下载地址

资源介绍

初物培优(重高自招 竞赛)之第22章 能源与可持续发展
原题
一．能量的转化与转移的方向性（共1小题）
1．下列判断正确的是（　　）
A．收音机里听到“咔咔擦擦”的声音，说明导线中有电流就能在周围产生电磁波
B．微波炉是利用微波加热使食物内外同时变熟的，食物可以放在金属器皿中加热
C．汽车散失的热不能自动收集起来再利用，说明能量的转化或转移具有方向性
D．核电站的核反应就是利用核聚变原理
二．能源（共1小题）
2．地球上的液态水和固体水合计大约为14亿立方千米，其中淡水约占多少（　　）
A．0.25% B．2.5% C．25% D．以上都不对
三．能源的分类（共4小题）
3．（2010•绵阳校级自主招生）电动自行车使用可重复充电的蓄电池提供动力。试分析电动自行车所消耗的能源属于①一次能源；②二次能源；③可再生能源；④不可再生能源；⑤常规能源；⑥新能源。（　　）
A．②③⑤ B．①③⑥ C．②④⑥ D．①④⑤
4．（2017•陕西自主招生）2014年5月21日，中国与俄罗斯签署了总额高达4000亿美元的天然气贸易合同，俄罗斯向中方提供30年的天然气供应。天然气是　 　（选填“可”或“不可”）再生能源。目前城市公共汽车用天然气取代汽油做燃料是因为使用天然气相对减少了二氧化碳气体的排放，可以有效缓解　 　效应。通常采用　 　方法使天然气在常温下液化。
5．（2014•北京校级自主招生）我们今天使用的煤、石油、天然气，它们属于　 　能源。（填“可再生”或“不可再生”）
6．能源是人类社会生存和发展的重要物质，在你熟悉的能源中，　 　属于可再生能源；　 　属于不可再生能源；　 　属于一次能源；　 　属于二次能源。
四．新能源（共1小题）
7．能源可分为常规能源和新能源，请指出发下哪项不属于新能源（　　）
A．核能 B．太阳能 C．天然气 D．以上都不对
五．核能（共3小题）
8．（2007•蚌埠校级自主招生）关于核能下列说法正确的是（　　）
A．物质是由原子构成的，原子中有原子核，所以利用任何物质都能得到核能
B．到目前为止，人类获得核能有两种途径，即重核裂变和轻核聚变
C．原子弹和氢弹都是利用原子核裂变和聚变的原理制成的
D．自然界只有在人为的条件下才会发生裂变
9．据新闻报道美国和韩国3月确定在朝鲜半岛部署「萨德」战区高空防卫系统（THAAD），预计明年年底运作，虽然美、韩称是反制朝鲜日益加强的核子及导弹威胁，但「项庄舞剑，意在沛公」，对中国带来的实际威胁，远大于近日纷纷扰扰的南海仲裁案。由于萨德的雷达侦测范围远达2000公里，覆盖中国东北、华北、华东、甚至华南大部分地区可以说中国境内的所有军事活动及部署都逃不了萨德的监控。下列关于萨德的说法错误的是（　　）
A．萨德反导系统发射的核导弹是利用大量内能的爆发来造成毁灭性的伤害
B．萨德反导系统发射的导弹在向上飞行的过程中机械能的总量保持不变
C．萨德反导系统的监控雷达和发射车之间的联系是靠电磁波
D．萨德反导系统发射的导弹在飞行时做匀速直线运动
10．原子核发生改变时有时会释放能量。有两种途径可以大量获得核能，即　 　和　 　。其中　 　还不能进行人工控制，因此还不能用来发电。
六．核电站发电过程中的能量转化（共3小题）
11．（2011•蚌山区校级自主招生）日本福岛核电站发生核泄漏危机引起世界对安全利用核能的关注。下列关于核能的说法正确的是（　　）
A．只有裂变才能释放出核能
B．裂变和聚变都能释放出核能
C．核能和电能都是二次能源
D．核能和风能都是可再生能源
12．目前，由于能源紧张，全国各地正在积极开发和利用新能源，如核电站和风力发电。其中核电站是利用原子核发生　 　（填“裂变”或“聚变”）来发电的，风能属于　 　（填“可再生”或“不可再生”）能源。
13．我国已经建成了两座核电站。在那里，电能是由核　 　变时释放的　 　能转化来的，电能是从　 　机中得到的。
七．核聚变（共2小题）
14．（2011•南充自主招生）《不扩散核武器条约》缔约国第八次审议大会在纽约联合国总部召开，消除核武器与和平利用核能成为参会国讨论的焦点。关于原子弹与核电站的叙述正确的是（　　）
A．原子弹对聚变的链式反应不加控制，核电站控制裂变的链式反应速率
B．原子弹对聚变的链式反应不加控制，核电站控制聚变的链式反应速率
C．原子弹对裂变的链式反应不加控制，核电站控制裂变的链式反应速率
D．原子弹对裂变的链式反应不加控制，核电站控制聚变的链式反应速率
15．（2008•江苏自主招生）人工释放原子能的方法是：一是重核发生　 　；二是轻核发生　 　。
八．核裂变（共3小题）
16．核能发电厂内的核反应堆里发生的是（　　）
A．核聚变 B．核裂变 C．可控核裂变 D．以上都不对
17．能源问题是人类社会面临的主要问题之一，而适度发展核电是解决能源问题的途径之一。就目前的技术水平来看。所有核电站都是利用重核的　 　反应将核能转化为电能的，其技术关键是控制核反应的速度，在核电系统中具有这一功能的装置是　 　。
18．（2011•绵阳校级自主招生）北京时间3月11日13时46分，日本东北地区宫城县北部发生里氏9.0级强震并爆发海啸，导致日本福岛核电站发生5级核泄漏事故。原子弹和核电站都是利用链式反应释放核能，两者的本质区别是：原子弹爆炸时发生的链式反应是　 　，核反应堆中发生的链式反应是　 　。
九．太阳能的利用（共2小题）
19．（2010•武平县校级自主招生）目前人们直接利用太阳能的方式有两种：其一如太阳能热水器是把太阳能转化为　 　能；其二如太阳能电池，是把太阳能转化为　 　能。
20．（2004•镜湖区校级自主招生）1996年清华大学和香港大学的学生合作研制了一辆太阳能汽车。车上电池的太阳能接收板的面积是8m2，它正对太阳时电池能够产生120V的电压，并对车上电动机提供10A的电流。电动机的直流电阻为4Ω，而太阳光照射到地面时单位面积上的辐射功率为1.0×103W/m2．求：
（1）该车的太阳能电池的效率是多少？电动机把电能转化为机械能的效率是多少？
（2）若太阳辐射的总功率为3.9×1.026W，且太阳光在穿过太空及地球大气层到达地面的途中有28%的能量损耗，还知道半径为R的球面面积为S＝4πR2．请根据这些资料计算太阳到地球的距离。
一十．太阳能的转化（共3小题）
21．（2014•宁波自主招生）下列关于水的天然循环的说法中正确的是（　　）
①水在天然循环过程中实现了水的自身净化
②水的天然循环是通过水的三态变化实现的
③太阳为水的天然提供了能量
④水的天然循环完成了水资源的重新分配。

A．①③ B．①② C．③④ D．①②③④
22．（2011•鄂州自主招生）太阳光可认为是由一份一份的光子组成。光子不仅具有能量，还有动量。光照射到某个面上就会产生压力。有人设想在火星探测器上安装面积很大的薄膜，正对着太阳光，靠太阳光在薄膜上产生的压力推动探测器在太空中前进，推力越大，探测器获得的加速度越大。第一次安装的是反射率极高的薄膜，第二次安装的是吸收率极高的薄膜，那么（　　）
A．安装反射率极高的薄膜，探测器获得的加速度大
B．安装吸收率极高的薄膜，探测器获得的加速度大
C．两种情况下，由于探测器的质量一样，探测器获得的加速度大小应相同
D．两种情况下，探测器获得的加速度大小无法比较
23．（2019•江西自主招生）如图所示，是太阳能路灯照明系统。它的工作原理是使太阳能转化为电能储存在蓄电池内，供路灯发光。这个过程中能量发生转化的流程：太阳能→电能→　 　→　 　→光能。

一十一．太阳能热水器中的热量计算（共10小题）
24．（2020•昆山市自主招生）某太阳能热水器内装有质量为200kg，温度为20℃的水，在阳光照射一段时间后，水温升高到80℃。如果用热效率为40%的燃气灶燃烧天然气来加热同样多的水，使水升高到同样的温度，需要燃烧　 　m3的天然气。（已知水的比热容为4.2×103J/（kg•℃），天然气的热值是4.2×107J/m3）
25．（2010•思明区校级自主招生）太阳能路灯的灯杆顶端是太阳能电池板，它能将太阳能转化为电能，并向灯杆下方的蓄电池充电，将电能转化为　 　能储存起来，供夜晚路灯照明。若在一定时间内，太阳光辐射到该太阳能电池板的能量为2.7×107J，这与完全燃烧　 　kg的煤放出的热量相当；这些能量经转化后，可供功率为35W的路灯工作60h，那么该太阳能路灯的能量转化效率是　 　%（煤的热值为3.0×107J/kg）。
26．（2017•市南区校级自主招生）为了倡导低碳生活，太阳能热水器被广泛应用于现代生活。如表提供的是一装满初温为10℃水的太阳能热水器在太阳照射下的相关信息：
太阳照射时间/h 太阳能转换为水的内能的效率 热水器最大水容量/L
10 60% 100
水升高的温度/℃ 水的比热容/[J•（kg•℃）﹣1] 水的密度/kg•m﹣3
60 4.2×103 1.0×103
根据上表信息，求：
（1）热水器中的水吸收的热量是多少。
（2）此次热水器接收的太阳能为多少。
27．（2014•宁波自主招生）科学探究小组为了估算一天时间（T）内到达地球的太阳辐射能量的最大值，有关同学利用夏季晴天的某个正午测量了某一太阳能热水器的工作状况。让阳光直射集热器的受光平面（该面积为S），经过时间t，有质量为m的水，其温度从t1上升到了t2，已知水的比热容为c，该太阳能热水器的效率为η。
（1）据此可估算单位时间内垂直到达地球单位面积上的太阳辐射能量E＝　 　。
（2）将地球看作半径为R的球体，其表面积等于4πR2。根据以上情况，估计一天时间内到达地球的太阳辐射能量的最大值等于　 　。
28．如图所示是利用太阳能加热水的简易装置。水箱的四壁和底部均用绝热材料制成，箱顶装有吸热板，其面积为1m2，水箱内装有质量为50kg的水。地球表面接受的太阳辐射热为1.0×103J/（s•m2），若水箱里的水能吸收太阳辐射热的30%，那么经过4h后，箱内水温升高多少℃？至少可以节约天然气的体积是多少？
[水的比热容4.2×103J/（kg．℃）天然气热值q＝8.4×107J/m3）]。

29．（2017•宁波自主招生）（1）目前风力取代燃油与煤矿等常规能源作为发电的能源已经成为共识。下图是位于宁波白岩山的风力发电场景。
一般认为风越强，风力发电机中风车的叶片转动得越快，产生的电能越多。但是在真实的环境中，它的运作有如下特点：当风速达到V1的时候，叶片开始转动；当风速是V2的时候，所产生的电能达到最大值W；基于安全考虑，当风速大于V2的时候，叶片的转动不会加快，当风速增大到V3的时候，叶片会停止转动。在下列风速与电能的关系图中，能满足上述运作特点的是　 　。

（2）如图①所示，太阳能热水器主要由两部分构成：一部分是有多根玻璃吸热管组成的集热器，每根吸热管由双层玻璃管组成；另一部分是保温储水箱，下部与玻璃吸热管相通。如图②所示是玻璃吸热管的工作原理图，其内表面涂了一层吸热材料。当太阳光入射到吸热层上时，能把太阳能转化为内能。向光一侧的水被加热后密度变小而向上运动；背光一侧的水由于温度低密度大而向下运动，形成冷热水循环，使整箱水温度升高。
请回答以下问题：

①玻璃吸热管的内表面涂了一层吸热材料，它的颜色应为　 　（填“黑色”或“白色”）。
②玻璃吸热管具有　 　、　 　作用。
③某品牌太阳能热水器集热面积为S＝2m2，它能将照射到吸热管上的太阳能的50%转化为水的内能，某地区太阳能辐射到地面每平方米的平均功率P＝1.4×103W。请计算：该地区将100kg初温为20℃的水加热到60℃需多少时间？[已知水的比热容为4.2×103J/（kg•℃）]

30．（2012•成都校级自主招生）经验表明，自制家用太阳能热水器的效率，在夏天时可达所接收的天阳能总量的50%；已知在地球表面，晴天时对垂直于阳光的表面接收到的热辐射为8×104J/（min•m2），太阳能热水器的水箱内装水60kg，玻璃盖面积为0.84m2，并随时调整水箱位置使阳光总能垂直射入玻璃盖，计算：
（1）晒水4h后水温升高多少？
（2）若要用干木材将同样多的水升高相同的问题，至少需要干木材多少千克？（不考虑热损失，干木材的热值q＝1.2×107J/kg）
31．（2011•武侯区校级自主招生）用一个底面积是500cm2、高不小于2cm的圆柱形容器，内装水1kg，可用来估测射到地面上的太阳能。在日光垂直照射5min后，水温升高了2.5℃．试估算在日光直射下地球表面每平方米每秒钟获得的热量。（忽略容器吸收的和散失到周围的热量）
32．（2008•南充自主招生）下表是某电辅式太阳能热水器的部分参数。
保温桶容积（L） 150
采光面积（m2） 2.5
水温
（℃） 夏天 45﹣90
冬天 40﹣60
电热管 220V，2000W
夏天用温度为20℃的水将保温桶充满，假设热水器接受到的太阳能有50%被水吸收，在最好的日光照射下，C水＝4.2×103 J/（kg•℃），试求：
（1）当水温恰好达到最高时，需要多少太阳能？
（2）若夜间无阳光照射时，用电热管加热，达到同样的要求，在电热管不计热量损失的情况下，需要加热多长时间？
33．小明家最近安装了一台太阳能热水器，容积为80L，装满水。[c水＝4.2×103J/（kg•℃），q煤气＝4.2×107J/kg]
（1）热水器中水的质量是多少？
（2）水温升高50℃需吸收多少热量？
（3）产生这些热量完全燃烧多少煤气？
一十二．太阳能的其他相关计算（共8小题）
34．如图所示为“风光互补路灯”系统，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，并将电能输至蓄电池储存起来，供路灯照明使用，下表为某型号风光互补路灯系统配置方案：
风力发电机 太阳能电池组件 其它元件
最小启动风速 1.0m/s 太阳能电池输出功率 36W 蓄电池 500Ah 12V
最小充电风速 2.0m/s
最大限制风速 12．m/s 太阳能转化效率 15% 大功率LED路灯 800W 12V
最大输出功率 400W
如果当地垂直于太阳光的平面得到的太阳辐射最大强度约为240W/m2，要使太阳能电池的最大输出功率达到36w，太阳能电池板的面积至少要　 　m2，当风速为6m/s时，风力发电机的输出功率将变为50w，在仅靠风力发电的情况下，将蓄电池的电能由20%充至90%所需时间为　 　h。

35．因为环境污染，北极的冰山上常年沉积着灰尘，使冰山表面吸收了更多太阳光，加速了冰山的熔化。假设覆盖着灰尘的冰山上表面每单位时间单位面积所吸收的太阳光为98瓦（此数据已将太阳光白天和黑夜的不同日照量平均计算在内）。若有厚度为30米的冰山，如图所示，则仅靠阳光的暴晒，在0℃的海水中，需要约　 　天才能将此冰山熔化。（冰的熔化热为3.33×105J/kg）

36．（2017•雨城区校级自主招生）太阳能是21世纪重点开发利用的能源之一。太阳能动力车是利用太阳能电池将接收到的太阳能转化为电能，再利用电动机来驱动的一种新型机动车。有一辆太阳能实验车（研制过程中的样品），它上面的太阳能电池板的有效面积为8m2，天气晴朗且电池板对着太阳时，每平方米面积上能够接收到的太阳能的功率为1kW，太阳能电池产生的电压为120V，可供电动机正常工作的电流为10A．求：
（1）在电动机正常工作时，太阳能电池将太阳能转化为电能的效率是多大？
（2）如果电动机正常工作时，将电能转化为机械能的效率为75%，且该车沿水平路面匀速行驶时所获得的牵引力为150N，则该车匀速行驶的速度是多大？
37．我们可以认为光是由一个个能量粒子组成的，组成光束的每一个能量粒子所拥有的能量可以近似为E0＝3.9×10﹣19J．（若球的半径为r，则球的表面积S＝4πr2）
（1）一个功率P＝100W的白炽灯泡，其发光效率为15%，假设灯泡可以均匀地向四周辐射光能量，求在距灯泡40cm处垂直于光的传播方向上1cm2的面积内，每秒钟平均通过的光能量粒子的数量。
（2）已知太阳辐射的总功率P0＝4×1026W，太阳到地球的距离r＝1.5×1011m，太阳光传播到达地面的过程中由于云层的反射和大气的吸收作用，大约有60%的能量损耗，太阳能电池的能量转化效率为15%，某太阳能电池板设计的输出功率为2000W．求：
①此太阳能电池板的最小面积。
②此电池板上每平方厘米的面积上，每秒钟平均吸收的光能量粒子的数量。
38．随着人们环保意识的提高，“风光互补路灯”（如图所示）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。
风力发电机 太阳能电池组件
最小启动风速 1.0m/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 400Ah•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？
（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。

39．（2016•宁波自主招生）为保护环境，我国政府正大力推广电动小轿车。
（1）电动小轿车的自动大灯光控开关采用光敏电阻控制，在开车时遇到光线变暗时（如进入隧道），大灯就会自动开启；当光线充足时自动关闭。某光敏电阻R在不同照度下的阻值如下表：
照度/lx 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2
电阻/kΩ 75 40 28 23 20 18
如图所示为汽车自动照明系统的简化电路，电源电压3.0V，当光线照度降低至1.0lx时，测得ab两端的电压为2.0V，则定值电阻R1＝　 　kΩ，此时光敏电阻RP的电功率为　 　W。
（2）现有一辆牵引功率为1.5×104W的电动小轿车，在平直路面上以v＝72km/h的速度匀速行驶，它所受阻力的大小是　 　N。
设想改用太阳能电池给该车供电，其他条件不变，求所需的太阳能电池板的最小面积。结合计算结果，简述你对该设想的思考。[已知太阳辐射的总功率P0＝4×1026W，太阳到地球的距离R＝1.5×1011m，球面面积计算公式为S0＝4πr2（r为球的半径），太阳光传播到达地面的过程中大约有30%的能量损耗，该车所用太阳能电池的能量转化效率约为15%]。

40．横截面积为S1＝3×10﹣2m2的圆筒内装有m＝0.6kg的水，太阳光垂直照射t＝2min可以使水温升高△t＝1℃．水的比热容为 C＝4.2×103J/（kg•℃）]。
求：
（1）两分钟内水吸收的太阳能Q；
（2）地球上每秒钟每平方米的面积上可以接受到的太阳能E0。
（3）设大气顶层的太阳能有45%能达到地面被水吸收，地球的半径R＝6.4×106m．问每秒钟有多少太阳能到达地球？E＝？
（4）太阳与地球表面的平均距离r＝1.5×1011m，估算太阳的全部辐射功率P（太阳发射能量可看成是分散到以太阳为圆心太阳到地球为半径的得球面上，此球面面积为S＝4πr2）
41．某同学为了测量地表植物吸收太阳能的本领，做了如下实验，用一面积为0.1m2的面盆盛6千克的水，经太阳垂直照15分钟温度升高5℃，若地表植物吸收太阳能的能力与水相当，请计算：
1、每平方米绿色植物每秒钟接收的太阳能为多少焦？
2、若绿色植物在光合作用下每吸收1千焦的太阳能，可放出50毫升的氧气，则每公顷绿地每秒钟可放出多少升氧气？（1公顷＝104平方米）
一十三．能源危机与能源消耗对环境的影响（共1小题）
42．下列哪个是全球气候变暖的原因（　　）
A．下雪的减少 B．温室效应 C．人口的增加 D．以上都不对
一十四．能源的利用和对环境的危害（共7小题）
43．（2020•市南区校级自主招生）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

发表评论