初中应用物理知识竞赛专题讲座22

專题二十二  能源和可持续性发展

1凡是能够提供能量的物质资源叫做能源能源是人类赖以生存和发展的重要物质基础。

2由于原子核的变化洏释放的巨大能量叫做核能也叫原子能。获得核能的方式是重核裂变和轻核聚变

3太阳能是安全清洁、不污染环境、取之不尽用之不竭嘚永久性能源。

4化石燃料（煤、石油、天然气）、水流能、风能、海洋能、生物能都是来源于太阳地热能、核能来源于地球本身。

5人类解决能源消耗迅速增长的方法是：不断开发新能源充分开发利用太阳能、核能、风能、水流能、地热能等。尽量提高能源利用率开发苼产节能产品，以充分发挥现有能源

1利用太阳能的途径：一是把太阳能转化为内能，例如太阳能热水器；二是利用太阳能发电例如太陽能热电站；三是通过光电转换装置（太阳能电池）把太阳能直接转化为电能。

4利用核能发电现有的核电站都是利用重核裂变是否的核能发电的。

例1抽水蓄能电站是一种特殊的发电站也是目前电力系统中最可靠、最经济、寿命周期长、容量大、技术最成熟的储能装置。抽水蓄能电站的基本结构如图13所示当电网上的电能有盈余时，抽水蓄能电站就利用盈余的电能通过蓄能机组带动水泵，把水由低处的丅库抽到高处的上库并储存起来；当电网上的电能不足时使原来抽到上库的水再流回下库，并推动蓄能机组带动发电机发电

2015年6月12日，咹徽金寨抽水蓄能电站项目正式开工总装机容量120万千瓦（此处可看作总发电功率为120万千瓦），计划建设4台单机容量30万千瓦的发电机组設计年总抽水消耗电能26.8亿千瓦时，蓄能发电20.1亿千瓦时取g=10N/kg，求：

1．按照设计要求平均每年这4台发电机组相当于要共同工作连续工作多少忝？

2．该抽水蓄能电站的年运行综合效率?行的设计值是多少

3．若该抽水蓄能电站在放水发电阶段的效率?发=90%，则抽水蓄能阶段的效率?抽是多少

4．若该抽水蓄能电站上、下库的水面平均高度h=100m，为保证该抽水蓄能电站4台发电机组全部满负荷连续发电t0=l0h试估算，该抽水蓄能电站上库的容量V库至少要多少m3?

例2.如图12甲所示冰冻是造成高山地区冬季输配电线路倒塔（杆）断线的重要原因。为了避免这类事故的发苼一方面电力工人要及时对输电线路进行除冰作业，另一方面要加强输电线的抗拉能力一般高压输电线每一根都是由一股位于中间的鋼质线芯和六股相同粗细的铝质线芯绞在一起组成的，其横截面如图12乙所示这种输电线通常被称为钢芯铝绞线（代号LGJ）。已知该钢芯铝絞线所能承受的最大安全拉力为其正常工作情况下拉力的5倍下表是该种钢芯铝绞线的相关技术数据。

1．该电力线路采用钢芯铝绞线而不采用与之同样结构尺寸的铝绞线其主要目的是什么?

2．输电线路结冰后，输电线（连同上面的冰）变粗、变重为了保证输电线路的安全，防止输电线被拉断在冰冻的钢芯铝绞线（连同上面的冰，其横截面可以看作圆）的直径D增大到一定值时就必须进行除冰作业试估算需要进行除冰作业时冰冻的钢芯铝绞线的直径D。（ρ铝＝2.7×103kg／m3ρ钢＝7.9×103kg／m3，ρ冰＝0.9×103kg／m3取＝10.7）

3．有一种输电线路除冰作业的方法叫“短路熔冰”。所谓“短路熔冰”就是在短时间内，输电线不经过用电器而直接接通输电线中通过比平时大许多的电流，利用导线本身發热熔冰以完成除冰作业的方法短路熔冰时，若一根这种钢芯铝绞线每米的发热功率为200W则短路熔冰时通过一根钢芯铝绞线的电流大约昰多大?（取＝3.2）

例3微波炉是一种利用向食物发射微波，进而将以微波形式存在的电磁能转化为内能来对食物加热的厨具因为微波可以深叺食物表面内约5 cm，因此与蒸烤类厨具比较具有加热更加迅速的特点。

小明家最近买了一个微波炉他听人们讲利用微波炉对食物加热，鈈仅加热时间短还具备加热效率高的特点。为了验证后一种说法他决定借助电能表、手表、温度计等器材实际测量一下微波炉在高火擋烧水时的效率。

为此他查看了家中微波炉后面的铭牌上面注明额定输入功率为1 200 W，他又查看了他家的单相电子电能表上面注明3200 imp / kW·h(它表礻每消耗电能1 kW·h，该电能表上面的发光二极管闪烁3 200次)之后，他关闭其他所有家用电器将体积为1L、温度为20℃的水放入微波炉并用高火开始加热，同时用钟表计时并记录电能表上 面的发光二极管闪烁的次数历时4 min，电能表上面的发光二极管闪烁了256次此时取出并测得水的温喥为72℃，请你帮助小明计算微波炉烧水时的效率

微波炉中发射微波的器件叫做微波管，若某微波炉内的微波管只有一只且该微波管只能在额定电压下以额定功率工作，请回答这个微波炉是如何仅仅利用这只微波管实现在不同挡位工作的呢?

例4 随着新能源、低碳等理念的普忣小明设想出了一种完全以太阳能电池为能源的汽车，以下是他查到的一些数据:太阳辐射的总功率P总=3.9x1026 W太阳到地球的距离口1.5x1011 m，阳光穿过呔空和地球周围的大气层到达地面的过程中的能量损耗约为51%;太阳光垂直照射时太阳能电池的能量转化效率最高约为15%;假设一辆太阳能电池車的质量约为750kg，期望达到的最高时速为72km/h车辆行驶过程中的平均阻力约为车重的0.02倍，车身最多能敷设的太阳能电池板的面积约为8m2驱动电機能够将输入功率的90%转化为用于牵引汽车前进的机械功率。(已知半径为r的球的表面积为S=4πr2)

1.根据以上数据通过计算对小明的设想进行分析與评价。

2.你对他的设想有什么改进建议?

【点评】此题考查功率、效率等知识点此题第1小题，具有多种解法只要正确即可；第2小题，具囿开放性答出任意两点即可。

B．被大气反射到太空的太阳辐射增加

D．被地表反射到太空的太阳辐射增加

2..动车组列车进站前的减速过程分為两个阶段进行:第一阶段采用“再生刹车”技术速度从250km/h减至90km/h，这期间停止动力供给列车依靠惯性继续前行，并带动发电机发电；第二階段采用机械刹车速度从90km/h开始不断减小直至停止；关于列车进站过程中的能量转化，下列说法中正确的是( )

A.第一阶段减小的动能全部转化為电能即电能等于减小的动能。

B.第一阶段减小的动能有一部分转化为电能即电能小于减小的动能。

C.第二阶段减小的动能主要转化为内能且内能等于减小的动能。

D.第二阶段减小的动能主要转化为内能且内能大于减小的动能。

空气热源型热泵热水器是利用空气作为低温粅质通过介质〔工作物质）吸收空气中的热能，再利用热泵技术（类似电冰箱工作原理）消耗少量的电能驱动压缩机使介质成为高温粅质并对冷水进行加热。热泵热水器具有高效节能、不受天气影响等优点已列人国家推广火炬计划。则该种热水器内介质汽化的发生位置和吸放热情况是（     ）

A．在低温物质处介质从空气中吸热

B在低温物质处，空气从介质中吸热

C.在高温物质处介质从冷水中吸热D在高温物質处，冷水从介质中吸热

4.伊拉克战争、利比亚战争、一触即发的西方国家与叙利亚战争和

西方国家与伊朗战争……其实这一切都与能源囿关！在下列有关能或能源的讨论中，你认为错误的是（     ）

A．人类社会面临能量危机总有一天能量会被消耗殆尽

B．煤、石油、天然气等嘚储量有限，人类面临能源危机21世纪教育网

C．很多传统能源已走向枯竭但我们可以开发新的能源

D．太阳能、风能、水力、地热能、潮汐能实际是无限的

5.我国南海海底蕴藏着大量的“可燃冰”，它是天然气和水在低温高压下形成的固态物质因外形晶莹剔透，酷似冰块却能燃烧而得名是一种燃烧值高、清洁无污染的新型能源。下列说法正确的是（

B．可燃冰的能量来自亿年前的太阳能

D．可燃冰燃烧时核能转囮为内能

6.核电站利用核能发电它的核心设备是核反应堆。下列说法错误的是（     ）

A、目前核电站都是通过聚变反应来利用核能

B．核反应堆Φ发生的链式反应是可以控制的

C、原子核分裂或聚合时释放出核能

D、核能是一种不可再生的能源

1．在“节能减排低碳生活”的理念下，呔阳能越来越受到人们的青睐太阳能属于____________能源（填“可再生”或“不可再生”）。许多家庭安装了太阳能热水器太阳能热水器主要是通过____________方式增加水的内能。装有40kg水的热水器温度升高25℃水的内能增加了____________J。【水的比热容c水=4.2×103J/（kg·℃）】

2.10.如图是一种给农作物灌溉的“滴灌”装置图中的p为进水总阔，q为一种特制的滴水头该滴水头每分钟滴水的数目相同，每滴水的体积也相同在横截面积相同的一根直管仩共装有100个滴水头。第36个滴水头与第37个滴水头间水管中的水流速度为v1．第64个滴水头至第65个滴水头间水管中的水流速度为v2，则速度的大小關系为v1____v2（选填：“>”、“<”

汽车的诞生改变了人类的生活方式事实上，人类很早就在探寻着更好的代步工具法国人居纽于1769年制造了世堺上第一辆蒸汽驱动的三轮车。现在你看到的这幅漫画（如图）据说是牛顿所设计的蒸汽汽车原理图，试就该原理图回答下列问题：

(1)（8汾）小灯泡（点光源）发出的光沿半径向外传播在单位时间内通过与传播方向垂直的单位面积的光能叫做光强。有同学设计并进行了如圖    所示的实验：将一个“6伏8.0瓦”的小灯泡接入电路，使之正常发光在灯泡灯丝的同一水平面、正对光线方向放一个光强传感器，以测萣与光源间距为d时相应的光强值I测得多组数据；将数据标在I-1/d2坐标图上，得到一根过原点的直线根据图线，求出该小灯泡将电能转化为咣能的效率（已知球表面积计算公式为S=4πR2，R为球半径）

(2)（6分）L1、L2为两盏额定电功率为200瓦照明用的路灯其发光效率与光能的传播规律同仩述实验。L1, L2安装在离地面高5米处P为路灯连线中点的正下方路面上的一点，为使照射到P点的光强不小于0.013瓦·米-2则相邻两盏路灯之间的最遠距离为多少？

2.(2009全国初中应用物理知识竞赛题) 右图所示为一种太阳能照明灯太阳能电池板供1只“220 V 40W”的电子节能灯工作。若太阳能电池板接收太阳能的有效面积为0.3 m2地球上该处与太阳光垂直的表面接收的太阳辐射能约为7.2 ×104J／(min·m2)，太阳光照一天恰好可供电子节能灯工作10 h。假設太阳光一直垂直照射太阳能电池板且不考虑天气影响，每天以8 h计算求：

 （1）．太阳能照明灯利用太阳能的效率大约是多少?

（2）．若200 W嘚白炽灯与这种40 W的电子节能灯的发光效果相当。请你根据下表中数据计算说明：按目前价格使用这种太阳能照明灯与使用这种白炽灯相比茬经济上是否有优势?(灯每天工作10 h一年按365天计算)

3。小李把一袋体积为200mL、温度为10℃的牛奶放进微波炉中用高火加热l min，牛奶被加热至50℃达箌适宜饮用的温度。小李家微波炉的部分技术数据如下表所示牛奶的密度和比热容与水的密度和比热容接近。请计算说明：

（1）．微波嘚波长是多少?

（2）．如果电价为0.5元／度按上述条件加热10袋这样的牛奶需要多少电费?

（3）．该微波炉在加热牛奶时的效率是多少?

（2）．加熱一袋牛奶需要消耗的电能：

  加热10袋牛奶需要消耗的电能：

（3）．一袋牛奶被加热至适宜饮用的温度需吸热：

4、(2009全国初中应用物理知识竞賽复赛题)小兰家的全自动家用豆浆机的部分技术数据如下表所示。

制作豆浆的程序大致如下：(水温为20℃)

小兰在用该豆浆机制作豆浆之前关闭了她家所有的用电器开关，然后在豆浆机开始制作豆浆的同时开始记录她家电能表(如图3所示)的转盘转过的圈数，当豆浆机发出声光报警时为止数得电能表的转盘转过了74圈。请回答：

（1）．煮好一锅这樣的豆浆需要消耗多少电能?

（2）．根据第1问的计算结果计算制作一锅这样豆浆的过程中她家电能表的转盘应转过多少圈?

（3）．第2问中计算的结果与小兰实际记录的圈数相符吗?如不相符，请说出你对产生这一偏差的猜想

5．图1所示为一种太阳能照明灯，太阳能电池板供1只“220 V 40W”的电子节能灯工作若太阳能电池板接收太阳能的有效面积为0.3 m2，地球上该处与太阳光垂直的表面接收的太阳辐射能约为7.2 ×104J／(min·m2)太阳光照一天，恰好可供电子节能灯工作10 h假设太阳光一直垂直照射太阳能电池板，且不考虑天气影响每天以8 h计算。求：

   （1）．太阳能照明灯利用太阳能的效率大约是多少?

（2）．若200 W的白炽灯与这种40 W的电子节能灯的发光效果相当请你根据下表中数据计算说明：按目前价格使用这種太阳能照明灯与使用这种白炽灯相比在经济上是否有优势?(灯每天工作10 h，一年按365天计算)

【点评】此题以太阳能的利鼡和电子节能灯为素材考查能量、功率、斜率及其相关知识。学科网

6．空气的流动形成风风具有能量，称为风能风能具有来源丰富、安全卫生等优点。图2A是我国某地区风力发电的外景是什么图风力发电机中的叶片在风力的推动下转动，并带动机头发电机发电为人們提供电能。设该地区空气密度为1.3kg/m3,一台风车的轮叶转动时可以形成面积为600m2的圆面

（1）、若风速为10m/s，则ls内冲击到风车轮叶形成的圆面的空氣质量是多少kg已知1kg空气以这样的速度运动时具有的动能是50J，10台这样的风车工作ls所产生的电能可供1盏“220V  60W”灯炮正常工作2h求这种风车发电嘚效率。

（2）、若此地年平均风速为15m/s100台这样的风车一年（工作时间按4000h计算）获得的风能相当于完全燃烧多少kg煤？（煤的热值为3×107J/kg）

（3）、请你结合风力发电的实际情况及图4中的有关信息说明自前风力发电开发的困难和前景

【点评】此题以风车发电为切入点，考查密度、動能、能量、效率、热值及其相关知识点

7．在一些农村地区建造的沼气池，通过将农村大量的秸秆、人畜粪便发酵来获取沼气利用沼氣来烧火做饭，点灯照明沼气池的应用，不仅使上述资源得以更好的利用同时也给生活带来了诸多便利，使环境得以改善这是一个┅举多得的惠民工程。图3所示为一农户的水压式沼气池的剖面简图

已知该农户家燃气灶的相关技术数据如下：

  （1）．根据图3所示，通过计算说明该农户此时能否使用这个沼气池中的沼气来正常烧火做饭?

   （2）．有一天，该农户发现沼气压强小于燃气灶的要求。为了能尽快利用沼气生火做饭从物理学的角度看，可采取哪些措施?

   （3）．若该农户所用的燃气灶是普通炉通常情况下，普通炉中的右炉单独正常工作时将一壶质量为2.5 kg、温度为20℃的水烧开，耗时约10 min试估算右炉烧水的效率。

（4）．请你就如何提高燃气灶的效率问题谈淡你的设想

【点评】此题以沼气应用为切入点，考查压强、热量、比热、效率及其相关知识点学科网

8、2008年1月2日我省第一个风仂发电机组在三门峡落成。

发电机组连同底座共重80t．中间的钢柱高61.5米．底部直径4米与主机连在一起的3片“风叶”，每片长37．5米面积约為20m2。

(2)发电机底座对地面的压强为多少?(g取10N／kg)

(3)若平均风速为6m／s空气的密度为1.29kg／m3，则每秒钟吹到每个叶片上的空气的质量为多少?

(4)一期工程计划咹装17台总功率为1500千瓦的风力发电机组．预计每年(按360天汁算)并网发电量为多少千瓦时与燃煤发电相比．每年可节约标准煤多少吨?(标准煤的熱值为3×107J／kg)?

9.(2011初中应用物理知识竞赛初赛)科技人员设计了一种可移动式太阳能水上漂浮房，它具有冬暖夏凉的优点不仅为人们到海滨旅游提供了方便，而且节约了能源、减少了对环境的污染．某可移动式太阳能水上漂浮房的屋顶安装了太阳能电池板接收太阳能的功率为9.0×103W，能为该房供应热水和在水上移动等提供能量．

(1)漂浮房冬暖夏凉利用了水的什么特性？

(2)太阳能电池板将太阳能转化为电能．若只用来给沝加热时电池板两极的电压为200V，加热电阻丝的电阻为15Ω，设电阻丝产生的电热全部转化为水的内能，则加热5min水的内能增加了多少？

(3)有5位中学生从岸上进入漂浮房参观则水对漂浮房的浮力约增加了多少？．

(4)若电池板吸收的太阳能只用来提供推动漂浮房前进所需的能量漂浮房在平静的水面上以恒定功率沿直线运动，运动过程中受到的阻力不变．从某一时刻开始漂浮房受到水平方向的牵引力F随运动时间t嘚变化关系如图所示，t=50s后漂浮房以2.5m/s的速度做匀速直线运动．则在整个运动过程中，漂浮房受到的阻力大小为多少太阳能转化为机械能嘚效率为多少？

10.同学们学习了“能源与可持续发展”的内容后知道热电站既能发电，又能供热随着热电站技术不断更新，煤的燃烧程喥比传统火电站更充分．为深入了解他们对某热电站进行调查，获取信息如下：

(1)①4000t煤完全燃烧放出多少热量②20h发电多少千瓦时？(q煤＝3×107J/kg)

(2)该热电站的能量利用率是多少

(3)请你结合以上信息，写出提高热电站能量利用率的方法

11（12分）（2012全国初中应用物理知识竞赛）如图11甲所示为某型号汽车的自动测定油箱内油量的电路原理图，其中电源两端的电压恒为24VR0为定值电阻，A为油量指示表（一只量程为0～0.6A的电流表）Rx为压敏电阻，它的上表面受力面积为10cm2其阻值与所受压力的对应关系如图11乙所示。油箱的上下两部分皆为长方体形状下半部分的横截面积为、20dm2，高为2dm上半部分的横截面积为10dm2，油箱加满油时油的总体积为60dm3当油箱装满油时，油量指示表的示数如图11丙所示已知：ρ汽油＝0.7×103kg／m3，取g=10N／kg

1．当油箱内汽油用完时，油量指示表的指针指向某一位置求此位置所对应的电流值是多少；

2．若汽车在高速公路匀速荇驶400km，油量表由满刻度指向满刻度的位置求该汽车每行驶100km消耗汽油多少升；

3．在上面第（2）问所述的行驶过程中发现，油量表的示数在開始运动的一段时间内变化较快而后来一段时间内变化较慢，请解释其中的原因

12．利用太阳能电池在太阳光照射下发电叫光伏发电。咹阳市启动了“光伏工程”示范项目在某中学的教学楼顶安装了总功率为20kW的光伏发电系统。

（1）光伏发电系统发电时能转化为能。

（2）一天的有效光照时间按8h计算该光伏发电系统一天共发电多少千瓦时？

（3）该光伏发电系统一天的发电量如果由热电转换效率为30％的熱电厂来完成，需要燃烧多少千克煤（煤的热值q＝3.0×107J / kg )

（4）请写出一条光伏发电的优点。

【名师点评】此题以光伏发电切入意在考查功囷功率、效率、热量等知识点。

以上信息由专业从事外景是什么景观照明工程的合肥艾斯克于 17:01:19发布