第5章 机械能及其守恒定律 章末提升创新应用(5)-【优化探究】2024高考物理一轮复习高考总复习配套教参（人教版多选 新教材 新高考）

章末提升创新应用(五) 授课提示：对应学生用书第148页 新教材人教版必修第二册第八章第5节实验案例——研究沿斜面下滑物体的机械能(节选部分内容，详细请查阅教材) 本案例中，我们利用气垫导轨和数字计时器记录物体沿光滑斜面下滑的运动过程。 气垫导轨上有很多小孔，气泵送来的压缩空气从小孔喷出，使得滑块与导轨之间有一层薄薄的空气层，两者不会直接接触。这样，滑块运动时受到的阻力很小，实验的精确度能大大提高。 …… 高考链接1　(2022·山东卷)在天宫课堂中，我国航天员演示了利用牛顿第二定律测量物体质量的实验。受此启发，某同学利用气垫导轨、力传感器、无线加速度传感器、轻弹簧和待测物体等器材设计了测量物体质量的实验，如图甲所示。主要步骤如下： ①将力传感器固定在气垫导轨左端支架上，加速度传感器固定在滑块上； ②接通气源，放上滑块，调平气垫导轨； ③将弹簧左端连接力传感器，右端连接滑块。弹簧处于原长时滑块左端位于O点。A点到O点的距离为5.00 cm，拉动滑块使其左端处于A点，由静止释放并开始计时； ④计算机采集获取数据，得到滑块所受弹力F、加速度a随时间t变化的图像，部分图像如图乙所示。 回答以下问题(结果均保留2位有效数字)。 (1)弹簧的劲度系数为________N/m。 (2)该同学从图乙中提取某些时刻F与a的数据，画出a­F图像如图丙中Ⅰ所示，由此可得滑块与加速度传感器的总质量为________kg。 (3)该同学在滑块上增加待测物体，重复上述实验步骤，在图丙中画出新的a­F图线Ⅱ，则待测物体的质量为________kg。 解析：(1)初始时弹簧的伸长量为5.00 cm，结合图乙可读出弹簧弹力为0.610 N，由F＝kx可得弹簧的劲度系数k＝12 N/m。 (2)根据牛顿第二定律F＝ma，结合图丙可得a­F图线斜率的倒数表示滑块与加速度传感器的质量，求得m＝0.20 kg。 (3)同理图像斜率的倒数＝m＋m测，得m测＝0.13 kg。 答案：(1)12　(2)0.20　(3)0.13 要实现“碳达峰和碳中和”目标，就必须促进新能源成为电力供应的主体，因此有必要建设新的电力系统，以确保新能源高水平消纳的利用。其中的手段之一是促进终端电力替代，特别是绿色电力替代，并提高需求侧的应对能力。同时，加快储能的大规模发展，提高电力系统的灵活调节能力。 据了解，中国可再生能源的开发利用规模居世界首位，为能源绿色低碳转型提供了强有力的支持。2020年，中国可再生能源发电量将达到2.2万亿千瓦时，占全社会总用电量的29.5%，比2012年增长9.5个百分点。 在“十三五”规划的基础上，“十四五”期间可再生能源年平均装机容量将大幅提高，装机容量将进一步扩大。可再生能源在能源消费中的比重将继续增加。到“十四五”末，预计可再生能源在全社会用电量增长中的比重将达到三分之二左右，可再生能源在一次能源消耗增长中的比重将超过50%。 目前电动汽车常用的储能装置为化学储能装置和物理储能装置。 (1)化学储能装置：包括镍氢电池和锂离子电池，但钠硫电池和燃料电池尚未实现。 (2)物理储能装置：包括超级电容器和飞轮电池；超导储能模式主要用于供电控制部门。 高考链接2　(2022·浙江卷)风力发电已成为我国实现“双碳”目标的重要途径之一。如图所示，风力发电机是一种将风能转化为电能的装置。某风力发电机在风速为9 m/s时，输出电功率为405 kW，风速在5～10 m/s范围内，转化效率可视为不变。该风机叶片旋转一周扫过的面积为A，空气密度为ρ，风场风速为v，并保持风正面吹向叶片。下列说法正确的是(　　) A．该风力发电机的输出电功率与风速成正比 B．单位时间流过面积A的流动空气动能为ρAv2 C．若每天平均有1.0×108 kW的风能资源，则每天发电量为2.4×109 kW·h D．若风场每年有5 000 h风速在6～10 m/s的风能资源，则该发电机年发电量至少为6.0×105 kW·h 解析：设Δt时间内吹到风机旋转形成的圆面上的空气的质量为Δm，则Δm＝ρAvΔt，该部分空气的动能为ΔEk＝Δmv2＝ρAv3Δt，设转化效率为k，则有PΔt＝kΔEk，解得P＝kρAv3，由此可知风力发电机的输出功率与风速的三次方成正比，A、B错误；由于风力发电机的效率一定小于100%，所以若每天平均有1.0×108 kW的风能资源，每天的发电量一定小于2.4×109 kW·h，C错误；风力发电机在风速为9 m/s时，输出电功率为405 kW，若风场每年有5 000 h风速在6～10 m/s的风能资源，按照最低风速6 m/s计算，由上述分析可知风速为6 m/s时，输出电功率为×405 kW＝120 kW，该发电机年发电量至少为5 000 h×120 kW＝6.0×105 kW·h