Question

20．日益逼近的能源危機(jī)制約著現(xiàn)代社會(huì)的發(fā)展，開發(fā)和利用可再生能源是人類解決能源問(wèn)題的重要措施之一．
（1）目前，煤、石油、天然氣等化石燃料成為最主要的能源，從能源可否再生的角度看，它們是不可再生能源．它們的大量使用打破了生物圈中碳循環(huán)的平衡，使大氣中二氧化碳的含量迅速增加，導(dǎo)致全球氣溫升高．
（2）氫能源是我國(guó)正在開發(fā)的新能源之一．其使用的主要途徑是設(shè)法構(gòu)成原電池，從能量轉(zhuǎn)換的角度看，原電池是一種化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置．
（3）如圖是某種以蓄電池為能源的環(huán)保汽車，它的總質(zhì)量是1000kg．
①如果它停放在水平路面上，輪胎與地面的總接觸面積是800cm²，則該汽車對(duì)水平地面的壓強(qiáng)是1.25×10⁵Pa．（g取10N/kg）
②當(dāng)它在水平路面上以v=36km/h的速度勻速行駛時(shí)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸入電流為50A，輸入電壓為300V，在此狀態(tài)下，驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸入功率為1.5×10⁴W，若驅(qū)動(dòng)電機(jī)能夠?qū)⑤斎牍β实?0%轉(zhuǎn)化為用于牽引汽車前進(jìn)的機(jī)械功率，則汽車所受阻力為900N．設(shè)想改用太陽(yáng)能電池給該車供電，按陽(yáng)光垂直照射時(shí)，地球表面每平方米面積上每秒內(nèi)可獲得800J的能量，太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)化效率為20%計(jì)算，則需要太陽(yáng)能電池的面積至少為93.75m²．
（4）未來(lái)的新能源喲啊能夠大規(guī)模替代煤．石油．天然氣等常規(guī)能源，從理想的角度考慮，它必須滿足許多條件，如：必須足夠豐富，可以保證長(zhǎng)期使用，必須足夠便宜，可以保證多數(shù)人用得起；相關(guān)的設(shè)備．應(yīng)用技術(shù)必須成熟，可以保證大規(guī)模使用等，除此之外，你認(rèn)為還必須滿足什么條件？請(qǐng)寫出一條環(huán)保．

Answer 1

分析 （1）能在自然界源源不斷的獲得的是可再生能源；在短時(shí)間內(nèi)不能在自然界獲得補(bǔ)充的屬于不可再生能源．
大量消耗石油和煤炭還帶來(lái)了環(huán)境污染問(wèn)題，燃燒時(shí)產(chǎn)生的二氧化碳增加了大氣中二氧化碳的含量．
（2）電池工作時(shí)是將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能．
（3）①利用G=mg'求出汽車的重力，汽車對(duì)水平地面的壓力等于其重力，又知受力面積，利用p=$\frac{F}{S}$計(jì)算該汽車對(duì)水平地面的壓強(qiáng)；
②知道驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸入電壓和電流，根據(jù)P=UI求出驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸入功率；
根據(jù)效率公式求出牽引汽車前進(jìn)的機(jī)械功率，再根據(jù)P=$\frac{W}{t}$=$\frac{Fs}{t}$=Fv求出牽引力，汽車勻速直線行駛時(shí)受到的牽引力和受到的阻力是一對(duì)平衡力，根據(jù)二力平衡條件求出汽車所受阻力．
由地球表面每平方米面積上每秒內(nèi)可獲得800J的能量，太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率為20%計(jì)算出電池面積．
（4）從環(huán)保、污染少、節(jié)能等方面分析回答．

解答 解：（1）從能源可否再生的角度看，煤、石油、天然氣等化石燃料屬于不可再生能源．
煤、石油、天然氣等化石燃料燃燒時(shí)產(chǎn)生的二氧化碳增加了大氣中二氧化碳的含量．
（2）電池在工作時(shí)將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能．
（3）①汽車的重力：G=mg=1000kg×10N/kg=1×10⁴N，
汽車對(duì)水平地面的壓力：F=G=1×10⁴N，
該汽車對(duì)水平地面的壓強(qiáng)：p=$\frac{F}{S}$=$\frac{1×1{0}^{4}N}{800×1{0}^{-4}{m}^{2}}$=1.25×10⁵Pa；
②在此行駛狀態(tài)下，驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸入功率：P=UI=300V×50A=1.5×10⁴W；
驅(qū)動(dòng)電機(jī)能夠?qū)⑤斎牍β实?0%轉(zhuǎn)化為用于牽引汽車前進(jìn)的機(jī)械功率，
所以牽引汽車前進(jìn)的機(jī)械功率：P′=P×90%=1.5×10⁴W×90%=1.35×10⁴W，
因?yàn)镻=$\frac{W}{t}$=$\frac{Fs}{t}$=Fv，且v=54km/h=$\frac{54}{3.6}$m/s=15m/s，
所以，汽車受到的牽引力：F=$\frac{P′}{v}$=$\frac{1.35×1{0}^{4}W}{15m/s}$=900N，
因?yàn)槠�車勻速直線行駛時(shí)受到的牽引力和受到的阻力是一對(duì)平衡力，
所以汽車所受阻力：f=F=900N．
陽(yáng)光垂直照射時(shí)，地球表面每平方米面積上熱功率P₁=$\frac{W}{t}$=$\frac{800J}{1s}$=800W．
由題意得800W×S×20%=1.5×10⁴W，可得S=$\frac{1.5×1{0}^{4}W}{800W×20%}$=93.75m²．
（4）人類社會(huì)的不斷進(jìn)步，必然會(huì)帶來(lái)新一輪的能源革命，未來(lái)的新能源必須滿足環(huán)保的條件．
故答案為：（1）不可再生；二氧化碳；（2）化學(xué)能；
（3）①1.25×10⁵；②1.5×10⁴；900；93.75；
（4）環(huán)保．

點(diǎn)評(píng) 本題是一道電學(xué)和力學(xué)的綜合應(yīng)用題，考查化石能源的污染問(wèn)題、電池的能量轉(zhuǎn)化、以及能量效率的應(yīng)用和能源開發(fā)問(wèn)題、重力公式的應(yīng)用、壓強(qiáng)大小的計(jì)算、電功率公式和效率公式、功率公式、二力平衡條件的應(yīng)用等，關(guān)鍵是公式及其變形式的靈活應(yīng)用，計(jì)算過(guò)程要注意單位的換算．