新能源“大题”归类集萃

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新能源的开发利用是社会关注的热点，以新能源为载体的综合应用题，具有题型综合（以计算为主，融填空、简答等题型为一体）、知识综合（涉及所学物理知识的内在联系和整合）和突出应用三大特点，考题以新能源的开发利用为主线，渗透能源、效率和环保等意识，通过多角度、多方位的设问，涉及力、热、电等知识的应用，考查综合应用能力、综合分析能力和综合计算能力，能有效地区分不同程度的学生，历来是中考物理试卷中的压轴题。

现选取近年来具有代表性的有关新能源的典型题目，按新能源分类解析，仅供在中考复习中参考。

一、太阳能

太阳能的利用开发，一是用集热器实现“光—热”转化，把太阳能转化为热能，主要有太阳能热水器；二是用太阳能电池实现“光—电”转化，把太阳能转化为电能，主要有太阳能路灯、太阳能电动车、太阳能发电等。

例1.人类对能源的需求越来越大，世界能源危机日益突出。如何利用和开发新能源，实现低碳减排，已成为世界各国共同关注的问题。目前，我国在开发、利用太阳能方面发展最快、最具有潜力。

图1（1）你认为利用太阳能有哪些好处：

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（2）太阳能路灯已成为许多城镇、乡村一道靓丽的风景线（如图1所示）。太阳能路灯的太阳能电池板一般是由晶体硅制成的，它能直接把太阳能转化成电能，其主要材料是（ ）

A.磁性材料 B.纳米材料

C.半导体D.超导体

（3）太阳能热水器是采用将光转化为热的方式利用太阳能的。小明家的太阳能热水器的采光面积是2.1m2，若我市向阳的地方每平方米的面积1h得到的太阳辐射能平均为3×106J，每天接收太阳能的时间以8h计算，热水器能把接收到的太阳能的50%转化成水的内能，则正常情况下，该热水器一天能把150kg初温为20℃的水加热到多少℃？

图2（4）为了进一步利用太阳能，人们正在研发太阳能电动车。图2是人们研制的太阳能电动三轮车，车子顶部的太阳能电池板将光能转化为电能储存在太阳能电池中，电池再给三轮车供电。

图3①小明同学设计的调节电动机转速的简化电路如图3所示，若太阳能电池的电压保持不变，调速电阻的最大阻值为50Ω。闭合开关S，当调速电阻的滑片P滑到最左端时车速最大，此时电流表示数为5A，电动机电功率最大为1kW；当调速电阻的滑片P滑到最右端时车速最小，此时电流表示数为1A，求这时电动机的电功率是多少？

②制造太阳能电动三轮车车架有各种不同的新材料，部分材料的技术指标如下表所示：

若让你设计制造强度高并且轻便的三轮车，你选择表中的哪种材料？若车架所用材料的体积约为5×10—3m3，车架的质量是多大？

（5）6月5日是世界环境日，2012年我国的主题是：“绿色消费，你行动了吗？”，联系生活实际，谈谈你应如何做？

解析：本题通过太阳能路灯、太阳能热水器和太阳能电动车综合考查太阳能、热量、半导体、热效率、电功率、密度等知识的应用。解题关键：弄清光热转化效率的含义，根据表中信息和密度公式选择车架材料，运用热量、欧姆定律、电功率等公式进行有关计算。

（1）从能源利用的污染情况、能源的再生性等角度分析利用太阳能的好处：无污染、环保、可再生（或取之不尽、用之不竭）。

（2）硅属于半导体，应选C。

（3）太阳能热水器中的水一天吸收的热量

Q=3×106J×2.1×8×50%=2.52×107J

因为Q=cmΔt，所以

Δt=Qcm=2.52×107J4.2×103J/（kg·℃）×150kg=40℃

t2=t1+Δt=20℃+40℃=60℃。

（4）①由题意可知：当滑片P滑到最左端时，电动机两端的电压等于太阳能电池的电压，即太阳能电池的电压U=PI=1000W5A=200V

当滑片P滑到最右端时，调速电阻两端的电压

U1=I1R=1A×50Ω=50V

此时，电动机两端的电压U电机=U—U1=200V—50V=150V。

电动机的功率P电机=U电机I1=150V×1A=150W。

②“轻便”的含义是质量小，由密度公式ρ=mV可知，体积一定时，密度小的质量小。四种材料相比，碳纤维的强度高且密度最小，故应选碳纤维。

车架的质量m=ρV=1.6×103kg/m3×5×10—3m3=8kg。

（5）从节能环保方面考虑：节约用水；节约用电（如：购买节能灯、购买符合节能标准的家电）；不使用一次性塑料袋；尽量骑自行车、步行、乘公交车出行；尽量购买小排量汽车等。

二、风能

风能的开发利用，主要是通过风力发电机实现“风—电”转化，把风能转化为电能。

例2.长岭风电场系江西省已建成规模最大的风力电场，场址位于九江市庐山区海会镇，年上网电量约为6915万kW·h。该风力电厂技术先进，在机房监视屏上可以看到各风电机组工作情况，如图4所示，其中CLA—08机组，显示风速为4m/s，发电功率为135kW；若该地区空气密度为1.3kg/m3，一台风车的轮叶转动时按有效扫风面积为100m2的圆面计算，则：

图4（1）1min内有多少kg的空气冲击这台风车轮叶转动形成的有效圆面？

（2）这台风车工作1h输出的电能是多少kW·h？相当于完全燃烧多少kg的煤？（煤的热值为3×107J/kg）

（3）从机房监视屏上，可以发现什么规律？

解析：本题通过风力电场综合考查路程、质量、电能、电功率、热值等知识的应用。解题关键：弄清图中各参数的含义，能从中找出规律；利用题给信息和相关知识进行有关计算。

（1）1min内风吹过的距离l=vt=4m/s×60s=240m

空气体积V=Sl=100m2×240m=2.4×104m3