时代新主题——节能与环保

沈　军　徐业超

中共中央政治局常委、国务院副总理李克强２００８年１０月２０日来到北京展览馆，参观正在这里举办的中国北京国际节能环保展览会。他强调，面对当前国内外经济形势，要按照科学发展观的要求，采取灵活审慎的宏观经济政策，在保持经济平稳较快增长的同时，促进结构调整和发展方式转变，增强经济发展活力和抵御风险能力。资源环境领域蕴藏着很大的需求潜力，要把节能环保作为扩大内需的重要方面，大力推广应用新产品新技术，开拓新的市场，拉动新的需求，推动经济又好又快发展。环保、节能是时代的主题，环境保护与新能源的开发是人类社会可持续发展解决当前所面临的环境危机、能源危机的根本途径，特别是开发出能够替代当前以石化能源为主要的全球能源供给。可开发和利用的新型能源主要有：风能、太阳能、地热、潮汐能、太阳能、核能和反物质能等等。

原创试题

1． 发光二极管（LED）近年来被人们誉为是本世纪的新型光源。一些电动自行车就是用几个发光二极管并联后作为光源使用的，其发光效率很高。它在正常工作时，正向压降约3.2 V，电流在15 mA左右。现取这样一只发光二极管（电路符号用表示），要测量它的伏安特性，提供有下列的实验器材：电源E（电动势为4V，内阻不计）；滑动变阻器R0（阻值0~20 Ω）；毫安表（量程20 mA，有内阻）；数字万用表（电压挡有五个量程：分别为0.2 V、2 V、20 V、200 V、2 000 V，内阻很大）；开关一只；导线若干。

要求：（1）在图1方框内画出能测定其伏安特性的电路原理图，并在图上注明电压表所选量程。

（2）某实验员通过实验已得出了图2所示的U-I特性曲线图。接着，他又用该二极管、电源E和另一只固定电阻R等组成图3所示的电路，当闭合开关S时，发现二极管发出微弱白光。立即用万用表的电压挡测得电阻R两端的电压为1.0 V，由此可以判定电阻R的阻值大约为_________Ω。

2． 从节能的角度考虑，为了减少“线损”，很多地方需要使用变压器。某变电站用220 V的电压送电，导线损失电功率是输出功率的20％。若要使导线损失电功率是输出功率的5％，则输出的电压应变为_______V。

3． 潮汐能也是一种环保型新能源。某海湾共占面积1.0×10⁵ m²，涨潮时平均水深20 m，此时关上水坝闸门，可使水位保持20 m不变。退潮时，坝外水位降至18 m（如图4所示）。利用此水坝建一座水力发电站，重力势能转化为电能的效率为10％，每天有两次涨潮，该电站每天能发出的电能是（g取10 m/s²）（）

A. 1×10⁸ J B. 2×10⁸ J C. 4×10⁸ J D. 8×10⁸ J

4. 核能是一种高效的能源，我国已具备自主开发利用核能的技术。开发利用核能，首要问题要解决核辐射。

（1）在核电站中，为了防止放射性物质泄漏，核反应堆有三道防护屏障：燃料包壳、压力壳和安全壳（见图5）。结合图6可知，安全壳应当选用的材料是_____________。

（2）图7是用来监测工作人员受到辐射情况的胸章，通过照相底片被射线感光的区域，可以判断工作人员受到何种辐射。当胸章上1 mm铝片和3 mm铝片下的照相底片被感光，而铅片下的照相底片未被感光时，结合图6分析工作人员一定受到了________射线的辐射；当所有照相底片被感光时，工作人员一定受到了________射线的辐射。

5． 某地区风力发电网每台风力发电机4张叶片总共的有效迎风面积为S、空气密度为ρ、平均风速为v。设风力发电机的效率（风的动能转化为电能的百分比）为η，求每台风力发电机的平均功率P。

6. 由于去冬今春缺雨少雪，我国北方旱情十分严重。如图8所示为推行节水灌溉工程的一种转动喷水嘴，喷水嘴距地面为h，其喷灌半径可达10h，每分钟喷出水的质量为m，所用的水从地下H深的井里抽取。设水以相同的速率喷出，水泵的效率为η，不计空气阻力。试求：

（1）喷水龙头喷出水的初速度；

（2）水泵每分钟对水所做的功；

（3）带动水泵的电动机的最小输出功率。

7． 节能降耗、有效地提高能量利用率是人类所面临的一项重要任务。图9是某轻轨车站的设计方案，与站台连接的轨道有一个小的坡度。请你从提高能量利用效率的角度，分析这种设计的优点。