第3节 太阳能
知能演练提升
能力提升
1.太阳能是人类能源的宝库,下列能源不是来源于太阳能的是( )
A.地热能 B.风能
C.水能 D.生物质能
2.下图是某市空气中细颗粒物(PM2.5)的来源分布图。PM2.5是指直径小于等于2.5 μm的颗粒物,其在空气中的浓度越高,空气污染就越严重,为减少PM2.5排放量,改善空气质量,下列措施不可取的是( )
某市PM2.5来源
A.植树造林,增大城市绿地面积
B.开发使用太阳能、核能等新能源
C.加大火力发电投入,扩大火力发电规模
D.推行城市公共自行车系统,打造绿色交通
3.下列关于太阳能的说法错误的是( )
A.太阳能十分巨大,供应时间长久,目前太阳能的转换率也很高
B.太阳内部不断地进行核聚变,以电磁波的形式向外辐射能量
C.太阳能分布广泛,获取方便,无需开采运输
D.太阳能安全、清洁,开采利用太阳能不会对环境造成污染
4.右图是某校学生设计的一款小夜灯,它的一侧是太阳能电池板,另一侧是高效节能的LED灯。关于小夜灯中所应用的物理知识,下列说法正确的是( )
A.太阳能电池板主要是靠白天接收阳光的照射而获得能量
B.太阳能电池板将电能转化为内能
C.LED灯的发光物体是由电阻很小的铜质材料制成的
D.LED灯不发光时也有电流通过
5.我国在“人造太阳”的项目中取得重大突破,下图是实验室内的场景。“人造太阳”是利用氢核 (选填“裂”或“聚”)变来获得巨大能量的。利用“人造太阳”发电可缓解电力紧张,电能是 (选填“一次”或“二次”)能源。
6.太阳能清洁无污染,是人类能源的宝库。太阳能属于 (选填“一次”或“二次”)能源。太阳能是在太阳内部氢原子核发生 释放出的能。
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★7.请阅读下列短文,回答相关问题。
太阳能飞机
2015年3月9日,全球最大太阳能飞机“阳光动力2号”(如图所示)从阿联酋首都阿布扎比起程,开始环球飞行。2016年7月26日“阳光动力2号”成功降落在阿布扎比机场,完成人类史上首次太阳能环球飞行计划。
“阳光动力2号”的机身和机翼均采用极轻的碳纤维材料。它的翼展达到72 m,比波音747-8型的翼展还要宽3.5 m。机长22.4 m,接近一个篮球场的长度,而质量仅有2 300 kg,跟一辆中型轿车相差无几。它的起飞速度为46 km/h,最大速度约140 km/h。
“阳光动力2号”的机翼、机身和水平尾翼上共贴敷了17 248片135 μm厚的单晶硅薄膜太阳能电池。这些电池可以产生最大70 kW的功率,这些电力可以输出给四台单台功率为13.5 kW的电动机带动四扇4 m直径的双叶螺旋桨给飞机提供动力。
“阳光动力2号”白天会爬升到8 500 m的高度以避开气流并最大化利用太阳能,此时的温度急剧升高,而夜晚则半滑翔飞行,逐渐降低到1 500 m的高度,其速度并不大,因此夜里对能源的需求也大大减少。
(1)“阳光动力2号”的机身和机翼均采用极轻的碳纤维材料。“极轻”的物理含义是 。
(2)“阳光动力2号”吸收 能转化为电能,电能再转化为飞机需要的其他形式能。
(3)在狭小的机舱内,两名瑞士飞行员将轮流驾驶,飞行5个昼夜,速度按80 km/h计算,飞行的距离是 km。
(4)“阳光动力2号”从夜晚航行转为白天航行过程中,飞机的重力势能逐渐 。
探究创新
★8.社会发展到今天,能源危机开始困扰人类。人们正在寻找各种可能的未来能源,以维持人类社会的持续发展。热核聚变是在上亿摄氏度的高温条件下利用氢的同位素氘、氚在可控情况下发生的核聚变。聚变反应中释放出来的核能提供大量的热量,就像一个“人造太阳”。反应后的生成物是无放射性污染的氦。
预计建成的实验反应堆,可以在16 min产生1.44×1012 J的热量。据媒体报道:1 L海水提取的氢的同位素,在完全聚变反应中释放的能量,相当于300 L汽油完全燃烧所释放的热量。请根据所提供的数据进行计算,并回答以下问题:
(1)若汽油的密度约为0.7×103 kg/m3,300 L汽油的质量是多少?(1 L=1×10-3 m3)
(2)若汽油的热值为4.6×107 J/kg,300 L汽油完全燃烧能释放多少热量?
(3)从1.49×102 L海水中提取氢的同位素,在发生聚变时可以产生1.44×1012 J的热量,若这些热量转化为电能的效率为50%,则它可以供给一台功率是200 W的电视机正常工作多少小时?
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知能演练·提升
1.A 地热能是由于地球内部发生变化时产生的能量,与太阳能无关,生物质能、水能、风能都来源于太阳能。
2.C
3.A 太阳能作为一种新能源,具有来源丰富、不需要开采运输、使用安全、清洁、无污染等优点,但由于其能量比较分散,且受季节、气候、昼夜变化的影响较大,给大规模利用带来困难。目前光电转换效率较低,还有待于研究更好的光电转换材料。
4.A 太阳能电池板是靠白天接收阳光的照射,把太阳能转化为电能,故A选项正确,B选项错误;LED灯的发光物体是由半导体材料制成的,C选项错误;LED灯不发光时没有电流通过,D选项错误。
5.解析 “人造太阳”是利用氢原子核发生聚变时,释放出的核能来获得巨大能量的;电能是消耗其他能源经过加工转换来的,属于二次能源。
答案 聚 二次
6.解析 太阳能属于直接从自然界获得的能源,叫作一次能源;在太阳内部时刻发生由“氢”聚变成“氦”的聚变反应,不停地释放出巨大的能量。
答案 一次 聚变
7.解析 (1)“阳光动力2号”的机身和机翼均采用极轻的碳纤维材料,“极轻”表示体积一定时,材料的质量非常小,也就是密度很小,所以物理含义是密度极小;
(2)“阳光动力2号”吸收太阳能转化为电能,电能再转化为飞机需要的其他形式的能量;
(3)因为v=,所以连续飞行的距离是s=vt=80 km/h×120 h=9 600 km;
(4)在白天,“阳光动力2号”会爬升到8 500 m的高度,而夜晚则半滑翔飞行,逐渐降低高度。此过程质量不变,但所处高度变化,所以从夜晚航行转为白天航行过程中,飞机的重力势能逐渐增加。
答案 (1)密度极小 (2)太阳 (3)9 600 (4)增加
8.解析 (1)m=ρV=0.7×103 kg/m3×300×10-3 m3=210 kg。
(2)Q放=mq=210 kg×4.6×107 J/kg
=9.66×109 J。
(3)t=
=3.6×109 s=106 h。
答案 (1)210 kg (2)9.66×109 J (3)106 h
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