初中应用物理知识竞赛辅导讲座17能源与可持续发展

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1、初中应用物理知识竞赛辅导讲座17能源与可持续发展编辑人：袁几【重点知识解读】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.由于原子核的变化而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、取之不尽用之不竭的永久性能源。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，开发生产节能产品，以充分发挥现有能源。【竞赛知识拓展】1

2、．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，例如太阳能热电站；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。2．利用风力发电。3．利用水流能发电。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。【经典竞赛题分析】例1(2011全国初中应用物理知识竞赛题)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。因为微波可以深入食物表面内约5cm，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，不仅加热时间短，还具备加热效率高的特点。为了验证后

3、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挡烧水时的效率。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1200W，他又查看了他家的单相电子电能表，上面注明3200imp/kW·h(它表示每消耗电能1kW·h，该电能表上面的发光二极管闪烁3200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4min，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度为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

4、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?解：4min微波炉消耗电能：E=J=2.88×105J。水的质量m=ρV=1×103×1×10-3kg=1kg。水吸收热量Q=cm(t-t0)=4.2×103×1×(72-20)J=2.18×105J。微波炉效率η=Q/E=76%当微波炉中的微波管在额定电压下以额定功率连续工作时，设定为高火档；当微波炉中的微波管在额定电压下以额定功率间隙工作时，设定为非高火档；且工作时间与不工作时间的比值越小，微波炉的档位越低。例2（2011全国初中应用物理知识竞赛试题）随着新能源、低碳等

5、理念的普及，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=3.9x1026W，太阳到地球的距离口1.5x1011m，阳光穿过太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车的质量约为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，驱动电机能够将输入功率的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

6、进行分析与评价。2.你对他的设想有什么改进建议?【解析】1.驱动电机需要达到的最大机械输出功率：P机=Fv=kmgv=0.02×750×10×20W=3×103W。需要的电功率：P电==W=3.33×103W。垂直于太阳光的太阳能电池板得到的太阳辐射最大功率：P日==W/m2=676W/m2.车上的太阳能电池板所能提供的最大电功率：P电池=η3P日S=15%×676×8W=811W<3.33×103W。以上所算数据为晴朗无云、太阳能电池板始终垂直于阳光时的数据。实际上汽车上的电池板很难做到始终与太阳光垂直，其实际提供的电功率会小于P电池，不能满足驱动电机的需求。2.改进建议：减轻车体自身重、降

7、低车辆行驶时的阻力、减小机械损耗、降低车辆设计最高时速、提高电机效率、兼容其他能源动力、使用蓄电池供电、在车顶安装折叠式太阳能电池板、停车时将太阳能电池转化的电能存入蓄电池、研发高效率太阳能电池板。【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，具有开放性，答出任意两点即可。【竞赛实战训练】1.（2011上海初中物理知识竞赛试题）近年来全球变暖最主要的原因是