11.4 电能的估算问题 重难点突破专项练-2025-2026学年高二上学期物理人教版必修第三册

11.4 电能的估算问题﹣人教版高中物理必修三重难点突破 素养目标 1.掌握常用的物理估算方法； 2.能用常用估算方法解决有关电能估算的问题； 3.领会估算在解决实际问题中的重要意义。 知识梳理 物理估算题，一般指在物理背景和物理过程模糊的问题中，能摒弃次要因素，抓住主要因素和物理本质，建立合理的物理模型进行大致、合理的推算，迅速获得合理的结果。 物理估算题的主要分类：联系实际合理取值估算；忽略次要因素近似估算；根据物理常数或恒量估算；利用自然常识与规律估算；建立理想物理模型估算等。 电能估算主要是上述的第一种情况，估算中常需要根据实际情况合理取值，如：电视机工作时间平均每天约5小时；家用电灯工作时间平均每天约5小时；路灯工作时间平均每天约10小时；太阳光照时间平均每天约10小时；全国家庭数约4亿户等。 一、单选题 1．功率为10W的发光二极管（LED灯）的亮度与功率60W的白炽灯相当．根据国家节能战略，2016年前普通白炽灯应被淘汰．假设每户家庭有二只60W的白炽灯，均用10W的LED灯替代，估算出全国一年节省的电能最接近 A． B． C． D． 2．杭州市正将主干道上的部分高压钠灯换成LED灯，已知高压钠灯功率为400W，LED灯功率为180W，若更换4000盏，则一个月可节约的电能约为（　　） A． B． C． D． 3．如图所示，一款新能源车装配了块“刀片电池”，每块“刀片电池”的容量是，平均工作电压是，该车型采用充电电压为的快充充电桩时，充电效率为，充满电需要的时间为．已知该车型每行驶100km平均能耗是，则（    ） A．快充充电桩的平均充电电流为 B．电池组充满电后储存的电荷量为 C．单块电池充满电后储存的电能为 D．电池组充满电后的续航里程为 4．不切断电源只按下遥控器的待机键，电视机即进入待机模式。家用电视机待机功率约，假设每户家庭使用1台电视机，如果在不使用电视机时及时切断电源，则我国一年因此节省的电能最接近（　　） A． B． C． D． 5．如图所示是某中学安装的432块太阳能多晶硅电池板，每块电池板面积为，平均每天光照按10h计算，利用这些电池板收集太阳能发电，光电转换效率约为，发电总功率可达118kW，工作电压为380V，设备使用寿命在25年以上。发电总功率的供学校使用。下列说法正确的是（    ） A．该光伏项目年发电量约为 B．若该校仅用太阳能供电，则该校一年用电量约为 C．该光伏项目的工作总电流约为0.31A D．每块电池板每天吸收的太阳辐射能量约为 6．某智能手机具有智能切换充电模式的功能。充电时，当手机处于低电量时快速充电，高电量时涓流补偿待机以延长电池寿命。已知该手机的电池容量为5400mA·h，整个充电过程可分为三个阶段：电量从0至50%之间为快充阶段，从50%至80%之间为恒压充电阶段，从80%至100%之间为涓流充电阶段。该手机的充电功率随充电时间的变化如图所示，其中快充阶段的充电电压逐渐减小，恒压充电阶段和涓流充电阶段的充电电压保持不变。下列说法正确的是（　　） A．快充阶段该手机获得的能量为 B．电量至50%时的充电电流约为5.4A C．恒压充电阶段的平均充电功率为35W D．涓流充电阶段的充电电压约为 7．图示中的路灯为太阳能路灯，每只路灯的光伏电池板有效采光面积约0.3 m2。晴天时电池板上每平方米每小时接收到的太阳辐射能约为3×106J。如果每天等效日照时间约为6 h，光电池一天产生的电能可供30 W的路灯工作8 h。光电池的光电转换效率约为(　　) A．4.8 % B．9.6 % C．16 % D．44 % 8．随着应用场景的不断增多，智能手机已成为我们日常生活中不可或缺的工具。某品牌智能手机的电池容量为6000mA·h，手机正常使用时的工作电压为3.7V，工作电流为300mA。使用时为了保护电池，当电池剩余容量为总容量的5%时，手机会显示电量为0%，并强制关机。已知该手机适配的充电器输出电流为5A。下列说法正确的是（　　） A．mA·h是能量单位 B．该手机充满电时电池储存的电能为22.2W·h C．该手机满电可正常使用20小时 D．理想状态下，该手机从显示电量0%到充满电需要1.2小时 9．扫地机器人是智能家用电器的一种，它利用自身携带的小型吸尘部件进行吸尘清扫，如图所示为一扫地机器人，已知其工作额定电压为15V，额定功率为30W，充电额定电压为24V，额定电流为0.5A，充电时间约为240分钟，电池容量为2000mAh，则下列说法正确的是（   ） A．电池容量是指电池储存电能的大小 B．机器人正常工作的电压为24V C．机器人正常工作时电流为2A D．机器人充满电后一次工作时间最多约为4小时 10．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9m/s时，输出电功率为405kW，风速在5~10m/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。则下列说法中正确的是（　　） 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 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5000h风速在6~10m/s范围内，则该发电机年发电量至少为6.0×104 kW·h 11．“奋进号”潮流能发电机组是世界上单台容量最大的潮流能发电机组，它的吊装如图所示，其核心部件是“水下大风车”，它的叶片转动时可形成半径为的圆面。某次涨潮期间，该区域海水的潮流速度是，流向恰好跟叶片转动的圆面垂直，已知海水密度为，假设这台水轮机能将此圆面内的潮流能转化为电能，则这台潮流能发电机发电的功率约为（　　）    A． B． C． D． 12．庐山瀑布“飞流直下三千尺，疑是银河落九天”，瀑布高150m，水流量10m³/s，假设利用瀑布来发电，能量转化效率为70%，则发电功率为（   ） A．109W B．107W C．105W D．103W 13．小明同学家里部分电器的消耗功率及每天工作时间如表所示，则这些电器一天消耗的电能约为（   ） 电器 消耗功率/W 工作时间/h 电茶壶 2000 1 空调 1200 3 电视机 100 2 节能灯 16 4 路由器 9 24 A．6.1×103W B．6.1×103J C．2.2×104W D．2.2×107J 二、解答题 14．随着人们环保意识的提高，“风光互补路灯”（如图所示）得到了广泛的应用。它在有阳光时通过太阳能电池板发电，有风时通过风力发电机发电，两者皆备时同时发电，并将电能输送至蓄电池储存起来，供路灯晚间照明使用。为了能使蓄电池的使用寿命更为长久，一般充电至90%左右即停止充电，放电至剩余20%左右即停止电能输出。下表为某型号风光互补路灯系统配置方案的相关参数。 风力发电机 太阳能电池组件 最小启动风速 1.0 m/s 太阳能电池 180W 最小充电风速 3.0 m/s 太阳能转换效率 15% 最大限制风速 12.0 m/s 蓄电池 400Ah-12V 最大输出功率 400W 大功率LED路灯 80W-12V （1）若遇到阴天且无风，仅靠蓄电池供电，最多可供灯具正常发光多长时间？ （2）若一块该“风光互补路灯”太阳能电池板的总面积为5 m²，当其垂直太阳光方向放置时，最大发电功率达到180 W，则当地垂直太阳光方向1 m²范围内太阳能电池板所接收太阳辐射的最大功率为多少？ （3）当风速为6.0 m/s 时，风力发电机的输出功率将变为50 W。在这种风速下，持续光照12 h，蓄电池的电量仅由20%充到了70%。求此过程中太阳能电池板发电的平均功率。 15．小明经过一番努力，终于把家里的主要电器工作时消耗的电功率情况基本摸清：空调柜机，挂机，微波炉，电磁炉，洗衣机，电冰箱，电视机，台式电脑，照明灯具，其他不常用的如电熨斗、电吹风、吸尘器等未计入。请计算一下，他家的主输电线的横截面积应该选用多大的？ 不同规格铜芯导线允许通过的电流 横截面积/mm2 直径/mm 时的载流量/A 1.5 1.38 18 2.5 1.78 26 4 2.25 38 6 2.76 44 10 1.307 80 注：载流量较大的导线常用多股铜线，例如横截面积为10mm²的导线就是7股，每股直径为1.30mm。 16．小云家的电能表的型号是“DDS112910（40）A”，通过查找资料得知，其中的“10（40）A”的含义是：此表可用于“额定电流”值为10A左右的范围准确计量，使用中最大电流不应超过40A。 不同规格铜芯导线允许通过的电流 横截面积/mm² 直径/mm 时的载流量/A 1.5 1.38 18 2.5 1.78 26 4 2.25 38 6 2.76 44 10 1.307 80 注：载流量较大的导线常用多股铜线，例如横截面积为10mm²的导线就是7股，每股直径为1.30mm。 (1)通过电能表的电流恰好为10A时，家庭消耗的电功率是多少？ (2)连接到电能表上的进户输电线应该使用多大横截面积的铜导线？ 试卷第4页，共5页 试卷第5页，共5页 学科网（北京）股份有限公司 《11.4 电能的估算问题﹣人教版高中物理必修三重难点突破》参考答案 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 B B A C A D C B C B 题号 11 12 13 答案 B B D 1．B 【详解】全国一年节省的电能为 故选B。 【名师点睛】关键是要了解全国有多少家庭及每天亮灯时间．解题过程中要注意单位的换算，同时养成节能的好习惯。 2．B 【详解】一个月可节省的电能最接近 故选B。 3．A 【详解】A．快充充电桩充电过程有 可得平均充电电流为，故A正确； B．电池组充满电后储存的电荷量为，故B错误； C．单块电池充满电后储存的电能为，故C错误； D．该车型每行驶100km平均能耗是，电池组充满电后储存的电能为，则电池组充满电后的续航里程为，故D错误。 故选A。 4．C 【详解】电视机待机状态时的功率为 一年用电器待机时间为 一台电视机待机一年消耗的电能为 全国大约有3亿个家庭，则我国一年因此节省的电能为 所以C正确；ABD错误； 故选C。 5．A 【详解】A．该光伏项目年发电量约为 故A正确； B．若该校仅用太阳能供电，则该校一年用电量约为 故B错误； C．该光伏项目的工作总电流约为 故C错误； D．每块电池板每天吸收的太阳辐射能量约为 故D错误。 故选A。 6．D 【详解】A．由图可知，快充阶段该手机获得的能量为，故A错误； B．电量至50%时手机电池此时的容量为 充电电流，故B错误； C．根据上述分析可知，电量充至50%时其电压为 充电量为80%时手机获得的能量为 此过程手机充电的平均功率，故C错误； D．涓流充电电荷量的变化量为 此过程充电电流 则此过程的充电电压为，故D正确。 故选D。 7．C 【详解】据题意，已知每只路灯的有效采光面积S，每平米每小时接收太阳能，每天日照时间t，则每只路灯每天接收到的太阳能为：；光电池每天可以使路灯工作，则光电池光电转换率为：，故选项C正确． 【点睛】本题分析的关键是抓住光电转换效率公式为：；在分析时需要注意光电池接收太阳能，其中，而光电池一天产生的电能，其中，只要注意到这个单位应用上的区别，就可以解决本问题． 8．B 【详解】A．mA·h（毫安时）是电荷量单位，表示电流与时间的乘积，A错误。 B．电池储存电能公式为 ，其中 为容量（单位：A·h）， 为电压（单位：V）。6000mA·h = 6 A·h，，B正确。 C．实际可用容量为总容量的95%（因剩余5%时关机），即 使用时间 ，非20小时，C错误。 D．显示电量0%时，实际剩余容量为5%，需充入95%容量，即 充电电流5A = 5000mA，充电时间 ，非1.2小时，D错误。 故选B。 9．C 【详解】A．电池容量是指电池的存储电量(电流与时间的乘积)多少，单位是“Ah”，不是储存电能的大小，故A错误； B．由题可知，机器人正常工作的电压为15V，故B错误； C．机器人正常工作时的电流 故C正确； D．机器人充满电后一次工作时间为 故D错误。 故选C。 10．B 【详解】AB．单位时间流过面积A的流动空气体积为 单位时间流过面积A的流动空气质量为 单位时间流过面积A的流动空气动能为 风速在范围内，转化效率可视为不变，可知该风力发电机的输出电功率与风速的三次方成正比，故A错误，B正确； C．由于风力发电存在转化效率，若每天平均有的风能资源，则每天发电量应满足 故C错误； D．若风场每年有风速在的风能资源，当风速取最小值时，该发电机年发电量具有最小值，根据题意，风速为时，输出电功率为，风速在范围内，转化效率可视为不变，可知风速为时，输出电功率为 则该发电机年发电量至少为 故D错误。 故选B。 11．B 【详解】时间内圆面内的潮流能为 又 这台潮流能发电机发电的功率为 联立解得 故选B。 12．B 【详解】由题知，Δt时间内流出的水量为 m = ρQΔt = 1.0×10⁴Δt 发电过程中水的重力势能转化为电能，则有 故选B。 13．D 【详解】根据公式可知一天消耗的电能为，又知道，故，D正确。 14．（1）；（2）；（3） 【详解】（1）可供灯具发光时间 （2）当地垂直太阳光方向1m²范围内太阳辐射的最大功率 （3）太阳能电池板发电的平均功率 15．应该选用横截面积为的铜芯导线。 【详解】家里的主要电器都工作时消耗的电功率 家里的主要电器都工作时，主输电线的电流强度 从表中查到，应该选用横截面积为的铜芯导线。 16．(1)2200W (2)6mm²的铜导线 【详解】（1）通过电能表的电流恰好为10A时，家庭消耗的电功率为 （2）由于最大电流不应超过40A，铜导线允许通过的电流应略大于最大电流，查表可知，连接到电能表上的进户输电线应该使用横截面积为的铜导线。 答案第4页，共4页 答案第1页，共4页 学科网（北京）股份有限公司 $