北京高考新能源问题

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1、新能源问题专题一、新能源包括太阳能、核能、风能、海洋能等开发新能源的基本原理是根据能量转化和守恒定律。无论开发什么新能源，总是设法使某种形式的能量转化为另一种便于被人类利用的能量。若转化前的能量为E1，转化后的能量为E2，转化效率为η，则E1η＝E2。二、太阳能的利用日rP太阳向外辐射能量的总功率是P０＝3.83×1026W，地日距离为r＝1.5×1011m，如图所示。同一时刻从太阳辐射出的太阳能可以认为均匀分布在以太阳为中心，ｒ为半径的球面上，因此地球绕日运行轨道上任意一点P处，正对太阳的单位面积上所接受到的太阳能功率为=1.35kW/m2。由于地球大气层对太阳能的反射与吸收

2、，实际能到达地面的太阳能大约只有50%左右。三、风能的利用　　用风力发电机把空气的动能转化为电能。把风力发电机叶片旋转所覆盖的面积叫做“可接受风能面积S”，设风速为v，空气密度为ρ，则时间t内通过S的空气质量为m=ρSvt。四、海洋能的利用常用的是潮汐发电。将海水的重力势能转化为电能。设坝内水面面积为S，坝内外水面落差为h，水的密度为ρ，由于用来发电的这部分水的重心只下降了h/2，所以可利用的重力势能为E＝ρgSh2/2。五、核能的利用目前用于商业发电的核电站都是利用核裂变发电。依据是爱因斯坦的质能方程E=mc2。六、练习题1.太阳内部的核聚变可以释放出大量的能。这些能以电磁辐

3、射的形式向四面八方辐射出去，其总功率达P0=3.8×1026W。设太阳上的核反应都是这种形式的反应（ν是中微子，其质量远小于电子质量，是穿透能力极强的中性粒子），地日距离L=1.5×1011m，地球半径R=6.4×106m。⑴试估算太阳每秒钟损失多少吨质量？⑵试估算每秒钟从太阳发出到达地球表面的中微子的个数。（以上计算结果均只要求保留1位有效数字）2．美国宇航局曾试验发射过一个由太阳能驱动的单翼飞行器，其翼展74m，翼宽4m，如图所示。该飞行器装有14个螺旋桨，每个螺旋桨由输出功率为1.5kW的电动机带动．电动机的电能来自布满飞翼的6.5万个太阳能光伏电池。在试验飞行时，每平方

4、米面积上实际接受到的太阳辐射能功率为550W，带动螺旋桨的电动机的效率为η＝80%。求：飞行器上所用太阳能电池的效率η′。　　-2-3．奋进号航天飞机曾进行过一次太空飞行，主要任务是给国际空间站安装新的太阳能电池板。该太阳能电池板长L=73m，宽d=12m，将太阳能转化为电能的转化率为η=20%。已知太阳辐射的总功率为P0=3.8×1026W，地日距离r=1.5×1011m，国际空间站绕地球做匀速圆周运动，大约有一半时间在地球的阴影内，在它能发电的时间内将把所发电的一部分储存在蓄电池内。由以上数据估算这个太阳能电池板能对国际空间站提供的平均电功率是多少？4．风力发电作为一种无污

5、染、低成本的新能源，发展前景广阔。风力发电的原理是将通过叶片所围面积（可接受风能面积）内的空气动能的一部分转化为叶片的动能，再将叶片的动能转化为电能。我国研制的Wd-646型风力发电机每个叶片长L=22m，当风速达15m/s时，输出的电功率可达600kW。空气密度为1.3kg/m3求该发电机将风能转化为电能的总效率η。5．潮汐发电利用潮水涨落产生的水位差来发电。已知太阳和月球对海水的作用力（引潮力）与它们的质量成正比，与它们到地球的距离的三次方成反比。太阳质量M1=2.0×1030kg，月球质量M2=7.4×1022kg，地日距离R1=1.5×1011m，地月距离R2=3.8×

6、108m。⑴求太阳与月球对海水的引潮力大小之比为F1∶F2。⑵建于浙江江厦的双向潮汐电站是我国第一座潮汐电站。它利用海水每天涨落两次，共能进行四次发电，设计年发电量为1.0×107度，总功率为3.2兆瓦。该发电站水库面积为S=200公顷（1公顷=104m2），电站的总效率为10%。一年按360天计算，海水密度取ρ=1.0×103kg/m3，g取10m/s2。试估算每次涨、落潮的平均潮差h。　　6．某座核电站使用的浓缩铀中纯铀235占3%，每年只需消耗30吨浓缩铀。设发生的裂变反应是U+n→Ba+Kr+3n+201MeV。如果用优质煤做燃料（优质煤的燃烧值为3.0×107J/kg

7、），该电站每年需要用多少列运煤专列运送煤碳？（设每个专列50节车皮，每节车皮装50吨优质煤，阿伏伽德罗常数NA=6.0×1023mol-1）答案：1．⑴4×106吨；⑵8×10282．16%3．1.2×105W4．η=18%5．⑴0.42⑵h=5m6．985-2-