12. 1 kg 铀全部裂变释放出的能量约为$8.5 × 10^{13} J$，相当于完全燃烧多少千克无烟煤放出的能量？(已知无烟煤的热值为$3.4 × 10^{7} J/kg$)
答案：解：已知铀裂变释放能量$Q=8.5×10^{13}\ \mathrm{J}$，无烟煤的热值$q=3.4×10^{7}\ \mathrm{J/kg}$
根据Q=mq，可得无烟煤的质量：
$ m=\frac{Q}{q}=\frac{8.5×10^{13}\ \mathrm{J}}{3.4×10^{7}\ \mathrm{J/kg}}=2.5×10^{6}\ \mathrm{kg}$
答：相当于完全燃烧$2.5×10^{6}$千克无烟煤放出的能量。
根据Q=mq，可得无烟煤的质量：
$ m=\frac{Q}{q}=\frac{8.5×10^{13}\ \mathrm{J}}{3.4×10^{7}\ \mathrm{J/kg}}=2.5×10^{6}\ \mathrm{kg}$
答：相当于完全燃烧$2.5×10^{6}$千克无烟煤放出的能量。
解析：
【分析】
首先明确铀全部裂变释放的能量与无烟煤完全燃烧放出的能量相等，即$Q_{\mathrm{铀}}=Q_{\mathrm{煤}}$。已知铀裂变释放的总能量$Q$和无烟煤的热值$q$，根据燃料完全燃烧放热公式$Q=mq$，变形可得计算无烟煤质量的公式$m=\frac{Q}{q}$，代入已知数值进行计算即可得到结果。
【解析】
已知铀裂变释放能量$Q=8.5×10^{13}\ \mathrm{J}$，无烟煤的热值$q=3.4×10^{7}\ \mathrm{J/kg}$。
根据燃料完全燃烧放热公式$Q=mq$，变形可得无烟煤的质量：
$m=\frac{Q}{q}=\frac{8.5×10^{13}\ \mathrm{J}}{3.4×10^{7}\ \mathrm{J/kg}}=2.5×10^{6}\ \mathrm{kg}$
答：相当于完全燃烧$2.5×10^{6}$千克无烟煤放出的能量。
【答案】
$2.5×10^{6}\ \mathrm{kg}$
【知识点】
燃料的热值、放热公式应用
【点评】
本题是对燃料热值公式的基础应用，核心是理解不同能量释放过程中热量相等的关系，熟练运用$Q=mq$的变形公式进行计算，注意科学计数法的运算规范。
【难度系数】
0.8
首先明确铀全部裂变释放的能量与无烟煤完全燃烧放出的能量相等，即$Q_{\mathrm{铀}}=Q_{\mathrm{煤}}$。已知铀裂变释放的总能量$Q$和无烟煤的热值$q$，根据燃料完全燃烧放热公式$Q=mq$，变形可得计算无烟煤质量的公式$m=\frac{Q}{q}$，代入已知数值进行计算即可得到结果。
【解析】
已知铀裂变释放能量$Q=8.5×10^{13}\ \mathrm{J}$，无烟煤的热值$q=3.4×10^{7}\ \mathrm{J/kg}$。
根据燃料完全燃烧放热公式$Q=mq$，变形可得无烟煤的质量：
$m=\frac{Q}{q}=\frac{8.5×10^{13}\ \mathrm{J}}{3.4×10^{7}\ \mathrm{J/kg}}=2.5×10^{6}\ \mathrm{kg}$
答：相当于完全燃烧$2.5×10^{6}$千克无烟煤放出的能量。
【答案】
$2.5×10^{6}\ \mathrm{kg}$
【知识点】
燃料的热值、放热公式应用
【点评】
本题是对燃料热值公式的基础应用，核心是理解不同能量释放过程中热量相等的关系，熟练运用$Q=mq$的变形公式进行计算，注意科学计数法的运算规范。
【难度系数】
0.8
13. 核电站只需要消耗很少的核燃料就可以产生大量的电能。某核电站每年需要消耗 20 t 的核燃料，而同等规模火力发电站每年则需要消耗$2.4 × 10^{6} t$的煤炭(煤炭的热值为$3 × 10^{7} J/kg$)，这些煤炭完全燃烧放出的热量是
7.2×10^{16}
J。核反应堆中的核燃料是不可再生
(可再生/不可再生)能源。答案：$7.2×10^{16}$
不可再生
不可再生
解析：
【分析】
第一空：要计算煤炭完全燃烧放出的热量，需利用燃料完全燃烧放热公式$Q=mq$，首先需将煤炭的质量单位转换为千克（与热值单位匹配），再代入数值计算；第二空：根据可再生能源和不可再生能源的定义判断，核燃料消耗后无法在短期内从自然界得到补充，据此确定其能源类型。
【解析】
1. 计算煤炭完全燃烧放出的热量：
已知煤炭的质量$m=2.4×10^6 t=2.4×10^6×10^3 kg=2.4×10^9 kg$，煤炭的热值$q=3×10^7 J/kg$，根据燃料完全燃烧放热公式$Q_{放}=mq$，可得：
$Q_{放}=2.4×10^9 kg × 3×10^7 J/kg=7.2×10^{16} J$。
2. 判断核燃料的能源类型：
核燃料是从核矿石中提炼而来，消耗后在短期内无法从自然界得到补充，因此属于不可再生能源。
【答案】
$7.2×10^{16}$；不可再生
【知识点】
燃料放热计算，不可再生能源判断
【点评】
本题考查燃料完全燃烧放热计算与能源分类的基础知识点，解题时需注意单位换算的准确性，同时要清晰区分可再生与不可再生能源的定义，属于基础题型，注重对基础知识的考查。
【难度系数】
0.8
第一空：要计算煤炭完全燃烧放出的热量，需利用燃料完全燃烧放热公式$Q=mq$，首先需将煤炭的质量单位转换为千克（与热值单位匹配），再代入数值计算；第二空：根据可再生能源和不可再生能源的定义判断，核燃料消耗后无法在短期内从自然界得到补充，据此确定其能源类型。
【解析】
1. 计算煤炭完全燃烧放出的热量：
已知煤炭的质量$m=2.4×10^6 t=2.4×10^6×10^3 kg=2.4×10^9 kg$，煤炭的热值$q=3×10^7 J/kg$，根据燃料完全燃烧放热公式$Q_{放}=mq$，可得：
$Q_{放}=2.4×10^9 kg × 3×10^7 J/kg=7.2×10^{16} J$。
2. 判断核燃料的能源类型：
核燃料是从核矿石中提炼而来，消耗后在短期内无法从自然界得到补充，因此属于不可再生能源。
【答案】
$7.2×10^{16}$；不可再生
【知识点】
燃料放热计算，不可再生能源判断
【点评】
本题考查燃料完全燃烧放热计算与能源分类的基础知识点，解题时需注意单位换算的准确性，同时要清晰区分可再生与不可再生能源的定义，属于基础题型，注重对基础知识的考查。
【难度系数】
0.8
14. 连云港市第一座光伏电站采用晶体硅光伏发电系统，利用太阳能发电，平均发电功率为$3.2 × 10^{6} W$。太阳能是
可再生
(可再生/不可再生)能源。假设一年平均有效发电时间为 1 200 h，则年发电量可达3.84×10^{6}
kW·h。答案：可再生
$3.84×10^{6}$
$3.84×10^{6}$
解析：
【分析】
第一空：根据可再生能源的定义，太阳能可以源源不断地从自然界获取，因此属于可再生能源。
第二空：计算年发电量需利用电能计算公式$W=Pt$，首先统一单位，将功率单位从$\mathrm{W}$转换为$\mathrm{kW}$，再代入时间数据进行计算即可得到年发电量。
【解析】
1. 能源类型判断：
太阳能能够源源不断地从自然界中获取，符合可再生能源的特征，因此太阳能是可再生能源。
2. 年发电量计算：
已知平均发电功率$ P = 3.2 × 10^6 \, \mathrm{W} = 3.2 × 10^3 \, \mathrm{kW} $，一年平均有效发电时间$ t = 1200 \, \mathrm{h} $。
根据电能计算公式$ W = Pt $，代入数据得：
$ W = 3.2 × 10^3 \, \mathrm{kW} × 1200 \, \mathrm{h} = 3.84 × 10^6 \, \mathrm{kW·h} $。
【答案】
可再生；$3.84×10^{6}$
【知识点】
可再生能源判断；电能的计算
【点评】
本题考查能源分类和电能计算的基础知识点，难度较低，只需牢记可再生能源的定义及电能计算公式$W=Pt$，并注意单位的正确转换即可顺利解答。
【难度系数】
0.8
第一空：根据可再生能源的定义，太阳能可以源源不断地从自然界获取，因此属于可再生能源。
第二空：计算年发电量需利用电能计算公式$W=Pt$，首先统一单位，将功率单位从$\mathrm{W}$转换为$\mathrm{kW}$，再代入时间数据进行计算即可得到年发电量。
【解析】
1. 能源类型判断：
太阳能能够源源不断地从自然界中获取，符合可再生能源的特征，因此太阳能是可再生能源。
2. 年发电量计算：
已知平均发电功率$ P = 3.2 × 10^6 \, \mathrm{W} = 3.2 × 10^3 \, \mathrm{kW} $，一年平均有效发电时间$ t = 1200 \, \mathrm{h} $。
根据电能计算公式$ W = Pt $，代入数据得：
$ W = 3.2 × 10^3 \, \mathrm{kW} × 1200 \, \mathrm{h} = 3.84 × 10^6 \, \mathrm{kW·h} $。
【答案】
可再生；$3.84×10^{6}$
【知识点】
可再生能源判断；电能的计算
【点评】
本题考查能源分类和电能计算的基础知识点，难度较低，只需牢记可再生能源的定义及电能计算公式$W=Pt$，并注意单位的正确转换即可顺利解答。
【难度系数】
0.8
15. 核电站发电流程如图 18 - 2 - 1 所示，在核电站的发电过程中，下列能量转化顺序正确的是(
A.核能→化学能→内能→电能
B.核能→化学能→机械能→电能
C.核能→内能→机械能→电能
D.核能→机械能→内能→电能
C
)。A.核能→化学能→内能→电能
B.核能→化学能→机械能→电能
C.核能→内能→机械能→电能
D.核能→机械能→内能→电能
答案：C
解析：
【分析】
要判断核电站的能量转化顺序，需逐个分析每个设备的能量变化：首先看核反应堆，核反应释放核能，将水加热，是核能转化为内能；接着汽轮机被蒸汽推动，内能转化为汽轮机的机械能；最后发电机由汽轮机带动，将机械能转化为电能。把这些环节的能量转化串联起来，就能得到正确的顺序。
【解析】
1. 核反应堆阶段：核燃料的核能通过核反应释放，转化为水和水蒸气的内能；
2. 汽轮机阶段：高温高压的水蒸气推动汽轮机转动，将内能转化为汽轮机的机械能；
3. 发电机阶段：汽轮机带动发电机运转，将机械能转化为电能。
综上，整个发电过程的能量转化顺序为：核能→内能→机械能→电能，对应选项C。
【答案】
C
【知识点】
核电站能量转化；能量转化与守恒
【点评】
本题考查核电站发电过程中的能量转化，属于对能源利用基础知识点的考查，只要熟悉核电站各设备的工作原理及对应的能量变化，就能轻松判断出正确的能量转化顺序。
【难度系数】
0.8
要判断核电站的能量转化顺序，需逐个分析每个设备的能量变化：首先看核反应堆，核反应释放核能，将水加热，是核能转化为内能；接着汽轮机被蒸汽推动，内能转化为汽轮机的机械能；最后发电机由汽轮机带动，将机械能转化为电能。把这些环节的能量转化串联起来，就能得到正确的顺序。
【解析】
1. 核反应堆阶段：核燃料的核能通过核反应释放，转化为水和水蒸气的内能；
2. 汽轮机阶段：高温高压的水蒸气推动汽轮机转动，将内能转化为汽轮机的机械能；
3. 发电机阶段：汽轮机带动发电机运转，将机械能转化为电能。
综上，整个发电过程的能量转化顺序为：核能→内能→机械能→电能，对应选项C。
【答案】
C
【知识点】
核电站能量转化；能量转化与守恒
【点评】
本题考查核电站发电过程中的能量转化，属于对能源利用基础知识点的考查，只要熟悉核电站各设备的工作原理及对应的能量变化，就能轻松判断出正确的能量转化顺序。
【难度系数】
0.8
16. 一种新型太阳能公共卫生间落户我国多个城市，该卫生间的能源全部由位于屋顶的太阳能电池板提供，多余的能量可储存在蓄电池中。这种能量转化和储存的方式是(
A.太阳能先转化为内能，再转化为电能
B.太阳能先转化为电能，再转化为化学能
C.太阳能先转化为内能，再转化为化学能
D.太阳能先转化为电能，再转化为光能
B
)。A.太阳能先转化为内能，再转化为电能
B.太阳能先转化为电能，再转化为化学能
C.太阳能先转化为内能，再转化为化学能
D.太阳能先转化为电能，再转化为光能
答案：B
解析：
【分析】
要解决这道题，需分两步理清能量转化过程：首先，屋顶的太阳能电池板的作用是将太阳能转化为电能，为卫生间提供能源；其次，多余的能量储存在蓄电池中，蓄电池储存能量的过程是将电能转化为化学能（蓄电池充电时，电能转化为化学能储存，放电时再将化学能转化为电能释放）。逐一分析选项：A选项的转化过程不符合电池板和蓄电池的工作原理；C选项错误，整个过程未涉及内能的转化；D选项最后转化为光能与蓄电池储能的实际不符，只有B选项的转化过程完全匹配。
【解析】
1. 太阳能电池板的能量转化：将太阳能直接转化为电能，为卫生间用电设备提供能量；
2. 蓄电池的能量储存：当电能有剩余时，蓄电池将电能转化为化学能储存起来（蓄电池充电时实现电能到化学能的转化，放电时再将化学能转化为电能释放）；
3. 综上，能量转化和储存的方式是太阳能先转化为电能，再转化为化学能，对应选项B。
【答案】
B
【知识点】
能量的转化、太阳能电池的能量转化、蓄电池的能量转化
【点评】
本题考查常见装置的能量转化过程，属于基础题。解题关键是明确太阳能电池板和蓄电池的能量转化规律，需准确记忆各类装置的能量转化特点，避免混淆不同能量转化路径。
【难度系数】
0.8
要解决这道题，需分两步理清能量转化过程：首先，屋顶的太阳能电池板的作用是将太阳能转化为电能，为卫生间提供能源；其次，多余的能量储存在蓄电池中，蓄电池储存能量的过程是将电能转化为化学能（蓄电池充电时，电能转化为化学能储存，放电时再将化学能转化为电能释放）。逐一分析选项：A选项的转化过程不符合电池板和蓄电池的工作原理；C选项错误，整个过程未涉及内能的转化；D选项最后转化为光能与蓄电池储能的实际不符，只有B选项的转化过程完全匹配。
【解析】
1. 太阳能电池板的能量转化：将太阳能直接转化为电能，为卫生间用电设备提供能量；
2. 蓄电池的能量储存：当电能有剩余时，蓄电池将电能转化为化学能储存起来（蓄电池充电时实现电能到化学能的转化，放电时再将化学能转化为电能释放）；
3. 综上，能量转化和储存的方式是太阳能先转化为电能，再转化为化学能，对应选项B。
【答案】
B
【知识点】
能量的转化、太阳能电池的能量转化、蓄电池的能量转化
【点评】
本题考查常见装置的能量转化过程，属于基础题。解题关键是明确太阳能电池板和蓄电池的能量转化规律，需准确记忆各类装置的能量转化特点，避免混淆不同能量转化路径。
【难度系数】
0.8
17. 一座功率为 120 万 kW 的核电站，年发电量约为 60 亿 kW·h。若建一座功率相同的火力发电站，用热值为$2.93 × 10^{7} J/kg$的煤做燃料，化学能转化为电能的整体效率为 25％，一年需供应多少吨煤？若一列火车由 60 节车厢组成，每节车厢的载质量为 60 t，需要多少车次才能完成运输任务？
答案：解：已知年发电量W = 60亿$\mathrm {kW}· h=6×10^9\ \mathrm {kW}· h$，因为$1\ \mathrm {kW}· h = 3.6×10^6J$
所以$W = 6×10^9×3.6×10^6J = 2.16×10^{16}J$
由$\eta =\frac {W}{Q_{放}}(\eta = 25\%=0.25)$，可得$Q_{放}=\frac {W}{\eta }$
把$W = 2.16×10^{16}J$，$\eta = 0.25$代入得$Q_{放}=\frac {2.16×10^{16}J}{0.25}=8.64×10^{16}J$
由$Q_{放}=mq $可得$m=\frac {Q_{放}}{q}$
得$m=\frac {8.64×10^{16}J}{2.93×10^7\ \mathrm {J/kg}}≈2.95×10^9\ \mathrm {kg}$。
因为$1t = 1000\ \mathrm {kg}$，所以$m = 2.95×10^6t$
一列火车一次运煤质量$m_{0}=60×60t = 3.6×10^3t$。
车次数$n=\frac {m}{m_{0}}=\frac {2.95×10^6t}{3.6×10^3t}≈820($次)。
所以$W = 6×10^9×3.6×10^6J = 2.16×10^{16}J$
由$\eta =\frac {W}{Q_{放}}(\eta = 25\%=0.25)$，可得$Q_{放}=\frac {W}{\eta }$
把$W = 2.16×10^{16}J$，$\eta = 0.25$代入得$Q_{放}=\frac {2.16×10^{16}J}{0.25}=8.64×10^{16}J$
由$Q_{放}=mq $可得$m=\frac {Q_{放}}{q}$
得$m=\frac {8.64×10^{16}J}{2.93×10^7\ \mathrm {J/kg}}≈2.95×10^9\ \mathrm {kg}$。
因为$1t = 1000\ \mathrm {kg}$，所以$m = 2.95×10^6t$
一列火车一次运煤质量$m_{0}=60×60t = 3.6×10^3t$。
车次数$n=\frac {m}{m_{0}}=\frac {2.95×10^6t}{3.6×10^3t}≈820($次)。
解析：
【分析】
要解决该问题，需分两个阶段计算：首先计算火力发电站一年所需煤的质量，再计算运输这些煤需要的车次。
1. 计算煤的质量：先将年发电量的单位从$\mathrm{kW·h}$换算为$\mathrm{J}$，保证单位统一；再根据能量转化效率公式$\eta=\frac{W}{Q_{放}}$，变形求出煤完全燃烧需放出的总热量$Q_{放}$；最后利用热值公式$Q_{放}=mq$，变形求出煤的质量，并换算为吨。
2. 计算运输车次：先算出一列火车一次的运煤总量，再用总煤量除以单次运煤量，得到所需车次（结果取合理整数）。
【解析】
已知年发电量$W = 60$亿$\mathrm{kW·h}=6×10^9\ \mathrm{kW·h}$，因为$1\ \mathrm{kW·h}=3.6×10^6\ \mathrm{J}$，所以：
$W = 6×10^9×3.6×10^6\ \mathrm{J}=2.16×10^{16}\ \mathrm{J}$
由能量转化效率公式$\eta=\frac{W}{Q_{放}}$（$\eta=25\%=0.25$），变形得煤完全燃烧放出的总热量：
$Q_{放}=\frac{W}{\eta}=\frac{2.16×10^{16}\ \mathrm{J}}{0.25}=8.64×10^{16}\ \mathrm{J}$
根据热值公式$Q_{放}=mq$（$q=2.93×10^7\ \mathrm{J/kg}$），变形得所需煤的质量：
$m=\frac{Q_{放}}{q}=\frac{8.64×10^{16}\ \mathrm{J}}{2.93×10^7\ \mathrm{J/kg}}≈2.95×10^9\ \mathrm{kg}$
因为$1\ \mathrm{t}=1000\ \mathrm{kg}$，所以$m=2.95×10^6\ \mathrm{t}$。
一列火车一次的运煤质量：
$m_0=60×60\ \mathrm{t}=3.6×10^3\ \mathrm{t}$
所需车次：
$n=\frac{m}{m_0}=\frac{2.95×10^6\ \mathrm{t}}{3.6×10^3\ \mathrm{t}}≈820$（次）
【答案】
一年需供应约$2.95×10^6$吨煤，需要约820车次才能完成运输任务。
【知识点】
单位换算、热效率计算、热值公式应用
【点评】
本题综合考查了能量转化效率与热值公式的实际应用，解题关键是注意单位的统一与换算，同时在计算车次时需结合实际取合理的整数，培养学生运用物理知识解决实际工程问题的能力。
【难度系数】
0.6
要解决该问题，需分两个阶段计算：首先计算火力发电站一年所需煤的质量，再计算运输这些煤需要的车次。
1. 计算煤的质量：先将年发电量的单位从$\mathrm{kW·h}$换算为$\mathrm{J}$，保证单位统一；再根据能量转化效率公式$\eta=\frac{W}{Q_{放}}$，变形求出煤完全燃烧需放出的总热量$Q_{放}$；最后利用热值公式$Q_{放}=mq$，变形求出煤的质量，并换算为吨。
2. 计算运输车次：先算出一列火车一次的运煤总量，再用总煤量除以单次运煤量，得到所需车次（结果取合理整数）。
【解析】
已知年发电量$W = 60$亿$\mathrm{kW·h}=6×10^9\ \mathrm{kW·h}$，因为$1\ \mathrm{kW·h}=3.6×10^6\ \mathrm{J}$，所以：
$W = 6×10^9×3.6×10^6\ \mathrm{J}=2.16×10^{16}\ \mathrm{J}$
由能量转化效率公式$\eta=\frac{W}{Q_{放}}$（$\eta=25\%=0.25$），变形得煤完全燃烧放出的总热量：
$Q_{放}=\frac{W}{\eta}=\frac{2.16×10^{16}\ \mathrm{J}}{0.25}=8.64×10^{16}\ \mathrm{J}$
根据热值公式$Q_{放}=mq$（$q=2.93×10^7\ \mathrm{J/kg}$），变形得所需煤的质量：
$m=\frac{Q_{放}}{q}=\frac{8.64×10^{16}\ \mathrm{J}}{2.93×10^7\ \mathrm{J/kg}}≈2.95×10^9\ \mathrm{kg}$
因为$1\ \mathrm{t}=1000\ \mathrm{kg}$，所以$m=2.95×10^6\ \mathrm{t}$。
一列火车一次的运煤质量：
$m_0=60×60\ \mathrm{t}=3.6×10^3\ \mathrm{t}$
所需车次：
$n=\frac{m}{m_0}=\frac{2.95×10^6\ \mathrm{t}}{3.6×10^3\ \mathrm{t}}≈820$（次）
【答案】
一年需供应约$2.95×10^6$吨煤，需要约820车次才能完成运输任务。
【知识点】
单位换算、热效率计算、热值公式应用
【点评】
本题综合考查了能量转化效率与热值公式的实际应用，解题关键是注意单位的统一与换算，同时在计算车次时需结合实际取合理的整数，培养学生运用物理知识解决实际工程问题的能力。
【难度系数】
0.6