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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,【竞赛知识拓展】 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。 利用风力发电。 利用水流能发电。 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
2、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1 200 W，他又查看了他家的单相电子电能表，上面注明3200 imp / kWh(它表示每消耗电能1 kWh，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度为72，请你
3、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2 （2011全国初中应用物理知识竞赛试题）随着新能源、低碳等理念的普及，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=3.9x1026 W，太阳到地球的距离口1.5x1011 m，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750k
4、g，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=4r2) 1.根据以上数据，通过计算对小明的设想进行分析与评价。 2.你对他的设想有什么改进建议?,【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 A被大气吸收的太阳辐射增加 B被大气反射到太空的太阳辐射增加 C被大气吸收的地表辐射增加 D被地表反射到太空的太阳辐射增加 1.答案：C解析：近年来全球变暖最主要的原因是大气中温室气体
5、增多，被大气吸收的地表辐射增加，选项C正确。,2.（2011全国初中应用物理知识竞赛试题）.动车组列车进站前的减速过程分为两个阶段进行: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；第二阶段采用机械刹车，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为电能，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
6、化为内能，且内能大于减小的动能。,2.答案B解析：列车进站过程中的能量转化，第一阶段减小的动能有一部分转化为电能，一部分转化为内能，即电能小于减小的动能，选项错误B正确。第二阶段减小的动能主要转化为内能，另一部分转化为电能，且内能小于减小的动能，选项CD错误。,3. （2011全国初中应用物理知识竞赛初赛）空气热源型热泵热水器是利用空气作为低温物质，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，使介质成为高温物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
7、（ ） 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在高温物质处，冷水从介质中吸热,3.答案：A解析：该种热水器内介质汽化的发生位置在低温物质处，介质从空气中吸热，选项A正确。,解析：根据题述，第36个滴水头与第37个滴水头间水管中的水流量和第64个滴水头至第65个滴水头间水管中的水流量之比为6436，由流量公式Q=Sv可知，vlv2=6436=16 9。,2. 答案：杠杆原理；力的作用是相互的；以滚动代替滑动（以滚动来减小摩擦）；沸腾产生蒸汽（液体的沸腾）；不同形式的能量之间可以相互转化等 (2)通过燃烧将化学能转化为内能，蒸汽向
8、后喷出将内能转化为机械能,三综合应用题,（2）. 在相同的时间内(20年)进行比较： 白炽灯（或节能灯）工作总时间：2036510h=73000h。 使用白炽灯的情况：需要的灯数为73000/1000=73盏， 购买白炽灯的费用732.0元=146元。 白炽灯所消耗的电能W=Pt=0.273000kWh=14600 kWh 需交电费146000.5元=7300元。 共计费用 146元+7300元=7446元。 使用太阳能照明灯情况：需要的灯数为73000/8000=10盏， 购买太阳能照明灯的费用1020元=200元。 共计费用 1500元+200元=1700元。 7446元1700元，这说明
9、使用这种太阳能照明灯比使用白炽灯在经济上有很大优势,2（16分）(2009全国初中应用物理知识竞赛复赛题)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，达到适宜饮用的温度。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）微波的波长是多少? （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.解答： （1）电磁波的速度：c=3108m/s 因为：c=f 所以：= c/f= 3108/2450106m （2）加热一袋牛奶需要消耗
10、的电能： W=Pt=130060 J =7.8104J 加热10袋牛奶需要消耗的电能： W总=7.810410 J =7.8105J=0.22kWh 加热10袋牛奶需要电费：0.220.5=0.11元 （3）一袋牛奶被加热至适宜饮用的温度需吸热： Q吸=cm（t2-t1）=4.210320010-61.0103（50-10）J =3.36104J 。 该微波炉在加热牛奶时的效率：= Q吸/ W=3.36104/7.8104=43%,1）若风速为10m/s，则ls内冲击到风车轮叶形成的圆面的空气质量是多少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
11、能可供1盏“220V 60W”灯炮正常工作2h，求这种风车发电的效率。 （2）、若此地年平均风速为15m/s，100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3107J/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。,解析：（1）每秒钟通过的空气流的长度为：L=vt=10m/s1s=10m。 每秒钟通过风车轮叶形成的圆面空气流的体积V=SL=600m210m=6103m3。 每秒钟通过风车轮叶空气流的质量为：m=V=1.3kg/m36103m3=7.8103kg。 1台风车工作1s获得的空气的动能
12、为：E0=7.8103kg50J/kg=3.9105J。 10台风车工作1s获得的空气的动能为：E=10 E0=103.9105J=3.9106J。 10台风车工作1s产生的电能为：E电=Pt=60W23600s=4.32105J 风车发电的效率为：= E电/E100%=4.32105J/3.9106J100%=11%。 （2）100台风车1s获得的风能为 E0=10012104J=12107J 100台风车一年获的风能为 E总=400036001.2107J=1.7281014J 如果这些能量是由完全燃烧煤来获得，则煤的质量应为： m=E总/q=1.7281014J/3107J/kg=5.7
13、6106kg,（3）风力发电的实际困难为：风力不稳定，前期投资大，导致风力发电成本较高等。 前景：随着技术不断的成熟，成本下降较快，有望低于火力发电成本；风力发电对环境几乎没有污染等。 【点评】此题以风车发电为切入点，考查密度、动能、能量、效率、热值及其相关知识点。,6(2009年全国初中应用物理知识竞赛)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，利用沼气来烧火做饭，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。这是一个一举多得的惠民工程。图3所示为一农户的水压式沼气池的剖面简图。 说明：1沼气池 2水压池 3
14、进料口 4密封盖 5输气管 6贮气室 7沼气压力显示器 8总阀门 9U形管压强计(里面装有染成红色的水) l0出料口盖板(不密封水压池，水压池仍与外面大气相通) 11阀门 已知该农户家燃气灶的相关技术数据如下：,取g=10 Nkg，水的比热容c水=4.2l03J(kg) （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，
15、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,解析：（1）.灶前沼气的压强p=水gh水=1.0103kg/m310N/kg0.06m=6.0102Pa=0.6kPa 因为p0.5kPa，因此可以使用这个沼气池中的沼气来正常烧火做饭。 （2）.可采取的措施有：通过进料口向沼气池中加水、加料或向水压池中加水等。如果通过进料口向沼气池中加适量的热水，则效果更佳。,7、（2008河南初中应用物理知识竞赛题）2008年1月2日我省第一个风力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375米，面积约为20m2。 (1)风能是属于 (可再生或不可再生)能源。风力发电的主要优点为(两点) (2)发电机底座对地面的压强为多少?(g取10Nkg),(3)若平均风速为6ms，空气的密度为1.29kgm3，则每秒钟吹到每个叶片上的空气的质量为多少? (4)一期工程计划安装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?(标准煤的热值为3107Jkg)?,7. 解答：(1)可再生 节能、环保、成本低 (2) 发电机底座面积S=d2/4
