- 能源的开发与利用
- 共285题
某地要把河水抽高20m，进入容积为864m3蓄水池，用一台电动机通过传动效率为80%的皮带，带动效率为60%的离心水泵工作．如果工作电压为380V，此时输入电动机的电功率为9kW，电动机的内阻为0.4Ω．已知水的密度为1×l03kg/m3，重力加速度取10m/s2．求：
（1）电动机内阻消耗的热功率；
（2）将蓄水池蓄入的水需要的时间（不计进、出水口的水流速度）．
正确答案
解：（l）设电动机的电功率为P，则：
P=UI ①
设电动机内阻r上消耗的热功率为Pr，则：
Pr=I2r ②
代入数据解得：
Pr=（
（2）设蓄水总质量为M，所用抽水时间为t．已知抽水高度为h，容积为V，水的密度为ρ，则
M=ρV
设质量为M的河水增加的重力势能为△Ep，则：
△Ep=Mgh
设电动机的输出功率为P0，则：
P0=P-Pr
根据能量守恒定律得：
P0t×60%×80%=△Ep
代入数据解得：
t≈41023s
答：（1）电动机内阻消耗的热功率为224.4W；
（2）将蓄水池蓄入864m3的水需要的时间约为41023s．
解析
解：（l）设电动机的电功率为P，则：
P=UI ①
设电动机内阻r上消耗的热功率为Pr，则：
Pr=I2r ②
代入数据解得：
Pr=（
（2）设蓄水总质量为M，所用抽水时间为t．已知抽水高度为h，容积为V，水的密度为ρ，则
M=ρV
设质量为M的河水增加的重力势能为△Ep，则：
△Ep=Mgh
设电动机的输出功率为P0，则：
P0=P-Pr
根据能量守恒定律得：
P0t×60%×80%=△Ep
代入数据解得：
t≈41023s
答：（1）电动机内阻消耗的热功率为224.4W；
（2）将蓄水池蓄入864m3的水需要的时间约为41023s．
太阳与地球的距离为1.5×1011m，太阳光以平行光束入射到地面，地球表面23的面积被水面所覆盖，太阳在一年中辐射到地球表面水面部分的总能量W约为1.87×1024J．设水面对太阳辐射的平均反射率为7%，而且将吸收到的35%的能量重新辐射出去，太阳辐射可将水面的水蒸发（设在常温、常压下蒸发1 kg水需要2.2×106 J的能量），而后凝结成雨滴降落到地面．
（1）估算整个地球表面的年平均降雨量（以毫米表示，球面积为4πR2）；
（2）太阳辐射到地球的能量中只有约50%到达地面，W只是其中的一部分．太阳辐射到地球的能量没能全部到达地面，这是为什么？请说明两个理由．
正确答案
解：（1）、设太阳在一年中辐射到地球水面部分的总能量为W，W=1.87×1024J
凝结成雨滴年降落到地面水的总质量为m
m=W×
使地球表面覆盖一层水的厚度为h
h=
解得：h=1.01×103mm ③
整个地球表面年平均降雨量约为1.0×103mm
（2）、大气层的吸收，大气层的散射或反射，云层遮挡等．
答：（1）整个地球表面的年平均降雨量为1.0×103mm．
（2）太阳辐射到地球的能量没能全部到达地面，这是由于大气层的吸收，大气层的散射或反射，云层遮挡等．
解析
解：（1）、设太阳在一年中辐射到地球水面部分的总能量为W，W=1.87×1024J
凝结成雨滴年降落到地面水的总质量为m
m=W×
使地球表面覆盖一层水的厚度为h
h=
解得：h=1.01×103mm ③
整个地球表面年平均降雨量约为1.0×103mm
（2）、大气层的吸收，大气层的散射或反射，云层遮挡等．
答：（1）整个地球表面的年平均降雨量为1.0×103mm．
（2）太阳辐射到地球的能量没能全部到达地面，这是由于大气层的吸收，大气层的散射或反射，云层遮挡等．
（1）求这个喷灌系统所能喷灌的最大面积S；
（2）假设系统总是以最大喷水速度工作，求水泵的抽水效率η；
（3）假设系统总是以最大喷水速度工作，在某地区将太阳能电池产生的电能直接供该系统使用，根据以下数据求所需太阳能电池板的最小面积Smin．
（已知：太阳光传播到达地面的过程中大约有30%的能量损耗，太阳辐射的总功率P0=4×1026W，太阳到地球的距离R=1.5×1011m，太阳能电池的能量转化效率约为15%．）
正确答案
解：（1）水从喷口喷出后做平抛运动，下落高度
最大喷灌圆面半径x=a+v0t=7m
喷灌最大面积S=πx2-πa2=144m2
（2）电动机的输入功率P电=UI=220×4.0W=880W
电动机的热功率
水泵的输入功率等于电动机的输出功率P入=P电-P热=800W
水泵的输出功率
其中m=m0t求得P出=700W
水泵效率
（3）电池板最小面积Smin接收太阳能的功率：
电池板接收太阳能转化为电能的功率：P电=UI=P×15%
联立以上二式得：
（说明：直接由
答：（1）这个喷灌系统所能喷灌的最大面积是144m2；
（2）假设系统总是以最大喷水速度工作，水泵的抽水效率是87.5%；
（3）假设系统总是以最大喷水速度工作，在某地区将太阳能电池产生的电能直接供该系统使用，根据以下数据求所需太阳能电池板的最小面积是5.7m2．
解析
解：（1）水从喷口喷出后做平抛运动，下落高度
最大喷灌圆面半径x=a+v0t=7m
喷灌最大面积S=πx2-πa2=144m2
（2）电动机的输入功率P电=UI=220×4.0W=880W
电动机的热功率
水泵的输入功率等于电动机的输出功率P入=P电-P热=800W
水泵的输出功率
其中m=m0t求得P出=700W
水泵效率
（3）电池板最小面积Smin接收太阳能的功率：
电池板接收太阳能转化为电能的功率：P电=UI=P×15%
联立以上二式得：
（说明：直接由
答：（1）这个喷灌系统所能喷灌的最大面积是144m2；
（2）假设系统总是以最大喷水速度工作，水泵的抽水效率是87.5%；
（3）假设系统总是以最大喷水速度工作，在某地区将太阳能电池产生的电能直接供该系统使用，根据以下数据求所需太阳能电池板的最小面积是5.7m2．
某同学为了测定夏季中午单位面积上、单位时间内获得的太阳能，制作了一个太阳能集热装置、实验器材有：
（a）内壁涂黑的泡沫塑料箱一个，底面积为1m2；
（b）给你盛水塑料袋一个；
（c）温度计一个；
（d）玻璃板一块（约1m2）．
如图所示．有一块斜坡草地，太阳光垂直照射到草地表面，请将上述实验器材按实验设计要求画在图中．
已知水的比热容c，被水吸收的热量Q与水的质量m、水温升高量△t间的关系是Q=mc△t，则为了测定中午单位面积上、单位时间内获得的太阳能，除了需要测量m、△t外，还应测量的物理量是______．本实验会有一定误差，试写出一条产生误差的主要原因：______．
正确答案
解：（1）让太阳光照射容器中水，根据Q=cm△t得出水所吸收的热量，求出单位面积上、单位时间内获得的太阳能．设计装配图如图所示．
（2）需要测量单位面积上、单位时间内获得的太阳能，除了测量水的质量、温度的升高值，还需测量太阳照射的时间；同时还应测量集热箱的集热板面积．
（3）实验误差来自太阳能没有全部被水吸收．
故答案为：（1）见下图．
（2）时间及集热箱的集热板面积
（3）太阳能没有全部被水吸收，或水吸收的太阳能还有一部分损失等．
解析
解：（1）让太阳光照射容器中水，根据Q=cm△t得出水所吸收的热量，求出单位面积上、单位时间内获得的太阳能．设计装配图如图所示．
（2）需要测量单位面积上、单位时间内获得的太阳能，除了测量水的质量、温度的升高值，还需测量太阳照射的时间；同时还应测量集热箱的集热板面积．
（3）实验误差来自太阳能没有全部被水吸收．
故答案为：（1）见下图．
（2）时间及集热箱的集热板面积
（3）太阳能没有全部被水吸收，或水吸收的太阳能还有一部分损失等．
在一些大城市（例如广州）禁止排气不符合环保标准的机动车上路，同时大力发展以电为动力的公交车．随着科技的发展，以电力为能源的汽车已研制成功，而且性能好、时速可以和热机发动机媲美．请你从能源利用和环保的角度谈谈从热机到电动机的技术变革对工业发展所起的作用？
正确答案
解：热机消耗的是石油等常规律能源，而这些能源一旦用完将很难再形成；而电力机车使用的电能可以来自于核能等新能源；可以减小对常规能源的消耗；
同时，热机会排放大量汽车尾汽而对大气层造成污染；而电动机车零排放；可以减小对环境的污染；
答：使用电动机车可以减小常规律能源的消耗，同时可以减轻对环境的污染．
解析
解：热机消耗的是石油等常规律能源，而这些能源一旦用完将很难再形成；而电力机车使用的电能可以来自于核能等新能源；可以减小对常规能源的消耗；
同时，热机会排放大量汽车尾汽而对大气层造成污染；而电动机车零排放；可以减小对环境的污染；
答：使用电动机车可以减小常规律能源的消耗，同时可以减轻对环境的污染．
煤和石油等___ 能源的大量使用，带来了严重的环境污染问题，直接的污染是___ 和___ ，与之有关的环境问题主要有____ 和酸雨．
正确答案
化石；大气；水；失控的温室效应
水能不产生污染物，是一种清洁能源，位于美国和加拿大交界处的尼亚加拉瀑布流量达每秒6000m3，而且一年四季流量稳定，瀑布落差50m．若利用这一资源发电，设其效率为50% ，估算发电机的输出功率．（g 取10 m/s2 ）
正确答案
1.5×106kW
新疆某地山口的风速可达15 m/s ，山口处横截面积为1000m2，通过山口的风能全部用于使风力发电机转动，且风能的20% 转化为电能，则通过这个山口的风的发电功率有多大？（设空气密度为ρ=1.3 kg/m3 ）
正确答案
解：设通过山口的风能即风的动能为Ek，则
某同学为测量地球表面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6kg的水，经 太阳垂直照射15min，温度升高5℃，若地表植物接收太阳能的能力与水相等，试计算：
(1)每平方米绿色植物每秒接收的太阳能为多少焦耳；
(2)若绿色植物在光合作用下每吸收1kJ的太阳能可以放出0.05L的氧气，则每公顷绿地每秒可放出多少升的氧气？（1公顷=104 m2）
正确答案
解：(1)6kg水经15min的照射增加内能为：△E=Q=cm△t=4.2×103×6×5J=1.26×105J
每秒钟获得的能量为：1.26×105J/15min=1.4×102J/s
每平方米绿色植物每秒接收太阳能为：
(2)每平方米绿色植物每秒钟吸收的太阳能可放出的氧气为：
每公顷绿地每秒可以放出的氧气为：104×0.07L=700L
产生失控的温室效应的主要原因是什么？
正确答案
解：二氧化碳对长波辐射有强烈的吸收作用，太阳表面发出的长波辐射到大气以后被二氧化碳截获，最后使大气升温，大气中的二氧化碳像暖房的玻璃一样，只准太阳的热辐射进来，却不让室内的长波辐射出去，
自然资源是地球为人类提供的物质原料．人类必须珍惜的自然资源有哪些？
正确答案
解：人类必须珍惜的自然资源主要有以下四大类：
(1)三大生命要素—空气、水和土壤；
(2)六种自然资源—矿产、森林、淡水、土地、生物物种、化石能源（煤、石油和天然气）；
(3)两类生态系统—陆地生态系统（如森林、草原、荒漠、湿地等）与水生生态系统（如湿地、湖泊、河流、海洋等）；
(4)多样景观资源，如山势、水流、本土动植物种类、自然与文化历史遗迹等．
以电气化为主要特征的第二次工业革命给人类的生活带来了更大的变化，生产力得到了空前的发展．试简述电能的优点．
正确答案
解：电能的优点主要表现在以下三个方面：
第一，电能可以集中生产，分散使用，便于传输和分配．
第二，电能便于和其他形式的能量转换，人们能很方便地将机械能（水能、风能、潮汐能等）、核能、内能、光能、化学能转化为电能，同时也很容易将电能转化为内能、光能、机械 能、化学能等多种形式的能量，可以满足生产和生活多方面的需求．
第三，电能便于实现快速、精确控制，能有效地促进生产过程的机械化、电气化和自动化．
水能是可再生能源，可持续地利用它来发电，为人类提供“清洁”的能源。若一水力发电站水库的平均流量为Q(m3/s)，落差为h(m)，发电效率为η，则全年发电量(kW·h)是多少？
正确答案
解：每秒钟的水能转化为电能的量E=ηQρgh，也就是发电功率，一年内的发电量
热力学第一定律告诉我们，自然界的能量在总量上是____；热力学第二定律却告诉我们，自然界的能量品质还在____，可利用的能量____。因此，人类必须节约____，提高能源的____，积极开发新能源。
正确答案
不变的，退化，越来越少，能源，利用率
小明同学原来家住农村，八年前随父母搬到了某市的向阳小区，住进了居民楼．小明家在农村时，烧水做饭用煤，进了城市后用上了天然气；在农村时，冬季取暖家家户户也依靠烧煤，但在小区却集中供暖，请根据小明家的变化（煤一天然气；单家单户取暖→小区集中 供暖），结合自己的切身体验，从科学和人文的角度对此变化加以评价．
正确答案
解：(1) 从炉具的变化上，提高了能源的利用率；
(2) 从燃料的变化上，提高了能源的利用率，减少了环境污染；
(3) 从取暖方式上，提高了能源的利用率，减少了环境污染，保护了环境，小明家的变化反映了整个人类社会的进步，节约能源，保护环境，人人有责，
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