第22章 能源与可持续发展 考点专训（含答案）

第22章
能源与可持续发展
考点专训
专训1：太阳能利用的计算
光热转换时，太阳能W太、内能Q、转换效率η之间有W太η＝Q；光电转换时，太阳能W太、电能W电、转换效率η之间有W太η＝W电。
光电转换
1．(2015·咸宁)太阳能清洁无污染，是人类能源的宝库。某太阳能汽车总质量为400
kg，顶部安装了太阳能电池板，如图所示。太阳光照射到地面时单位面积上的辐射功率为1.2×103
W/m2，汽车上的太阳能电池板的有效面积为5
m2，g取10
N/kg。则：
(1)太阳能电池板能将太阳能转化为电能。若该太阳能电池板的转换效率为40%，则转换给汽车电动机的电功率是多少瓦？
(2)这辆汽车在某水平路面上匀速行驶时，受到的阻力为车重的0.02倍，则汽车受到的牵引力为多少牛？
(3)如果这辆汽车的电动机将电能最终转化为机械能的效率为80%，则汽车在该水平面上匀速行驶的速度为多少米每秒？
(第1题图)
光电转换
2．夏季用简易太阳晒水箱代替燃料烧水，用来淋浴，不仅能节省能源，而且很方便。如图所示，玻璃透过太阳光的面积为0.84
m2，已知地球表面上太阳光垂直照射平面时，在每平方米面积上、每分钟内辐射的能量为7.0×104
J，即太阳辐射功率为7.0×104
J/(min·m2)。若太阳光垂直于玻璃盖入射，且水箱吸收太阳能的效率为50%，c水＝4.2×103
J/(kg·℃)，则：
(1)每小时晒水箱可吸收多少热量？
(2)这些热量可让100
kg水温度升高多少摄氏度？
(第2题图)
力热光电综合
3．(中考·潍坊)在新农村建设中很多楼房顶部装有太阳能、电能两用热水器，该热水器利用太阳辐射的能量加热时，能把太阳辐射能的70%转化为水的内能；用电热丝加热时，能把电能的90%转化为水的内能，该热水器也可利用太阳辐射的能量和电热丝同时加热。它的铭牌如表格所示。小明家热水器的支架与楼顶水平台面总接触面积为0.1
m2。他家所在的地区(晴天)每天接收太阳辐射的时间为8
h，太阳光照射地面时的辐射功率为900
J/(s·m2)，即每平方米的面积上每秒得到的太阳辐射能平均为900
J。已知g＝10
N/kg，c水＝4.2×103
J/(kg·℃)，ρ水＝1.0×103
kg/m3。当热水器内蓄满水时，求：
××牌热水器
型号ILM－20
集热管管数28支
额定频率50
Hz
水箱容积150
L
集热管管长180
cm
额定电压220
V
防水等级A
系统承压3.0
MPa
额定功率4
000
W
自身质量50
kg
采光面积2.0
m2
(1)热水器对水平台面的压力和压强；
(2)热水器每天接收的太阳辐射能使水升高的温度；
(3)热水器将水从20
℃加热到52.4
℃所需的最短时间。
专训2：化石能源利用的计算
利用化石能源加热物体时，燃料完全燃烧放出的热量Q总＝qm，水吸收的热量Q吸＝cmΔt，能量转化效率η＝Q吸/Q总。
利用化石能源做功时，燃料完全燃烧放出的热量Q总＝qm，机械所做的功W＝Pt、W＝Fs，能量转化效率η＝W/Q总。
力热综合
1．(中考·潍坊)某型号四轮汽车质量为1.6×103
kg，每个轮子与地面的接触面积为0.02
m2，当它以60
km/h的速度在平直路面上匀速行驶时，受到的阻力为600
N，每行驶100
km消耗汽油量为8
L。完全燃烧1
L汽油释放的能量为3.7×107
J。求：(取g＝10
N/kg)
(1)汽车静止时对路面的压强。
(2)汽车以60
km/h的速度匀速行驶时，牵引力的功率。
(3)汽车以60
km/h的速度匀速行驶时，汽车的效率。
(4)汽车有很多用途，但也带来很多不利影响，请列举一例，并就如何减小该不利影响提出一条合理化建议。
热电综合
2．(2015·湖州)我国有丰富的风能及太阳能资源，路灯作为户外装置，两者结合做成风光互补路灯，无疑给国家的节能减排提供了一个很好的解决方案。如图为某公司生产的风光互补LED路灯外形图和电路原理图，每套路灯的部分部件及参数如下表。
(第2题图)
部件名称
单位
数量
型号
太阳能电板
套
1
24
V　280
W
风力发电机
台
1
24
V　300
W
蓄电池
只
2
12
V　120
Ah
LED灯
只
2
24
V　60
W
(1)该灯电路中，两只LED灯的连接方式是________(填“串联”或“并联”)。
(2)两只LED灯正常发光时，通过光控开关S的电流为多大？
(3)国家发改委提供的数据显示，每燃烧1
t标准煤可以发电3
000
kW·h，排放二氧化碳2.61
t，假如传统路灯消耗的电能来自燃烧标准煤发电，用此套路灯替换400
W，每天工作10
h的传统路灯，则每套路灯1年(365天)可减少多少吨二氧化碳的排放？
力热电综合
3．(2015·龙岩)2015年龙岩市将在中心城区新增100辆纯电动新能源公交车，以促进公共交通实现“低碳”化。下表是某燃油汽车与纯电动汽车进行测试时的部分数据：
燃油汽车
纯电动汽车
能源种类
汽油(q汽油＝4.5×107
J/kgρ汽油＝0.7×103
kg/m3)
电能
牵引力
600
N
600
N
行驶100
km消粍
8×10－3
m3
20
kW·h
二氧化碳排放量
每消耗1
kg汽油排放2
kg二氧化碳
0
若燃油汽车与电动汽车正常行驶100
km，则：
(1)燃油汽车消耗多少千克汽油？
(2)燃油汽车与纯电动汽车的能量转化效率分别是多少？(提示：燃油汽车能量转化效率η汽油：汽车牵引力做的功与汽油完全燃烧放出的热量之比；纯电动汽车能量转化效率η电：汽车牵引力做的功与汽车消耗电能之比)
考点专训答案
专训1
1．解：(1)太阳能电池板能将太阳能转化为电能的电功率P＝ηP0＝40%×1.2×103
W/m2×5
m2＝2.4×103
W；
(2)车的重力为G＝mg＝400
kg×10
N/kg＝4
000
N，
牵引力F＝f＝0.02G＝0.02×4
000
N＝80
N；
(3)速度v＝＝＝＝24
m/s。
2．解：(1)水箱每小时接收太阳能
Q总＝7.0×104
J/(min·m2)×0.84
m2×60
min＝3.528×106
J，
水箱每小时吸收的热量Q吸＝Q总η＝3.528×106
J×50%＝1.764×106
J。
(2)水升高的温度Δt＝Q吸/(c水m)＝1.764×106
J/[4.2×103
J/(kg·℃)×100
kg]＝4.2
℃。
3．解：(1)压力F＝G总＝(50
kg＋150×10－3
m3×1.0×103
kg/m3)×10
N/kg＝2
000
N，
压强p＝F/S＝2
000
N/(0.1
m)2＝20
000
Pa。
(2)热水器每天接收的太阳能Q＝900
J/(s·m2)×8×3
600
s×2
m2＝5.184×107
J，
水升高的温度Δt＝Qη/(c水m)＝5.184×107
J×70%/[4.2×103
J/(kg·℃)×150×10－3
m3×1.0×103
kg/m3]＝57.6
℃。
(3)由题知：c水mΔt′＝W电＋Q太阳，即4.2×103
J/(kg·℃)×150×10－3
m3×1.0×103
kg/m3×(52.4
℃－20
℃)＝4
000
W×90%×t＋900
J/(s·m2)×2
m2×t，解得t＝3
780
s。
专训2
1．解：(1)汽车对路面的压强p＝＝＝＝2×105
Pa；
(2)速度v＝60
km/h＝
m/s，
牵引力功率P＝＝Fv＝fv＝600
N×
m/s＝1.0×104
W；
(3)若汽车行驶100
km，汽油完全燃烧放出的热量Q放＝3.7×107
J/L×8
L＝2.96×108
J，
汽车牵引力做的功W＝Fs＝fs＝600
N×105
m＝6×107
J，
汽车的效率η＝＝×100%≈20.3%；
(4)例：噪声污染，建议：城区内禁止汽车鸣笛等；交通事故，建议：驾驶员和行人遵守交通规则等；大气污染，建议：提高汽车的制造工艺，减少有害气体的排放或者使用电动汽车等新型环保汽车等。
2．解：(1)并联
(2)电流：I＝P/U＝2×60
W/24
V＝5
A。
(3)传统路灯1年(365天)消耗的电能是W＝Pt＝0.4
kW×10×365
h＝1
460
kW·h，可减少排放二氧化碳的质量为(1
460
kW·h/3
000
kW·h)×2.61
t≈1.27
t。
3．解：(1)m汽油＝ρ汽油V＝0.7×103
kg/m3×8×10－3
m3＝5.6
kg；
(2)牵引力做功W牵＝Fs＝600
N×105
m＝6×107
J，
燃油汽车消耗的汽油完全燃烧放出的热量
Q汽油＝q汽油m汽油＝4.5×107
J/kg×5.6
kg＝2.52×108
J，
η汽油＝×100%＝×100%≈23.8%，
纯电动汽车消耗的电能W电＝20
kW·h＝7.2×107
J，
η电＝×100%＝×100%≈83.3%。