2022年初中应用物理知识竞赛辅导讲座能源与可持续发展.docx
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1、精品学习资源中学应用物理学问竞赛辅导讲座17能源与可连续进展编辑人:袁几【重点学问解读】1. 凡是能够供应能量的物质资源叫做能源,能源是人类赖以生存和进展的重要物质基础;2. 由于原子核的变化而释放的庞大能量叫做核能,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、自然气)、水流能、风能、海洋能、生物能都是来源于太阳;地热能、核能来源于地球本身;5. 人类解决能源消耗快速增长的方法是:不断开发新能源,充分开发利用太阳能、核 能、风能、水流能、地热能等;尽量提高能源利用率,开发生产节能产品,以充分发挥现有
2、能源;【竞赛学问拓展】1. 利用太阳能的途径:一是把太阳能转化为内能,例如太阳能热水器;二是利用太阳能发电,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. 利用风力发电;3. 利用水流能发电;4. 利用核能发电;现有的核电站都是利用重核裂变是否的核能发电的;【经典竞赛题分析】例 12021 全国中学应用物理学问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;由于微波可以深化食物表面内约5cm,因此与蒸烤类厨具比较,具有加热更加快速的特点;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,
3、仍具备加热效率高的特点;为了验证后一种说法,他打算借助电能表、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它表示每消耗电能 1 kWh,该电能表上面的发光二极管闪耀 3 200 次;之后,他关闭其他全部家用电器,将体积为 1L、温度为 20的水放入微波炉并用高火开头加热,同时用钟表计时并记录电能表上面的发光二极管闪耀的次数,历时 4 min ,电能表上面的发光二极管闪耀了 256 次,此时取出并测得水的温度为 72,请你帮忙小明运算微波炉
4、烧水时的效率;微波炉中发射微波的器件叫做微波管,如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 .欢迎下载精品学习资源解: 4 min 微波炉消耗电能:E=63.6102563200J=2.88510 J;欢迎下载精品学习资源水的质量 m=V=1 103 1 10-3kg=1kg ;欢迎下载精品学习资源水吸取热量 Q=cmt-t 0=4.2 103 1 72-20J=2.18 105 ;J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
5、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( 2021 全国中学应用物理学问竞赛试卷)随着新能源、低碳等理念的普及,小明2611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=3.9x10W,太阳到地球的距离口1.5x10m,阳光穿过太空和地球四周的大气层到 达地面的过程中的能量损耗约为51%;太阳光垂直照耀时,太阳能电池的能量转化效率最2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
6、敷设的太阳能电池板的面积约2为 8m,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=4 r 1. 依据以上数据,通过运算对小明的设想进行分析与评判;2. 你对他的设想有什么改进建议.【解读】 1.驱动电机需要达到的最大机械输出功率:3P 机=Fv=kmgv =0.02 750 10 20W=3 10 W;欢迎下载精品学习资源P机需要的电功率: P 电=13103=90 %W=3.33 103W;欢迎下载精品学习资源垂直于太阳光的太阳能电池板得到的太阳辐射最大功率:欢迎下载精品学习资源1-P1-51%3.91026欢迎下载精品学习资源P 日
7、=2总4r 2=43.141.5 10112 W/m2 =676W/m 2 .欢迎下载精品学习资源车上的太阳能电池板所能供应的最大电功率:3P 电池=3P 日 S=15% 6768W=811W”、 “16 9解读:依据题述,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=64 36=16 9;2. ( 2021 全国中学应用物理学问竞赛初赛)汽车的产生转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
8、到的这幅漫画(如图),据说是牛顿所设计的蒸汽汽车原理图,试就该原理图回答以下问题:(1) 找出原理图中运用的物理学问有;(2) 该原理图中涉及到能量转化过程有;(各写出一点即可)欢迎下载精品学习资源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1.2021 上海中学物理学问竞赛复赛第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试验:
9、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/d 2 坐标图上,得到一根过原点的直线;依据图线,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 为欢迎下载精品学习资源S=42, R 为球半径)欢迎下载精品学习资源R2 ( 6 分) L 1、L 2 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试验; L 1, L2 安装在离地面高5M 处, P 为路灯连线中点的正下方路面上的一点,为使
10、照耀到P 点的光强不小于0.013 瓦M -2,就相邻两盏路灯 之间的最远距离为多少?解 读 : 1 距 离 光 源 为d的 球 面 上 光 强 为PI=2 ,4 dI-1/d 2 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,就地面 P 点处垂直光的传播方向上的光强为:欢迎下载精品学习资源I=k 1d 2= P0 42sinh欢迎下载精品学习资源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:欢迎下载精品学习资源P0sin4h22 sin=P02 h 2
11、sin 3;欢迎下载精品学习资源由题意知,这一光强应等于0.013 瓦M -2 ;欢迎下载精品学习资源即: P0 2 h2sin3= 0.013W/m 2,欢迎下载精品学习资源代入 P0=200W ,h=5m ,解得 sin=0.581,即 =35.52;两灯之间的最大距离为L=2 hcot=2 5 cot35.52m=14.0m;2.2021 全国中学应用物理学问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;如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 m 2
12、,太阳光照一天,恰好可供电子节能灯工作10 h;假设太阳光始终垂直照耀太阳能电池板,且不考虑天气影响,每天以8 h 运算;求:( 1)太阳能照明灯利用太阳能的效率大约是多少.( 2)如 200 W 的 白炽灯与这种 40 W 的电子节能灯的发光成效相当;请你依据下表中数据运算说明: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 天运算 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2 00.5电子节能灯220408000 小时20太阳能电池20 年1500板解 读 : ( 1 ) .太
13、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 1.70J4 10照明灯工作 10h 消耗电能 W=Pt=40 103600J=1.44106J.1.44106欢迎下载精品学习资源太阳能照明灯利用太阳能的效率大约是=W/E=7=14%.欢迎下载精品学习资源1.0410( 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;使用白炽灯的情形: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
14、 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形: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) 2021 全国中学应用物理学问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,达到相宜饮用的温度;小李家微波炉的部分技术数据如下表所示,牛
15、奶的密度和比热容与水的密度和比热容接近;请运算说明:(1)微波的波长是多少 .(2)假如电价为 0.5 元度,按上述条件加热 10 袋这样的牛奶需要多少电费.欢迎下载精品学习资源(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=3108m/s由于: c=f 所以: =c/f= 3108/2450106m4(2)加热一袋牛奶需要消耗的电能:W=Pt= 130060 J =7.810 J45加热 10 袋牛奶需要消耗的电能:W总=7.8 10 10 J =7.810 J=0.22kWh加热 10 袋牛奶需要电费: 0.22 0.5=0.11元(3)一袋牛奶被加热至相宜饮用
16、的温度需吸热:3-634Q 吸=cm( t2-t1)=4.2 10 20010 1.010 ( 50-10)J =3.3610 J ;该微波炉在加热牛奶时的效率: =Q 吸/ W=3.36104/7.8 104=43%;3、2021 全国中学应用物理学问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电热器开头电机带动刀电热器继电热器间断加热,机器发出工作时间加热, 8min片高速打续加热,每加热 l min ,停
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