《初中应用物理知识竞赛辅导讲座》专题22 能源与可持续发展（原卷版）

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【重点知识解读】

1. 凡是能够提供能量的物质资源叫做能源，能源是人类赖以生存和发展的重要物质基础。

2. 由于原子核的变化而释放的巨大能量叫做核能，也叫原子能。获得核能的方式是重核裂变

和轻核聚变。

3. 太阳能是安全清洁、不污染环境、取之不尽用之不竭的永久性能源。

4. 化石燃料（煤、石油、天然气）、水流能、风能、海洋能、生物能都是来源于太阳。地热

能、核能来源于地球本身。

5. 人类解决能源消耗迅速增长的方法是：不断开发新能源，充分开发利用太阳能、核能、风

能、水流能、地热能等。尽量提高能源利用率，开发生产节能产品，以充分发挥现有能源。

【竞赛知识拓展】

1．利用太阳能的途径：一是把太阳能转化为内能，例如太阳能热水器；二是利用太阳能发

电，例如太阳能热电站；三是通过光电转换装置（太阳能电池）把太阳能直接转化为电能。

2．利用风力发电。

3．利用水流能发电。

4．利用核能发电。现有的核电站都是利用重核裂变是否的核能发电的。

【经典竞赛题分析】

例1六、（15分）（2012全国初中应用物理知识竞赛）如图12甲所示，冰冻是造成高山地区冬季输配

电线路倒塔（杆）断线的重要原因。为了避免这类事故的发生，

一方面电力工人要及时对输电线路进行除冰作业，另一方面要

加强输电线的抗拉能力。一般高压输电线每一根都是由一股位

于中间的钢质线芯和六股相同粗细的铝质线芯绞在一起组成的，

其横截面如图12乙所示。这种输电线通常被称为钢芯铝绞线

（代号LGJ）。已知该钢芯铝绞线所能承受的最大安全拉力为

其正常工作情况下拉力的5倍。下表是该种钢芯铝绞线的相关

技术数据。

铝线（股数×直径）钢线（股数×直

径）导线外直径电阻安全载流量

（mm）（mm）（mm）（Ω／km）70℃80℃90℃

6×3.80 1×3.80 11.4 0.5 194A 228A 255A

1．该电力线路采用钢芯铝绞线而不采用与之同样结构尺寸的铝绞线，其主要目的是什么?

2．输电线路结冰后，输电线（连同上面的冰）变粗、变重。为了保证输电线路的安全，防止输电线

被拉断，在冰冻的钢芯铝绞线（连同上面的冰，其横截面可以看作圆）的直径D增大到一定值时就必须进

行除冰作业，试估算需要进行除冰作业时冰冻的钢芯铝绞线的直径 D。（ρ铝＝2.7×103kg／m3，ρ钢＝

7.9×103kg／m3，ρ冰＝0.9×103kg／m3，取＝10.7）

3．有一种输电线路除冰作业的方法叫“短路熔冰”。所谓“短路熔冰”，就是在短时间内，输电线

不经过用电器而直接接通，输电线中通过比平时大许多的电流，利用导线本身发热熔冰以完成除冰作业的

方法。短路熔冰时，若一根这种钢芯铝绞线每米的发热功率为 200W，则短路熔冰时通过一根钢芯铝绞线

的电流大约是多大?（取＝3.2）

(2011 全国初中应用物理知识竞赛题)微波炉是一种利用向食物发射微波，进而将以微波形式

存在的电磁能转化为内能来对食物加热的厨具。因为微波可以深入食物表面内约5 cm，因此

与蒸烤类厨具比较，具有加热更加迅速的特点。

小明家最近买了一个微波炉，他听人们讲利用微波炉对食物加热，不仅加热时间短，还

具备加热效率高的特点。为了验证后一种说法，他决定借助电能表、手表、温度计等器材实

际测量一下微波炉在高火挡烧水时的效率。

为此他查看了家中微波炉后面的铭牌，上面注明额定输入功率为 1 200 W，他又查看了

他家的单相电子电能表，上面注明 3200 imp / kW·h(它表示每消耗电能 1 kW·h，该电能表上面

的发光二极管闪烁 3 200 次)。之后，他关闭其他所有家用电器，将体积为1L、温度为20℃的

水放入微波炉并用高火开始加热，同时用钟表计时并记录电能表上面的发光二极管闪烁的次

数，历时4 min，电能表上面的发光二极管闪烁了256 次，此时取出并测得水的温度为72℃，

请你帮助小明计算微波炉烧水时的效率。

微波炉中发射微波的器件叫做微波管，若某微波炉内的微波管只有一只，且该微波管只

能在额定电压下以额定功率工作，请回答这个微波炉是如何仅仅利用这只微波管实现在不同

挡位工作的呢?

例2 （2011 全国初中应用物理知识竞赛试题）随着新能源、低碳等理念的普及，小明设

想出了一种完全以太阳能电池为能源的汽车，以下是他查到的一些数据:太阳辐射的总功率P

总=3.9x1026 W，太阳到地球的距离口 1.5x1011 m，阳光穿过太空和地球周围的大气层到达地面

的过程中的能量损耗约为51%;太阳光垂直照射时，太阳能电池的能量转化效率最高约为15%;

假设一辆太阳能电池车的质量约为750kg，期望达到的最高时速为 72km/h，车辆行驶过程中

的平均阻力约为车重的 0.02 倍，车身最多能敷设的太阳能电池板的面积约为8m2，驱动电机

能够将输入功率的 90%转化为用于牵引汽车前进的机械功率。(已知半径为 r的球的表面积为

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