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閱讀與思考

　　正如20世紀初，能源結構從固體燃料向液體燃料過渡一樣，21世紀，能源將向氣體能源和太陽能過渡．人類將以最清潔能源－－天然氣、氫氣和太陽能來代替如今的固體和液體燃料．

　　能源是經濟發展的基礎和支柱．20世紀初，是固體能源－－煤，最先轉動工業革命的車輪．其后隨著石油的開采，人類進入液體能源時代－－石油時代．能源的這兩大革命，加速了人類的進步、經濟的騰飛，也給環境造成了嚴重的污染．正當人類在尋找新的清潔的能源之時，科學界爆出了2050年全球石油資源將瀕于枯竭的消息，這更加堅定了人類探索新能源的決心．經探明，世界天然氣總儲量為404萬億立方米，其中有146萬億立方米可開采，這大約相當于全球整個能源消費量的200倍，可以滿足今后10年內的氣能供應．天然氣不含硫和其他有害微粒，與石油和煤相比，天然氣燃燒時沒有煙塵，所產生的揮發性碳氫化物、一氧化碳、氮氧化物也很少，并且不合重金屬．大多數科學家認為，人類能源還將從光能－－太陽能，以及其他再生能源產生的新能源如氫氣等過渡，而天然氣只是這種過渡的橋梁．

　　除天然氣外，21世紀的新能源主要是太陽能，可再生的生物質能(實為變換了的太陽能)和核聚變能．能源專家們預測，本世紀太陽能利用領域將取得巨大成就．到2050年，太陽能發電將從現在占能源市場的0.1％上升到50％．美國宣布，計劃到2010年在100萬家屋頂上安裝太陽能發電板；英國石油公司宣布，將投資10億美元建立一些太陽能電池板生產企業．希臘政府已開始實施一項為500 MW的太陽能發電站，它是目前世界上最大的太陽能發電站．Amdco石油公司宣布將在印度沙漠地區建造一座更大的太陽能發電站．太陽能發電能力每年將以100 MW的速度持續增長．

　　作為城市內部和運輸用的能源，通過來自太陽能發電的電力電解水而得到氫，這種太陽能氫系統將成為主流之一，滿足城市對電力和熱能的需求．

摘自《珠江環境報》

回答下列問題：

(1)文中提到了哪些清潔能源？

(2)簡述人類利用氣體能源和光能的優缺點．

(3)結合你的生活經驗談談你對新能源利用的看法和體驗．

第十五屆全國初中應用物理知識競賽復賽試題

    一、(14分)王偉同學研究了均勻拉緊的琴弦發音頻率與弦長的關系，并記錄了實測的數據(如下表所示)。請你根據記錄表格中的有關數據，分析并估算出他有意留出的空格中應該填寫的數據(要求寫出估算的過程)。

二、(14分)類比水壓是形成水流的原因，李楠同學猜想，血液在血管內流動時也需要一定的壓力差來維持。假設血液勻速通過長度一定的血管時，受到的阻力f與血液的流速v成正比，即f=kv。那么，要想讓血液勻速流過，血管兩端就需要一定的壓力差。設血管截面積為S₁時，兩端所需的壓強差為△p₁；若血管截面積減少10％時，為了維持在相同的時間內流過同樣體積的血液，壓強差必須變為△p₂。請你通過計算比較△P₁、△P₂的大小，說明血管變細可能是誘發高血壓的重要因素之一。

    三、(16分)下表是某鍋爐廠生產的CWNG系列三種鍋爐的主要技術參數。

CWNG系列三種鍋主要技術參數

    已知水的比熱容為4.2×10³J／（kg·℃），假設三種鍋爐的燃煤效率相同，且煤均可達到完全燃燒。請根據上表回答以下問題：

    1．根據表格中的已知數據，請在表格中的四個(    )內填上合適的數據。

    2．按表格中的出水溫度和回水溫度，計算CWNGl．05—80／60AH型鍋爐每小時給住宅內釋放的熱量是多少。

3．根據表格中已知數據計算燃燒的熱值為多少。

四、(16分)李明得到一個國外生產的電熱暖手器，銘牌上表示額定值的字樣中，能看清楚的只有"24W"這幾個字。為了能正確使用該電器，他把一只標有"600Ω，0.4A'’的定值電阻與電熱暖手器和開關串聯起來，連接到家庭照明電路中，然后進行如下實驗觀察：將開關接通后，電能表轉盤轉動137圈恰好用了100s；斷開開關后，電能表轉盤在1 min內恰好轉了80圈；觀察電能表上標有3000r(kW·h)的字樣；他在做實驗的時間內，家中其他用電器的使用情況沒有變化。請根據以上數據，計算電熱暖手器的額定電壓是多少?你在計算過程中忽略了什么因素的影響?由此導致的計算結果是偏大還是偏小?

    五、(20分)一所農村中學常常因為不能及時給水塔注水而停水，科技小組的同學知道后，利用下圖所示的器材設計了一個自動注水模擬裝置。A為浮子(浮子及其連桿總重約15N)，在浮子連桿的上端有一可移動金屬觸頭B(其受重力可忽略不計)，它可以分別將其上、下的兩個固定觸點連通。C為水塔上的圓桶形蓄水池；M為配有電動機的水泵(電泵)；D₁、D₂為彈簧，E₁、E₂為銜鐵，F₁、F₂為電磁鐵線圈；K₁為最高水位限位開關。K₂為最低水位限位開關，K₃、K₄、K₅均為由電磁鐵銜鐵帶動的觸頭開關。電磁鐵F₁通電時，K₄接通，斷電時，K₃接通。電磁鐵F₂斷電時，K₅接通。S₁、S₂為開關。

    1．請你按照下圖所示的器材，連接一個可以實現自動注水的模擬電路，并說明自動注水的過程。

    2．要實現自動注水的要求，浮子的最小體積約為多大?(g=10N／kg)

    3．若設計要求每次自動注水需在10min內完成，需要知道或測量哪些物理量才能得到相匹配電泵的最小額定功率?請你用字母表示這些物理量，推導出電泵最小額定功率的表達式。在你的計算過程中，如果運用了近似條件，請說明。

    六、(20分)在當今世界，研制各種機器都必需考慮節約能源和治理廢氣污染這一重要課題。在內燃機中，廢氣帶走了很多能量，如果能將這些能量再利用起來，會使內燃機的效率提高許多。某工廠科研人員研制生產的四沖程汽車專用柴油發動機，就采用了很多新技術。其中最重要的一項叫“增壓”技術，它是利用“廢氣渦輪增壓器”使排氣沖程中排出的高溫、高壓的廢氣去沖擊“廢氣渦輪”高速旋轉，它同時又帶動同軸的進氣系統中的“進氣渦輪”也高速旋轉，從而增加吸氣沖程的進氣量并增大進氣氣壓，使做功沖程中柴油燃燒的更充分，燃氣壓強更大，同時也減少了廢氣中的有害物質，達到提高柴油發動機效率和減少廢氣污染的目的。這種柴油發動機有6個氣缸，氣缸直徑為ll0mm，活塞行程為135mm，當轉速為2300r／min時，發動機功率為220kW，最低油耗可達240g／(kW·h)，柴油的熱值為4.3×10⁷J／kg。請回答下列問題：

    1．該柴油發動機的效率最高可達多少?

    2．在做功沖程中氣缸內的平均壓強是多少?

    3．如果將我國這種機型的汽車柴油發動機都安裝“增壓器”后，能使它們的平均效率由原來約31％提高到近35％，安裝前按每年消耗3億噸柴油估算，這項技術每年能為我國節約多少噸柴油?

    4．如果目前我國柴油的平均價格為3750元／噸，根據上面的估算結果，計算使用“增壓”技術后僅節約柴油一項可使我國每年節約多少資金。由此你有哪些認識?

第十五屆全國初中應用物理知識競賽復賽試題

    一、(14分)王偉同學研究了均勻拉緊的琴弦發音頻率與弦長的關系，并記錄了實測的數據(如下表所示)。請你根據記錄表格中的有關數據，分析并估算出他有意留出的空格中應該填寫的數據(要求寫出估算的過程)。

二、(14分)類比水壓是形成水流的原因，李楠同學猜想，血液在血管內流動時也需要一定的壓力差來維持。假設血液勻速通過長度一定的血管時，受到的阻力f與血液的流速v成正比，即f=kv。那么，要想讓血液勻速流過，血管兩端就需要一定的壓力差。設血管截面積為S₁時，兩端所需的壓強差為△p₁；若血管截面積減少10％時，為了維持在相同的時間內流過同樣體積的血液，壓強差必須變為△p₂。請你通過計算比較△P₁、△P₂的大小，說明血管變細可能是誘發高血壓的重要因素之一。

    三、(16分)下表是某鍋爐廠生產的CWNG系列三種鍋爐的主要技術參數。

CWNG系列三種鍋主要技術參數

    已知水的比熱容為4.2×10³J／（kg·℃），假設三種鍋爐的燃煤效率相同，且煤均可達到完全燃燒。請根據上表回答以下問題：

    1．根據表格中的已知數據，請在表格中的四個(    )內填上合適的數據。

    2．按表格中的出水溫度和回水溫度，計算CWNGl．05—80／60AH型鍋爐每小時給住宅內釋放的熱量是多少。

3．根據表格中已知數據計算燃燒的熱值為多少。

四、(16分)李明得到一個國外生產的電熱暖手器，銘牌上表示額定值的字樣中，能看清楚的只有"24W"這幾個字。為了能正確使用該電器，他把一只標有"600Ω，0.4A'’的定值電阻與電熱暖手器和開關串聯起來，連接到家庭照明電路中，然后進行如下實驗觀察：將開關接通后，電能表轉盤轉動137圈恰好用了100s；斷開開關后，電能表轉盤在1 min內恰好轉了80圈；觀察電能表上標有3000r(kW·h)的字樣；他在做實驗的時間內，家中其他用電器的使用情況沒有變化。請根據以上數據，計算電熱暖手器的額定電壓是多少?你在計算過程中忽略了什么因素的影響?由此導致的計算結果是偏大還是偏小?

    五、(20分)一所農村中學常常因為不能及時給水塔注水而停水，科技小組的同學知道后，利用下圖所示的器材設計了一個自動注水模擬裝置。A為浮子(浮子及其連桿總重約15N)，在浮子連桿的上端有一可移動金屬觸頭B(其受重力可忽略不計)，它可以分別將其上、下的兩個固定觸點連通。C為水塔上的圓桶形蓄水池；M為配有電動機的水泵(電泵)；D₁、D₂為彈簧，E₁、E₂為銜鐵，F₁、F₂為電磁鐵線圈；K₁為最高水位限位開關。K₂為最低水位限位開關，K₃、K₄、K₅均為由電磁鐵銜鐵帶動的觸頭開關。電磁鐵F₁通電時，K₄接通，斷電時，K₃接通。電磁鐵F₂斷電時，K₅接通。S₁、S₂為開關。

    1．請你按照下圖所示的器材，連接一個可以實現自動注水的模擬電路，并說明自動注水的過程。

    2．要實現自動注水的要求，浮子的最小體積約為多大?(g=10N／kg)

    3．若設計要求每次自動注水需在10min內完成，需要知道或測量哪些物理量才能得到相匹配電泵的最小額定功率?請你用字母表示這些物理量，推導出電泵最小額定功率的表達式。在你的計算過程中，如果運用了近似條件，請說明。

    六、(20分)在當今世界，研制各種機器都必需考慮節約能源和治理廢氣污染這一重要課題。在內燃機中，廢氣帶走了很多能量，如果能將這些能量再利用起來，會使內燃機的效率提高許多。某工廠科研人員研制生產的四沖程汽車專用柴油發動機，就采用了很多新技術。其中最重要的一項叫“增壓”技術，它是利用“廢氣渦輪增壓器”使排氣沖程中排出的高溫、高壓的廢氣去沖擊“廢氣渦輪”高速旋轉，它同時又帶動同軸的進氣系統中的“進氣渦輪”也高速旋轉，從而增加吸氣沖程的進氣量并增大進氣氣壓，使做功沖程中柴油燃燒的更充分，燃氣壓強更大，同時也減少了廢氣中的有害物質，達到提高柴油發動機效率和減少廢氣污染的目的。這種柴油發動機有6個氣缸，氣缸直徑為ll0mm，活塞行程為135mm，當轉速為2300r／min時，發動機功率為220kW，最低油耗可達240g／(kW·h)，柴油的熱值為4.3×10⁷J／kg。請回答下列問題：

    1．該柴油發動機的效率最高可達多少?

    2．在做功沖程中氣缸內的平均壓強是多少?

    3．如果將我國這種機型的汽車柴油發動機都安裝“增壓器”后，能使它們的平均效率由原來約31％提高到近35％，安裝前按每年消耗3億噸柴油估算，這項技術每年能為我國節約多少噸柴油?

    4．如果目前我國柴油的平均價格為3750元／噸，根據上面的估算結果，計算使用“增壓”技術后僅節約柴油一項可使我國每年節約多少資金。由此你有哪些認識?

閱讀短文，回答文章后面的問題．

　　近百年來，地球氣候正經歷一次以全球變暖為主要特征的顯著變化．這種全球性的氣候變暖是由自然的氣候波動和人類活動增強的溫室效應共同引起的．近50年的氣候變暖主要是人類使用化石燃料排放的大量二氧化碳等溫室氣體的增溫效應造成的．預測表明，未來50～100年，全球和我國的氣候將繼續向變暖的方向發展．

　　氣候變化已經給全球與我國的自然生態系統和社會經濟系統帶來了重要影響，而且許多影響是負面的．因此人類需要采取適應氣候變化的措施來克服氣候變化的不利影響．

　　減少溫室氣體排放．減緩氣候變化是《聯合國氣候變化框架公約》和《京都議定書》的主要目標．在參加氣候變化框架公約的國際談判中，我國面臨的減排溫室氣體的國際壓力將越來越大．

　　1988年11月世界氣象組織和聯合國環境規劃署建立的“政府間氣候變化專門委員會(IPCC)”，是為各國政府和國際社會提供氣候變化最新科學信息的權威機構．它在2001年發布的第3次評估報告指出了全球變暖對全球的生態系統以及社會經濟系統產生的影響已經相當嚴重．

　　我國是世界上氣候變化的敏感區和脆弱區之一．

　　引起氣候系統變化的原因有多種，概括起來可分成自然的氣候波動與人類活動的影響兩大類．前者包括太陽輻射的變化，火山爆發等．后者包括人類燃燒化石燃料以及毀林引起的大氣中溫室氣體濃度增加，硫化物氣溶膠濃度的變化，陸面覆蓋和土地利用的變化等等．

　　人類活動會增加大氣中溫室氣體的濃度并導致氣候變化的研究，可以追溯到19世紀末．1896年，瑞典科學家斯萬特·阿爾赫尼斯就對燃煤可能改變地球氣候做出過預測．他指出，當大氣中二氧化碳濃度加倍時，全球平均氣溫將增加5～6℃．之后，有許多科學家陸續對此問題進行了研究．1957年，瑞威拉等在美國發表了關于增加大氣中溫室氣體濃度可能產生氣候變化的論文．同年，美國夏威夷觀象臺開始進行二氧化碳濃度觀測，從而正式揭開了人類研究氣候變化的序幕．溫室效應是這一話題的核心．它是指大氣中的二氧化碳等氣體透過太陽短波輻射，使地球表面升溫；但阻擋地球表面向宇宙空間發射長波輻射，從而使大氣增溫．由于二氧化碳等氣體的這一作用與“溫室”的作用類似，故稱之為“溫室效應”，二氧化碳等氣體則被稱為“溫室氣體”．

　　工業革命前，大氣中的二氧化碳等氣體造成的“溫室效應”使得地球表面平均溫度由－18℃上升到當今自然生態系統和人類已適應的15℃．一旦大氣中的溫室氣體濃度繼續增加，進一步阻擋了地球向宇宙空間發射的長波輻射，為維持輻射平衡，地面必將增溫，以增大長波輻射量．地面溫度增加后，水汽將增加(增加大氣對地面長波輻射的吸收)，冰雪將融化(減少地面對太陽短波的反射)，又使地表進一步增溫，全球變暖更顯著．

　　除了二氧化碳外，目前發現的人類活動排放的溫室氣體還有甲烷、氧化亞氮、氫氟碳化物、全氟化碳、六氟化硫．對氣候變化影響最大的是二氧化碳、二氧化碳的生命期很長，一旦排放到大氣中，最長可生存200年，因而最受關注．

　　排放溫室氣體的人類活動包括所有的化石能源燃燒后排放的二氧化碳．在化石能源中，煤含碳量最高，石油次之，天然氣較低；化石能源開采過程中的煤炭瓦斯、天然氣泄漏時排放的二氧化碳和甲烷；水泥、石灰、化工等工業生產過程中排放的二氧化碳；水稻田、牛羊等反芻動物消化過程中排放的甲烷；土地利用變化減少了對二氧化碳的吸收；廢棄物排放中產生的甲烷和氧化亞氮．1860年以來，全球平均溫度升高了0.6±0.2℃．近百年來最暖的年份均出現在1983年以后、20世紀北半球溫度的增幅是過去1000年中最高的．

　　據資料顯示，近百年來大氣中溫室氣體濃度明顯增加．大氣中二氧化碳的濃度已達到過去42萬年中的最高值．近百年里降水分布也發生了變化．大陸地區尤其是中高緯度地區降水增加，非洲等一些地區降水減少．有些地區極端天氣氣候事件(厄爾尼諾、干旱、洪澇、雷暴、冰雹、風暴、高溫天氣和沙塵暴等)的出現頻率與強度增加．

(1)何謂溫室效應？其主要影響因素是什么？

(2)文中提到“我國是世界上氣候變化的敏感區和脆弱區之一”，面對溫室效應的影響你有什么想法？我們應該怎么做？