以太阳能的来源利用 - 能量为背景材料精选.doc

以太阳能的来源利用 为背景材料的理科综合问题 重庆 杨泽会 一、背景材料 我们知道，太阳内部温度高达1000万度以上，在那里进行着激烈的热核反应，太阳每秒钟辐射出的能量约为3.8J就是从热核反应中产生的。一方面，热核反应使太阳质量减少，太阳质量减少到一定程度，太阳就不能发光了。另一方面，热核反应产生的能量大约地球只接受了其中的二十亿分之一，就使地面温暧，产生风云雨露、河川流动、生物生长。，图一说明了太阳的功率及太阳能传递到地球后各种形式能量之间的转化过变迁中变为煤、石油和天然气，转化为这些燃料的化学能。 图一 程。太阳把地面和空气晒热，太阳能转化为内能。晒热的空气上升，空气流动形成风，又转化为风能。太阳把水面和地面晒热，并使一部分水蒸发，蒸发的水汽升到空中形成云，以雨水的形式落下来，流人江河，太阳能转化为水能。植物吸收太阳能，发生光合作用，太阳能转化为植物的化学能，植物作为食物被动物吃掉，又转化为动物的化学能，古代的动植物在地质变迁中变为煤、石油和天然气，转化为这些燃料的化学能。 二、以上述材料为背景的理综试题赏析 太阳内部的热核反应问题 题1、太阳内部持续不断地发生着四个质于聚变为一个氦核的热核反应，这个核反应释放出的大量能量就是太阳的能源，写出这个核反应方程 。 解析： 题2：太阳光垂直射到地面上时,地面上每平方米收到太阳光的平均功率为P0,已知太阳光从太阳传播到地球时间为t0,太阳的质量为M0,太阳向外辐射能量是由于太阳上进行热核反应,假定太阳光向各个方向上的辐射是均匀的,当太阳的质量减少其总质量的万分之三太阳就不能继续发光,太阳还能存在时间的表达式为t＝ ,若地面上每平方米收到太阳光的平均功率P0＝１．３５KW,太阳光从太阳传播到地球的时间t0＝５００S,太阳质量Ｍ0＝２×１０30kg,则太阳还能存在 年。(保留一位有效数字)  解析:太阳每秒钟释放出的能量为以太阳为球心,太阳到地球的距离d＝ct0为半径的球面上的总能量Ｐ＝Ｐ0×４πd2＝Ｐ0×４πC2t02。太阳因热核反应质量亏损万分之三放出的能量为E＝△mc2＝３M0Ｃ2×１０-4。设太阳还能存在的时间为t,则Ｐ0×４πC2t02t＝３M0Ｃ2×１０-4,解得t＝。代入数据可求得t＝５×１０9年。 2、由图一中数据推算太阳有关参量 题3：已知地球半径为6400km，根据图一中数据： ①估算地球到太阳的距离(保留两位有效数字) ②并估算太阳的质量(保留一位有效数字，G＝6.67×10-11N·m2／kg2) 解析：①由图一中可知，太阳的辐射功率为E=3.8，辐射到地球的功率为E=。设日地距离为r，地球半径为R，则： 得：r=,代入数据可求得 r=1.5m 。 ②地球绕太阳作圆周运动的向心力由太阳对地球的万有引力提供，则 得 M= ,代入数据可求得 M=2 kg。  3、机械能（风能、水能）的利用-----风能、水能发电机 题4：某地强风的风速v=20m/s，设空气密度=1.3kg/m3,如果通过横截面积为S=20m2的风的动能全部转化为电能，则用上述已知量计算电功率的公式应为P= ，大小约为 W（取一位有效数字） 解析：t秒内转化为电能的是以S为底、vt为高的柱体内风的动能，则柱体内风的质量为m= Svt ，动能为E= ，由此可得风能发电机的功率为P=代入数据可求得P=1。 题5：西部大开发中的三大工程之一是 “西电东送”。西部有丰富的水能，它是可再生能源，可持续地利用它发电。有一水力发电站水库的平匀流量为lO3m3／s，落差为100m，发电效率为60％，发电电压为5kV。该发电站的发电能力为 kW。若将其中l／3的电功率输送到东部某地，输电线路的电阻为50Ω，为使输电线上的功率损失不超过输送功率的4％，并能保证用电区电压为220V，应采用的有效输电方案是 。 解析：①该发电站是将水的机械能转化为电能，每秒钟水库流出的水的质量为m= ，这些水下落hm高减少的重力势能为E=mgh=1J ,转变为电能为E电=E=6,即该发电站的功率为P=6。 ②输电的有效方案是采用如图二所示的输电线路。由题设可知，由该电站向东部某地输送的电功率为，流过升压变压器原线圈的电流为。输电线上损失的功率为 P2=P14%。由得 。 所以升压变压器原、付线圈的 匝数比为 ， 即 由得。 图二 所以降压变压器原、付线圈的匝数比为 。 4、太阳能的直接利用---太阳能电池、 太阳能热水器 题6、大西北的太阳能资源也十分丰富， 利用光电效应可以将太阳能转化为电能，再 通过卫星可用2450MHz的微波实现“无线输 图三 电”。其