初中应用物理知识竞赛辅导讲座17能源与可持续发展Word格式文档下载.docx
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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（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=3.9x1026W，太阳到地球的距离口1.5x1011m，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750kg，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=4πr2）
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?
【解析】1.驱动电机需要达到的最大机械输出功率：
P机=Fv=kmgv=0.02×
750×
10×
20W=3×
103W。
需要的电功率：
P电=
=
W=3.33×
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=η3P日S=15%×
676×
8W=811W<
3.33×
以上所算
数据为晴朗无云、太阳能电池板始终垂直于阳光时的数据。
实际上汽车上的电池板很难做到始终与太阳光垂直，其实际提供的电功率会小于P电池，不能满足驱动电机的需求。
2.改进建议：
减轻车体自身重、降低车辆行驶时的阻力、减小机械损耗、降低车辆设计最高时速、提高电机效率、兼容其他能源动力、使用蓄电池供电、在车顶安装折叠式太阳能电池板、停车时将太阳能电池转化的电能存入蓄电池、研发高效率太阳能电池板。
【点评】此题考查功率、效率等知识点。
此题第1小题，具有多种解法，只要正确即可；
第2小题，具有开放性，答
出任意两点即可。
【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（）
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。
二．填空题
1.（2009上海初中物理知识竞赛复赛题）
10.如图是一种给农作物灌溉的“滴灌”装置，图中的p为进水总阔，q为一种特制的滴水头，该滴水头每分钟滴水的数目相同，每滴水的体积也相同。
在横截面积相同的一根直管上共装有100个滴水头。
第36个滴水头与第37个滴水头间水管中的水流速度为v1．，第64个滴水头至第65个滴水头间水管
中的水流速度为v2，则速度的大小关系为v1____v2（选填：
“>
”、“<
”或“=”），且vl∶v2=_______。
>
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64∶36，由流量公式Q=Sv可知，vl∶v2=64∶36=16∶9。
2.（2011全国初中应用物理知识竞赛初赛）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，蒸汽向后喷出将内能转
化为机械能
三．综合应用题
1.（2009上海初中物理知识竞赛复赛第21题）
（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=4πR2，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？
（1）距离光源为d的球面上光强为I=
η，
I-1/d2图线斜率为3.33，
由Pη/4π=3.33，求得该小灯泡将电能转化为光能的效率η=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θ，则地面P点处垂直光的传播方向上的光强为：
I=k·
η·
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：
·
2·
sinθ=
ηsin3θ。
由题意知，这一光强应等于0.013瓦·
米-2。
即：
ηsin3θ=0.013W/m2，
代入P0=200W，h=5m，解得sinθ=0.581，即θ=35.52°
。
两灯之间的最大距离为L=2×
hcotθ==2×
5×
cot35.52°
m=14.0m。
2.（2009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“220V40W”的电子节能灯工作。
若太阳能电池板接收太阳能的有效面积为0.3m2，地球上该处与太阳光垂直的表面接收的太阳辐射能约为7.2×
104J／（min·
m2），太阳光照一天，恰好可供电子节能灯工作10h。
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，每天以8h计算。
求：
（1）．太阳能照明灯利用太阳能的效率大约是多少?
（2）．若200W的
白炽灯与这种40W的电子节能灯的发光效果相当。
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?
（灯每天工作10h，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
220
200
1000小时
2．0
0.5
电子节能灯
40
8000小时
20
太阳能电池板
20年
1500
解析：
（1）.太阳能电池板工作一天（按8h计算）吸收的太阳能E=7.2×
104×
0.3×
8×
60J≈1.04×
107J
照明灯工作10h消耗电能W=Pt=40×
3600J=1.44×
106J.
太阳能照明灯利用太阳能的效率大约是η=W/E=
=14%.
（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：
20×
365×
10h=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73×
2.0元=146元。
白炽灯所消耗的电能W=Pt=0.2×
73000kW·
h=14600kW·
h
需交电费14600×
0.5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10×
20元=200元。
共计费用1500元+200元=1700元。
7446元>
1700元，这说明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lmin，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1
0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=3×
108m/s
因为：
c=λf所以：
λ=c/f=3×
108/2450×
106m
（2）．加热一袋牛奶需要消耗的电能：
W=Pt=1300×
60J=7.8×
104J
加热10袋牛奶需要消耗的电能：
W总=7.8×
10J=7.8×
105J=0.22kW·
h
加热10袋牛奶需要电费：
0.22×
0.5=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）=4.2×
200×
10-6×
1.0×
（50-10）J=3.36×
104J。
该微波炉在加热牛奶时的效率：
η=Q吸/W=3.36×
104/7.8×
104=43%。
3、（2009全国初中应用物理知识竞赛复赛题）小兰家的全自动家用豆浆机的部分技术数据如下表所示。
额定电压
220V
电机功率
180W
额定频率
50Hz
加热功率
800W
加干豆量
75g
加水量
1200mL
制作豆浆的程序大致如下：
（水温为20℃）
工作程序
加热→
打浆→
煮浆→
防溢延煮→
断电报警
工作时间
与状态
电热器开始
加热，8min
后，水温达
到打浆设定
温度。
电机带动刀片高速打浆，打浆共4次，每次打15s，间隔15s。
电热器继续加热，直至豆浆第一次沸腾，耗时2min。
电热器间断加热，（每加热lmin，停20s）使豆浆反复煮沸，充分煮熟。
共6min40s结束。
机器发出声光报警，提示豆浆已做好
小兰在用该豆浆机制作豆浆之前关闭了她家所有的用电器开关，然后在豆浆机开始制作豆浆的同时，开始记录她家电能表（如图3所示）的转盘转过的圈数，当豆浆机发出声光报警时为止，数得电能表的转盘转过了74圈。
请回答：
（1）．煮好一锅这样的豆浆需
要消耗多少电能?
（2）．根据第1问的计算结果，计算制作一锅这样豆浆的过程中她家电能表的转盘应转过多少圈?
（3）．第2问中计算的结果与小兰实际记录的圈数相符吗?
如不相符，请说出你对产生这一偏差的猜想。
3解答：
（1）．煮好一锅这样的豆浆需要消耗电能：
W=W1+W2=P1t1+P2t2
=800×
（8×
60＋2×
60＋400×
）J＋180×
4×
15J=730800J
（2）．电能表应当转过的圈数：
n=
圈=73圈
（3）．不相符。
猜想：
（1）某些电器在关闭开关后，仍处于待机状态，消耗电能；
（2）家庭电路电压偏低，豆浆机实际功率偏小；
（3）在制作豆浆过程中，豆浆机向环境散热；
（4）电能表存在误差；
（5）小兰记录存在误差；
（6）导线发热消耗电能。
4．（全国初中应用物理知识竞赛）图1所示为一种太阳能照明灯，太阳能电池板供1只“220V40W”的电子节能灯工作。
（2）．若200W的白炽灯与这种40W的电子节能灯的发光效果相当。
（1）.太阳能电池板工作一天（按8h计算）吸收的太阳能：
E=7.2×
照明灯工作10h消耗电能：
W=Pt=40×
【点评】此题以太阳能的利用和电子节能灯为素材，考查能量、功率、斜率及其相关知识。
5．（全国初中应用物理知识竞赛）空气的流动形成风，风具有能量，称为风能。
风能具有来源丰富、安全卫生等优点。
图2A是我国某地区风力发电的外景图。
风力发电机中的叶片在风力的推动下转动，并带动机头发电机发电，为人们提供电能。
设该地区空气密度为1.3kg/m3,一台风车的轮叶转动时可以形成面积为600m2的圆面。
（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所产生的电能可供1盏“220V60W”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3×
107J/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。
（1）．每秒钟通过的空气流的长度为：
L=vt=10m/s×
1s=10m。
每秒钟通过风车轮叶形成的圆面空气流的体积V=SL=600m2×
10m=6×
103m3。
每秒钟通过风车轮叶空气流的质量为：
m=V=1.3kg/m3×
6×
103m3=7.8×
103kg。
1台风车工作1s获得的空气的动能为：
E0=7.8×
103kg×
50J/kg=3.9×
10台风车工作1s获得的空气的动能为：
E=10E0=10×
3.9×
105J=3.9×
106J。
10台风车工作1s产生的电能为：
E电=Pt=60W×
2×
3600s=4.32×
105J
风车发电的效率为：
η=E电/E×
100%=4.32×
105J/3.9×
106J×
100%=11%。
（2）．100台风车1s获得的风能为E0‘=100×
12×
104J=12×
107J
100台风车一年获的风能为E总=4000×
3600×
1.2×
107J=1.728×
1014J
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=1.728×
1014J/3×
107J/kg=5.76×
106kg
（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．（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．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9．U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：
使用燃料
液化石油气
天然气
人工煤气
人工沼气
灶前压强（kPa）
2.8
2.0
1.0
0.5
额定热流量（kW）
普通炉
左：
3.6
组合炉
右：
4.0
单炉
取g=10N／kg，水的比热容c水=4.2×
l03J／（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2.5kg、温度为20℃的水烧开，耗时约10min。
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。
（1）.灶前沼气的压强p=ρ水gh水=1.0×
103kg/m3×
10N/kg×
0.06m=6.0×
102Pa=0.6kPa
因为p>
0.5kPa，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。
（3）.一般说来，燃气灶正常工作时，燃气的燃烧是很充
分的，我们可以视为燃气完全燃烧；
再把当时的大气压看作是1标准大气压。
水吸收的热量Q吸=c水m水△t水=4.2×
2.5×
（100—20）J=8.4×
105J.
燃气灶所放出的热量Q放=Pt=4.0×
60J=2.4×
106
右炉烧水的效率η=
×
100%=
100%=35%。
（4.）提高燃气灶热效率的设想如下：
适当选用额定流量较大的炉具以缩短加热时间，从而缩短向环境散热时间，以减少热损失；
及时清除水壶底部的水垢，以加快热传递；
烧水时，水壶最好加盖。
【点评】此题以沼气应用为切入点，考查压强、热量、比热、效率及其相关知识点。
7、（2008河南初中应用物理知识竞赛题）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
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