论文部分内容阅读
凡是能提供能量的资源都属于能源.能源可分为：①一次能源、二次能源.一次能源是指可直接从自然界获取的能源，如化石燃料及太阳能、水能、风能、核能、地热能、潮汐能等；二次能源是指不能直接从自然界获取，必须通过消耗一次能源才能获得的能源，如电能、煤气等.②可再生能源、不可再生能源.可再生能源是可从自然界源源不断地得到，如太阳能、水能、风能等，而像煤、石油、天然气及核燃料等一旦消耗很难再生，这类能源称为不可再生能源.③常规能源和新能源.④清洁能源和非清洁能源.总之，从不同角度有不同分类.
社会发展到今天，能源危机开始困扰人类.解决办法：一方面，节约、高效地利用化石燃料；一方面，研究、开发利用清洁无污染的新能源，如太阳能、水能、风能、氢能、核能、地热能、潮汐能、可燃冰等，以维持人类社会的可持续发展.现举几例供同学们参考.
1.风能
例1空气流动形成风，风能够发电.风力发电机是将风能（气流的动能）转化为电能的装置，其主要部件包括风轮机、齿轮箱、发电机等（如图1所示）.风力发电时，风轮机叶片受到风力的推动后转动，从而带动发电机发电.某地的一台风力发电机，其风轮正面迎风，当风速为8m／s时，每秒钟流向叶片旋转面积的空气质量为7200kg，该地的空气密度是1.2kg／m3.已知空气动能与空气质量成正比，且1kg空气在不同的速度（v）时的动能（E）如下表所示.
（1）当风速为8m／s时，每秒钟通过叶片旋转面积的空气体积是多少立方米？若煤的热值3.2×107J／kg，那么这样一台风力发电机在1h内获得的风能与完全燃烧多少千克的煤所产生的内能相当？
（2）当风速为10m／s时，1s流向叶片旋转面积的空气质量是多少千克？若在这种情况下，风力发电机能对外提供5.4×104J的电能，那么这台风力发电机的风能转化为电能的效率是多少？
（3）科学家认为，理想空气发电厂应建立在海拔4600m到10000m的空中，其原因是什么？
解析（1）每秒流向叶片旋转面积的空气质量为7200kg，该地的空气密度是1.2kg／m3，由V=m／ρ可求出每秒通过叶片旋转面积的空气体积；E=Q放=mq，不难得到煤的质量；（2）已知空气动能与空气质量成正比，故m1／m2=v1／v2，可求出当风速为10m／s时，1s流向叶片旋转面积的空气质量；η=E电／E风×100％可算出风能转化为电能的效率；（3）海拔较低的地方，风力不稳定且不大.
答案（1）6×103m3；25.92kg；（2）9000kg；12％；（3）在海拔4600m到10000m的空中，风力大而稳定.
点评风能清洁无污染，我国地域辽阔，很多地方尤其是沿海地区风能十分丰富，大力发展风力发电，乃是开辟新能源的一条重要途径.
2.太阳能
例2图2为市面上出售的一种装有太阳能电扇的帽子.在阳光的照射下，小电扇快速转动，能给炎热的夏季带来一丝凉意.该装置的能量转化情况是（）.
A.太阳能→电能→机械能
B.太阳能→机械能→电能
C.电能→太阳能→机械能
D.机械能→太阳能→电能
解析小电扇快速转动，这是由电能转化为机械能，电能又是在阳光的照射下，由太阳能电池板转化来的.
答案A
例3“低碳——环保”是上海世博的主题理念，日本馆非常巧妙地体现了这个理念.如图3所示，这个名为“紫蚕岛”的别致建筑，它透光性高的双层外膜里面却藏有玄机，不需要消耗任何燃料就可以自主发电，供给展馆内使用.同时，在它的屋顶还有几个凹槽和突起的触角，它们会收集阳光和雨水，在炎炎夏日的时候它们会喷出薄雾，以此来降低气温，效果如同使用空调一样.
（1）从能的角度说明它是怎么实现自主发电的？
（2）简述它喷雾降温的原理.
解析只要你细心阅读，就能较易看出“紫蚕岛”的别致建筑，充分应用了太阳能转化为电能供给展馆内使用.此外，还通过水蒸发吸收空气中的热量而降温，给炎炎夏日送去凉爽，真正体现了“低碳——环保”新理念.
答案（1）太阳能转化为电能；（2）雾状的小水珠汽化（或蒸发）吸收空气中的热量而降温.
例4如图4所示，是一种利用新能源的路灯，它“头顶”小风扇，“肩扛”太阳能电池板.这种设计最合理的应用是（）.
A.小风扇是一个美化城市的时尚装饰
B.小风扇是用来给太阳能电池散热的
C.太阳能电池同时向小风扇和路灯供电
D.小风扇是小型风力发电机，它和太阳能电池共同向路灯供电
解析既然是路灯，目的是为了照明，而提供给灯的电能，充分利用了清洁无污染的太阳能、风能，当然，也为城市增添了一道亮丽的风景线.
答案D
例52010年上海世博会通过大面积推广应用太阳能等以低能耗、低污染、低排放为特点的绿色环保技术，来体现“城市，让生活更美好”的主题.
如图5所示的太阳能热水器，它的水箱容量为120L，热水器上的集热器对太阳能的利用效率为40%，在与阳光垂直的地球表面上每平方米得到的太阳辐射功率约为P
=1400W.如果将整箱水的温度从20℃加热到70℃，需要阳光照射5h，那么：
（1）一箱水需要吸收的热量是多少？
（2）热水器上集热器的面积至少要多大？
解析（1）由Q吸=cmΔt=cρVΔt即可算出一箱水需要吸收的热量；
（2）Q放×40%=Q吸，两边展开，PtS×40%
=Q吸，就能得出热水器上集热器的面积.
答案（1）2.52×107J；（2）2.5m2.
例6在渔船上安装“风光互补发电”装置，利用太阳能电池板和风力发电机发电，以节省燃油，在舟山渔区成为现实.舟山市将在1000艘渔船上安装“风光互补发电”装置.“风光互补发电”装置由风力发电机、太阳能电池板、充电器、蓄电池等组成，太阳能电池板、风力发电机的设计寿命为20年，蓄电池约4年更换一次，项目价格如下表：
（1）“风光互补发电”装置中的风力发电机是根据的原理来工作的；
（2）渔船通讯、导航及照明用电原来是通过燃烧柴油发电提供的，如果柴油中碳元素的质量占柴油质量的84％，且完全燃烧时全部碳元素均转化为二氧化碳，则完全燃烧1kg柴油将释放kg二氧化碳；
（3）“风光互补发电”装置的发电功率为500W，正常工作1h可产生多少电能？如图6是不同发电方式的CO2排放量，若在1000艘渔船上安装这套“风光互补发电”装置，则与燃油发电相比，一天（正常发电8h）至少减少CO2排放多少千克？
（4）某同学想在自己家的屋顶上安装这套“风光互补发电”装置，若该装置平均每天正常工作8h，目前电费价格约为0.54元／kW·h时，请你帮他通过计算决定是否安装这套装置.
解析（1）发电机根据法拉第的电磁感应现象制成的；（2）根据C+O2■CO2，由碳的质量即可求出二氧化碳的质量；（3）W=Pt
=0.5kW×1h=0.5kW·h；至少减少二氧化碳的排放量=1000×8×0.5kW·h×（0.42-0.16）kg／kW·h=1040kg；（4）通过比较20年电费及安装“风光互补发电”装置费用，即可得出安装这套装置是否合算.
答案（1）电磁感应；（2）3.08；（3）0.5kW·h、1040kg；（4）二十年电费=20×365×8×0.5kW·h×0.54元／kW·h=15768元；风光互补发电成本=5000元+4000元+1000元+2000元×5+2000元=22000元；因为风光互补发电成本高于二十年电费，所以不经济，建议不安装该装置.
点评太阳能几乎是取之不尽、用之不竭且清洁无污染的新能源，大力开发利用它是今后发展的方向.目前，太阳能热水器、太阳灶已广泛使用，太阳能汽车也已问世，可以想像太阳能的发展前景多么诱人.
3.“垃圾”能
例7随着世界性能源危机的日益加剧，一向为人们所唾弃的垃圾也身价倍增，变成了能源再生的“宝库”.利用垃圾的一种方式就是将垃圾填埋后，通过厌氧发酵产生沼气，这些沼气燃烧，产生高温燃气，推动汽轮机转动，汽轮机驱动发电机来发电.
（1）根据上面的短文，请你将垃圾发电过程中的能量转化填写完整.
（2）垃圾填埋后产生的沼气是一种
（选填“可再生”或“不可再生”）能源.利用垃圾发电与传统的垃圾填埋处理方法相比有哪些优点（写出一条）：.
（3）若每吨填埋垃圾可产生沼气150m3，集中收集后可发电250kW·h.已知沼气的主要成分是甲烷，其热值为2.0×107J／m3，则沼气发电的效率为多少？
解析（1）沼气燃烧，化学能转化为内能，高温高压燃气推动汽轮机转动，内能转化为机械能，汽轮机驱动发电机来发电，机械能再转化为电能；（2）沼气是一种不可再生能源，利用垃圾发电与传统的垃圾填埋处理方法相比可以节约能源及减少污染；（3）η=W电／Q放×100％=3.6×106J×250／（2.0×107J／m3×150m3）×100％=30%.
答案（1）内能、机械能；（2）不可再生、节约能源或减少污染；（3）30%.
点评垃圾不仅污染环境，而且影响到人体健康，如何变废为宝，本题不失为一种好办法，请您了解您周围的垃圾如何处理？
4.地热能
例8截至目前，中国第一大地热发电站西藏羊八井地热电站已累计发电超过24亿千瓦时.分析图7，从地下井→汽轮机→发电机，其能量转化过程是：内能→能→
能.
解析细心看图，高温高压的水蒸气推动汽轮机转动，内能转化为机械能，汽轮机驱动发电机来发电，机械能再转化为电能.
答案机械；电
点评西藏羊八井充分利用当地地热资源发电，想想看，您的家乡有无发电厂，它是利用什么来发电的呢？其能量又是如何转化的呢？
5.生物质能
例9柳州鑫能生物发电项目是广西第一个新型环保清洁和可再生能源生物发电示范项目，以热值为1.2×107J／kg的秸秆做燃料.完全燃烧kg的秸秆得到8.4×107J的热量；若这些热量全部被水吸收，可使kg的水从30℃上升到70℃.［水的比热容为4.2×103J／（kg·℃）］
解析由Q放=mq及Q吸=cmΔt较易算出水的质量.
答案7、500.
点评农村大量的农作物秸秆焚烧，不仅浪费资源，而且污染环境，影响交通，危害人体健康.现在各地采取有效措施，如秸秆粉碎后还田、秸秆造纸、秸秆种菇以及像柳州这样利用秸秆的生物质能发电等.总之，秸秆是可再生的能源，我们要综合利用它为人类造福.
“本文中所涉及到的图表、公式、注解等请以PDF格式阅读”
社会发展到今天，能源危机开始困扰人类.解决办法：一方面，节约、高效地利用化石燃料；一方面，研究、开发利用清洁无污染的新能源，如太阳能、水能、风能、氢能、核能、地热能、潮汐能、可燃冰等，以维持人类社会的可持续发展.现举几例供同学们参考.
1.风能
例1空气流动形成风，风能够发电.风力发电机是将风能（气流的动能）转化为电能的装置，其主要部件包括风轮机、齿轮箱、发电机等（如图1所示）.风力发电时，风轮机叶片受到风力的推动后转动，从而带动发电机发电.某地的一台风力发电机，其风轮正面迎风，当风速为8m／s时，每秒钟流向叶片旋转面积的空气质量为7200kg，该地的空气密度是1.2kg／m3.已知空气动能与空气质量成正比，且1kg空气在不同的速度（v）时的动能（E）如下表所示.
（1）当风速为8m／s时，每秒钟通过叶片旋转面积的空气体积是多少立方米？若煤的热值3.2×107J／kg，那么这样一台风力发电机在1h内获得的风能与完全燃烧多少千克的煤所产生的内能相当？
（2）当风速为10m／s时，1s流向叶片旋转面积的空气质量是多少千克？若在这种情况下，风力发电机能对外提供5.4×104J的电能，那么这台风力发电机的风能转化为电能的效率是多少？
（3）科学家认为，理想空气发电厂应建立在海拔4600m到10000m的空中，其原因是什么？
解析（1）每秒流向叶片旋转面积的空气质量为7200kg，该地的空气密度是1.2kg／m3，由V=m／ρ可求出每秒通过叶片旋转面积的空气体积；E=Q放=mq，不难得到煤的质量；（2）已知空气动能与空气质量成正比，故m1／m2=v1／v2，可求出当风速为10m／s时，1s流向叶片旋转面积的空气质量；η=E电／E风×100％可算出风能转化为电能的效率；（3）海拔较低的地方，风力不稳定且不大.
答案（1）6×103m3；25.92kg；（2）9000kg；12％；（3）在海拔4600m到10000m的空中，风力大而稳定.
点评风能清洁无污染，我国地域辽阔，很多地方尤其是沿海地区风能十分丰富，大力发展风力发电，乃是开辟新能源的一条重要途径.
2.太阳能
例2图2为市面上出售的一种装有太阳能电扇的帽子.在阳光的照射下，小电扇快速转动，能给炎热的夏季带来一丝凉意.该装置的能量转化情况是（）.
A.太阳能→电能→机械能
B.太阳能→机械能→电能
C.电能→太阳能→机械能
D.机械能→太阳能→电能
解析小电扇快速转动，这是由电能转化为机械能，电能又是在阳光的照射下，由太阳能电池板转化来的.
答案A
例3“低碳——环保”是上海世博的主题理念，日本馆非常巧妙地体现了这个理念.如图3所示，这个名为“紫蚕岛”的别致建筑，它透光性高的双层外膜里面却藏有玄机，不需要消耗任何燃料就可以自主发电，供给展馆内使用.同时，在它的屋顶还有几个凹槽和突起的触角，它们会收集阳光和雨水，在炎炎夏日的时候它们会喷出薄雾，以此来降低气温，效果如同使用空调一样.
（1）从能的角度说明它是怎么实现自主发电的？
（2）简述它喷雾降温的原理.
解析只要你细心阅读，就能较易看出“紫蚕岛”的别致建筑，充分应用了太阳能转化为电能供给展馆内使用.此外，还通过水蒸发吸收空气中的热量而降温，给炎炎夏日送去凉爽，真正体现了“低碳——环保”新理念.
答案（1）太阳能转化为电能；（2）雾状的小水珠汽化（或蒸发）吸收空气中的热量而降温.
例4如图4所示，是一种利用新能源的路灯，它“头顶”小风扇，“肩扛”太阳能电池板.这种设计最合理的应用是（）.
A.小风扇是一个美化城市的时尚装饰
B.小风扇是用来给太阳能电池散热的
C.太阳能电池同时向小风扇和路灯供电
D.小风扇是小型风力发电机，它和太阳能电池共同向路灯供电
解析既然是路灯，目的是为了照明，而提供给灯的电能，充分利用了清洁无污染的太阳能、风能，当然，也为城市增添了一道亮丽的风景线.
答案D
例52010年上海世博会通过大面积推广应用太阳能等以低能耗、低污染、低排放为特点的绿色环保技术，来体现“城市，让生活更美好”的主题.
如图5所示的太阳能热水器，它的水箱容量为120L，热水器上的集热器对太阳能的利用效率为40%，在与阳光垂直的地球表面上每平方米得到的太阳辐射功率约为P
=1400W.如果将整箱水的温度从20℃加热到70℃，需要阳光照射5h，那么：
（1）一箱水需要吸收的热量是多少？
（2）热水器上集热器的面积至少要多大？
解析（1）由Q吸=cmΔt=cρVΔt即可算出一箱水需要吸收的热量；
（2）Q放×40%=Q吸，两边展开，PtS×40%
=Q吸，就能得出热水器上集热器的面积.
答案（1）2.52×107J；（2）2.5m2.
例6在渔船上安装“风光互补发电”装置，利用太阳能电池板和风力发电机发电，以节省燃油，在舟山渔区成为现实.舟山市将在1000艘渔船上安装“风光互补发电”装置.“风光互补发电”装置由风力发电机、太阳能电池板、充电器、蓄电池等组成，太阳能电池板、风力发电机的设计寿命为20年，蓄电池约4年更换一次，项目价格如下表：
（1）“风光互补发电”装置中的风力发电机是根据的原理来工作的；
（2）渔船通讯、导航及照明用电原来是通过燃烧柴油发电提供的，如果柴油中碳元素的质量占柴油质量的84％，且完全燃烧时全部碳元素均转化为二氧化碳，则完全燃烧1kg柴油将释放kg二氧化碳；
（3）“风光互补发电”装置的发电功率为500W，正常工作1h可产生多少电能？如图6是不同发电方式的CO2排放量，若在1000艘渔船上安装这套“风光互补发电”装置，则与燃油发电相比，一天（正常发电8h）至少减少CO2排放多少千克？
（4）某同学想在自己家的屋顶上安装这套“风光互补发电”装置，若该装置平均每天正常工作8h，目前电费价格约为0.54元／kW·h时，请你帮他通过计算决定是否安装这套装置.
解析（1）发电机根据法拉第的电磁感应现象制成的；（2）根据C+O2■CO2，由碳的质量即可求出二氧化碳的质量；（3）W=Pt
=0.5kW×1h=0.5kW·h；至少减少二氧化碳的排放量=1000×8×0.5kW·h×（0.42-0.16）kg／kW·h=1040kg；（4）通过比较20年电费及安装“风光互补发电”装置费用，即可得出安装这套装置是否合算.
答案（1）电磁感应；（2）3.08；（3）0.5kW·h、1040kg；（4）二十年电费=20×365×8×0.5kW·h×0.54元／kW·h=15768元；风光互补发电成本=5000元+4000元+1000元+2000元×5+2000元=22000元；因为风光互补发电成本高于二十年电费，所以不经济，建议不安装该装置.
点评太阳能几乎是取之不尽、用之不竭且清洁无污染的新能源，大力开发利用它是今后发展的方向.目前，太阳能热水器、太阳灶已广泛使用，太阳能汽车也已问世，可以想像太阳能的发展前景多么诱人.
3.“垃圾”能
例7随着世界性能源危机的日益加剧，一向为人们所唾弃的垃圾也身价倍增，变成了能源再生的“宝库”.利用垃圾的一种方式就是将垃圾填埋后，通过厌氧发酵产生沼气，这些沼气燃烧，产生高温燃气，推动汽轮机转动，汽轮机驱动发电机来发电.
（1）根据上面的短文，请你将垃圾发电过程中的能量转化填写完整.
（2）垃圾填埋后产生的沼气是一种
（选填“可再生”或“不可再生”）能源.利用垃圾发电与传统的垃圾填埋处理方法相比有哪些优点（写出一条）：.
（3）若每吨填埋垃圾可产生沼气150m3，集中收集后可发电250kW·h.已知沼气的主要成分是甲烷，其热值为2.0×107J／m3，则沼气发电的效率为多少？
解析（1）沼气燃烧，化学能转化为内能，高温高压燃气推动汽轮机转动，内能转化为机械能，汽轮机驱动发电机来发电，机械能再转化为电能；（2）沼气是一种不可再生能源，利用垃圾发电与传统的垃圾填埋处理方法相比可以节约能源及减少污染；（3）η=W电／Q放×100％=3.6×106J×250／（2.0×107J／m3×150m3）×100％=30%.
答案（1）内能、机械能；（2）不可再生、节约能源或减少污染；（3）30%.
点评垃圾不仅污染环境，而且影响到人体健康，如何变废为宝，本题不失为一种好办法，请您了解您周围的垃圾如何处理？
4.地热能
例8截至目前，中国第一大地热发电站西藏羊八井地热电站已累计发电超过24亿千瓦时.分析图7，从地下井→汽轮机→发电机，其能量转化过程是：内能→能→
能.
解析细心看图，高温高压的水蒸气推动汽轮机转动，内能转化为机械能，汽轮机驱动发电机来发电，机械能再转化为电能.
答案机械；电
点评西藏羊八井充分利用当地地热资源发电，想想看，您的家乡有无发电厂，它是利用什么来发电的呢？其能量又是如何转化的呢？
5.生物质能
例9柳州鑫能生物发电项目是广西第一个新型环保清洁和可再生能源生物发电示范项目，以热值为1.2×107J／kg的秸秆做燃料.完全燃烧kg的秸秆得到8.4×107J的热量；若这些热量全部被水吸收，可使kg的水从30℃上升到70℃.［水的比热容为4.2×103J／（kg·℃）］
解析由Q放=mq及Q吸=cmΔt较易算出水的质量.
答案7、500.
点评农村大量的农作物秸秆焚烧，不仅浪费资源，而且污染环境，影响交通，危害人体健康.现在各地采取有效措施，如秸秆粉碎后还田、秸秆造纸、秸秆种菇以及像柳州这样利用秸秆的生物质能发电等.总之，秸秆是可再生的能源，我们要综合利用它为人类造福.
“本文中所涉及到的图表、公式、注解等请以PDF格式阅读”