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1、初中应用物理知识竞赛辅导讲座17 能源与可连续发展编辑人：袁几【重点知识解读】1. 凡是可以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、核能来源于地球自身。5. 人类解决能源消耗迅速增长的方法是：不断开发新能源，充足开发运用太阳能、核能、风能、水流能、地热能等。尽量提高能源运用率，开发生产节能产品，以充足发挥现有能源。【竞赛
2、知识拓展】1 运用太阳能的途径：一是把太阳能转化为内能，例如太阳能热水器；二是运用太阳能发电，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 运用风力发电。3 运用水流能发电。4 运用核能发电。现有的核电站都是运用重核裂变是否的核能发电的。【经典竞赛题分析】例1(2023全国初中应用物理知识竞赛题)微波炉是一种运用向食物发射微波，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。由于微波可以进一步食物表面内约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，他听人们讲运用微波炉对食物加热，不仅加热时间短，还具有加热效率高的
3、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(它表达每消耗电能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
4、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运用这只微波管实现在不同挡位工作的呢?解：4 min微波炉消耗电能：E=J=2.88105J。水的质量m=V=1103110-3kg=1kg。水吸取热量Q=cm(t-t0)=4.21031(72-20)J=2.18105J。微波炉效率 =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 （2023全国初中应用物理知识竞赛试题）随着新
5、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边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，盼望达成的最高时速为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，驱动电机可以将输入功率的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
6、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善建议?【解析】1.驱动电机需要达成的最大机械输出功率：P机=Fv=kmgv=0.027501020W=3103W。需要的电功率：P电=W=3.33103W。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=3P日S=15%6768W=811W”、“ 16 9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. （2023全国初中应
7、用物理知识竞赛预赛）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年制造了世界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)找出原理图中运用的物理知识有 。(2)该原理图中涉及到能量转化过程有 。（各写出一点即可）2. 答案：杠杆原理；力的作用是互相的；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互相转化等 (2)通过燃烧将化学能转化为内能，蒸汽向后喷出将内能转化为机械能三综合应用题1.(2023上海初中物理知识竞赛复赛第21题)
8、(1)（8分）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图 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，以测定与光源间距为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光能的效率。（已知球表面积计算公式为S=4R2，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上述实验。L1, L2安装在离地面高5米处，P为路
9、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远距离为多少？解析：(1)距离光源为d的球面上光强为I=，I-1/d2图线斜率为3.33，由P/4=3.33，求得该小灯泡将电能转化为光能的效率=52.3%。 (2)设一盏路灯的电功率为P0，地面P点跟路灯的连线与地面的夹角为，则地面P点处垂直光的传播方向上的光强为：I=k=考虑到相邻两盏灯同时照亮，地面不垂直光的传播方向，地面实际的光强为：2sin=sin3。 由题意知，这一光强应等于0.013瓦米-2。即：sin3=0.013W/m2，代入P0=200W，h=5m，解得sin=0.581，即
10、=35.52。两灯之间的最大距离为L=2hcot=25cot35.52m=14.0m。2.(2023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。若太阳能电池板接受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受的太阳辐射能约为7.2 104J(minm2)，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，天天以8 h计算。求： （1）太阳能照明灯运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称。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在经济上是否有优势?(灯天天工作10 h，一年按365天计算)额定电压/V额定功率/W平均寿命每只售价/元每度电费/元白炽灯2202001000小时200.5电子节能灯220408000小时20太阳能电池板20231500 解析：（1）. 太阳能电池板工作一天（按8h计算）吸取的太阳能E=7.21040
