第十九讲 能源和信息
一、复习策略
1、信息的传递
（1）电话的工作原理
利用电流传递信息（一般不涉及电磁波）
（2）电磁波
①产生：变化的电流（振荡电流）
②传播：不需要介质．
传播速度：与光速c相同．
③c=λf（速度＝波长×频率）
a．单位：c→m/s λ→m f→Hz（1kHz=103Hz，1MHz=106Hz）
b．通常c一定，λ与f成反比．
④家族成员：
⑤应用：雷达、微波炉等．
（3）常见的通信方式
①微波通信（微波特点：直线传播→微波中继站）
②卫星通信（更高级的微波通信：同步通信卫星→太空微波中继站）
用三颗同步卫星就可以实现全球通信．
③光纤通信（激光在光纤内反射前进）
特点：抗干扰能力强、传输信息量大．
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④网络通信（典型代表：电子邮件）
2、能源
（1）化石能源：煤、石油、天然气（漫长地质年代形成）
生物质能：由生命物质提供．如柴薪、食物等．
（2）能源的分类
（3）核能
（4）太阳能
①来源：太阳内部的氢原子聚变产生．
二、典例剖析
例1、甲电台发射一种电磁波的频率为990kHz，乙广播电台发射一种电磁波的频率是15.8MHz．它们发射电磁波的波长分别应是多少?
解析：由电磁波的波长、波速、频率三者的关系，知其中任意两个量，可以求出第三个．
答案：因为不同频率的电磁波在真空（或空气）中的速度都是相同的，且都等于3×108 m/s．根据波速=波长×频率，所以波长=波速/频率．
甲电台发射的电磁波波长=（3×108m/s）/（990×103 Hz）=303m；
乙广播电台发射的电磁波波长=（3×108m/s）/（1.58×107Hz）=19.3 m
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提示：由本题可知，根据电磁波频率的大小，可以判断其波长的大小，通常频率较大的电磁波．波长较短．
例2、（江西）下雨天在家收听广播节目，我们发现在打雷时，从收音机里会听到“咔嚓、咔嚓……”的声音，然后才听到雷声．
（1）你知道打雷时，收音机为什么会发出“咔嚓”的声音吗?
（2）为什么我们会先听到收音机里的“咔嚓”声，然后才听到雷声?
解析：（1）打雷时，发生了怎样的现象，我们也许并不十分清楚，但可以通过收音机的作用——专门接收电磁波信息，转化为声音，可以大概判断出：打雷时，收音机发出“咔嚓”声，一定是收音机接收到了无线电波（电磁波）信号了．据此可以回答为什么收音机在打雷时会发出“咔嚓”声．
（2）既然“咔嚓”声是收音机接收到打雷时发出电磁波，它的传播速度达3×108m/s，远远大于雷声传递的速度，故先听到“咔嚓”声后听到雷声．
答案：（1）打雷产生的电磁波被收音机接收，干扰了正常信号的接收
（2）在空气中，电磁波传播速度比声音的传播速度大
点评：对于不理解的现象（如打雷时是否会产生电磁波），有时可以根据已知的事实（如收音机只能接收电磁波），进行合理的反推，而对新的现象有所了解．灵活运用已掌握知识．分析一些新现象，体现了新课标的理念．
例3、利用电磁波可以测较远的距离．某科研小组由地面向月球发射无线电波，电波达到月球并返回地面共需2.56 s，月球与地球之问的距离是多少?
解析：注意此题的时间是往返时间，算距离时要注意时间减半，这种距离的计算和回声的计算类似：3×108×（2.56/2）m=3.84×108m
答案：3.84×108m
例4、宇航员在月球上可以用电磁波来通信，电磁波在真空中的传播速度大约是________m/s，与真空中光的传播速度相同，由此可知光也是_________．
解析：在月球上，处于真空状态，由于声音在介质中才能传播，真空不能传声．所以在月球上，宇航员之间的交流只能通过无线电了．电磁波可以在真空传播，传播速度与光速相同，都为3×108m/s．
答案：3×108 电磁波
例5、波长为500 m的电磁波属于（ ）
A．微波 B．中波
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C．短波 D．长波
解析：各不同阶段波长范围
波段
长波
中波
中短波
短波
微波
波长范围/m
3×104～
3×103
3×103～
3×102
3×102～
50×10－3
50×10－3～
10×10－3
10×10－3～
1×10－3
答案：B
例6、下列能源中，属于二次能源的是（ ）
A．煤 B．天然气
C．汽油 D．电
解析：能源按在自然界中形成方式，可分为一次能源和二次能源，一次能源是指自然形成和现成存在的能源，二次能源是指由一次能源经过人为加工而形成的能源．常见的一次能源有：煤、石油、天然气、太阳能、风能、水能、地热能，而常见的二次能源有焦炭、煤气、汽油、煤油、电．
答案：CD
例7、由原子的结构可知（ ）
A．原子由原子核和核外电子组成
B．原子由带正电的质子和不带电的中子组成
C．原子核是由质子、中子、电子组成
D．原子核内中子的个数和核外电子数相等
解析：原子是由原子核和核外高速运转的电子组成，原子核由质子和中子组成，质子带正电荷，电荷量和电子带电荷量相等．中子不带电，质量跟质子的质量几乎相同．原子核内没有电子，原子核内放出电子是原子核内发生某种核反应时产生的．在这种反应中，一个中子变成一个电子和一个质子．
答案：A
例8、有一种太阳能、电能两用热水器，它接收太阳能的真空镀膜管的总有效面积约为1.25m2，能将吸收太阳能的50%转化为水的内能：其铭牌见下表：
型号
EWH－80B
额定功率
1500 W
额定电压
220 V
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容量
80 L
外形尺寸
842 mm×463 mm×415 mm
（1）晴天时，用太阳能加热，某地区向着太阳的地方平均每平方米面积在1 h内得到太阳辐射能为3.2×106 J，如果每天收到太阳能8 h计算．则可以把80kg的初温为20℃的水加热多少摄氏度?[c水=4.2×103J/（kg·℃）]
（2）遇到阴雨天，用电能加热．在额定电压工作中，将上述同样质量和初温的水加热到同样温度需多长时间．（假定所消耗电能全部转化为水内能）
（3）浅谈使用太阳能的优点．
解析：（1）8 h水吸收的太阳能为
Q吸=W1Stη=3.2×106 J/（m2·h）×1.25 m2×8 h×0.5=1.6×107 J
水升温时吸热为Q吸=c水m水（t－t0）
（2）Q吸=W=Pt
（3）太阳能有很多优点，如方便、清洁、环保，便于转化为其他形式的能，如化学能、高温热能、电能等，太阳能来源广泛，有阳光的地方就可以利用太阳能．
例9、（武汉）从2005年12月起，某市推广使用乙醇汽油．乙醇汽油是一种由己醇和普通汽油按一定比例混配形成的替代能源，其中普通汽油体积占90%，乙醇（即酒精）体积占10%．乙醇汽油能有效改善油品的性能和质量，它不影响汽车的行驶性能，还能减少有害气体的排放量乙醇汽油的推广及使用，可以缓解因石油资源短缺而造成的经济压力．
（1）根据下表给出的一些液体的密度，求乙醇汽油的密度．
物质名称
密度（kg·m－3）
物质名称
密度（kg·m－3）
纯水
1.0×103
酒精
0.8×103
煤油
0.8×103
普通汽油
0.7×103
（2）某型号汽车使用上述乙醇汽油．在水平路面上匀速行驶，受到的阻力是920 N，每行驶100 km耗油10 L，求该车此时的效率（乙醇汽油的热值为4.6×107 J/kg，计算结果保留百分数的整数位）．
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解析：（1）在求解乙醇汽油密度时，可以假设乙醇汽油为10 L，根据乙醇汽油中汽油和乙醇的混合比例，求出乙醇和汽油的质量，得到10L乙醇汽油总质量，根据得到乙醇汽油密度．
（2）汽车在水平公路上匀速行驶时，克服阻力做的功是有用功（W有=fs），燃烧乙醇汽油产生的热量是总能量．根据效率概念可得，可得此车效率．
答案：（1）假设乙醇汽油为10L，根据乙醇汽油混合比得，其中乙醇V1=1L，汽油V2=9 L．查密度表并根据m=ρV可得m乙醇=ρ乙醇V1=0.8 kg/L×1L=0.8 kg；m汽油=ρ汽油V2=0.7 kg/L×9L=6.3kg．10 L乙醇汽油的质量m总=m乙醇＋m汽油=（0.8＋6.3）kg=7.1 kg，=0.71kg/L=0.71×103kg/m3．
（2）汽车行驶100 km做的有用功为W有=Fs=920 N×105m=9.2×107J，总功为W总=Q放=mq=ρVq=0.71×103×10×10－3×4.6×107=3.266×108J，所以效率为η=W有/W总=9.2×107/J/（3.266×108J）=28%．
例10、我国的卫星通信技术拥有自主知识产权，在世界处于领先地位．在北京发射的信号通过通信卫星会转到上海被接收．实现这种信号传递的是（ ）
A．超声波 B．次声波
C．声波 D．电磁波
解析：超声波、次声波的传播要靠固体、液体、气体等介质，不能在太空中传播．无线电波包括微波、短波、中波和长波，是理想的卫星通信载体，故选D．
例11、开发新能源是本世纪人类关注的热点之一，除了开发能源，我们还应该从节约身边的能源做起，图中符合节约能源且安全的做法是（ ）
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解析：冰箱开门后门不关好，这样就使得冰箱内温度接高，压缩机工作时间延长、消耗电能增多，浪费能源；白天尽量用自然光不用电灯可以节约电能；用煤气灶取暖，大量热被浪费；每次洗一件衣服和洗多件衣服，洗衣机在工作时消耗的电能是一样的．把脏衣服集中在一起洗可以减少洗衣次数，所以每次只洗一件衣服费电．
答案：B
例12、人们常说，太阳是人类的“能源之母”，从广义的角度看，太阳能不仅包括直接投射到地球表面上的太阳辐射能，而且还包括由它引起的水能、风能和生物质能等．在石油、天然气、煤、地热能中，不是来自太阳的能源是_________．
某型号太阳能庭院灯的技术参数如下表所示，该太阳能庭院灯的抗风力不小于________m/s．在充分充电后，即使是连续阴天，专用铅酸蓄电池使两盏节能灯正常工作所做的电功最大可能达到_________kW·h．
解析：石油、天燃气、煤这些化石燃料来自古生物，而生物是需要阳光的，地热能是由于地壳的变化等因素产生的，故不是来自太阳的能源．
抗风力150 km/h=150000 m/3600 s≈41.7m/s，W=Pt=10×10－3kW×40 h=0.4 kW·h．
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答案：地热能；41.7；0.4
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