Question

社會發展到今天，能源危機開始困擾人類．人們正在尋找各種可能的未來能源，以維持人類社會的持續發展．2006年5月24日，歐盟、美國、中國、日本、韓國、俄羅斯和印度在布魯塞爾歐盟總部草簽了一系列關于國際熱核聚變實驗反應堆（ITER）的協議．這是人類開發新能源的一個重大嘗試，也是中國以完全平等的地位參加的最大的國際科技合作項目．
熱核聚變是在上億攝氏度的高溫條件下，利用氫的同位素氘、氚在可控情況下發生的核聚變．聚變反應中釋放出來的核能提供大量的熱量，就象造出一個“人造太陽”．反應后的生成物是無放射性污染的氦．
預期于2010年建成的實驗反應堆，可以在16min產生1.44×10¹²J的熱量．據媒體報道：lL海水提取的氫的同位素，在完全聚變反應中釋放的能量，相當于300L汽油完全燃燒所釋放的熱量．請根據所提供的數據進行估算，并回答以下問題：
（1）若汽油的密度約為O．7×10³kg/m³，300L汽油的質量是多少？（1L=l×10^-3m³）
（2）若汽油的熱值約為5×10⁷J/kg，300L汽油完全燃燒能釋放多少熱量？
（3）需要從多少升海水中提取氫的同位素，在發生聚變時才可以產生1.44×10¹²J的熱量？若這些熱量轉化為電能的效率為50%，則它可以供給一臺功率是2kW的空調正常工作多少小時？
（4）你知道嗎？在安徽省合肥市科學島上也有一臺“人造太陽”．這個名為托卡馬克的裝置今年7月就要進行點火實驗了．閱讀了上述材料和數據后，你一定會有很多感受，談談你對“人造太陽”的認識．

Answer 1

分析：（1）已知汽油的密度和體積，利用公式m=ρV可以得到質量；
（2）已知汽油的熱值和質量，利用Q=qm得到完全燃燒放出的熱量；
（3）1L 海水提取的氫的同位素，在完全聚變反應中釋放的能量等于210kg汽油放出的熱量，發生氫聚變放出的熱量與此熱量之比，就是需要的海水的體積；
已知聚變放出的熱量和轉化成電能的效率，可以得到轉化成的電能；已知空調的功率和消耗的電能，利用公式t=

W

P

得到空調工作的時間；
（4）同學們可以從人類能源的可持續發展、環保、對中國國力的認識以及安全等各發面回答，只要答案符合要求即可．

解答：解：
（1）汽油的質量為m=ρV=O．7×10³kg/m³×0.3m³=210kg；
（2）已經得出300L汽油的質量為210kg，
所以這些汽油完全燃燒放出的熱量為Q_放=qm=5×10⁷J/kg×210kg=1.05×10¹⁰J；
（3）需要的海水的體積為V=

1.44×1012J

1.05×1010J

=1.37×10²L；
氫聚變產生的熱量轉化成的電能為W=Q_放×50%=1.44×10¹²J×50%=0.72×10¹²J，
功率為2KW的空調要想消耗這么多的電能，
需要的時間為t=

W

P

=

0.72×1012J

2000W

=3.6×10⁸s=1×10⁵h．
（4）利用熱核聚變來發電一旦獲得成功，人類的能源危機將從根本上得到解決，可以大量減少煤、石油、天燃氣等化石能源的依賴，使人類的生存環境得到極大的改善，同時也可以大大增強國家的國力．
答：
（1）300L汽油的質量為210kg；
（2）300L汽油完全燃燒放出的熱量為1.05×10¹⁰J；
（3）需要的海水體積為1.37×10²L；
功率為2KW的空調要想消耗這么多的電能，需要的時間為1×10⁵h．
（4）利用熱核聚變來發電一旦獲得成功，人類的能源危機將從根本上得到解決．

點評：能源問題是人類發展過程中面臨的一個根本性問題，關于能源的命題近年來已經成為中考的熱點題．人類目前正面臨能源危機，關于新能源的開發和利用，已經成為很多科學工作者的研究方向．