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8. 人类对能源的需求越来越大，世界能源危机日益突出。如何充分利用和开发新能源，实现低碳减排，已成为世界各国共同关注的问题。6月5日是世界环境日，某年我国的主题是“低碳减排，绿色生活”。目前，我国在开发、利用太阳能方面发展最快、最具潜力。
(1)利用太阳能的好处：
(2)太阳能热水器是采用光转化为热的方式利用太阳能的。我国太阳能热水器已走进了千家万户。小明家的太阳能热水器的采光面积是$2.1\ \mathrm{m}^2$。若我市向阳的地方每平方米的面积在1 h内得到太阳辐射能平均为$3× 10^6\ \mathrm{J}$，每天接收太阳能的时间按8 h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150 kg、初温为$20\ °\mathrm{C}$的水加热到多少摄氏度？$[c_{\mathrm{水}}=4.2× 10^3\ \mathrm{J}/(\mathrm{kg}·°\mathrm{C})]$
(1)利用太阳能的好处：
无污染、环保，是可再生能源(或取之不尽、用之不竭)
。(2)太阳能热水器是采用光转化为热的方式利用太阳能的。我国太阳能热水器已走进了千家万户。小明家的太阳能热水器的采光面积是$2.1\ \mathrm{m}^2$。若我市向阳的地方每平方米的面积在1 h内得到太阳辐射能平均为$3× 10^6\ \mathrm{J}$，每天接收太阳能的时间按8 h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150 kg、初温为$20\ °\mathrm{C}$的水加热到多少摄氏度？$[c_{\mathrm{水}}=4.2× 10^3\ \mathrm{J}/(\mathrm{kg}·°\mathrm{C})]$
答案
8.(1)无污染、环保，是可再生能源(或取之不尽、用之不竭) (2)$60\ ℃$
解析
【分析】
本题分为两小问，第(1)问考查太阳能的优点，可从能源的可再生性和环保性角度思考；第(2)问是热量计算问题，需先计算一天接收的总太阳能，再根据转化效率得到水吸收的热量，最后利用比热容公式计算水升高的温度，进而求出末温。
【解析】
(1) 太阳能属于可再生能源，使用时不会产生污染物，因此利用太阳能的好处是无污染、环保，是可再生能源（或取之不尽、用之不竭）。
(2) 解题步骤如下：
① 计算一天接收的总太阳能：
总太阳能 $ E = 2.1\ \mathrm{m}^2 × 3 × 10^6\ \mathrm{J/(m^2·h)} × 8\ \mathrm{h} = 5.04 × 10^7\ \mathrm{J} $
② 计算水吸收的热量：
$ Q_{\mathrm{吸}} = E × 50\% = 5.04 × 10^7\ \mathrm{J} × 0.5 = 2.52 × 10^7\ \mathrm{J} $
③ 根据吸热公式 $ Q_{\mathrm{吸}} = c_{\mathrm{水}} m \Delta t $，计算温度变化量：
$ \Delta t = \frac{Q_{\mathrm{吸}}}{c_{\mathrm{水}} m} = \frac{2.52 × 10^7\ \mathrm{J}}{4.2 × 10^3\ \mathrm{J/(kg·℃)} × 150\ \mathrm{kg}} = 40\ \mathrm{℃} $
④ 计算水的末温：
$ t = t_0 + \Delta t = 20\ \mathrm{℃} + 40\ \mathrm{℃} = 60\ \mathrm{℃} $
【答案】
(1) 无污染、环保，是可再生能源（或取之不尽、用之不竭）；(2) $ 60\ \mathrm{℃} $
【知识点】
太阳能的利用，热量的计算（比热容公式）
【点评】
本题结合新能源开发与热量计算，既考查太阳能优点的识记，又考查热量公式的应用，属于基础综合题，难度适中。
【难度系数】
0.6
本题分为两小问，第(1)问考查太阳能的优点，可从能源的可再生性和环保性角度思考；第(2)问是热量计算问题，需先计算一天接收的总太阳能，再根据转化效率得到水吸收的热量，最后利用比热容公式计算水升高的温度，进而求出末温。
【解析】
(1) 太阳能属于可再生能源，使用时不会产生污染物，因此利用太阳能的好处是无污染、环保，是可再生能源（或取之不尽、用之不竭）。
(2) 解题步骤如下：
① 计算一天接收的总太阳能：
总太阳能 $ E = 2.1\ \mathrm{m}^2 × 3 × 10^6\ \mathrm{J/(m^2·h)} × 8\ \mathrm{h} = 5.04 × 10^7\ \mathrm{J} $
② 计算水吸收的热量：
$ Q_{\mathrm{吸}} = E × 50\% = 5.04 × 10^7\ \mathrm{J} × 0.5 = 2.52 × 10^7\ \mathrm{J} $
③ 根据吸热公式 $ Q_{\mathrm{吸}} = c_{\mathrm{水}} m \Delta t $，计算温度变化量：
$ \Delta t = \frac{Q_{\mathrm{吸}}}{c_{\mathrm{水}} m} = \frac{2.52 × 10^7\ \mathrm{J}}{4.2 × 10^3\ \mathrm{J/(kg·℃)} × 150\ \mathrm{kg}} = 40\ \mathrm{℃} $
④ 计算水的末温：
$ t = t_0 + \Delta t = 20\ \mathrm{℃} + 40\ \mathrm{℃} = 60\ \mathrm{℃} $
【答案】
(1) 无污染、环保，是可再生能源（或取之不尽、用之不竭）；(2) $ 60\ \mathrm{℃} $
【知识点】
太阳能的利用，热量的计算（比热容公式）
【点评】
本题结合新能源开发与热量计算，既考查太阳能优点的识记，又考查热量公式的应用，属于基础综合题，难度适中。
【难度系数】
0.6
9.重力储能是一种新型储能方式，它通过提升或放下重物实现能量的储存或释放，能量转化过程如图22-6甲所示。重力储能可有效提升风能、太阳能等新能源的综合开发利用水平。某风力发电、重力储能综合项目，单个风力发电机组的平均发电功率为1 500 kW。某次风能充沛时，系统利用风能发电的富余电能，将2个质量均为$3× 10^4$ kg的重物从地面提升至30 m的高度处，实现能量储存，
。根据相关信息，完成以下问题。（g取10 N/kg）
(1)风能属于
(2)若某电动汽车每行驶1 km的路程需消耗0.2 kW·h的电能，单个风力发电机组发电1 h产生的电能，可供该电动汽车行驶的路程是多少？
(3)储能系统将2个重物匀速提升至30 m高处的过程中，系统对重物所做的功是多少？
(4)在储能系统将2个重物从30 m高处放回地面的发电过程中，产生的电能为$1.44× 10^7$ J，则该过程的发电效率是多少？
(5)据某资料介绍，重力储能系统的综合效率（输出电能与输入电能之比）可达70％以上，请你通过计算，判断这一数据是否可信？（已知系统提升重物的效率为90％）
。根据相关信息，完成以下问题。（g取10 N/kg）(1)风能属于
可再生
（选填“可再生”或“不可再生”）能源。(2)若某电动汽车每行驶1 km的路程需消耗0.2 kW·h的电能，单个风力发电机组发电1 h产生的电能，可供该电动汽车行驶的路程是多少？
(3)储能系统将2个重物匀速提升至30 m高处的过程中，系统对重物所做的功是多少？
(4)在储能系统将2个重物从30 m高处放回地面的发电过程中，产生的电能为$1.44× 10^7$ J，则该过程的发电效率是多少？
(5)据某资料介绍，重力储能系统的综合效率（输出电能与输入电能之比）可达70％以上，请你通过计算，判断这一数据是否可信？（已知系统提升重物的效率为90％）
答案
9.(1)可再生 (2)$7\ 500\ \mathrm{km}$ (3)$1.8×10^7\ \mathrm{J}$ (4)$80\%$ (5)可信
解析
【分析】
本题围绕重力储能的能量转化，分5个小问题考查相关物理知识：
1. 第(1)题需根据能源能否源源不断获取，判断风能的类型；
2. 第(2)题先利用电功公式计算发电机组1h的发电量，再除以每km消耗的电能，得到电动汽车行驶路程；
3. 第(3)题利用重力做功公式，计算2个重物提升时系统做的功；
4. 第(4)题发电效率为输出电能与重物储存能量（即提升时做的功）的比值，代入数值计算；
5. 第(5)题先根据提升效率算出输入电能，再计算综合效率，判断是否符合资料描述。
【解析】
(1) 风能可源源不断从自然界获得，属于可再生能源。
(2) 单个风力发电机组1h发电的电能：$W_{电}=Pt=1500\ \mathrm{kW}×1\ \mathrm{h}=1500\ \mathrm{kW·h}$，可供电动汽车行驶的路程：$s=\frac{1500\ \mathrm{kW·h}}{0.2\ \mathrm{kW·h/km}}=7500\ \mathrm{km}$。
(3) 单个重物的重力：$G=mg=3×10^4\ \mathrm{kg}×10\ \mathrm{N/kg}=3×10^5\ \mathrm{N}$，2个重物总重力：$G_{总}=2G=6×10^5\ \mathrm{N}$，系统对重物做的功：$W=G_{总}h=6×10^5\ \mathrm{N}×30\ \mathrm{m}=1.8×10^7\ \mathrm{J}$。
(4) 发电效率：$\eta=\frac{W_{输出}}{W}×100\%=\frac{1.44×10^7\ \mathrm{J}}{1.8×10^7\ \mathrm{J}}×100\%=80\%$。
(5) 提升重物时，系统输入电能：$W_{入}=\frac{W}{\eta_{提升}}=\frac{1.8×10^7\ \mathrm{J}}{90\%}=2×10^7\ \mathrm{J}$，综合效率：$\eta_{总}=\frac{W_{输出}}{W_{入}}×100\%=\frac{1.44×10^7\ \mathrm{J}}{2×10^7\ \mathrm{J}}×100\%=72\%＞70\%$，故数据可信。
【答案】
(1) 可再生；(2) $7500\ \mathrm{km}$；(3) $1.8×10^7\ \mathrm{J}$；(4) $80\%$；(5) 可信
【知识点】
能源分类、电功计算、功的计算、效率计算
【点评】
本题结合新型储能技术，将物理知识与实际应用结合，考查了能源分类、电功、功、效率的计算，需要学生熟练掌握相关公式并灵活应用，综合性较强，贴近生活实际。
【难度系数】
0.6
本题围绕重力储能的能量转化，分5个小问题考查相关物理知识：
1. 第(1)题需根据能源能否源源不断获取，判断风能的类型；
2. 第(2)题先利用电功公式计算发电机组1h的发电量，再除以每km消耗的电能，得到电动汽车行驶路程；
3. 第(3)题利用重力做功公式，计算2个重物提升时系统做的功；
4. 第(4)题发电效率为输出电能与重物储存能量（即提升时做的功）的比值，代入数值计算；
5. 第(5)题先根据提升效率算出输入电能，再计算综合效率，判断是否符合资料描述。
【解析】
(1) 风能可源源不断从自然界获得，属于可再生能源。
(2) 单个风力发电机组1h发电的电能：$W_{电}=Pt=1500\ \mathrm{kW}×1\ \mathrm{h}=1500\ \mathrm{kW·h}$，可供电动汽车行驶的路程：$s=\frac{1500\ \mathrm{kW·h}}{0.2\ \mathrm{kW·h/km}}=7500\ \mathrm{km}$。
(3) 单个重物的重力：$G=mg=3×10^4\ \mathrm{kg}×10\ \mathrm{N/kg}=3×10^5\ \mathrm{N}$，2个重物总重力：$G_{总}=2G=6×10^5\ \mathrm{N}$，系统对重物做的功：$W=G_{总}h=6×10^5\ \mathrm{N}×30\ \mathrm{m}=1.8×10^7\ \mathrm{J}$。
(4) 发电效率：$\eta=\frac{W_{输出}}{W}×100\%=\frac{1.44×10^7\ \mathrm{J}}{1.8×10^7\ \mathrm{J}}×100\%=80\%$。
(5) 提升重物时，系统输入电能：$W_{入}=\frac{W}{\eta_{提升}}=\frac{1.8×10^7\ \mathrm{J}}{90\%}=2×10^7\ \mathrm{J}$，综合效率：$\eta_{总}=\frac{W_{输出}}{W_{入}}×100\%=\frac{1.44×10^7\ \mathrm{J}}{2×10^7\ \mathrm{J}}×100\%=72\%＞70\%$，故数据可信。
【答案】
(1) 可再生；(2) $7500\ \mathrm{km}$；(3) $1.8×10^7\ \mathrm{J}$；(4) $80\%$；(5) 可信
【知识点】
能源分类、电功计算、功的计算、效率计算
【点评】
本题结合新型储能技术，将物理知识与实际应用结合，考查了能源分类、电功、功、效率的计算，需要学生熟练掌握相关公式并灵活应用，综合性较强，贴近生活实际。
【难度系数】
0.6
