已知柴油的热值q=4.3×10⁷J/kg，g取10N/kg。求：（1）柴油货车匀速行驶时的牵引力功率；（3分）（2）柴油货车行驶300km消耗的柴油质量；（3分）（3）纯电动货车行驶300km需要消耗多少千瓦时的电能？与柴油货车相比，能量利用率提高了多少个百分点？（4分）五、综合应用题（共1小题，共16分）17.某中学创建“绿色节能校园”，物理社团的同学对学校的能源消耗情况进行了调研，数据如下：①照明系统：共有40W荧光灯200盏，每天平均使用8小时，每月按22天计算；②采暖系统：冬季采用燃煤锅炉采暖，每年采暖4个月，每月消耗标准煤50t，锅炉热效率为65%；③供水系统：每天需要将20m³的水从20℃加热到50℃供学生使用，采用电热水器加热，效率为90%，每月按22天计算；已知标准煤的热值为3.0×10⁷J/kg，水的比热容为4.2×10³J/(kg·℃)，电价为0.55元/kW·h，标煤价格为800元/吨，当地平均每天每平方米太阳能集热器接收的太阳辐射能为1.8×10⁷J。（1）计算学校原来每月照明消耗的电能；（2分）（2）若将所有荧光灯更换为10W的LED灯（亮度相当），计算每年（按10个月在校计算）照明可节约多少电费；（3分）（3）若对燃煤锅炉进行改造，将热效率提升到80%，计算每年采暖可节约多少吨标准煤；（3分）（4）学校计划安装太阳能热水系统，替代电热水器供应生活热水，若太阳能热水系统的效率为50%，计算需要安装多少平方米的太阳能集热器才能满足每天的热水需求？（4分）（5）除了上述措施外，请你从物理角度再为学校提出2条具体的节能措施，并说明对应的物理原理。（4分）参考答案及解析一、单项选择题（共24分）1.答案：C解析：A选项，白炽灯发光效率仅为2%-5%，LED灯发光效率可达80%以上，亮度相同时LED灯功率远小于白炽灯，用白炽灯替代LED灯会增加能耗，不利于节能；B选项，无人教室开灯会浪费电能，不利于节能；C选项，用低功率LED灯替代高功率白炽灯且亮度相当，可大幅减少电能消耗，有利于节能；D选项，灯具功率越大，相同时间内消耗电能越多，不利于节能。2.答案：B解析：A选项错误，能量守恒但能量转化具有方向性，可被人类利用的能量会逐渐减少；B选项正确，能量的转化和转移具有方向性，例如内能只能自发从高温物体转移到低温物体，耗散的内能无法自动聚集再次利用，因此需要节约能源；C选项错误，地球上的不可再生能源（如煤炭、石油、天然气）储量有限，并非取之不尽；D选项错误，节约能源不仅是为了降低成本，更是为了缓解能源短缺、保护生态环境。3.答案：C解析：A选项，回收排烟余热可以减少燃料消耗，提高锅炉热效率，有利于节能；B选项，高效电动机相同输出功率下消耗的电能更少，有利于节能；C选项，工业炉窑高温待机时会持续散失热量，消耗大量燃料，不利于节能；D选项，变频调速技术可根据需求调节风机、水泵转速，避免额定转速下的无用能耗，有利于节能。4.答案：C解析：热传递的三种方式为传导、对流、辐射。A选项，保温板导热系数小，通过减少热传导降低热量传递；B选项，中空玻璃中间的空气层导热性差，主要减少热传导和热对流；C选项，Low-E低辐射膜可以反射红外线，减少通过热辐射传递的热量，符合题意；D选项，感应照明灯通过减少照明时间节约电能，与热传递无关。5.答案：C解析：A选项，共享单车零能耗，属于绿色出行，有利于节能；B选项，高速铁路人均百公里能耗约为燃油小汽车的1/5，有利于节能；C选项，大排量燃油私家车热机效率低，人均能耗高，最不利于节约能源；D选项，纯电动公交车能量转化效率约为燃油公交车的2-3倍，有利于节能。6.答案：A解析：根据焦耳定律Q=I²Rt，输电线上的能量损耗与电流的平方成正比，与导线电阻成正比。当输送功率P=UI一定时，提高输电电压U可以减小输电电流I，从而大幅减少输电线上的焦耳热损耗，这是特高压输电节能的核心原理。B选项错误，提高电压是为了减小电流，而非增大电流；C选项错误，特高压输电节能的主要原因是电压升高，而非导线电阻更小；D选项错误，特高压输电通常输送距离更远。7.答案：D解析：A选项，大水漫灌会导致大量水分蒸发，且需要抽取更多水资源，抽水消耗电能，滴灌、喷灌可节水60%以上，间接节约电能，属于节能措施；B选项，太阳能温室大棚利用太阳能采暖，减少燃煤消耗，属于节能措施；C选项，高效节能水泵的能量转化效率更高，相同抽水量下消耗电能更少，属于节能措施；D选项，增加农药使用量会造成环境污染，且与节约能源无关，符合题意。8.答案：A解析：A选项，冰箱冷冻室常规设定温度为-18℃，若设置为-30℃，压缩机需要工作更长时间才能达到更低温度，会大幅增加电能消耗，不利于节能；B选项，霜是多孔结构，导热性差，结霜太厚会影响蒸发器的冷量传递，导致压缩机工作时间变长，定期除霜可节约电能；C选项，减少开门次数和时间可避免热空气进入冰箱，减少压缩机负荷，有利于节能；D选项，冰箱放在阴凉通风处可避免环境温度过高导致散热困难，有利于节能。9.答案：B解析：1千瓦时（1kW·h）的电能为有用能量，即W有用=1kW·h=3.6×10⁶J；320g标准煤完全燃烧放出的总能量Q总=mq=0.32kg×3.0×10⁷J/kg=9.6×10⁶J；根据效率公式η=W有用/Q总×100%=（3.6×10⁶J/9.6×10⁶J）×100%=37.5%，故选B。10.答案：B解析：A选项错误，能量守恒定律表明能量总量不会减少，节能不是减少能量总量；B选项正确，节能的核心本质是提高能量转化、转移过程中的效率，减少无用能量的损耗，让更多的能量为人类所用；C选项错误，节约能源需要合理搭配可再生与不可再生能源，现阶段无法完全不用不可再生能源；D选项错误，电力本身需要由其他能源转化而来，全部用电替代化石能源既不现实也不代表必然节能，关键在于提高能量利用效率。11.答案：A解析：A选项正确，大型集中供热锅炉的热效率可达90%以上，而分散小锅炉的热效率通常只有50%-60%，且集中供热可回收烟气余热，因此更节能；B选项错误，煤炭价格与节能的物理本质无关；C选项错误，集中供热管道更长，热量损失的绝对值更大，但单位供热面积的热损失更低，核心原因是锅炉效率高；D选项错误，供暖效果与节能没有直接关联。12.答案：C解析：A选项，燃煤发电会消耗大量煤炭资源，且排放大量污染物和温室气体，不利于环保和节能；B选项，一次性木筷需要消耗大量木材，破坏森林资源，与节约能源无关；C选项，抽水蓄能电站可在电力低谷时用多余的电抽水到高处，电力高峰时放水发电，提高电力系统的能源利用效率，既节能又环保，符合题意；D选项，塑料购物袋的生产需要消耗石油资源，且会造成白色污染，不利于节能和环保。二、填空题（共22分）1.答案：方向；节约能源解析：能量转化和转移的方向性是节能的核心理论依据，九年级物理“能源与可持续发展”章节明确指出，虽然能量总量守恒，但可利用的能量会随着转化和转移逐渐减少，因此需要节约能源，提高能源利用效率。2.答案：10.2；内解析：LED灯正常工作时每秒消耗的电能W=Pt=12W×1s=12J，发光效率为85%，因此转化的光能W光=W×η=12J×85%=10.2J；根据能量守恒，其余的能量转化为内能。3.答案：热传递；48解析：余热回收是将烟气的内能转移到水中，属于热传递改变内能；每天回收的能量W=Pt=50kW×8h=400kW·h=400×3.6×10⁶J=1.44×10⁹J；所需标准煤的质量m=Q/q=1.44×10⁹J/3.0×10⁷J/kg=48kg。4.答案：小；传导；1.08×10¹⁰解析：保温层需要减少热量传递，因此应采用导热系数小的材料，通过减少热传导降低室内外热量交换；每年节约的天然气体积ΔV=1200m³×25%=300m³，节约的能量Q=ΔV×q=300m³×3.6×10⁷J/m³=1.08×10¹⁰J。5.答案：1/3解析：设有用功为W有用，燃油汽车消耗的总能量W油=W有用/η油，电动汽车消耗的总能量W电=W有用/η电，因此W电/W油=η油/η电=30%/90%=1/3，即电动汽车消耗的能量仅为燃油汽车的1/3，节能优势明显。6.答案：3；960解析：5台用电器的总待机功率P总=5×1W=5W=0.005kW，每月待机时间t=20h/天×30天=600h，每月浪费的电能W=P总t=0.005kW×600h=3kW·h；对应的标准煤质量m=3kW·h×320g/kW·h=960g。7.答案：蒸发；12；120解析：大水漫灌时，水与空气接触面积大，蒸发速度快，大量水分被蒸发浪费；滴灌时水直接输送到作物根部，蒸发面积小，可大幅减少蒸发。漫灌每次消耗20kW·h电能，滴灌节水60%，即抽水量减少60%，因此节约的电能为20kW·h×60%=12kW·h；可供100W（0.1kW）白炽灯工作的时间t=W/P=12kW·h/0.1kW=120h。8.答案：风（或机械）；4×10⁶；1280解析：风力发电是将风的机械能（动能）转化为电能；全年发电量W=Pt=2000kW×2000h=4×10⁶kW·h；节约的标准煤质量m=4×10⁶kW·h×0.32kg/kW·h=1.28×10⁶kg=1280吨。9.答案：光敏电阻；声解析：光控元件是光敏电阻，其阻值随光照强度变化，光线暗时阻值大，光线亮时阻值小；声控元件是声音传感器，将声音信号转化为电信号，两者结合实现声光控制。10.答案：碳达峰；碳中和解析：我国“双碳”目标为2030年前二氧化碳排放达到峰值（碳达峰），2060年前实现碳中和，推广节能措施、提高能源利用效率是实现目标的核心路径之一。三、实验探究题（共18分）13.答案：（1）转换；比较相同时间内灯具消耗的电能多少（每空1分，共2分）（2）符合；三种灯具的光强值非常接近，亮度差异很小（每空1分，共2分）（3）1.49625×10⁵；8.4（每空1.5分，共3分）（4）24.09（2分）解析：（1）将不易直接测量的发光亮度转换为光强传感器的示数，属于转换法；电能表闪烁次数越多，说明相同时间内消耗的电能越多，记录闪烁次数是为了比较能耗。（2）三种灯具的光强值在198-202lx之间，差异仅为2%左右，可认为亮度相当，符合商家标注。（3）白炽灯100min消耗的电能W=133imp/3200imp/kW·h=0.0415625kW·h=1.49625×10⁵J；发光效率η与光强E成正比，与功率P成反比（η=E·k/P，k为比例常数），因此LED与白炽灯的效率比为(199/3)/(198/25)≈8.4。（4）每天节约的功率ΔP=25W-3W=22W=0.022kW，每年节约的电能W=ΔP×t=0.022kW×3h/天×365天=24.09kW·h。14.答案：（1）设定末温；少（每空1分，共2分）（2）1和3（1分）（3）5.04×10⁵；80.0%（每空1.5分，共3分）（4）差（1分）（5）示例：根据需要的水量烧水，不要烧过量的水（或烧水时将水壶放在功率匹配的底座上，避免热量散失；水烧开后及时断电，减少反复加热），合理即可（2分）解析：（1）实验1和2的设定末温、水壶类型相同，初温不同，初温30℃时消耗电能更少，说明初温越高，能耗越少。（2）探究设定末温的影响，需控制初温、水壶类型相同，改变末温，故选1和3。（3）水的质量m=ρV=1.0×10³kg/m³×1.5×10⁻³m³=1.5kg，水吸收的热量Q吸=cmΔt=4.2×10³J/(kg·℃)×1.5kg×(100℃-20℃)=5.04×10⁵J；普通水壶消耗的电能W=0.175kW·h=6.3×10⁵J，加热效率η=Q吸/W×100%=5.04×10⁵J/6.3×10⁵J×100%=80.0%。（4）保温层需要减少热量传递，因此应选用导热性差的材料。（5）从减少热量损失、避免无用能耗等角度提出合理措施即可。四、计算题（共20分）15.解答：（1）采暖水吸收的热量：Q吸=cmΔt=4.2×10³J/(kg·℃)×80kg×(60℃-40℃)=6.72×10⁶J（3分）（2）燃气壁挂炉的加热效率为80%，则天然气完全燃烧放出的热量：Q放=Q吸/η₁=6.72×10⁶J/80%=8.4×10⁶J需要消耗的天然气体积：V=Q放/q=8.4×10⁶J/4.0×10⁷J/m³=0.21m³（3分）（3）太阳能集热器每天接收的总辐射能：E=2.5×10⁶J/m²×4m²=1×10⁷J太阳能系统转化的有用热量：Q太=E×η₂=1×10⁷J×60%=6×10⁶J需要补充的热量：ΔQ=Q吸-Q太=6.72×10⁶J-6×10⁶J=7.2×10⁵J补充燃烧天然气放出的热量：ΔQ放=ΔQ/η₁=7.2×10⁵J/80%=9×10⁵J需要补充的天然气体积：ΔV=ΔQ放/q=9×10⁵J/4.0×10⁷J/m³=0.0225m³（4分）答：（1）采暖水每天吸收热量6.72×10⁶J；（2）每天消耗天然气0.21m³；（3）需要补充天然气0.0225m³。16.解答：（1）货车总重力：G=mg=20×10³kg×10N/kg=2×10⁵N匀速行驶时牵引力等于阻力：F=f=0.03G=0.03×2×10⁵N=6×10³N行驶速度v=90km/h=25m/s牵引力功率：P=Fv=6×10³N×25m/s=1.5×10⁵W=150kW（3分）（2）行驶300km的有用功：W=Fs=6×10³N×30