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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。
一、选择题
1．（2014全国初中应用物理知识竞赛）.如图10所示的电动自行车既可以电动骑行，也可以脚踏骑行。电动骑行时，蓄电池对车上的电动机供电，电动机为车提供动力。下表是某型号电动自行车的主要技术参数。 根据学过的物理知识，判断以下估算结果中合理的是( )
A．.电动自行车行驶过程中，电动机的工作电流保持5A不变
B．.蓄电池一次充足电，放电时可输出的电能最多约为3.5×104J
C．.若蓄电池储存能量的80%用于驱动电动自行车在平均阻力为40N的水平公路上匀速行驶，蓄电池一次充电最多能连续电动行驶约4lkm
D．.蓄电池一次充电后，该电动自行车最多可供电动骑行2.4h
【参照答案】C
【名师解析】电动自行车行驶过程中，若保持额定功率行驶， 则电动机的工作电流保持5A不变。一般情况下电动自行车行驶过程中，功率小于额定功率，电动机的工作电流小于5A，选项A错误。根据某型号电动自行车的主要技术参数可知，蓄电池电压48V，容量12Ah，蓄电池一次充足电，放电时可输出的电能最多约为W=UIt=48×12×3600J=2.07363.5×106J，选项B错误。若蓄电池储存能量的80%用于驱动电动自行车在平均阻力为40N的水平公路上匀速行驶，由W×80%=f·s解得，蓄电池一次充电最多能连续电动行驶约s=4lkm，选项C正确。电动机额定电流5A，蓄电池一次充电后，该电动自行车若以恒定功率行驶，最多可供电动骑行2.4h。若电动车以小于恒定功率行驶，则骑行可以超过2.4小时，选项D错误。
【考点定位】考查电动车及其相关知识。
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。21·cn·jy·com
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。
4.伊拉克战争、利比亚战争、一触即发的西方国家与叙利亚战争和
西方国家与伊朗战争……其实，这一切都与能源有关！在下列有关能或能源的讨论中，你认为错误的是（ ）
A．人类社会面临能量危机，总有一天能量会被消耗殆尽
B．煤、石油、天然气等的储量有限，人类面临能源危机21世纪教育网
C．很多传统能源已走向枯竭，但我们可以开发新的能源
D．太阳能、风能、水力、地热能、潮汐能实际是无限的
答案：A解析：煤、石油、天然气等的储量有限，人类面临能源危机，总有一天可以被人类利用的矿石能源会被消耗殆尽，选项A说法错误。
5.（2012?湖北黄冈）我国南海海底蕴藏着大量的“可燃冰”，它是天然气和水在低温高压下形成的固态物质，因外形晶莹剔透，酷似冰块却能燃烧而得名，是一种燃烧值高、清洁无污染的新型能源。下列说法正确的是（ ）
A．可燃冰是可再生能源 B．可燃冰的能量来自亿年前的太阳能
C．可燃冰是核聚变反应生成的 D．可燃冰燃烧时核能转化为内能
5.答案：B解析：可燃冰是不可再生能源，可燃冰的能量来自亿年前的太阳能，可燃冰燃烧时化学能转化为内能，选项B正确.
6.核电站利用核能发电，它的核心设备是核反应堆。下列说法错误的是（ ）
A、目前核电站都是通过聚变反应来利用核能
B．核反应堆中发生的链式反应是可以控制的
C、原子核分裂或聚合时释放出核能
D、核能是一种不可再生的能源
答案：A解析：目前核电站都是通过重核裂变来利用核能，选项A错误。
7. （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
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。
二．填空题
1．（2012全国初中物理竞赛预赛）在“节能减排，低碳生活”的理念下，太阳能越来越受到人们的青睐，太阳能属于____________能源（填“可再生”或“不可再生”）。许多家庭安装了太阳能热水器，太阳能热水器主要是通过____________方式增加水的内能。装有40kg水的热水器温度升高25℃，水的内能增加了____________J。【水的比热容c水=4.2×103J/（kg·℃）】
1、答案：可再生 热传递 4.2×106
解析：太阳能属于可再生能源。太阳能热水器主要是通过热传递（接收太阳辐射）方式增加水的内能。装有40kg水的热水器温度升高25℃，水的内能增加了△E=cm△t=4.2×103J/（kg·℃）×40kg×25℃=J。
2.(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=_______。
2.答案：> 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。
3. （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）
3. 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
4．（2015上海初中物理竞赛复赛题）无风时，以速度v跑步，人所受的空气阻力f=CρAv2，C为阻力系数，ρ为空气的密度，A为人在垂直于运动方向上的截面积，阻力功率P=fv。己知某人于平地上匀速跑步时，身体为跑步持续提供80W的功率，若此人质量m=60千克，A=0.40米2， C=2.0，ρ空=1.3千克／米3，且跑步时没有任何打滑，则此人的跑步速度为_________米／秒。若肌肉消耗能量做功的效率为25％，则此人跑步30分钟消耗__________焦耳的能量。【来源：21cnj*y.co*m】
【参照答案】5.4 5.76×105．
【名师解析】
由P=fv和f=CρAv2，可得v= ，代入相关数据，得：v=5.4m/s。此人跑步30分钟消耗能量为W=Pt/η=80×30×60J÷25%=5.76×105J。
三．综合应用题
1．（18分）（2015全国初中应用物理知识竞赛复赛）风力发电机发电时，风机叶片在风力的推动下转动，然后带动发电机发电。已知风能密度（单位时间内通过单位面积的风能）W=0.5ρv3，其中v为风速，ρ为空气密度。
某台风力发电机风机叶片的旋转面积约S=5×103m2（即叶片旋转过程中所扫过的面积），在工作过程中始终保持风速与叶片的旋转面垂直。当地空气密度为ρ=1.2kg/m3。
（1）请分别说出风力发电机的优点和不足；
（2）当风速v1=8m/s时，求1s内流过叶片旋转面的空气质量。
（3）当风速v2=10m/s时，1h输出电能约为960kWh，若传动装置和齿轮箱的能量损失不计，其中发电机的效率为80%，求风机的效率。　
解析：（1）优点：风能为洁净的能量来源。风力发电是可再生能源，很环保。
不足：风速不稳定，产生的能量大小不稳定。风能利用受地理位置限制严重。风能的转换效率低。
（2）1s内流过叶片旋转面的空气质量m=ρSv1=1.2kg/m3×5×103m2×8m/s=4.8×104kg.
（3）1s内输入风机的风能：P风=SW=S×0.5ρv23=5×103m2×0.5×1.2kg/m3×(10m/s)3=3×106J/s。
输出电能功率P电=960kW=9.6×105W。
输入到发电机的功率P= P电×80%=1.2×106W。
风机的效率η= ×100%=40%。
2.(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？
解析：(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：η··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。
3（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=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=1300×60 J =7.8×104J
加热10袋牛奶需要消耗的电能：
W总=7.8×104×10 J =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）=4.2×103×200×10-6×1.0×103×（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% 。
4、(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l min，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。
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＋180×4×15 J =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。
5．(2009年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“220 V 40W”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0.3 m2，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，每天以8 h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200 W的白炽灯与这种40 W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
220
200
1000小时
2．0
0.5
电子节能灯
220
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=40×10×3600J=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=14600 kW·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。
【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。
6．（2007年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。 www.21-cn-jy.com
（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“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。
解析：（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=3.9×105J。
10台风车工作1s获得的空气的动能为：E=10 E0=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。
7．(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．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
左：3.6
右：4.0
右：3.6
单炉
4.0
取g=10 N／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?21世纪教育网版权所有
（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，耗时约10 min。试估算右炉烧水的效率。www-2-1-cnjy-com
（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=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=4.2×103×2.5×（100—20）J=8.4×105J.
燃气灶所放出的热量 Q放=Pt=4.0×103×10×60J=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。
8、（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37．5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10N／kg)
(3)若平均风速为6m／s，空气的密度为1.29kg／m3，则每秒钟吹到每个叶片上的空气的质量为多少?2-1-c-n-j-y
(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3×107J／kg)?21教育名师原创作品
解答：(1)可再生 节能、环保、成本低
(2) 发电机底座面积S=πd2/4 = π×22m2=4πm2=12.56 m2，
压力F=G=mg=80×103kg×10N/kg=8×105N
发电机底座对地面的压强p=F/S=8×105N/12.56 m2=6.37×104Pa。
(3)每秒钟吹到每个叶片上的空气的质量为m=vsρ= 6m／s×20m2×1.29kg／m3=154.8kg。【来源：21·世纪·教育·网】
(4) 每年(按360天汁算)并网发电量为W=Pt=1500kW×360×24h时=1.03×107 kW·h
1.03×107 kW·h=1.03×107×3.6×106J=3.7×1013J
每年可节约标准煤m= W/q=3.7×1013J÷3×107J／kg=1.236×106kg=1.236×103t。
9.(2011初中应用物理知识竞赛初赛)科技人员设计了一种可移动式太阳能水上漂浮房，它具有冬暖夏凉的优点，不仅为人们到海滨旅游提供了方便，而且节约了能源、减少了对环境的污染．某可移动式太阳能水上漂浮房的屋顶安装了太阳能电池板，接收太阳能的功率为9.0×103W，能为该房供应热水和在水上移动等提供能量．
(1)漂浮房冬暖夏凉，利用了水的什么特性？
(2)太阳能电池板将太阳能转化为电能．若只用来给水加热时，电池板两极的电压为200V，加热电阻丝的电阻为15Ω，设电阻丝产生的电热全部转化为水的内能，则加热5min，水的内能增加了多少？
(3)有5位中学生从岸上进入漂浮房参观，则水对漂浮房的浮力约增加了多少？．
(4)若电池板吸收的太阳能只用来提供推动漂浮房前进所需的能量，漂浮房在平静的水面上以恒定功率沿直线运动，运动过程中受到的阻力不变．从某一时刻开始，漂浮房受到水平方向的牵引力F随运动时间t的变化关系如图所示，t=50s后，漂浮房以2.5m/s的速度做匀速直线运动．则在整个运动过程中，漂浮房受到的阻力大小为多少？太阳能转化为机械能的效率为多少？
解析： (1)比热容(2分)
(2) 水的内能增加了W=J (3分)
(3) 水对漂浮房的浮力约增加了F=5mg=5(2分)
(4) 漂浮房受到的阻力f=F=800N (1分)
太阳能转化为机械能的效率22.2％(2分)
10．同学们学习了“能源与可持续发展”的内容后，知道热电站既能发电，又能供热，随着热电站技术不断更新，煤的燃烧程度比传统火电站更充分．为深入了解，他们对某热电站进行调查，获取信息如下：
工作时间
燃煤
发电总功率
废气
××热电站
20 h
4000 t
5×105kW
向周边居民供热
3.4×1013J

(1)①4000t煤完全燃烧放出多少热量？②20h发电多少千瓦时？(q煤＝3×107J/kg)
(2)该热电站的能量利用率是多少？
(3)请你结合以上信息，写出提高热电站能量利用率的方法。
解析：(1)①4000t煤完全燃烧放出的热量：
②20小时发电：（1分）
(2)热电站的能量利用率：
(3)①使燃料燃烧更充分②提高发电效率③提高废弃（或“废气”）的能量利用率
11（12分）（2012全国初中应用物理知识竞赛）如图11甲所示为某型号汽车的自动测定油箱内油量的电路原理图，其中电源两端的电压恒为24V，R0为定值电阻，A为油量指示表（一只量程为0～0.6A的电流表），Rx为压敏电阻，它的上表面受力面积为10cm2，其阻值与所受压力的对应关系如图11乙所示。油箱的上下两部分皆为长方体形状，下半部分的横截面积为、20dm2，高为2dm，上半部分的横截面积为10dm2，油箱加满油时油的总体积为60dm3。当油箱装满油时，油量指示表的示数如图11丙所示。已知：ρ汽油＝0.7×103kg／m3，取g=10N／kg。
1．当油箱内汽油用完时，油量指示表的指针指向某一位置，求此位置所对应的电流值是多少；
2．若汽车在高速公路匀速行驶400km，油量表由满刻度指向满刻度的位置，求该汽车每行驶100km消耗汽油多少升；21·世纪*教育网
3．在上面第（2）问所述的行驶过程中发现，油量表的示数在开始运动的一段时间内变化较快，而后来一段时间内变化较慢，请解释其中的原因。
解析：
1．油箱装满油时，下半部分容积：V2=20×2×10－3mL＝4×10－2m3
上半部分容积：V1=V－V2＝6×10－2m3＝4×10－2m3=2×10－2m3
上半部分高度：h1＝=m=2×10－lm……………………（1分）
汽油的深度：h＝h1+h2=2×10－1m+2×10－1m=4×10－1m
汽油对压敏电阻的压强：p＝ρ汽油gh=0.7×103×10×4×10－1Pa=2.8×103Pa………（1分）21*cnjy*com
汽油对压敏电阻的压力：F=pS=2.8×103×10×10－4N＝2.8N………………………（1分）
由图11乙可知：Rx=30Ω………………………………………………………………（1分）
由题意可得：R0=－Rx=Ω－30Ω=10Ω………………………………………（1分）
汽油用完时，由图11乙可知：Rx′＝300Ω……………………………………………（1分）
通过油量表的电流：I2==Ω＝0.08A……………………………（1分）
2．油量表指向满刻度的位置，通过油量表的电流：I3=×0.6A=0.15A
此时压敏电阻阻值：Rx″＝－R0＝160Ω－10Ω＝150Ω…………………………（1分）
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″＝＝Pa＝7×102Pa
汽油的深度：h″＝＝m＝0.1m………………………………（1分）
剩余汽油的体积：V″＝S2h″＝20×10－2×0.1m3＝2×10－2m3
汽车行驶100km，消耗汽油的体积：ΔV＝m3＝10L…………（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）21教育网
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％的热电厂来完成，需要燃烧多少千克煤？（煤的热值q＝3.0×107J / kg )【出处：21教育名师】
（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＝＝J=1.92×109J。
由Q=qm可得燃烧煤的质量m=Q/q=＝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。【版权所有：21教育】
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?
解：4 min微波炉消耗电能：E=J=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==W=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==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<3.33×103W。
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
流水年平均做功W总=Gh=Mgh=4.51×1014kg×10N/kg×10N/kg×110 m=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=×100%=72.6%。
P=2.25×107kW，年发电量约W =1011kW·h，
工作天数t=W/P=4444.4h=185天。
16、（15分）(2015全国初中应用物理知识竞赛)随着人们环保意识的提高，“风光互补路灯”（如图12所示）得到了广泛的应用。它在有阳光时通过太阳能电池板发电，有风时通过风力发电机发电，两者皆备时同时发电，并将电能输送至蓄电池储存起来，供路灯晚间照明使用。为了能使蓄电池的使用寿命更为长久，一般充电至90%左右即停止充电，放电余留20%左右即停止电能输出。下表为某型号风光互补路灯系统配置方案的相关参数。 　　21*cnjy*com
风力发电机
太阳能电池组件
最小启动风速
1.0 m/s
太阳能电池
180W
最小充电风速
3.0m/s
太阳能转换效率
15%
最大限制风速
12.0m/s
蓄电池
400A·h-12V
最大输出功率
400W
大功率LED路灯
80W-12V
（1）．若遇到阴天并且无风，仅靠蓄电池供电，最多可供灯具正常发光多长时间？
（2）．若一块该“风光互补路灯”太阳能电池板的总面积为5m2，当其垂直太阳光方向放置时，最大发电功率达到180W，则当地垂直太阳光方向1m2范围内太阳能电池板所接收太阳辐射的最大功率为多少？ 21cnjy.com
（3）．当风速为6.0m/s时，风力发电机的输出功率将变为50W。在这种风速下，持续光照12h，蓄电池的电量也只由20%充到了70%。求此过程中太阳能电池板发电的平均功率。
【名师解析】
（1）蓄电池可释放电能W=12V×400Ah× (90%-20%)=3360W·h
可供灯具正常发光时间：t= =42h。
（2）当地垂直太阳光方向1m2范围内太阳辐射的最大功率：
P阳= =W =240W。
(3)蓄电池储存电能W’=12V×400Ah× (70%-20%)=2400W·h
太阳能电池板的平均功率：P电平= -P风=W-50W=150W.
17.(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“220 V 40W”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0.3 m2，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，每天以8 h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200 W的白炽灯与这种40 W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
220
200
1000小时
2．0
0.5
电子节能灯
220
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≈1.04×107J2·1·c·n·j·y
照明灯工作10h消耗电能W=Pt=40×10×3600J=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=14600 kW·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。

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