第12章 4.能源与可持续发展-【优学精讲】2025-2026学年高中物理必修第三册教用课件（人教版）

该高中物理课件围绕“能源与可持续发展”主题，涵盖能量守恒定律、能量转化方向性、能源分类及环境影响等核心知识点，通过“自发电电动车”情境导入引发思考，以情境提示、新知导读、易错辨析、例题解析构建学习支架，衔接知识点逻辑脉络。 其亮点在于结合“自发电电动车”“白鹤滩水电站”等实例，融入科学思维（推理、论证）与科学态度（环保责任），通过分类表格、典例计算深化能量观念，帮助学生理解能源利用与可持续发展的关系，为教师提供结构化教学素材，提升教学效率与学生探究能力。

4.能源与可持续发展 1.理解能量守恒定律的内容，知道其重要意义。 2.认识自然界中能量转移或转化的方向性，了解能量耗散、能源品质降低的概念。 3.了解可再生能源和不可再生能源的分类，认识能源的过度开发和利用对环境的影响，增强环境保护和可持续发展的意识。 学习目标 01 知识点一 能量转移或转化的方向性 02 知识点二 00000 03 素养培优 目 录 04 随堂演练 教师独具 05 课时作业 01 PART 知识点一 能量转移或转化的方向性 目 录 情境：近几年流行一种“自发电电动车”，如图所示。其自发电的基本原 理是将一小型发电机紧靠车轮处，车轮转动时，带动发电机运转，发出的 电又继续供给电动车。 问题：你认为仅靠这种方式，电动车能持续运动下去吗？为什么？ 物理·必修第三册 目 录 提示：仅靠这种方式，不能使电动车持续运动下去。因为靠这种方式，只 能将电动车的一部分能量收集起来，但电动车运动时受到的阻力做负功， 不断把电动车的机械能转化为内能，根据能量守恒定律，要想使电动车持 续运动下去，必须不断地给电动车补充新的能量，如用脚蹬电动车或给电 动车的电源充电。 物理·必修第三册 目 录 1. 能量守恒定律：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种 形式 为其他形式，或者从一个物体 到别的物体，在转化 或转移的过程中，能量的总量保持不变。 2. 能量转化或转移的不可逆性 一切与 有关的宏观自然过程都是不可逆的。 转化　 转移　 热现象　 物理·必修第三册 目 录 3. 能量耗散：电池中的化学能转化为电能，电能又通过灯泡转化为内能和 光能，热和光被其他物质吸收之后变成周围环境的 ，我们很难把 这些内能收集起来重新利用。这种现象叫作能量的耗散。 4. 节约能源的根本原因：在能源的利用过程中，能量在数量上虽未减 少，但在可利用的 上降低了，从便于利用的能源变成不便于 利用的能源。 内能　 品质　 物理·必修第三册 目 录 【易错辨析】 （1）任何能量的转移或转化都遵循能量守恒定律。 （　√　） （2）因为能量守恒，所以我们不需要节能。 （　×　） （3）根据能量守恒定律可知，能源是取之不尽、用之不竭的。 （　×　） √ × × 物理·必修第三册 目 录 1. 能量的存在形式及相互转化 （1）各种运动形式都有对应的能：机械运动有机械能，分子的热运动有 内能，还有其他运动中的电磁能、化学能、原子能等。 （2）各种形式的能，通过某种力做功可以相互转化。例如，利用电炉取 暖或烧水，电能转化为内能；煤燃烧，化学能转化为内能；列车刹车后， 轮子温度升高，机械能转化为内能。 物理·必修第三册 目 录 2. 能量转移或转化的方向性 （1）机械能和内能的转化过程具有方向性。 机械能可以全部转化为内能，但内能不能自发地全部转化为机械能。 （2）热传导具有方向性 热量总是自发地从高温物体向低温物体传递，而不能自发地从低温物体向 高温物体传递。 （3）化学能与内能的转化过程具有方向性。 （4）结论：一切与热现象有关的宏观自然过程都具有方向性。 物理·必修第三册 目 录 【例1】　（能量守恒定律的理解）〔多选〕下列关于能量守恒定律的认 识正确的是（　　） A. 某种形式的能减少，一定存在其他形式的能增加 B. 某个物体的能减少，必然有其他物体的能增加 C. 不需要任何外界的动力而持续对外做功的机器——永动机不可能制成 D. 石子从空中落下，最后静止在地面上，说明机械能消失了 √ √ √ 物理·必修第三册 目 录 解析：根据能量守恒定律可知，某种形式的能减少，其他形式的能一定增 加，A说法正确；某个物体的能量减少，根据能量守恒定律可知，必然有 其他物体的能量增加，B说法正确；不需要任何外界的动力而持续对外做 功的机器——永动机，违反了能量守恒定律，不可能制成，C说法正确； 在石子从空中落下到静止在地面的过程中，石子的机械能转化为了其他形 式的能，能量并没有消失，D说法错误。 物理·必修第三册 目 录 【例2】　（能量转移或转化的方向性）〔多选〕电冰箱能够不断地把热 量从温度较低的冰箱内部传给温度较高的外界空气，这说明了（　　） A. 热量从低温物体能自发地传到高温物体 B. 在一定条件下，热量可以从低温物体传到高温物体 C. 热量的传递过程不具有方向性 D. 在自发的条件下热量的传递过程具有方向性 √ √ 解析：一切与热现象有关的自发过程都具有方向性，如热传导，热量总是 由高温物体自发地传向低温物体，故A、C错误，D正确；在一定条件下， 热量可以从低温物体传向高温物体，电冰箱就是借助外界做功把热量从低 温物体传向高温物体，故B正确。 物理·必修第三册 目 录 【例3】　（能量耗散的理解）〔多选〕对于能量耗散理解正确的是（　　） A. 能量耗散说明能量在不断的减少 B. 能量耗散遵循能量守恒定律 C. 能量耗散说明能量不能凭空产生，但能量却可以凭空消失 D. 能量耗散从能量的角度反映出自然界中的宏观过程具有方向性 √ √ 解析：能量耗散是能量变成了不方便收集利用的内能，能量不会不断 减少，A错误；能量守恒定律适用于整个自然界，物质能量变化必须遵 循能量守恒定律，B正确；能量既不能凭空产生，也不能凭空消失，C 错误；能量耗散是一个宏观过程，代表着能量向不方便收集利用的方 向转化，D正确。 物理·必修第三册 目 录 02 PART 知识点二 能源的分类与应用　能源与社会发展 目 录 　根据图片，思考以下问题： （1）能源与能量的含义相同吗？ 提示：不相同。 物理·必修第三册 目 录 （2）你知道哪些能源为不可再生能源，哪些能源为可再生能源吗？ 提示：不可再生能源：煤、石油、天然气；可再生能源：水能、风能、生 物质能、地热能。 （3）你知道国家为何提倡节能减排吗？ 提示：能量的使用不会使能的总量减少，却会导致能量品质的降低，所以 要节约能源。 物理·必修第三册 目 录 1. 能源的分类 （1）不可再生能源：像煤炭、石油和天然气这类无法在短时间内再生 的 能源。 （2）可再生能源：像水能、风能这类在自然界可以 的能源。 2. 能源的开发与应用 近年来，我国在能源开发方面取得了很大成就，如太阳能发电、水力发 电、风能发电、 发电等。 化石　 再生　 核能　 物理·必修第三册 目 录 3. 能源与社会发展 （1）能源利用的三个时期：柴薪时期、 时期、 时期。 （2）能源是人类社会活动的 ⁠。 煤炭　 石油　 物质基础　 物理·必修第三册 目 录 4. 煤炭和石油的燃烧对环境的危害 （1）燃烧时增加了大气中 的含量，加剧了温室效应。 （2）因为煤炭和石油中含有硫，燃烧时形成二氧化硫等物质使雨水的酸 度升高，形成“ ”。 （3）内燃机工作时的高温使空气和燃料中的多种物质发生化学反应，产 生氮的氧化物和碳氢化合物。 这些化合物在大气中受到紫外线的照射，产生二次污染物质—— ⁠ ⁠。 二氧化碳　 酸雨　 光化学 烟雾　 物理·必修第三册 目 录 5. 能源的开发与环境的关系 （1）人类的生存与发展需要 ，能源的开发与使用又会对环境造 成 ⁠。 （2）一方面要大力提倡 ，另一方面要发展 ⁠能源以及 天然气、清洁煤和核能等在生产及消费过程中对生态环境的污染程度低 的 能源。 能源　 影响　 节能　 可再生　 清洁　 物理·必修第三册 目 录 【易错辨析】 （1）能源是取之不尽、用之不竭的。 （　×　） （2）随着科技进步，人们会设计出不消耗能量但能源源不断对外做功的 机器。 （　×　） （3）既然能源可以再生，所以我们不需要节约能源。 （　×　） （4）能量耗散表明能量正在逐渐消失。 （　×　） × × × × 物理·必修第三册 目 录 能源的分类方式及能源特点对比 分类方法 分类名称 特点 举例 按形式 或转换 特点分 一次能源 自然形成，未经加工 太阳能、风能、地热能、核能、 潮汐能 二次能源 由一次能源经加工转换而成 焦炭、木炭、蒸汽、液化气、酒 精、汽油、电能 物理·必修第三册 目 录 分类方法 分类名称 特点 举例 按利用 技术分 常规能源 已大规模正常使用 煤、石油、天然气、水能 新能源 正在开发，或有新 的利用方式 太阳能、核能、地热能、海洋 能、沼气、风能 按可否 再生分 可再生 能源 可循环使用 水能、风能、生物质能、地热能 不可再 生能源 短期内无法转换获 得 煤、石油、天然气、核燃料 物理·必修第三册 目 录 分类方法 分类名称 特点 举例 按对环 境的污染 情况分　　 清洁能源 对环境基本没有污染 太阳能、海洋能、风能、水能 污染能源 会严重污染环境 化石燃料（煤、石油、天然气） 物理·必修第三册 目 录 【例4】　（2025·甘肃兰州阶段练习）关于能源与可持续发展，下列说法 正确的是（　　） A. 苹果从树上落下，最后静止在地面上，说明机械能消失了 B. 大量使用煤炭和石油作燃料符合“低碳生活”理念 C. 太阳能电池充电时，将太阳能全部转化为内能 D. 在火力发电中，燃气的内能不可能全部转化为电能 √ 物理·必修第三册 目 录 解析：苹果在运动和碰撞中机械能转化为了苹果本身及周围物体的内能， 能量并没有消失，故A错误；大量使用煤炭和石油作燃料会增加空气中二 氧化碳的含量，不符合“低碳生活”理念，故B错误；太阳能电池充电 时，消耗太阳能，产生电能，是将太阳能转化为电能的装置，但不可能将 太阳能全部转化为电能，故C错误；根据能量转化的方向性可知，在火力 发电中，燃气的内能不可能全部转化为电能，故D正确。 物理·必修第三册 目 录 03 PART 素养培优 目 录 能量守恒定律的综合应用 　应用能量守恒定律解题的步骤 （1）首先分析研究对象的受力和做功情况，能量的转化方向及初、末状 态能量的具体形式。 （2）分别列出减少的能量ΔE减和增加的能量ΔE增的表达式。 （3）依据ΔE减＝ΔE增列式求解。 物理·必修第三册 目 录 【典例1】　某款自动充电式电动自行车的前轮装有发电机，发电机与蓄 电池连接。当骑车者用力蹬车或电动自行车自动滑行时，自行车就可以通 过发电机向蓄电池充电，将其他形式的能转化成电能储存起来。某人骑车 以500 J的初动能在粗糙的水平路面上滑行，第一次关闭自动充电装置，让 车自由滑行，其动能随位移变化的关系如图中图线①所示；第二次启动自 动充电装置，其动能随位移变化的关系如图中图线②所示，则第二次向蓄 电池所充的电能是（　　） A. 200 J B. 250 J C. 300 J D. 500 J √ 物理·必修第三册 目 录 解析：电动车在运动过程中的摩擦力大小不变，从题图看出，第二次的位 移是第一次的。故节约的能量为初动能的，由能量守恒定律得所充的电 能为Ek0＝×500 J＝200 J，A正确。 物理·必修第三册 目 录 【典例2】　风能是一种潜力很大的新能源，国内外都很重视利用风力来 发电。地球上可开发的风能大约是可开发水能的10倍，风能与水能、生物 能一样，实际上都是间接来自太阳能。已知太阳照射到地球上的能量大约 有1％转化为风能，而地球上可开发利用的风能只占全部风能的1％左右， 已知太阳每秒释放出的能量约为2.86×1026 J，这些能量中，约有二十二亿 分之一到达地球，则每年地球上拥有可开发利用的风能约为（　　） A. 1.3×1013 J B. 1.1×1018 J C. 4.1×1020 J D. 2.1×1020 J √ 物理·必修第三册 目 录 解析：已知太阳每秒释放出的能量约为2.86×1026 J，则太阳每年释放的太 阳能约为2.86×1026×365×24×3 600 J≈9.0×1033 J；这些能量中，约有 二十二亿分之一到达地球，则每年到达地球的太阳能约为 9.0×1033× J≈4.1×1024 J；太阳照射到地球上的能量，大约有1％ 转化为风能，而地球上可开发利用的风能只占全部风能的1％左右，则每 年地球上拥有可开发利用的风能约为4.1×1024×× J＝4.1×1020 J， 故选C。 物理·必修第三册 目 录 【典例3】　（2025·山东青岛期中）如图所示为 我国“西电东送”的国家重大工程——白鹤滩水 电站。白鹤滩水电站位于金沙江干流河段上，坝 址平均流量Q＝1.3×1011 m3，共安装16台单机容 量为100万千瓦的水轮发电机组，每台发电机组平均发电时间为3.6×103 h。若白鹤滩水电站大坝蓄水水面与水轮机组位置的高度差H＝200 m，已知火电每发一度电大约需排放二氧化碳1 kg，水的密度ρ＝1.0×103 kg/m3，重力加速度取g＝10 m/s2，求： 物理·必修第三册 目 录 （1）相比于同功率的火电厂，每年可减少二氧化碳的排放量； 答案：5.76×1010 kg 解析：依题意，白鹤滩水电站所有发电机组每年的发电总量为W＝Pt＝ 16×100×104×3.6×103 kW·h＝5.76×1010 kW·h 故每年减少二氧化碳的排放量为m＝1×5.76×1010 kg＝5.76×1010 kg。 物理·必修第三册 目 录 解析：每年平均流过坝址的水的总质量为m水＝ρQ＝1.3×1011×1×103 kg ＝1.3×1014 kg 下落过程减少的重力势能为Ep＝mgH＝1.3×1014×10×200 J＝2.6×1017 J 转化为电能的总能量为E＝5.76×1010×103×3.6×103 J＝2.073 6×1017 J 故水能转化为电能的效率为η＝×100％≈79.8％。 （2）白鹤滩水电站将水能转化为电能的效率（结果保留3位有效数字）。 答案： 79.8％ 物理·必修第三册 目 录 04 PART 随堂演练 教师独具 目 录 1. （能量守恒定律的理解）下列关于能量转化的说法中错误的是（　　） A. 能量在转化过程中，有一部分能量转化为周围环境中的内能，我们不 方便把这些内能收集起来重新利用 B. 各种形式的能量在转化时，总能量是不变的 C. 在能源的利用过程中，能量的总量并未减少，但在可利用的品质上降低 了，从便于利用的变成了不便于利用的 D. 各种能量在不转化时是守恒的，但在转化时是不守恒的 √ 物理·必修第三册 目 录 解析：根据能量守恒定律可知，无论在能量的转化还是在能量的转移过程中，能量的总量都是不变的；由能量的耗散知，在能量转化的过程中，有一部分能量转化为周围环境中的内能，而我们不方便把这些内能收集起来重新利用，这表明，在能源的利用过程中，能量的总量并未减少，但是在可利用的品质上降低了，从便于利用的变成不便于利用的，而自然界的总能量在转化时仍是守恒的，故选项A、B、C正确，D错误。 物理·必修第三册 目 录 2. （能量转移与转化的方向性）〔多选〕根据能量转移或转化的方向性， 下列判断正确的是（　　） A. 电流的电能不可能全部转化为内能 B. 在火力发电机中，燃气的内能不可能全部转化为电能 C. 热机中，燃气的内能不可能完全转化为机械能 D. 能量不能被创造或被消灭 √ √ √ 物理·必修第三册 目 录 解析：根据能量转移或转化的方向性可知，凡是与热现象有关的宏观过程都具有方向性，电流的电能可全部转化为内能，而内能不可能全部转化为电能而不引起其他变化；机械能可全部转化为内能，而内能不可能全部转化为机械能而不引起其他变化，故A错误，B、C正确；根据能量守恒定律可知，能量不能被创造或被消灭，故D正确。 物理·必修第三册 目 录 3. （能源的理解）〔多选〕下列关于能源的说法正确的是（　　） A. 能源是取之不尽，用之不竭的 B. 能源是有限的，特别是常规能源，如煤炭、石油、天然气等 C. 大量消耗常规能源会使环境恶化，故提倡开发利用新能源 D. 核能的利用对环境的影响比燃烧石油、煤炭大 解析：尽管能量守恒，但耗散的能量不方便重新收集利用，所以能源是有限的，特别是常规能源，A错误，B正确；常规能源的利用比新能源核能的利用对环境影响大，C正确，D错误。 √ √ 物理·必修第三册 目 录 4. （能量耗散的理解）（2025·山东烟台期中）关于“能量耗散”的下列 说法中，正确的是（　　） A. 能量在转化过程中，有一部分能量转化为内能，我们不方便把这些内 能收集起来重新利用，这种现象叫做能量的耗散 B. 能量在转化过程中变少的现象叫能量的耗散 C. 能量耗散表明，在能源的利用过程中，能量的数量不但减少，而且可利 用的品质降低了 D. 能量耗散表明，各种能量在不转化时是守恒的，但在转化时是不守恒的 √ 物理·必修第三册 目 录 解析：　能量在转化过程中，有一部分能量转化为内能，我们不方便把 这些内能收集起来重新利用，这种现象叫做能量的耗散，A正确；能量是 守恒的，能量不能凭空产生，也不能凭空消失，B错误；能源的使用过程 中能的总量保持守恒，能量耗散表明，在能源的利用过程中，虽然能量总 量不会减少，但是可利用的品质降低了，C错误；能量既不会凭空产生， 也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转 移到别的物体，在转化或转移的过程中，能量的总量保持不变，D错误。 物理·必修第三册 目 录 05 PART 课时作业 目 录 知识点一　能量转移或转化的方向性 1. 下列说法正确的是（　　） A. 随着科技的发展，可以制造出一种机器，使其不消耗任何能量但能源 源不断地对外做功 B. 太阳照射到地球上的光能转化成了其他形式的能量，但照射到宇宙空间 的能量都消失了 C. “既要马儿跑，又让马儿不吃草”违背了能量守恒定律，因而是不可能的 D. 有种“全自动”手表，不用上发条，也不用任何形式的电源，却能一 直走动，说明能量可以凭空产生 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 √ 物理·必修第三册 目 录 解析：　任何机器都不能违背能量守恒定律，A错误；太阳辐射大量的能 量，地球只吸收了极少的一部分，但辐射到宇宙空间的能量也没有消失， 一定是转化成了其他形式的能量，B错误；马和其他动物，包括人要运 动，必须消耗能量，动物的能量来源是食物中储存的生物能，C正确；所 谓的“全自动”手表内部是有能量转化装置的，只有当人戴着手表活动 时，才能不断补充能量，维持手表的运行，如果把表放在桌面上静置一段 时间，它一定会停摆的，D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 物理·必修第三册 目 录 2. 为了节能减排，我国大力发展新能源汽车。如图所示，电源正在给电动 汽车中的锂电池充电，下列说法正确的是（　　） A. 充电时电能全部转化为汽车的机械能 B. 充电时电能全部转化为锂电池的化学能 C. 汽车加速运动时锂电池减少的化学能部分转化为汽车动能 D. 汽车匀速运动时锂电池减少的化学能全部转化为汽车动能 解析：　充电时电能转化为锂电池的化学能，但不是全部转化为化学能，故A、B错误；汽车加速运动时锂电池减少的化学能部分转化为汽车动能，部分转化为其他形式的能，故C正确；汽车匀速运动时动能不变，锂电池减少的化学能全部转化为其他形式的能，故D错误。 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 物理·必修第三册 目 录 3. 〔多选〕关于能量和能量的耗散，说法正确的是（　　） A. 能量耗散从能量转化的角度反映出自然界中宏观过程的方向性 B. 能量耗散表明能源的利用是有条件的，也是有代价的 C. 能量守恒，不可消失，所以没有必要节约能源 D. 能量之间可以相互转化，故能源可以很方便地循环利用 √ √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 物理·必修第三册 目 录 解析：能量的耗散表明，在能源的利用过程中，能量在数量上虽未减少，但在可利用的品质上降低了，从便于利用的能源变成不便于利用的能源，从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程具有方向性，能源的利用受这种方向性的制约，所以能源的利用是有条件的，也是有代价的，A、B正确；能量守恒定律是指能量在转化和转移的过程中总量保持不变，但能量在转化的过程中具有方向性，能源不能很方便地循环利用，所以我们需要节约能源，C、D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 物理·必修第三册 目 录 知识点二　能源的分类与应用　能源与社会发展 4. （2025·贵州贵阳期中）下列关于能源的理解正确的是（　　） A. 根据能量守恒定律可知，人类可利用的能源是取之不尽的 B. 电脑长时间不用时，使其待机比较节能 C. 太阳能电池板是将光能转化为电能 D. 只要能源可利用，开发时不必考虑其他因素 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 物理·必修第三册 目 录 解析：能量虽然守恒，但有的资源容易利用，有的资源难以利用，资源短缺成为社会发展的阻碍，因而要合理开发利用，故A错误；电脑长时间处于待机状态，仍会消耗电能，不节能，故B错误；太阳能电池板是将光能转化为电能，储存在电池板中，故C正确；能源的开发和利用，必须要同时考虑其对环境的影响，故D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 物理·必修第三册 目 录 5. （2025·湖南长沙开学考试）以下交通工具中，动力装置所用能源属于 可再生能源的是（　　） √ 解析：　燃油为不可再生能源，故A、C错误；太阳能是可再生能源，故 B正确；蒸汽机燃料为不可再生能源，故D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 物理·必修第三册 目 录 6. （2025·重庆万州区期中）如图所示，卫星两翼的太阳能电池板把太阳 能转化为电能供卫星使用。关于电源、能源与可持续发展，下列说法正确 的是（　　） A. 干电池、蓄电池对外供电时，电能转化为化学能 B. 在能的转化和转移的过程中，能量的总量减少 C. 能量的转移或转化过程中，是具有方向性的 D. 修建水电站利用水能发电更清洁、安全，有百利而无一害 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 物理·必修第三册 目 录 解析：　干电池、蓄电池对外供电时，电池内部发生化学变化，化学能 转化为电能，故A错误；在能量的转化和转移的过程中，能量的总量保持 不变，这就是能量守恒定律，故B错误；能量的转移或转化过程中，总量 是不变的，但是具有方向性，故C正确；修筑拦河坝建造水电站也会对沿 河的水域环境造成影响，给河流通航造成影响等，因此不利影响也是存在 的，故D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 物理·必修第三册 目 录 7. （2025·广西桂林阶段练习）光伏发电是利用太阳能的技术之一，它利 用太阳能电池板，将照射在太阳能电池板上的太阳能转化为电能。农村居 民院落或屋顶的光伏发电装置除满足居民家庭用电，还可向电网供电获得 收益。如图所示，太阳光垂直照射在太阳能电池板上，在每平方米的面积 上，平均每分钟能得到6.0×104 J的太阳能，如果我们能利用太阳能的10 ％，那么在面积为100 m2的屋顶上可以利用的太阳能的功率最大值约为 （　　） A. 3 kW B. 10 kW C. 60 kW D. 600 kW √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 物理·必修第三册 目 录 解析：　经过时间t，能够利用的太阳能E0＝t×100×10％ J＝ t×104 J，根据功率的表达式有Pmax＝，解得Pmax＝10 kW，故选B。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 物理·必修第三册 目 录 8. （2025·广东湛江期中）太阳能将成为21世纪人类的主要能源之一，如 图是太阳能热水器。已知单位时间内太阳垂直射到热水器单位面积的能量 约为7×103 J/（m2·s），一台热水器的聚热面积约4 m2。若每天太阳的照射 等效于直射3 h，太阳能的20％可转化为水的内能，则 这台热水器一天内可有效利用的太阳能约为（　　） A. 1×106 J B. 6×106 J C. 6×107 J D. 6×108 J 解析：这台太阳能热水器一天内可有效利用的太阳能约为E＝ηPt＝20％×7×103×4×3×3 600 J≈6×107 J，故选C。 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 物理·必修第三册 目 录 9. （2025·湖北襄樊期中）2022年12月20日，金沙江白鹤滩水电站全部机 组投产发电，这标志着我国在长江上全面建成世界最大“清洁能源走 廊”，水电站安装16台中国自主研制、全球单机容量最大功率百万千瓦水 轮发电机组，总装机容量1 600万千瓦，每年平均发电量约624.43亿千 瓦·时。下列说法正确的是（　　） A. 千瓦是能量单位 B. 水电站是利用水能的重要形式，水能是可再生能源 C. 风能、太阳能、地热能等均属于不可再生能源 D. 水能是可再生能源，所以可制造一台利用水能的机器，效率可达100％ √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 物理·必修第三册 目 录 解析：千瓦是功率的单位，故A错误；水能是可再生能源，水电站是利用水能的重要形式，故B正确；风能、太阳能、地热能可以在自然界源源不断地得到，属于可再生能源，故C错误；虽然水能是可再生能源，但不论科技如何发展，利用水能的机器，效率不可能达到100％，故D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 物理·必修第三册 目 录 10. 某户居民楼顶平台安装了12块太阳能电池板，利用这些电池板收集太 阳能发电，发电总功率可达到3 kW，工作电压为380 V，平均每天发电6 h；发电总功率的30％供自家使用，富余发电以0.2元/度的价格并入国家电 网。则下列说法正确的是（　　） A. 该光伏项目年发电量约为6.75×104 kW·h B. 该光伏项目的工作总电流约为0.3 A C. 该光伏项目富余发电的年收入约1 400元 D. 该光伏项目平均每天的发电量可供一只60 W的白炽灯正常工作300小时 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 物理·必修第三册 目 录 解析：发电总功率为3 kW，则年发电总量为3 kW×6 h×365＝6.57×103 kW·h，故A错误；工作总电流约为I＝＝≈7.9 A，B错误；该光伏项目富余发电的年收入约为6.57×103×70％×0.2元＝919.8元，C错误；该光伏项目平均每天的发电量大约可供一只60 W的白炽灯正常工作的时间为t＝＝ h＝300 h，D正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 物理·必修第三册 目 录 11. （2025·广东深圳期末）太阳能及风能是清洁能源，我国已经建成众多 的太阳能及风力发电场。风力发电是利用风的动能推动风力发电机的叶片 转动而产生电能的。如图所示，某风力发电场安装有2台超大型风力发电 机，每片扇叶长达80 m，该地区常年的平均风速v＝5.0 m/s，风向跟叶片 转动的圆面垂直，空气的密度ρ＝1.25 kg/m3，风力发电机的叶片转动时可 形成半径r＝80 m的圆面。已知风力发电机能将通过圆面的空气的动能的10 ％转化为电能。 （1）求每台风力发电机的发电功率P； 答案：1.57×105 W　 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 物理·必修第三册 目 录 解析：设单位时间内通过每台风力发电机叶片转动形成圆面的空气的体积为V、动能为Ek，则有V＝πr2vt0，Ek＝ρVv2，Pt0＝10％Ek 解得P＝1.57×105 W。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 物理·必修第三册 目 录 （2）已知标准煤的热值q＝3.0×107 J/kg，则该风力发电场年发电量相当 于完全燃烧多少标准煤产生的热量？（结果保留3位有效数字） 答案：3.30×105 kg 解析： 2台风力发电机发电的功率为2P，年发电时间t＝365×24×3 600 s， 设年发电量为E 则有E＝2Pt，E＝qm 解得m≈3.30×105 kg。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 物理·必修第三册 目 录 12. （2025·浙江杭州期中）太阳能是21世纪重点发展 的能源之一、太阳能汽车利用太阳能电池将接收到的 太阳能转化为电能，再利用电动机来驱动汽车。如图 是一辆太阳能实验车，在晴朗天气，太阳光照射到电池板每平方米面积上的辐射功率为P0＝1 kW。该太阳能电池将太阳能转化为电能的效率η1＝15％。电池产生的电压恒为U＝120 V，当车正常行驶时，对电动机提供I0＝10 A的电流。汽车在只有电池板供电的情况下行驶，求： 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 物理·必修第三册 目 录 （1）在晴朗天气，为保证汽车能正常行驶，则车上太阳能电池接收太阳 能的面板的有效面积应为多大？ 答案：8 m2　 解析：设在晴朗天气，为保证汽车能正常行驶，车上太阳能电池接收太阳能的面板的有效面积应为S，则有SP0η1＝UI0 代入数值解得S＝＝ m2＝8 m2。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 物理·必修第三册 目 录 （2）如果这辆汽车的电动机将电能最终转化为机械能的效率为η2＝75％， 在水平路面上正常行驶的速度为v0＝12 m/s，此时汽车受到的阻力f1多大？ 答案：75 N　 解析：已知这辆汽车的电动机将电能最终转化为机械能的效率为η2＝75％， 则汽车的机械功率为 P机＝P电×η2＝UI0×η2＝120×10×75％＝900 W 当汽车匀速行驶时P机＝＝＝F牵v0 则有阻力f1＝F牵＝＝ N＝75 N。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 物理·必修第三册 目 录 （3）设汽车在水平路面上行驶时的阻力f＝f0＋kv，其中f0＝45 N，若电能 转化效率同（2）问，当太阳光减弱，照射到电池板的辐射功率变为原来 的40％时，汽车匀速行驶的速度变为多大？ 答案：6 m/s 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 物理·必修第三册 目 录 解析：由（2）知，当v0＝12 m/s时f1＝75 N，代入车在水平路面上行驶时的 阻力公式解得 k＝2.5 kg/s 当太阳光减弱，照射到电池板的辐射功率变为原来的40％时，则汽车太阳 能电池板接受到太阳辐射功率为P阳＝8×P0×40％＝8×1 000×40％ W＝3 200 W 则太阳能转化为电能的功率为P电＝P阳×η1＝3 200×15％ W＝480 W 汽车的机械功率为P机＝P电×η2＝480×75％ W＝360 W 根据公式有P机＝F牵v＝（f0＋kv）v 代入数值解得v＝6 m/s。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 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