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        第二十二章 能源與可持續(xù)發(fā)展

        2016-04-07 19:47:56趙建設(shè)
        試題與研究·中考物理 2015年3期
        關(guān)鍵詞:電池板風(fēng)能路燈

        趙建設(shè)

        一、知識點(diǎn)例析

        (一)能源分類

        【例1】(2015·廣東)下列能源屬于不可再生能源的是( )

        A.風(fēng)能 B.化石能源

        C.水能D.太陽能

        解析:風(fēng)能、水能、太陽能都能從自然界里源源不斷地得到補(bǔ)充,屬于可再生能源;化石能源消耗后,不能在短期內(nèi)從自然界得到補(bǔ)充,屬于不可再生能源。

        答案:B

        (二)新能源

        【例2】(2015·黃石)由于世界人口的急劇增加和經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展,能源的消耗持續(xù)增長,所以開發(fā)新能源已成為全世界的重要課題,下列關(guān)于能源及其利用的說法正確的是( )

        A.化石能源是不可再生能源,而核能、風(fēng)能、水能、太陽能是可再生能源

        B.與煤炭、石油、天然氣等能源相比,風(fēng)能、水能、太陽能具有清潔環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)

        C.隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展,我國已建成了利用核聚變能量發(fā)電的核電站

        D.因?yàn)槟芰吭谵D(zhuǎn)化過程中是守恒的,所以能量是“取之不盡,用之不竭”的

        解析:核能與煤、石油、天然氣等化石能源是不可再生能源,太陽能、風(fēng)能、水能是可再生能源,故A錯(cuò)誤;與煤炭、石油、天然氣等能源相比,風(fēng)能、水能、太陽能是新型的無污染的能源,是取之不盡的能源,可直接利用且對環(huán)境的污染小,前景廣闊,故B正確;目前已建成的核電站的能量來自于重核的裂變,而不是輕核聚變。故C錯(cuò)誤;能量雖然守恒,但有些能量使用以后不可能再被利用,所以要節(jié)約資源,故D錯(cuò)誤。

        答案:B

        (三)能源與可持續(xù)發(fā)展

        【例3】解析:能量在使用中發(fā)生轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移,總量是不會變化的,但能源不是取之不盡用之不竭的,也會發(fā)生危機(jī),故A錯(cuò)誤;能量轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移過程是具有方向性,故B正確;修筑攔河壩建造水電站也會對沿河的水域環(huán)境造成影響,給河流通航造成影響等,因此不利影響也是存在的,故C錯(cuò)誤;核能中的核燃料用完后也不能重復(fù)使用,故屬于不可再生能源,故D錯(cuò)誤。

        答案:B

        (四)能量綜合題

        能量綜合題是利用能量做橋梁,把各種能量的轉(zhuǎn)化聯(lián)系在一起。它涉及的能量轉(zhuǎn)化有:機(jī)械能與電能的轉(zhuǎn)換,電能與機(jī)械能的轉(zhuǎn)換;內(nèi)能與機(jī)械能的轉(zhuǎn)換;太陽能與內(nèi)能的轉(zhuǎn)換,電能與內(nèi)能的轉(zhuǎn)換等。這類題在新能源和節(jié)約環(huán)保這一大背景下,利用能量轉(zhuǎn)化和守恒、效率等多個(gè)知識點(diǎn)巧妙地把電學(xué)知識、熱學(xué)知識、力學(xué)知識綜合在一起,對電學(xué)知識W=Pt、熱量、熱值和效率、新能源等多方面知識綜合考查,還兼顧對學(xué)生計(jì)算能力進(jìn)行考查。

        【例4】有一種電能輔助式太陽能熱水器,將它安裝在陽光充足的水平臺面上,并注滿水。晴天時(shí)它接收太陽能的真空鍍膜管的總有效面積約為1.5m2,陰雨天時(shí)用電加熱。銘牌上的部分參數(shù)如表所示。

        (1)某地區(qū)(晴天)平均每平方米的面積上,每小時(shí)接收的太陽能約為2.8×106J。若每天日照時(shí)間按10h計(jì)算,則它一天中接收的太陽能(E)約為多少?若這些太陽能有50%被熱水器中的水吸收,則可使水溫升高多少?

        (2)陰雨天時(shí)需用電加熱,如果所消耗的電能全部轉(zhuǎn)化為水的內(nèi)能,熱水器在額定電壓下工作時(shí),將上述同樣質(zhì)量、初溫的水升高同樣的溫度需多長時(shí)間?

        (3)從能源和可持續(xù)發(fā)展的角度,說出提倡開發(fā)利用太陽能的主要理由是

        ________________________________________

        (要求寫出一點(diǎn))[ρ水=1.0×103kg/m3,c水=4.2×103J/(kg·℃)]。

        解析:

        解題思路

        (1)根據(jù)太陽能熱水器每平方米每小時(shí)接收的太陽能,乘以面積和時(shí)間,即可得出1天中接收的太陽能E;再利用吸熱公式變形,即可求出水溫升高的情況。

        (2)熱水器正常工作時(shí)的電流可通過表中的額定功率和額定電壓求出,正常工作的時(shí)間則用公式t=W/P計(jì)算。

        (3)太陽能是可再生能源、太陽能是清潔能源,不會造成環(huán)境污染,使用太陽能可節(jié)約傳統(tǒng)能源。

        解:(1)水的質(zhì)量m=ρV=1×103kg/m3×0.1m3=100kg;

        一天獲得的太陽能E=2.8×106J/(h·m2)×10h×1.5m2=4.2×107J,

        水吸收的熱量Q=ηE=4.2×107J×50%=2.1×107J,

        由Q=cmΔt變形可得,

        水升高的溫度Δt=Q/cm=(2.1×107J)/[4.2×103J/(kg·℃)×100kg]=50℃;

        (2)電流所做的功W=Q=2.1×107J,

        由P=W/t得,加熱時(shí)間t=W/P=(2.1×107J)/2000W=1.05×104s;

        (3)環(huán)保、節(jié)能、無污染。

        圖221【例5】在高速公路上有一種太陽能路燈(如圖221所示),它的燈桿頂端是太陽能電池板,燈桿下方有蓄電池,將能量儲存起來,供夜晚路燈照明。

        (1)寫出太陽能路燈使用過程中,能量是怎樣轉(zhuǎn)化的?

        (2)若在一定時(shí)間內(nèi),太陽光輻射到該太陽能電池板的能量為2.7×107J,這相當(dāng)于完全燃燒多少千克的煤放出的熱量?(煤的熱值為3.0×107J/kg)

        (3)這些能量經(jīng)轉(zhuǎn)化后,可供功率為35W的路燈工作60h,請計(jì)算該太陽能路燈的能量轉(zhuǎn)化率。

        解析:

        解題思路

        (1)太陽能電池板工作時(shí),它能將太陽能轉(zhuǎn)化為電能,并向燈桿下方的蓄電池充電,將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能,夜晚蓄電池向路燈供電,化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。

        (2)知道煤燃燒放出的熱量(太陽能電池板接收到的總能量),利用Q放=mq求煤的質(zhì)量。endprint

        (3)利用W=Pt求轉(zhuǎn)化的電能(有用能量),利用效率公式求太陽能路燈的能量轉(zhuǎn)化效率。

        解:(1)太陽能路燈的燈桿頂端是太陽能電池板,它可以將太陽能轉(zhuǎn)化為電能。

        (2)由題知,Q放=mq=2.7×107J,

        需要完全燃燒煤的質(zhì)量:m=Q放/q=2.7×107J/(3.0×107J/kg)=0.9kg。

        (3)使用太陽能路燈的有用能量:W電=Pt=35W×60×3600s=7.56×106J,

        太陽光輻射到該太陽能電池板的能量(總能量)W總=2.7×107J,

        該太陽能路燈的能量轉(zhuǎn)化效率:η=W電/W總=7.56×106J/2.7×107J=28%。

        方法點(diǎn)撥

        太陽能是新能源之一。太陽能的直接應(yīng)用有加熱和光電轉(zhuǎn)換。E有用=ηE總可得到有用的部分太陽能。這部分能量,在利用太陽能的直接加熱過程中,等于被加熱物體獲得的熱量;在光電轉(zhuǎn)化中,等于轉(zhuǎn)化為電能的那部分能量。在解決此類問題時(shí),若沒有分清能量的用途,解題時(shí)就無法得出正確的結(jié)果。

        二、習(xí)題演練

        (一)課后鞏固

        1.(2014·桂林)太陽能屬于可再生的

        ________________________________________

        (填“清潔”或“不清潔”)能源。目前人們直接利用太陽能的方式主要有兩種:一種是用集熱器把水等物質(zhì)進(jìn)行加熱;另一種是用太陽能電池把太陽能轉(zhuǎn)化成

        ________________________________________

        能。

        2.(2014·丹東)為核潛艇提供能量的裝置是核反應(yīng)堆,在核反應(yīng)堆中發(fā)生的是

        ________________________________________

        (填“核裂變”或“核聚變”)。這種能源屬于

        ________________________________________

        (填“可再生”或“不可再生”)能源。

        3.水力發(fā)電、火力發(fā)電及核能發(fā)電是目前人們獲得電能的主要途徑,其中容易產(chǎn)生溫室效應(yīng)的是

        ________________________________________

        發(fā)電,屬于利用可再生能源的是

        ________________________________________

        發(fā)電。

        4.(2014·烏魯木齊)下列能源屬于可再生能源的是( )

        A.太陽能 B.煤

        C.石油D.天然氣

        5.(2014·自貢)自然界中有些能源一旦被消耗就很難再生,因此我們要節(jié)約能源。在下列能源中,屬于不可再生能源的是( )

        A.風(fēng)能B.水能

        C.太陽能D.石油

        6.(2015·成都)關(guān)于能源、能量,下列說法不正確的是( )

        A.能源是人類物質(zhì)生活、社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)

        B.太陽能、風(fēng)能、地?zé)崮艿仁悄壳罢谂ρ芯?、開發(fā)的新能源

        C.根據(jù)能量守恒定律,能量不會消滅,但可以創(chuàng)造

        D.電風(fēng)扇工作時(shí),主要將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能

        7.(2015·資陽)如圖222所示,下列有關(guān)能源及能的轉(zhuǎn)化的說法中錯(cuò)誤的是( )

        A.太陽能集熱器的吸熱板把太陽能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能

        B.太陽能汽車?yán)锰柲茈姵匕烟柲苤苯愚D(zhuǎn)化成汽車動能

        C.樂山大佛臉上出現(xiàn)的黑色條紋是人類消耗化石能源產(chǎn)生酸性氣體形成酸雨腐蝕造成的

        D.汽車散失的熱不能收集起來再利用表明能量轉(zhuǎn)化過程具有方向性

        圖2228.(2015·內(nèi)江)下列說法中正確的是( )

        A.原子核在常溫下就能發(fā)生輕核聚變

        B.太陽的能量來自大量的氘核的裂變

        C.能量在轉(zhuǎn)化的過程中總量保持不變,并且存在方向性

        D.煤、石油、天然氣都屬于可再生能源

        9.(2014·濟(jì)寧)為配合濟(jì)寧市“五城同創(chuàng)”活動,小夢提出下列環(huán)保建議:①開發(fā)新能源,減少化石燃料的燃燒;②使用手帕,減少餐巾紙的使用;③市內(nèi)出行乘公交車或騎自行車,少開私家車;④使用一次性發(fā)泡塑料餐具和塑料袋;⑤分類回收垃圾。其中你認(rèn)為可行的是( )

        A.①②③⑤B.①③④⑤

        C.①③⑤D.①②③④⑤

        10.如圖223是某小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出功率與風(fēng)速的關(guān)系圖。

        圖223(1)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出最大功率時(shí)的風(fēng)速為多少?該風(fēng)力發(fā)電機(jī)固定在水平地面上時(shí),整個(gè)裝置與地面接觸的面積是1m2,總質(zhì)量為60kg,計(jì)算該裝置對水平地面的壓強(qiáng)多大?

        (2)若該風(fēng)力發(fā)電機(jī)以輸出功率為500W發(fā)電,平均每天工作8h,計(jì)算一年(365天)發(fā)電量是多少?

        (3)風(fēng)力發(fā)電與傳統(tǒng)的火力發(fā)電相比,有什么優(yōu)勢和不足?

        (二)能力提升

        1.(2015·重慶)如圖224是某地區(qū)風(fēng)力發(fā)電的外景,風(fēng)力發(fā)電是將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為

        ________________________________________

        能,且風(fēng)能是清潔的可再生能源,是世界各國大力發(fā)展的新能源之一,能量的單位是

        轉(zhuǎn)化為電能;并儲存起來;用

        ________________________________________

        材料制作的LED燈日夜發(fā)光提醒人們注意到交通安全。

        3.(2014·綿陽)下列屬于不可再生能源的是( )endprint

        A.風(fēng)能 B.水能

        C.煤炭D.太陽能

        4.從所用資源的能量形式分析,下列各種發(fā)電方式與“水力發(fā)電”不同的是( )

        A.火力發(fā)電 B.風(fēng)力發(fā)電

        C.太陽能發(fā)電D.地?zé)岚l(fā)電

        5.倡導(dǎo)低碳環(huán)保的生活方式,正日益成為社會的主流。下列說法中不符合“低碳生活”理念的是( )

        A.為了方便,多使用一次性塑料袋

        B.少用紙巾,重拾手帕

        C.隨手關(guān)燈,節(jié)約用電

        D.多騎自行車,少坐汽車

        6.(2015·成都)2014年8月,我國自主研發(fā)的“華龍一號”核電站總體技術(shù)方案通過專家評審。核電站利用核能發(fā)電,它的核心設(shè)備是核反應(yīng)堆。下列說法正確的是( )

        A.目前核電站都是通過聚變反應(yīng)來釋放核能

        B.核電站產(chǎn)生的核廢料對環(huán)境沒有污染

        C.核反應(yīng)堆中發(fā)生的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)是可以控制的

        D.核反應(yīng)堆所用的核燃料主要是氫的同位素

        7.人類社會的發(fā)展離不開能源,能源革命促進(jìn)了人類文明的進(jìn)步,下列關(guān)于能源利用的說法中正確的是( )

        A.人類大量使用太陽能會導(dǎo)致溫室效應(yīng)

        B.因?yàn)槟芰渴鞘睾愕?,所以不存在能源危機(jī)

        C.煤、石油、天然氣的化學(xué)能歸根到底來自太陽能

        D.核能的使用會造成放射性污染,所以不應(yīng)該開發(fā)核能

        8.(2015·連云港)圖226為某市空氣中PM2.5的來源分布圖。PM2.5是指直徑小于等于2.5微米的顆粒物,其在空氣中濃度越高,就代表空氣污染越嚴(yán)重。為減少PM2.5排放量,改善空氣質(zhì)量,下列措施不可取的是( )

        圖226A.植樹造林,增大城市綠地面積

        B.開發(fā)使用太陽能、核能等新能源

        C.加大火力發(fā)電投入,擴(kuò)大火力發(fā)電規(guī)模

        D.推行城市公共自行車系統(tǒng),打造綠色交通

        圖2279.太陽能電池帆板(簡稱“電池板”)是為“嫦娥”系列探測器及其他空間飛行器提供能源的裝置,如圖227所示。“電池板”通常裝有“向日器”,有了“向日器”,“電池板”就像“向日葵”一樣迎著太陽轉(zhuǎn)動。某興趣小組為研究“影響太陽能電池產(chǎn)生電流大小的因素”,他們用材料相同、面積分別為S和S′的“電池板”進(jìn)行實(shí)驗(yàn),并改變“電池板”與光線的夾角,用電流表觀察電流大小,實(shí)驗(yàn)過程如圖228所示,請根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及相關(guān)條件歸納得出初步結(jié)論。

        圖228①分析比較圖228(a)與(b)可得:

        ________________________________________

        。

        ②分析比較圖228(a)與(c)可得:

        ________________________________________

        。

        ③根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)論可知,太陽能電池帆板安裝“向日器”,是為了自動改變太陽能電池板的角度,盡量使

        ________________________________________

        習(xí)題演練參考答案

        (一)課后鞏固

        1.清潔 電

        2.核裂變 不可再生

        3.火力 水力

        4.A 5.D 6.C 7.B 8.C 9.A

        10.解:(1)從圖象得知,當(dāng)輸出功率最大為1000W時(shí),對應(yīng)的風(fēng)速為12m/s,

        風(fēng)力發(fā)電機(jī)對地面的壓強(qiáng)是

        p=FS=GS=mgS=60kg×10N/kg1m2=600Pa

        (2)該風(fēng)力發(fā)電機(jī)一年可以發(fā)電W=Pt=0.5kW×365×8h=1460kW·h

        (3)優(yōu)點(diǎn):清潔能源,環(huán)保;不足:受季節(jié)、天氣影響

        (二)能力提升

        1.機(jī)械 焦耳

        2.太陽能 半導(dǎo)體

        3.C 4.A 5.A 6.C 7.C 8.C

        9.①材料相同的太陽能電池板,當(dāng)太陽光線垂直電池板入射時(shí),電池板面積越大,太陽能電池產(chǎn)生的電流越大。

        ②材料和面積都相同的太陽能電池板,太陽光線與電池板入射夾角(≤90°)越大,太陽能電池板產(chǎn)生電流越大。

        ③光線垂直電池板入射endprint

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