清潔的新能源在考題中的幾種應用型別
能源是現代社會生活的重要物質基礎。近些年來由於煤、石油、天然氣等常規能源的過度開發和消耗，給我們的生活環境帶來了很多負面影響，同時也對人民的生活和生態的持續發展帶來了很大的壓力。所以，清潔的新能源的開發和利用成為當務之急。
那麼，在我們的高中物理學科考試中，尤其是高考，會出現什麼型別題呢？ 1 風能的利用例：風力發電是一種環保的電能獲取方式，圖為某風力發電站外觀圖．設計每台風力發電機的功率為40kw．實驗測得風的動能轉化為電能的效率約為20%，空氣的密度是1.
29kg/m 3，當地水平風速約為10m/s，問風力發電機的葉片長度約為多少才能滿足設計要求？ 解析：可設想在每台風力發電機前，在t時間內，有一半徑為葉片長度，長度為l=vt的風的一段圓柱體吹過發電機，將其動能轉化成了電能。
風的圓柱體的動能： e k=12mv 2 風的圓柱體的質量：m=ρv=ρ π r 2vt 由能量轉化有：
p=ηe kr=12ρ π r 2v 3η 聯立以上各式有：r≈10m 點評：本題考查清潔能源中最廉價（投資最少）的風能。
難點在於計算風的質量。此類題求解的關鍵是將流動的風看成好像水管中流動的水柱一樣，通過計算風柱的體積，從而利用公式 m=ρv=ρ π r 2vt 得解。 2 水能的利用例：
我省沙河抽水蓄能電站自2023年投入執行以來，在緩解用電高峰電力緊張方面，取得了良好的社會效益和經濟效益．抽水蓄能電站的工作原理是，在用電低谷時(如深夜)，電站利用電網多餘電能把水抽到高處蓄水池中，到用電高峰時，再利用蓄水池中的水發電．如圖，蓄水池(上游水庫)可視為長方體，有效總庫容量(可用於發電)為v，蓄水後水位高出下游水面h，發電過程中上游水庫水位最大落差為d．統計資料表明，該電站年抽水用電為2.4×10 8 kw·h，年發電量為1.8×10 8 kw·h．則下列計算結果正確的是(水的密度為ρ，重力加速度為g，涉及重力勢能的計算均以下游水面為零勢能面) (a)能用於發電的水的最大重力勢能 e p=ρvgh (b)能用於發電的水的最大重力勢能 e p=ρvg(h-d2) (c)電站的總效率達75％ (d)該電站平均每天所發電能可供給乙個大城市居民用電(電功率以10 5 kw計)約10 h． 解析：
發電原理是利用了能量轉化，也即上游水庫所存水的重力勢能最終轉化為電能。 上游水庫所存水在發電時其重心下降的高度為 δh=h-d2，減少的重力勢能為e p=mgδh=ρvg(h-d2)，所以 b選項正確。 電站的發電總效率 η=1.
8×10 82.4×10 8 %=75%，所以c選項正確。 該電站平均每天所發電能為 e 1=1.
8×10 8365kw·h 。 可供給乙個大城市居民用電時間 t=e110 5≈5h ，所以d選項錯誤。 正確結果應選bc。
點評：本題考查清潔能源中最常見（世界上清潔能源以水電居多）的水能。難點在於計算水的重力勢能的變化。
此類題求解的關鍵是找出研究中的水的重心變化。通常在上游時，重心位於體積的中心，下游時，認為水是平鋪在下游水庫中的水面上了，也即上題中重心下降的高度為 δh=h-d2 。最後利用能量守恆得解。
3 潮汐能的利用例：某海灣共佔面積1.0x107m 2，漲潮時水深20m，此時關上水壩閘門，可使水位保持20m不變，退潮時，壩外水位降至18m。
假如利用此水壩建水力發電站，重力勢能轉變為電能的效率是10%，每天有兩次漲潮。該電站一天能發出多少電能？ 解析：
退潮後，壩內所存的水的重力勢能，通過開閘放水，推動水輪機（電站的發電裝置），轉換為電能。 壩內所存水的重力勢能：e p=mgδh2=mgh 1-h 22 壩內所存水的質量：
m=ρsδh=ρs(h 1-h 2) 每次漲潮所發電能： e 1=ηe p 一天發的電能： e=2e 1 聯立以上各式有：
e=4×10 10 j 點評：本題考查清潔能源中最難利用（目前很少有那個國家利用）的潮汐能。難點在於計算退潮後，壩內所存的水的重力勢能。
此類題求解的關鍵是求出漲潮與退潮間水壩所存水的重心的變化和所存水的質量。最後通過能量守恆得解。 4 太陽能的利用例：
某同學為估算太陽的平均功率，做了如下實驗：用一底面積為0.1m 2的面盆，盛6kg的水，經太陽垂直照射15min，溫度公升高5℃。
若認為地球繞太陽的軌道為圓形，日地平均距離為1.5×10 11 m，太陽光在經過地球大氣層時，能量損失30%左右，水吸收太陽能的效率約為30%，則太陽的平均功率為多少？ 解析：
由能量守恆，盆內水吸收的太陽能轉化為水的內能。 每秒盆內水增加的內能： e 1=cmδtt 每秒太陽能分布在以日地距離為半徑的球殼的面積：
s=4 π r 2 每秒地球上像盆底一樣大的面積s1上獲得的太陽能：e 2=s 1se 3×70 % 每秒盆內水得到的太陽能：e 1=e 2×30 % 太陽的平均功率：
p=e 31=1.88×10 27 w 點評：本題考查清潔能源中資源最豐富（取之不盡用之不竭）的太陽能。
難點在於計算每秒在地球上像盆底一樣大的面積s1上獲得的太陽能。此類題求解的關鍵是太陽的光能是向四面八方輻射的，所以能量均勻的分布在以日地距離為半徑的球殼上。 地球上s1面積上獲得的太陽能的多少，與該面積s1佔以日地距離為半徑的球殼的面積s的比例成正比。
最後利用能量守恆得解。 5 核能的利用例：核聚變能是一種具有經濟效能優越、安全可靠、無環境汙染等優勢的新能源。
近年來，受控核聚變的科學可行性已得到驗證，目前正在突破關鍵技術，最終將建成商用核聚變電站。一種常見的核聚變反應是由氫的同位素氘（又叫重氫）和氚（又叫超重氫）聚合成氦，並釋放乙個中子。若已知氘原子的質量為2.
0141u，氚原子的質量為3.0160u，氦原子的質量為4.0026u，中子的質量為1.
0087u，1u=1.66×10 -27 kg。 ⑴寫出氘和氚聚合的反應方程。
⑵試計算這個核反應釋放出來的能量。⑶若建一座功率為3.0×10 5kw的核聚變電站，假設聚變所產生的能量有一半變成了電能，每年要消耗多少氘的質量？
（一年按3.2×10 7s計算，光速c=3.00×10 8m/s，結果取二位有效數字） 解析：
（1） 2 1h+ 3 1h→he+ 1 0n （2）δe=δmc 2=（2．0141+3．0160-4．0026-1．0087）×1．66×10 -27 ×3 2×10 16 j=2.8×10 -12 j （3）m=2ptδe×2.0141×1.
66×10 -27 =2×3×10 8×3.2×10 7×2.0141×1.
66×10 -27 2.8×10 -12 =23kg 點評：本題考查清潔能源中最有發展前景（各國爭先研究）的核能。
難點在於求解核原料的質量虧損量和單位換算。此類題求解的關鍵是，首先知道質量虧損是反應前的質量和反應後的總質量的差δm=m 前-m 後，其次是知道1u=1.66×10 -27 kg的質量完全虧損釋放的核能為931.
5 mev。最後利用質能方程的推導式δe=δmc 2得解。
新能源複習
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