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1、综合题例综合题例一、开发新能源1. 前不久，“奋进号”航天飞机进行了一次太空飞行，主要任务是给国际空间站运送物资和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=11%，已知太阳的辐射总功率为P0=3.831026W，地日距离为R0=1.51011m，国际空间站离地球表面h=370km，它绕地球做匀速圆周运动大约有一半时间在地球的阴影内，所以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功率是多少？2. 目前人类用最好的硅电池把太阳能转化为电能的效率才达到10%左右。而经测试
2、，在某种绿色植物的光合作用中，每放出1个氧气分子只需要吸收8个波长为=690nm的光子，每放出1mol氧气的同时，植物体将能储存469kJ的能量，已知普朗克常量h=6.6310-34Js，求绿色植物将太阳能转化为生物能的转化效率。3.燃料电池是把化学能直接转化为电能的装置，它的原料是氢气和氧气，生成物是水，所以它的优点很多：原料来源丰富、价格低廉、不污染环境、生成物可利用（尤其在宇宙航行中）。目前唯一的缺点是催化剂太昂贵。如果解决了这个问题，燃料电池将是很有前途的一种发动机。燃料电池的工作原理是：用多孔的Ni电极浸泡在KOH电解液中，氢气和氧气连续通入电极，两极所进行的化学反应，其总效果是：
3、H2（气）+O2（气）H2O若燃料电池工作于温度为298K的定压条件下，反应前后每消耗1mol氢气产生的能为Hm=-285.8KJ/mol，极间电压为U=1.229V，试求该燃料电池的效率。4. 太阳能汽车是利用太阳能电池将太阳能直接转化为电能，再利用电动机驱动汽车的一种新型汽车，目前正处在实验阶段。实验车的形状都比较怪，有一个几乎布满全部车身的太阳能电池板，还有流线型的外形，仅有的一位乘员（驾驶员）拥有的空间也极为有限。今后随着太阳能电池板效率的提高和轻型高强度的车体材料的出现，实用型的太阳能汽车必将会出现在我们的生活中。某辆实验车，太阳能电池板的总面积为S=8m2，电池组提供的电压为U=1
4、20V，提供给电动机的工作电流为I=10A，电动机内阻为R=2，太阳光照射到电池板上单位面积上的辐射功率为P0=1KW/m2，已知电动机的效率为=90%，在水平路面行驶时车受的阻力为f=150N那么这辆实验车在该路面上行驶的最大速度是多大？它所用的太阳能电池板的效率/是多少？5. 风能是一种环保型能源。目前我国风力发电总装机容量以达2640MW。据勘测我国的风力资源至少有2.53105MW。所以风力发电是很有前途的一种能源。风力发电是将风的动能转化为电能。设空气的密度为，水平风速为v，风力发电机每个叶片长为L，设通过叶片旋转所围成的圆面内的所有风能转化为电能的效率为，那么该风力发电机发出的电功
5、率P是多大？某地平均风速为v=9m/s,所用风力发电机的叶片长L=3m，空气密度=1.3kg/m3，效率为=25%，每天平均发电20小时，每户居民平均每天用电1.5度，那么这台风力发电机能供多少户居民日常用电？6. 潮汐发电就是利用潮水涨落产生的水位差来发电。由于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，已知太阳的质量M1=2.001030kg，月球的质量M2=7.361022kg，地日距离R1=1.501011m，地月距离R2=3.84108m，则太阳与月球对海水的引潮力大小之比为F1F2=。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
6、海水每天涨落两次，共能进行四次发电。已知其年发电量为1.07107kwh,总功率为3.20103kw,则该电站每天平均满负荷发电的时间为h。已知该发电站水库面积为S=2.50106m2，电站的总效率为10%，则每次涨、落潮的平均潮差是m。7. 为了解决日益紧迫的能源问题，有些科学家正在研究太空电站的问题。所谓太空电站，就是地球同步轨道上的太阳能电站，其示意图如右：在太阳能收集板上铺设太阳能硅电池，把光能转化为电能；再经过微波转换器把直流电转换为微波，并通过天线将电能以微波形式向地面固定接收站发送；地面的接收站再把微波转换成电能。已知太阳能硅电池每片面积S0=4cm2，可提供电功率P0=50mW
7、，巨大的太阳能收集板电池阵列面积为S=5109m2，其总功率为多少？利用微波传输，实现了“无缆输电”，输电效率可达80%，微波输电采用的频率为=2450MHZ，求其波长和到达地面时接收站接收到的功率。若已知地球本影长为地球半径的216倍，同步轨道电站离地面的高度是地球半径的5.6倍，试估计太阳能电站一天内处于地球阴影内而不能发电的时间有多长？8. 利用风力发电是一种经济而又清洁的能源利用方式。我国甘肃省某地，四季的平均风速为10m/s。已知空气的密度为1.3kg/m3，该地新建的小型风力发电机的风车有三个长度均为12m的叶片，转动时可形成半径为12m的一个圆面。若这个风车能将通过此圆面内的10
8、%的气流的动能转化为电能，那么该风车带动的发电机的功率为多大？为了减少风车转动轴的磨损，根据最新设计，在转动轴与轴承的接触部分镀了一层纳米陶瓷。一般陶瓷每立方厘米含有1010个晶粒，而这种纳米陶瓷每立方厘米含有1019个晶粒。若把每个晶粒看成球形，并设这些晶粒是一个挨一个紧密排列的，那么每个晶粒的直径大约是多少纳米？（第问答案保留2位有效数字，第问答案保留1位有效数字） 9. 风力发电作为一种无污染、低成本的电力产业，发展前景广阔。我国风力资源丰富，到2000年底，我国风力发电机的总装机容量以达264万千瓦。风力发电的原理是利用风推动叶轮转动，将风的动能转化为叶轮的动能，在将叶轮的动能转化为电
9、能。设空气的密度为，每个叶轮的长度为L，正对叶轮的水平风速为v，整个发电机的效率为，那么每台发电机发出的电功率P为多大？我国研制wd-646型风力发电机，每个叶轮L=22m，当风速达到15m/s时，其输出电功率可达600KW。求该风力发电机将风的动能转化为电能的总效率。（空气的密度为1.29kg/m3）二、航天与卫星10. 美国航天飞机上曾做过“卫星悬绳发电”实验。航天飞机在赤道上空以7.5km/s从西向东做匀速圆周运动。所在处地磁场的磁感应强度B=5.010-5T，从航天飞机上向下释放出一颗卫星，带着一根长L=20km的电缆绳，其电阻为r=800。电缆绳的方向始终指向地心，电缆线随航天飞机运
10、动，从而切割磁感线产生感应电动势，通过稀薄气体中的离子形成回路，给航天飞机里的电器供电。实验中得到的电流为I=3.0A。电缆线中产生的感应电动势E=V，航天飞机中获得的电功率为P=w。11. 我国自行研制发射的“风云一号”、“风云二号”气象卫星的飞行轨道是不同的。“风云一号”是极地圆形轨道卫星，其轨道平面与赤道平面垂直，周期为T1=12h；“风云二号”是同步轨道卫星，其轨道平面就是赤道平面，周期为T2=24h。两颗卫星相比：离地面较高；观察范围较大；运行速度大。若某天上午8点“风云一号”正好通过赤道附近太平洋上一个小岛的上空，那么“风云一号”下一次通过该小岛上空将是。12. 我国的国土范围在东
11、西方向上大致分布在东经700到东经1350之间，所以我国发射的同步通信卫星一般定点在赤道上空3.6万公里，东经1000附近。假设某颗通信卫星计划定点在赤道上空东经1040的位置。经测量刚进入轨道时位于赤道上空3.6万公里，东经1030处。为了把它调整到1040处，可以短时间启动星上的小型喷气发动机调整卫星的高度，改变其周期，使其“漂移”到预定经度后，再短时间启动发动机调整卫星的高度，实现定点。两次调整高度的方向依次是：( )A. 向下、向上 B. 向上、向下 C. 向上、向上 D.向下、向下13.“离子发动机”是一种新型的宇宙飞船用的发动机，其原理是将气体离子由静止经电场加速后高速向后喷出，利
12、用反冲使飞船加速。由于单位时间内喷出的气体离子质量很小，飞船得到的加速度将非常小，但经过足够长时间的加速，同样可以得到很大的速度。已知飞船的质量为M，所用气体离子的荷质比（电荷量与质量之比）为K，气体离子高速喷出形成的等效电流为I，气体离子喷出时的速度为V。 （1）求飞船的加速度a的表达式。 （2）若M=3.0102kg, K=7.2105c/kg, I=0.65A, V=3.0104m/s，那么a等于多大？14. 根据量子理论，光子不但有动能，还有动量，其计算式为p=h/，其中h是普朗克常量，是光子的波长。既然光子有动量，那么光照到物体表面，光子被物体吸收或反射时，光都会对物体产生压强，这就
13、是“光压”。一台二氧化碳气体激光器发出的激光功率为P0=1000W，射出的光束的横截面积为S=1.00mm2，当它垂直照射到某一物体表面时，对该物体产生的光压最大将是多大？既然光照射物体会对物体产生光压，有人设想在遥远的宇宙探测中用光压为动力推动航天器加速。给探测器安上面积极大，反射率极高的薄膜，并让它正对太阳。已知在地球绕日轨道上，每平方米面积上得到的太阳光能为1.35KW，探测器质量为M=50kg，薄膜面积为4104m2,那么探测器得到的加速度为多大？15. 有一种航天器利用电场加速带电粒子向外发射粒子流，利用反冲使航天器得到加速。设该航天器的质量为M，发射二价氧离子，每个氧离子的质量为m
14、，基本电荷为e，电场发射离子的电功率为P，加速电压为U，不考虑发射粒子后航天器质量的变化。求：氧离子射出时的速度v 每秒钟射出的氧离子数n 航天器得到的加速度aQPV1V2V316. “神州二号”发射升空后，先进入一个近地点为200公里，远地点为340公里的椭圆轨道。然后根据计划要将它调整到距地面340公里高的圆轨道上。方法是由地面发出指令，使飞船在到达远地点时，飞船上的发动机自动点火，提高飞船的速度。设飞船在近地点P时的速率为V1，在远地点Q时的速率为V2，点火后做圆周运动时的速率为V3，试比较V1、V2、V3的大小并用小于号将它们排列起来_。飞船上的发动机用偏二甲肼（C2H8N2）做燃料，
15、用四氧化二氮（N2O4）做氧化剂，它们接触后既发生反应，产生二氧化碳、氮气和水。此反应的化学方程式为_。17. “风云一号”气象卫星是极地轨道卫星，又叫太阳同步卫星。它的周期为12小时，轨道平面通过地轴。已知某天早上6点，该卫星正好通过赤道上东经1000的甲地的正上方，那么在当天中午12点，它将出现在赤道上_经_的乙地的正上方；它再次通过甲地正上方将是在_。 三、宇宙学研究18. 关于中子星问题：中子星是恒星演变到最后的一种存在形式。有一密度均匀的星球，以角速度绕自身的几何对称轴旋转。若维持其表面物质不因快速旋转而被甩掉的力只有万有引力，那么该星球的密度至少要多大？蟹状星云中有一颗中子星，它每秒转30周，以此数据估算这颗中子星的最小密度。若此中子星的质量约为太阳的质量（21030kg），试问它的最大可能半径是多大？19. 利用万有引力定律、小孔成像原理和生活常识，就可以估算出太阳的平均密度。用长L=80cm的不透
