阅读与思考

　　正如20世纪初，能源结构从固体燃料向液体燃料过渡一样，21世纪，能源将向气体能源和太阳能过渡．人类将以最清洁能源－－天然气、氢气和太阳能来代替如今的固体和液体燃料．

　　能源是经济发展的基础和支柱．20世纪初，是固体能源－－煤，最先转动工业革命的车轮．其后随着石油的开采，人类进入液体能源时代－－石油时代．能源的这两大革命，加速了人类的进步、经济的腾飞，也给环境造成了严重的污染．正当人类在寻找新的清洁的能源之时，科学界爆出了2050年全球石油资源将濒于枯竭的消息，这更加坚定了人类探索新能源的决心．经探明，世界天然气总储量为404万亿立方米，其中有146万亿立方米可开采，这大约相当于全球整个能源消费量的200倍，可以满足今后10年内的气能供应．天然气不含硫和其他有害微粒，与石油和煤相比，天然气燃烧时没有烟尘，所产生的挥发性碳氢化物、一氧化碳、氮氧化物也很少，并且不合重金属．大多数科学家认为，人类能源还将从光能－－太阳能，以及其他再生能源产生的新能源如氢气等过渡，而天然气只是这种过渡的桥梁．

　　除天然气外，21世纪的新能源主要是太阳能，可再生的生物质能(实为变换了的太阳能)和核聚变能．能源专家们预测，本世纪太阳能利用领域将取得巨大成就．到2050年，太阳能发电将从现在占能源市场的0.1％上升到50％．美国宣布，计划到2010年在100万家屋顶上安装太阳能发电板；英国石油公司宣布，将投资10亿美元建立一些太阳能电池板生产企业．希腊政府已开始实施一项为500 MW的太阳能发电站，它是目前世界上最大的太阳能发电站．Amdco石油公司宣布将在印度沙漠地区建造一座更大的太阳能发电站．太阳能发电能力每年将以100 MW的速度持续增长．

　　作为城市内部和运输用的能源，通过来自太阳能发电的电力电解水而得到氢，这种太阳能氢系统将成为主流之一，满足城市对电力和热能的需求．

摘自《珠江环境报》

回答下列问题：

(1)文中提到了哪些清洁能源？

(2)简述人类利用气体能源和光能的优缺点．

(3)结合你的生活经验谈谈你对新能源利用的看法和体验．

第十五届全国初中应用物理知识竞赛复赛试题

    一、(14分)王伟同学研究了均匀拉紧的琴弦发音频率与弦长的关系，并记录了实测的数据(如下表所示)。请你根据记录表格中的有关数据，分析并估算出他有意留出的空格中应该填写的数据(要求写出估算的过程)。

二、(14分)类比水压是形成水流的原因，李楠同学猜想，血液在血管内流动时也需要一定的压力差来维持。假设血液匀速通过长度一定的血管时，受到的阻力f与血液的流速v成正比，即f=kv。那么，要想让血液匀速流过，血管两端就需要一定的压力差。设血管截面积为S₁时，两端所需的压强差为△p₁；若血管截面积减少10％时，为了维持在相同的时间内流过同样体积的血液，压强差必须变为△p₂。请你通过计算比较△P₁、△P₂的大小，说明血管变细可能是诱发高血压的重要因素之一。

    三、(16分)下表是某锅炉厂生产的CWNG系列三种锅炉的主要技术参数。

CWNG系列三种锅主要技术参数

    已知水的比热容为4.2×10³J／（kg·℃），假设三种锅炉的燃煤效率相同，且煤均可达到完全燃烧。请根据上表回答以下问题：

    1．根据表格中的已知数据，请在表格中的四个(    )内填上合适的数据。

    2．按表格中的出水温度和回水温度，计算CWNGl．05—80／60AH型锅炉每小时给住宅内释放的热量是多少。

3．根据表格中已知数据计算燃烧的热值为多少。

四、(16分)李明得到一个国外生产的电热暖手器，铭牌上表示额定值的字样中，能看清楚的只有"24W"这几个字。为了能正确使用该电器，他把一只标有"600Ω，0.4A'’的定值电阻与电热暖手器和开关串联起来，连接到家庭照明电路中，然后进行如下实验观察：将开关接通后，电能表转盘转动137圈恰好用了100s；断开开关后，电能表转盘在1 min内恰好转了80圈；观察电能表上标有3000r(kW·h)的字样；他在做实验的时间内，家中其他用电器的使用情况没有变化。请根据以上数据，计算电热暖手器的额定电压是多少?你在计算过程中忽略了什么因素的影响?由此导致的计算结果是偏大还是偏小?

    五、(20分)一所农村中学常常因为不能及时给水塔注水而停水，科技小组的同学知道后，利用下图所示的器材设计了一个自动注水模拟装置。A为浮子(浮子及其连杆总重约15N)，在浮子连杆的上端有一可移动金属触头B(其受重力可忽略不计)，它可以分别将其上、下的两个固定触点连通。C为水塔上的圆桶形蓄水池；M为配有电动机的水泵(电泵)；D₁、D₂为弹簧，E₁、E₂为衔铁，F₁、F₂为电磁铁线圈；K₁为最高水位限位开关。K₂为最低水位限位开关，K₃、K₄、K₅均为由电磁铁衔铁带动的触头开关。电磁铁F₁通电时，K₄接通，断电时，K₃接通。电磁铁F₂断电时，K₅接通。S₁、S₂为开关。

    1．请你按照下图所示的器材，连接一个可以实现自动注水的模拟电路，并说明自动注水的过程。

    2．要实现自动注水的要求，浮子的最小体积约为多大?(g=10N／kg)

    3．若设计要求每次自动注水需在10min内完成，需要知道或测量哪些物理量才能得到相匹配电泵的最小额定功率?请你用字母表示这些物理量，推导出电泵最小额定功率的表达式。在你的计算过程中，如果运用了近似条件，请说明。

    六、(20分)在当今世界，研制各种机器都必需考虑节约能源和治理废气污染这一重要课题。在内燃机中，废气带走了很多能量，如果能将这些能量再利用起来，会使内燃机的效率提高许多。某工厂科研人员研制生产的四冲程汽车专用柴油发动机，就采用了很多新技术。其中最重要的一项叫“增压”技术，它是利用“废气涡轮增压器”使排气冲程中排出的高温、高压的废气去冲击“废气涡轮”高速旋转，它同时又带动同轴的进气系统中的“进气涡轮”也高速旋转，从而增加吸气冲程的进气量并增大进气气压，使做功冲程中柴油燃烧的更充分，燃气压强更大，同时也减少了废气中的有害物质，达到提高柴油发动机效率和减少废气污染的目的。这种柴油发动机有6个气缸，气缸直径为ll0mm，活塞行程为135mm，当转速为2300r／min时，发动机功率为220kW，最低油耗可达240g／(kW·h)，柴油的热值为4.3×10⁷J／kg。请回答下列问题：

    1．该柴油发动机的效率最高可达多少?

    2．在做功冲程中气缸内的平均压强是多少?

    3．如果将我国这种机型的汽车柴油发动机都安装“增压器”后，能使它们的平均效率由原来约31％提高到近35％，安装前按每年消耗3亿吨柴油估算，这项技术每年能为我国节约多少吨柴油?

    4．如果目前我国柴油的平均价格为3750元／吨，根据上面的估算结果，计算使用“增压”技术后仅节约柴油一项可使我国每年节约多少资金。由此你有哪些认识?

第十五届全国初中应用物理知识竞赛复赛试题

    一、(14分)王伟同学研究了均匀拉紧的琴弦发音频率与弦长的关系，并记录了实测的数据(如下表所示)。请你根据记录表格中的有关数据，分析并估算出他有意留出的空格中应该填写的数据(要求写出估算的过程)。

二、(14分)类比水压是形成水流的原因，李楠同学猜想，血液在血管内流动时也需要一定的压力差来维持。假设血液匀速通过长度一定的血管时，受到的阻力f与血液的流速v成正比，即f=kv。那么，要想让血液匀速流过，血管两端就需要一定的压力差。设血管截面积为S₁时，两端所需的压强差为△p₁；若血管截面积减少10％时，为了维持在相同的时间内流过同样体积的血液，压强差必须变为△p₂。请你通过计算比较△P₁、△P₂的大小，说明血管变细可能是诱发高血压的重要因素之一。

    三、(16分)下表是某锅炉厂生产的CWNG系列三种锅炉的主要技术参数。

CWNG系列三种锅主要技术参数

    已知水的比热容为4.2×10³J／（kg·℃），假设三种锅炉的燃煤效率相同，且煤均可达到完全燃烧。请根据上表回答以下问题：

    1．根据表格中的已知数据，请在表格中的四个(    )内填上合适的数据。

    2．按表格中的出水温度和回水温度，计算CWNGl．05—80／60AH型锅炉每小时给住宅内释放的热量是多少。

3．根据表格中已知数据计算燃烧的热值为多少。

四、(16分)李明得到一个国外生产的电热暖手器，铭牌上表示额定值的字样中，能看清楚的只有"24W"这几个字。为了能正确使用该电器，他把一只标有"600Ω，0.4A'’的定值电阻与电热暖手器和开关串联起来，连接到家庭照明电路中，然后进行如下实验观察：将开关接通后，电能表转盘转动137圈恰好用了100s；断开开关后，电能表转盘在1 min内恰好转了80圈；观察电能表上标有3000r(kW·h)的字样；他在做实验的时间内，家中其他用电器的使用情况没有变化。请根据以上数据，计算电热暖手器的额定电压是多少?你在计算过程中忽略了什么因素的影响?由此导致的计算结果是偏大还是偏小?

    五、(20分)一所农村中学常常因为不能及时给水塔注水而停水，科技小组的同学知道后，利用下图所示的器材设计了一个自动注水模拟装置。A为浮子(浮子及其连杆总重约15N)，在浮子连杆的上端有一可移动金属触头B(其受重力可忽略不计)，它可以分别将其上、下的两个固定触点连通。C为水塔上的圆桶形蓄水池；M为配有电动机的水泵(电泵)；D₁、D₂为弹簧，E₁、E₂为衔铁，F₁、F₂为电磁铁线圈；K₁为最高水位限位开关。K₂为最低水位限位开关，K₃、K₄、K₅均为由电磁铁衔铁带动的触头开关。电磁铁F₁通电时，K₄接通，断电时，K₃接通。电磁铁F₂断电时，K₅接通。S₁、S₂为开关。

    1．请你按照下图所示的器材，连接一个可以实现自动注水的模拟电路，并说明自动注水的过程。

    2．要实现自动注水的要求，浮子的最小体积约为多大?(g=10N／kg)

    3．若设计要求每次自动注水需在10min内完成，需要知道或测量哪些物理量才能得到相匹配电泵的最小额定功率?请你用字母表示这些物理量，推导出电泵最小额定功率的表达式。在你的计算过程中，如果运用了近似条件，请说明。

    六、(20分)在当今世界，研制各种机器都必需考虑节约能源和治理废气污染这一重要课题。在内燃机中，废气带走了很多能量，如果能将这些能量再利用起来，会使内燃机的效率提高许多。某工厂科研人员研制生产的四冲程汽车专用柴油发动机，就采用了很多新技术。其中最重要的一项叫“增压”技术，它是利用“废气涡轮增压器”使排气冲程中排出的高温、高压的废气去冲击“废气涡轮”高速旋转，它同时又带动同轴的进气系统中的“进气涡轮”也高速旋转，从而增加吸气冲程的进气量并增大进气气压，使做功冲程中柴油燃烧的更充分，燃气压强更大，同时也减少了废气中的有害物质，达到提高柴油发动机效率和减少废气污染的目的。这种柴油发动机有6个气缸，气缸直径为ll0mm，活塞行程为135mm，当转速为2300r／min时，发动机功率为220kW，最低油耗可达240g／(kW·h)，柴油的热值为4.3×10⁷J／kg。请回答下列问题：

    1．该柴油发动机的效率最高可达多少?

    2．在做功冲程中气缸内的平均压强是多少?

    3．如果将我国这种机型的汽车柴油发动机都安装“增压器”后，能使它们的平均效率由原来约31％提高到近35％，安装前按每年消耗3亿吨柴油估算，这项技术每年能为我国节约多少吨柴油?

    4．如果目前我国柴油的平均价格为3750元／吨，根据上面的估算结果，计算使用“增压”技术后仅节约柴油一项可使我国每年节约多少资金。由此你有哪些认识?

阅读短文，回答文章后面的问题．

　　近百年来，地球气候正经历一次以全球变暖为主要特征的显著变化．这种全球性的气候变暖是由自然的气候波动和人类活动增强的温室效应共同引起的．近50年的气候变暖主要是人类使用化石燃料排放的大量二氧化碳等温室气体的增温效应造成的．预测表明，未来50～100年，全球和我国的气候将继续向变暖的方向发展．

　　气候变化已经给全球与我国的自然生态系统和社会经济系统带来了重要影响，而且许多影响是负面的．因此人类需要采取适应气候变化的措施来克服气候变化的不利影响．

　　减少温室气体排放．减缓气候变化是《联合国气候变化框架公约》和《京都议定书》的主要目标．在参加气候变化框架公约的国际谈判中，我国面临的减排温室气体的国际压力将越来越大．

　　1988年11月世界气象组织和联合国环境规划署建立的“政府间气候变化专门委员会(IPCC)”，是为各国政府和国际社会提供气候变化最新科学信息的权威机构．它在2001年发布的第3次评估报告指出了全球变暖对全球的生态系统以及社会经济系统产生的影响已经相当严重．

　　我国是世界上气候变化的敏感区和脆弱区之一．

　　引起气候系统变化的原因有多种，概括起来可分成自然的气候波动与人类活动的影响两大类．前者包括太阳辐射的变化，火山爆发等．后者包括人类燃烧化石燃料以及毁林引起的大气中温室气体浓度增加，硫化物气溶胶浓度的变化，陆面覆盖和土地利用的变化等等．

　　人类活动会增加大气中温室气体的浓度并导致气候变化的研究，可以追溯到19世纪末．1896年，瑞典科学家斯万特·阿尔赫尼斯就对燃煤可能改变地球气候做出过预测．他指出，当大气中二氧化碳浓度加倍时，全球平均气温将增加5～6℃．之后，有许多科学家陆续对此问题进行了研究．1957年，瑞威拉等在美国发表了关于增加大气中温室气体浓度可能产生气候变化的论文．同年，美国夏威夷观象台开始进行二氧化碳浓度观测，从而正式揭开了人类研究气候变化的序幕．温室效应是这一话题的核心．它是指大气中的二氧化碳等气体透过太阳短波辐射，使地球表面升温；但阻挡地球表面向宇宙空间发射长波辐射，从而使大气增温．由于二氧化碳等气体的这一作用与“温室”的作用类似，故称之为“温室效应”，二氧化碳等气体则被称为“温室气体”．

　　工业革命前，大气中的二氧化碳等气体造成的“温室效应”使得地球表面平均温度由－18℃上升到当今自然生态系统和人类已适应的15℃．一旦大气中的温室气体浓度继续增加，进一步阻挡了地球向宇宙空间发射的长波辐射，为维持辐射平衡，地面必将增温，以增大长波辐射量．地面温度增加后，水汽将增加(增加大气对地面长波辐射的吸收)，冰雪将融化(减少地面对太阳短波的反射)，又使地表进一步增温，全球变暖更显著．

　　除了二氧化碳外，目前发现的人类活动排放的温室气体还有甲烷、氧化亚氮、氢氟碳化物、全氟化碳、六氟化硫．对气候变化影响最大的是二氧化碳、二氧化碳的生命期很长，一旦排放到大气中，最长可生存200年，因而最受关注．

　　排放温室气体的人类活动包括所有的化石能源燃烧后排放的二氧化碳．在化石能源中，煤含碳量最高，石油次之，天然气较低；化石能源开采过程中的煤炭瓦斯、天然气泄漏时排放的二氧化碳和甲烷；水泥、石灰、化工等工业生产过程中排放的二氧化碳；水稻田、牛羊等反刍动物消化过程中排放的甲烷；土地利用变化减少了对二氧化碳的吸收；废弃物排放中产生的甲烷和氧化亚氮．1860年以来，全球平均温度升高了0.6±0.2℃．近百年来最暖的年份均出现在1983年以后、20世纪北半球温度的增幅是过去1000年中最高的．

　　据资料显示，近百年来大气中温室气体浓度明显增加．大气中二氧化碳的浓度已达到过去42万年中的最高值．近百年里降水分布也发生了变化．大陆地区尤其是中高纬度地区降水增加，非洲等一些地区降水减少．有些地区极端天气气候事件(厄尔尼诺、干旱、洪涝、雷暴、冰雹、风暴、高温天气和沙尘暴等)的出现频率与强度增加．

(1)何谓温室效应？其主要影响因素是什么？

(2)文中提到“我国是世界上气候变化的敏感区和脆弱区之一”，面对温室效应的影响你有什么想法？我们应该怎么做？