最近十年初中应用物理知识竞赛题分类解析专题二十二、能源和可持续性发展

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30Ω=10Ω………………………………………（1分）

汽

油

用

完

时

，

由

图

11

乙

可

知

：

Rx′

＝

300Ω……………………………………………（1分）

I2=通过油量表的电流：（1分）

2．油量表指向满刻度的

14UR0＋Rx?=

2410＋300Ω＝0.08A……………………………

0.6A=0.15A 位置，通过油量表的电流：I3=×

4UI1此时压敏电阻阻值：Rx″＝150Ω…………………………（1分）

－R0＝160Ω－10Ω＝

由图11乙可知，汽油对压敏电阻的压力：F″＝0.7N 汽油对压敏电阻的压强p″＝汽油的深度：h″＝（1分）

10－2×0.1m3＝2×10－2m3 剩余汽油的体积：V″＝S2h″＝20×ΔV＝汽车行驶100km，消耗汽油的体积：（1分）

3．因油箱上部横截面积较小，消耗相同体积的汽油，上部的液面高度变化较大，导致汽油对压敏电阻的压力变化较大，所以电流表示数变化较快……………………………（2分）

12．利用太阳能电池在太阳光照射下发电叫光伏发电。安阳市启动了“光伏工程”示范项目，在某中学的教学楼顶安装了总功率为20kW的光伏发电系统。 （1）光伏发电系统发电时，?????能转化为?????能。

（2）一天的有效光照时间按8h计算，该光伏发电系统一天共发电多少千瓦时？ （3）该光伏发电系统一天的发电量，如果由热电转换效率为30％的热电厂来完

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F?S＝

0.710?102－4Pa＝7×102Pa

p??汽油g＝

7?1030.7?10?10m＝0.1m………………………………

6?10－2－2?104－2m3＝10L…………

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成，需要燃烧多少千克煤？（煤的热值q＝3.0×107J / kg ) （4）请写出一条光伏发电的优点。 解析：（1）太阳 电 （2）W=Pt=20kw×8h=160kw.h。

（3）160kW·h＝160×3.6×106J=5.76×108J，

由效率公式η=W/Q可得Q＝

W?＝

5.76?1030%8J=1.92×109J。

9由Q=qm可得燃烧煤的质量m=Q/q=

1.92?10J3.0?10J/kg7＝64kg。

（4）清洁无污染；可再生；节约化石能源。

【名师点评】此题以光伏发电切入，意在考查功和功率、效率、热量等知识点。 13 (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 / kW·h(它表示每消耗电能1 kW·h，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?

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解：4 min微波炉消耗电能：E=

3.6?10?25632006J=2.88×105J。

水的质量m=ρV=1×103×1×10-3kg=1kg。

水吸收热量Q=cm(t-t0)=4.2×103×1×(72-20)J=2.18×105J。 微波炉效率 η=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。

14 （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=

P机?1=

3?1090%3W=3.33×103W。

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=

?1-?2?P总4?r2=

?1-51%??3.9?10264?3.14??1.5?1011?2W/m2=676W/m2.

车上的太阳能电池板所能提供的最大电功率：

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P电池=η3P日S=15%×676×8W=811W<3.33×103W。

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。

15.(12分) （2013全国初中应用物理知识竞赛题）三峡水利枢纽工程是中国规模最大的水利枢纽工程，如图13所示。枢纽控制流域面积约1.0×106km2，占长江流域面积的56%，坝址所在位置年平均流量为Q=4.51×1011m3。水利枢纽的主要任务包括防洪、发电、航运三方面，在发电

方面，三峡水电站共安装32台7×105kW水轮发电机组，另外还有2台5×104kW电源机组，总装机容量(指34台发电机组同时工作时的总发电功率)P=2.25×107kW，设计年发电量约W =1011kW·h。

阅读上述材料，解答下列问题(水的密度ρ=1.O×103kg/m3，取g =10N/kg):

1.若三峡电站上、下游水位差按h=110 m计算，试求三峡电站将水的势能转化为电能的效率η。

2.若34台发电机组全部发电，要达到年发电量的要求，每台发电机组平均年发电机组平均年发电时间t为多少天？

解析：1.水力发电是利用河川、湖泊等位于高处的水流至低处时，水的重力做功，将水流减小的重力势能通过水轮机、发电机转化为电能。

年平均流水总质量：M=ρQ=1.O×103kg/m3×4.51×1011m3=4.51×1014kg

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图13

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流水年平均做功Wm=4.96×1017J。

年平均发电量：W=1011kWh=3.6×1017J。 三峡电站将水的势能转化为电能的效率η=

WW总总

=Gh=Mgh=4.51×1014kg×10N/kg×10N/kg×110

×100%=72.6%。

2.P=2.25×107kW，年发电量约W =1011kW·h， 工作天数t=W/P=4444.4h=185天。

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