《2025年零障碍导教导学案九年级物理全一册沪粤版》

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氢能源有轨电车
如图所示,氢能源有轨电车是采用以氢能源为动力的100%低地板、铰接式现代有轨电车,采用3节编组,车厢内部宽敞,设有60个座位,车辆头尾两端均设驾驶室,可双向行驶,最高时速可达70 km/h。

有轨电车的特别之处在于采用氢燃料电池作为动力源。氢燃料电池的原理,简单来说相当于一个“发电机”,即通过燃料电池内氢和氧相结合的化学反应产生电能,源源不断地为车辆供电,驱动有轨电车。氢燃料电池发电的唯一的产物是水,因此做到了污染物“零排放”。新型的有轨电车搭载了230 kW大功率氢燃料电池堆和大容量钛酸锂电池为车辆供电。有轨电车运行时,氢燃料电池作为牵引主动力,锂电池则在启动加速阶段提供辅助动力,车辆最高能以时速70 km/h持续运行。每列车安装6个储气瓶,每瓶储氢量约3 kg,续航能力可达100 km。
(1)氢能是 (选填“清洁”或“非清洁”)能源；氢燃料电池发电,本质上是将 能直接转化为 能。
(2)燃料电池为锂电池充电时,锂电池是 ；在启动加速阶段,锂电池是 。(均选填“电源”或“用电器”)
(3)有轨电车使用氢作为燃料是因为其 大,3 kg的氢燃料完全燃烧放出的热量为 J。(氢燃料的热值为$1.4×10^8 J/kg)$
(4)大功率氢燃料电池堆供电5小时提供的电能有 度。
(5)相对于氢能源有轨电车,燃油汽车比较耗油且环境污染严重,目前汽车保有量在迅速增长,如果每辆汽车每年耗油1.8 t,汽车内燃机的效率平均为30%,如果把内燃机效率提高1%,则每年每车可节约燃油 t。(结果保留两位小数)

(1)氢能是 清洁 (选填“清洁”或“非清洁”)能源；氢燃料电池发电,本质上是将 化学 能直接转化为 电 能。
(2)燃料电池为锂电池充电时,锂电池是 用电器 ；在启动加速阶段,锂电池是 电源 。(均选填“电源”或“用电器”)
(3)有轨电车使用氢作为燃料是因为其 热值 大,3 kg的氢燃料完全燃烧放出的热量为 $4.2×10^8$ J。(氢燃料的热值为$1.4×10^8 J/kg)$
(4)大功率氢燃料电池堆供电5小时提供的电能有 1150 度。
(5)相对于氢能源有轨电车,燃油汽车比较耗油且环境污染严重,目前汽车保有量在迅速增长,如果每辆汽车每年耗油1.8 t,汽车内燃机的效率平均为30%,如果把内燃机效率提高1%,则每年每车可节约燃油 0.06 t。(结果保留两位小数)

答案： 【解析】：
本题主要考查了能源的分类、能量的转化、热值的概念、电能的计算以及热机效率的计算等知识点。
（1）氢能是一种清洁能源，因为其燃烧产物只有水，不会对环境造成污染。氢燃料电池发电的过程，本质上是将氢气的化学能直接转化为电能的过程。
（2）当燃料电池为锂电池充电时，锂电池是接收电能的设备，因此是用电器。而在启动加速阶段，锂电池提供辅助动力，此时它是电源，为车辆提供电能。
（3）有轨电车使用氢作为燃料，主要是因为氢的热值大，即单位质量的氢完全燃烧时释放出的热量多。根据热值的定义，$3kg$的氢燃料完全燃烧放出的热量为$Q = mq = 3 × 1.4 × 10^{8} = 4.2 × 10^{8}J$。
（4）大功率氢燃料电池堆的功率为$230kW$，供电$5$小时提供的电能为$W = Pt = 230 × 5 = 1150kW \cdot h = 1150$度。
（5）对于燃油汽车，如果每辆汽车每年耗油$1.8t$，汽车内燃机的效率平均为$30\%$，那么其有效利用的能量为$Q_{有} = mq\eta = 1.8 × 10^{3} × 4.6 × 10^{7} × 30\% = 2.484 × 10^{10}J$（这里取燃油的热值为$4.6 × 10^{7}J/kg$）。如果把内燃机效率提高$1\%$，即提高到$31\%$，那么其有效利用的能量将变为$Q_{有}^{\prime} = mq\eta^{\prime}$，由此可以求出新的耗油量$m^{\prime} = \frac{Q_{有}^{\prime}}{q\eta^{\prime}} = \frac{2.484 × 10^{10}}{4.6 × 10^{7} × 31\%} \approx 1.74 × 10^{3}kg = 1.74t$。因此，每年每车可节约燃油$\Delta m = m - m^{\prime} = 1.8 - 1.74 = 0.06t$。
【答案】：
(1)清洁；化学；电。
(2)用电器；电源。
(3)热值；$4.2 × 10^{8}$。
(4)$1150$。
(5)$0.06$。