科技热点2：新能源与新型电力系统-特高压与光伏背后的电磁学逻辑 讲义-2026届高考物理二轮专题

科技热点2：新能源与新型电力系统-特高压与光伏背后的电磁学逻辑 科技热点2：新能源与新型电力系统-特高压与光伏背后的电磁学逻辑目录 一、核心物理原理 1.特高压输电：电磁损耗与高效输电（电磁学核心） 2.光伏发电：光电效应与并网电磁逻辑（波粒二象性+电路） 3.新型储能：电磁与能量的协同（延伸考点） 4.算电协同：电磁与算力的融合（革新考点） 二、典型高考试题情境 1.特高压输电类 2.光伏发电类 3.新型电力系统压轴题 三、备考清单 1.必背公式 2.核心模型 3.易错提醒 四、科技热点2-新能源与新型电力系统专项精练 2.1力学：场力共济，夯实电磁动力根基 2.2热学：能效守恒，明晰热电转换机制 2.3电学：特高压纵横，破译电能传输逻辑 2.4光学：光生伏特，解锁太阳能转化密码 2.5原子：能级跃迁，深析光电微观本质 核心表述：制定能源强国建设规划纲要。着力构建新型电力系统，加快智能电网建设，发展新型储能，扩大绿电应用。配套部署：完善促进绿色低碳发展政策，实施重点行业提质降本降碳行动，深入推进零碳园区和工厂建设。设立国家低碳转型基金，培育氢能、绿色燃料等新增长点。加强化石能源清洁高效利用。成果回顾：第一批“沙戈荒”新能源基地项目基本建成投产，新型储能装机规模超过1.3亿千瓦，非化石能源消费占比达到21.7%。 新能源与新型电力系统是2026两会重点部署的能源战略，以特高压输电、光伏发电、新型储能为核心，是高考物理电磁学、电路、能量守恒、光电效应等核心考点的高频命题情境。两会明确提出“构建新型电力系统，加快智能电网建设，发展新型储能，扩大绿电应用”，特高压作为“电力高速公路”、光伏作为绿电核心来源，其运行原理深度贴合高中物理主干知识。 一、核心物理原理 1.特高压输电：电磁损耗与高效输电（电磁学核心） 特高压输电（交流≥1000 kV、直流≥±800 kV）的核心逻辑是“高压降损”，全程贯穿电磁学与电路规律，是高考综合题高频情境： 核心公式支撑：输送功率 ，线路焦耳损耗 ，电压越高，电流越小，损耗越低（如±1100 kV工程较传统线路损耗降低约45%），完美契合电路功率计算考点。 AC/DC转换电磁原理：发电端经换流站将交流电整流为直流电（减少无功损耗与相位差影响），受电端再逆变为交流电适配本地电网，涉及电磁感应、交变电流、整流/逆变电路等核心知识点。 柔性直流（高考新热点）：换流阀通过电磁调节实现电压/电流动态平滑控制，提升新能源并网稳定性，考查电力电子器件、电磁感应、闭环控制，贴合两会“算电协同”新基建要求。 电磁干扰与绝缘：高场强下电晕放电引发电磁干扰、射频损耗，涉及电场强度、介质绝缘分析，是选择题常考的细节考点。 2.光伏发电：光电效应与并网电磁逻辑（波粒二象性+电路） 光伏发电是绿电核心组成，其核心是光生伏特效应，衔接电磁学、波粒二象性，是高考实验题、计算题的重要载体： 核心效应：光生伏特效应（爱因斯坦因解释该效应获1921年诺贝尔物理学奖），硅基PN结吸收光子能量，激发出空穴-电子对，形成电位差与电流，本质是光能向电能的转化，契合光电效应考点。 核心器件电磁原理：太阳能电池由N/P型半导体掺杂形成PN结，组成阵列后通过串并联提升电压/容量；逆变器将光伏阵列产生的直流电转化为工频交流电，经变压器升压后并入特高压电网，考查交变电流、变压器原理、电路串并联。 能量转化与电磁损耗：能量转化链为“光能→电能（光伏）→电能（特高压输电）→机械能/热能（用能）”，贯穿能量守恒、电功率、电磁损耗计算，同时关联新型储能的能量存储逻辑。 光伏并网控制：通过电磁传感器采集电压、电流信号，调节并网相位与功率，考查电磁感应、信号处理、电路调控，贴合两会“扩大绿电应用”部署。 3.新型储能：电磁与能量的协同（延伸考点） 两会重点强调发展新型储能，其运行原理与电磁学、能量守恒深度绑定： 电化学储能（锂电池为主）：锂离子电池通过锂离子“脱嵌反应”实现电能存储与释放，涉及电路充放电、电功率、能量效率计算，目前锂离子电池储能占新型储能总装机量95%以上。 物理储能（飞轮储能）：制动时将电能转化为飞轮动能存储，启动时再将动能转化为电能，涉及电磁感应、动能与电能转化，可用于电网调峰、稳定网压。 储能并网：储能装置通过电磁开关、变压器接入电网，实现“削峰填谷”，考查电路连接、电磁控制、功率分配，呼应两会“新型储能装机规模突破”的成果。 4.算电协同：电磁与算力的融合（革新考点） 2026两会首次将“算电协同”纳入新基建，其核心是电力与算力的深度融合，涉及电磁学应用： 绿电直供：光伏、风电等绿电直接供应智算集群，减少交直流转换损耗，考查电磁转换、能量效率计算。 电力调控：通过电磁传感器监测算力节点电力需求，动态分配绿电，考查电磁信号传输、电路调控。 二、典型高考试题情境 1.特高压输电类 基础计算：已知特高压输电功率、线路电阻、电压等级，求输电电流、损耗功率、输电效率，考查电路功率、焦耳定律，是高考计算题高频题型。 柔性直流并网：给出新能源波动功率场景，分析换流阀如何通过电磁调节稳定电压/电流，考查电磁感应、动态响应、交变电流。 电晕放电分析：结合特高压电晕现象，分析电磁干扰产生原因及防护措施，考查电场强度、介质绝缘。 2.光伏发电类 光电效应实验：已知硅太阳能电池的截止频率、入射光频率，求光电子最大初动能、光电转换效率，考查光电效应方程、能量守恒，贴合教材实验延伸。 光伏并网计算：由太阳能电池板阵列串并联数、光照强度、逆变器效率，求并网电压/电流，结合变压器变比计算升压后输电电压，考查电路串并联、变压器原理。 光伏储能协同：已知光伏功率、储能装置容量，求储能充放电时间、能量利用率，考查电功率、能量守恒，关联两会新型储能热点。 3.新型电力系统压轴题 跨区域输电：西部光伏/风电经特高压送至东部负荷中心，分段考查光电效应、输电损耗、变压器、能量守恒，体现“西电东送”国家战略与两会能源部署。 算电协同应用：已知智算集群功率、绿电供应比例，求电力损耗、绿电利用率，考查电功率、电磁转换、能量效率。 储能与电网协同：分析飞轮储能、锂电池储能在电网调峰中的作用，计算充放电功率、能量损耗，考查电磁感应、能量转化。 三、备考清单 1.必背公式 输电相关：、 、效率 变压器： （电压比=匝数比） 光电效应： （最大初动能公式）、 （光子能量） 电路相关： （电阻定律）、（电功） 2.核心模型 高压降损输电模型（电路功率、损耗计算） 光伏光电效应模型（PN结、光生伏特效应） 变压器并网模型（交变电流、电压转换） 新型储能能量转化模型（电磁感应、能量守恒） 算电协同模型（绿电直供、电磁调控） 3.易错提醒 特高压输电中，计算损耗时需注意：电流中的U是输电电压，而非用户端电压，需区分输电电压与降压后的电压。 光伏光电效应中，入射光频率需大于截止频率才会产生光电流，光强影响光电流大小，不影响光电子最大初动能。 变压器只改变交变电压/电流，不改变功率（理想变压器），实际变压器存在电磁损耗，功率会有衰减。 新型储能中，飞轮储能属于物理储能，锂电池储能属于电化学储能，二者能量转化形式不同，解题时需区分。 算电协同中，绿电直供可减少电磁转换损耗，提升能量利用率，解题时需注意转换效率的计算。 四、科技热点2-新能源与新型电力系统专项精练 2.1力学：场力共济，夯实电磁动力根基 1.为落实国家“双碳”战略，推动能源绿色低碳转型，某区推进新型绿色光伏发电，光伏发电的原理是光电效应。假设太阳光子垂直射到发电板上并全部被吸收。已知光伏发电板面积为，发电板单位面积上受到光子平均作用力为，每个光子动量为（其中为普朗克常量，为光子的频率，为真空中的光速），则下列说法正确的是（　　） A．发生光电效应时，入射光的强度越大遏止电压越高 B．发生光电效应时，入射光的频率越高饱和光电流一定越大 C．秒内该光伏发电板上接收到的光子能量为 D．t秒内该光伏发电板上接收到的光子能量为 2.宝应县风电、光伏等新能源项目年发电量约21亿千瓦时，约占全县全年用电量的84%。叶片转速很慢时，可通过内部的齿轮箱进行提速后驱动发电机，如图所示是齿轮箱工作原理图一部分，A、B分别是从动轮（内齿轮）和主动轮（外齿轮）上两个点，下列说法中正确的是（　　） A．两个点的角速度相同 B．两个点的线速度大小相同 C．两个点的转速相同 D．两个点的向心加速度大小相同 3.一辆电动小车上的光伏电池，将太阳能转换成的电能全部给电动机供电，刚好维持小车以速度v匀速运动，此时电动机的效率为。已知小车的质量为m，运动过程中受到的阻力（k为常量），该光伏电池的光电转换效率为，则光伏电池单位时间内获得的太阳能为（　　） A． B． C． D． 2.2热学：能效守恒，明晰热电转换机制 4.第19届杭州亚运会被称为首届“碳中和”亚运会，如图所示是杭州街头的太阳能椅，不仅可照明，还可为市民提供手机无线充电。关于太阳能椅，说法正确的是（　　） A．太阳能是一种不可再生能源 B．太阳能光伏板能把全部太阳能转化成电能 C．手机可以放在太阳能光伏板上进行无线充电 D．手机无线充电技术应用到电磁感应现象 5.光伏发电是利用太阳能的技术之一，它利用太阳能电池板，将照射在其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。太阳光垂直照射地面，在每平方米的面积上，平均每分钟能得到8.4×104J的太阳能量，如果我们能利用太阳能的10%，那么在面积为50 m2的屋顶上可以利用的太阳能的功率最大为（　　） A．7 kW B．8.4 kW C．70 kW D．420 kW 6.物理兴趣小组在参加完学校的“节能环保、低碳减排”活动后，提出了自己的一些设想，从物理学的角度，你认为可行的是（　　） A．制造一种运动装置，将它与地面的摩擦产生的内能全部转化为动能 B．制造一种自行车，把它行进时的一部分动能转化成电能，提供照明 C．将城市的楼顶全部安装光伏发电装置，节能减排 D．利用永久磁铁间的作用力，造一台永远转动的机械 2.3电学：特高压纵横，破译电能传输逻辑 7.特高压输电可以大幅提升输电效率，显著降低远距离输送的能耗。我国特高压输电技术水平与应用规模均居全球领先。现假设从A处采用550kV的超高压向B处输电，输电线上损耗的电功率为∆P，到达B处时电压下降了∆U，在保持A处输送的电功率和输电线电阻都不变的条件下，改用1100kV特高压输电，输电线上损耗的电功率变为∆P′，到达B处时电压下降了∆U′，不考虑其他因素的影响，则（　　） A． B． C． D． 8.我国特高压技术一路领先全球，特高压技术，指交流1000kV和直流±800kV电压等级的输电技术。该技术最大的特点是能够实现长途高效输电，被称为“电力系统高速铁路”。如图的高压输电线上使用“abcd正方形间隔棒”支撑导线，目的是将导线间距固定为l，防止导线相碰，图为其截面图，abcd的几何中心为O，四根导线通有等大同向如图电流，导线可以看成足够长的直导线，不计地磁场的影响，则（　　） A．若输送交流电，则穿过面abcd的磁通量会随时间变化 B．O点的磁感应强度方向垂直纸面向外 C．ab边中点处的磁感应强度不为零，方向沿ab边中点指向a D．受到其它导线的力沿着方向向上 9.直流特高压输电技术已成为我国“西电东送”战略的技术基础，其输电原理如图所示。若变压器、均为理想变压器，的匝数之比，直流输电线的总电阻等效为，整流及逆变过程的能量损失不计，交流电的有效值不变。下列说法正确的是（　　） A．图中“”指交流电的最大值 B．直流输电电流大小为 C．当用户负载增加时，输电线上损失的电压会减小 D．当用户负载增加时，会增大 10.我国特高压输电技术全球领先，有四分裂、六分裂和八分裂形式。四分裂是指每组输电线都由4根相互平行的固定水平长直导线组成，截面图如图所示，呈正方形，中心为O。ABCD四根导线通有大小均为I、方向均垂直纸面向外的电流，已知单独一根通电导线在点产生的磁感应强度大小为，下列说法正确的是（　　） A．B、C导线相互排斥 B．导线D受到的安培力方向指向 C．A、B、C三根导线在O点产生的磁感应强度方向水平向左 D．A、B两根导线在O点产生的磁感应强度大小为 11.2023年6月11日，宁夏至湖南±800kV特高压直流输电工程正式开工建设，这是我国首条以输送“沙戈荒”风电光伏大基地新能源为主的电力外送大通道，该工程将于2025年末建成投产。±800kV指两根导线对地之间的电压分别为正800kV和负800kV，两根导线之间是1600kV。受端在衡阳换流站以500kV接入湖南电网交流系统。输电线路流程可简化为如图所示，若直流输电线的总电阻为10，不计变压器与整流等造成的能量损失，直流变交流时，有效值不变。输电功率为时，下列说法正确的是（　　） A．输电线路中电流为 B．衡阳换流站的输入功率为 C．衡阳换流站的输入电压为±800kV D．若保持输送功率不变，用±500kV输电，衡阳换流站的输入功率比用±800kV输电时减少 12.2025年12月30日，蒙西至京津冀±800kV特高压直流工程正式开工建设。某远距离输电的原理示意图如图所示，已知升压变压器原线圈两端的电压为且保持不变，升压变压器的输入功率为，升压变压器的原、副线圈的匝数分别为、，输电线电阻为R，两变压器均为理想变压器。下列说法正确的是（　　） A．升压变压器副线圈的输出电压 B．输电线上损耗的功率 C．若用户处电阻减小，则输电线上损耗的功率增大 D．若仅将升压变压器的原线圈的匝数变为，则输电线上损耗的功率变为原来的2倍 13.某科技社团的同学到某市光伏新能源基地后，对其核心部件霍尔元件产生浓厚兴趣，他们通过查找资料得知霍尔电压满足关系式，其中为霍尔元件的灵敏度，现通过实验探究型号SS49E霍尔元件（其内可自由移动的粒子为电子）的特性。他们用强磁体（磁感应强度为恒定值）提供磁场，将霍尔元件置于磁场中，连接成如图甲所示的电路。 (1)闭合开关，调节滑动变阻器改变电流大小，用多用电表直流电压挡测量对应的时，应接多用电表的______表笔（红，黑）；其中某次测量电压时，多用电表指针位置如图乙所示，多用电表的读数为______。 (2)重复步骤（1），根据所测数据在图丙坐标纸上描点并画出图线。若已知该强磁体的磁感应强度，则该霍尔元件的灵敏度____（保留2位有效数字）。 (3)实验前，若未对多用电表的电压挡进行机械调零，在时指针在0刻度线右侧，但该同学未修正此误差，这会导致最终计算出的灵敏度的测量值______（填“偏大”“偏小”或“不变”）。 14.图甲为太阳能山地车尾灯，其内部为一组镍氢电池组充电的光伏板，该光伏板受到阳光照射时，将太阳能转化为镍氢电池中的电能。某同学想测量该光伏板的电动势（约为）和内阻，他从实验室借到了以下器材：电压表V（量程，内阻为），毫安表A（量程，内阻很小），滑动变阻器R（），定值电阻，定值电阻，开关、导线若干。图乙为该同学设计测量的电路： (1)闭合开关S前，应将滑动变阻器的滑片移到__________（填“a”或“b”）端。闭合开关后，调节滑动变阻器，测得多组数据，某次电压表的示数如图丙所示，则这时电路中的电压为__________V。 (2)为了精确测量电路电压，则与电压表串联的定值电阻为__________（选填“”或“”）。 (3)给光伏板一定的光照进行实验，将电压表的读数记为U，毫安表的读数记为I，通过改变滑动变阻器的阻值，测得多组U、I值，根据记录的实验数据做出图像如图丁所示，通过图像可得光伏板的电动势__________V，图中为线性段，此阶段光伏板的内阻__________。（结果均保留2位小数） (4)由于电压表分流，实验中测量出的电动势比真实值__________（填“大”、“小”或“不变”）。 2.4光学：光生伏特，解锁太阳能转化密码 15.光伏板生产厂家通常会在光伏板的玻璃表面涂敷增透膜，用来提高光的利用率。原理如图，入射光会分别在增透膜的前表面和后表面发生反射，两束反射光相互抵消，从而降低反射光的强度，增强透射光的强度。该技术主要用到了（　　） A．光的干涉 B．光的衍射 C．光的偏振 D．多普勒效应 16.为了提高光的利用率，生产厂家通常会在光伏板的玻璃表面涂敷增透膜，原理如图所示，入射光会分别在薄膜的前表面和后表面发生反射，两束反射光发生干涉相互抵消，从而降低反射光的强度，增强透射光的强度；已知某单色光在薄膜中的波长为，则关于增透膜的最小厚度d，正确的是（　　）    A． B． C． D． 17.某新型光伏电池采用多层复合膜结构，通过调节沉积电压可精确控制表面减反射膜的厚度。当自然光照射时，膜层前后表面反射的光发生叠加，电池表面呈现彩虹色条纹。关于此现象，下列说法正确的是（　　） A．这是光的折射现象 B．这是光的干涉现象 C．若膜层厚度分布不均匀，电池表面一定会呈现白色 D．若膜层厚度分布不均匀，电池表面可能会呈现彩色条纹 18.我国光伏发电技术处于世界领先地位。为提高光伏发电效率，需要在光伏玻璃的上表面涂一层增透膜，而增透膜材料的折射率对透光率有明显影响。我国某厂家发明了空心纳米粒子增透膜（内部呈蜂窝状结构），改变了材料的折射率，显著提高了透光率。若增透膜使用折射率为的实心纳米粒子材料制成，其最小厚度为；若增透膜使用折射率为的空心纳米粒子材料制成，其最小厚度为。则（　　） A． B． C． D． 19.泉州光伏产业非常发达，拥有国家级博士后科研工作站及国家级企业技术中心．街道上的很多电子显示屏，其最重要的部件就是发光二极管．有一种发光二极管，它由半径为R的半球体介质ABC和发光管芯组成，管芯发光区域是半径为r的圆面PQ，其圆心与半球体介质的球心O 重合，如图所示．图中发光圆面发出的某条光线射向D点，入射角为30°，折射角为45°。 （i）求半球体介质对光的折射率n； （ii）为使从发光圆面PQ射向半球面上所有的光都能直接射出，管芯发光区域面积最大值为多少？ 2.5原子：能级跃迁，深析光电微观本质 20.2025年7月，比亚迪光伏车身技术正式发布。当太阳光照射光伏车顶时，光子被光伏板上的硅材料吸收，硅原子获得能量并跃迁，已知基态硅原子的第一电离能约为8.15eV。如图所示为氢原子的能级示意图，一群氢原子处于n=3的激发态，在向低能级跃迁的过程中向外辐射出光子，下列说法正确的是（　　） A．这群氢原子能辐射出三种不同频率的光 B．根据玻尔理论，氢原子向低能级跃迁时，电子动能减小 C．从n=3能级跃迁到n=2能级发出的光波长最短 D．这群氢原子向低能级跃迁时发出的光中，有3种能使基态硅原子电离 21.内蒙古包头市被称为“世界绿色硅都”，其制造的光伏发电板销往世界各地。光伏发电的原理为光电效应。当光照射晶片时，晶片中的电子变为光电子，与正电荷分开，分布于两个区域，形成电势差发电。关于光伏发电下列说法正确的是（　　） A．输入的光子能量完全转化为光电子的能量 B．光电子的最大初动能与入射光子的频率成正比 C．光电子与正电荷分开过程中，光电子的电势能增加 D．电子吸收红光后的最大初动能比吸收紫光后的最大初动能大 22.光伏发电的原理是光电效应。假设太阳光子垂直射到发电板上并全部被吸收。已知光伏发电板面积为S，发电板单位面积上受到光子平均作用力为F，每个光子动量为（其中h为普朗克常量，v为光子的频率，c为真空中的光速），则下列说法正确的是（　　） A．发生光电效应时，入射光的强度越大遏止电压越高 B．发生光电效应时，入射光的强度越大遏止电压越低 C．t秒内该光伏发电板上接收到的光子能量为FSct D．t秒内该光伏发电板上接收到的光子能量为FSthv 23.光伏发电的基本原理基于光电效应，如图所示为某金属材料发生光电效应时，入射光波长与发射出光电子的最大初动能的关系图像，图像纵截距为，且无限趋近平行于直线，真空中光速为，则普朗克常量可表示为（　　） A． B． C． D． 24.钙钛矿是新型太阳能电池的重点研发方向之一，我国科研团队刷新大面积全钙钛矿光伏组件光电转化效率世界纪录。面积为的太阳能电池板总保持与太阳光线垂直，在电池板处太阳光的强度为，假设太阳辐射波长为的单色光，而且所有辐射到电池板上的光子均被板吸收，已知，，则电池板每秒钟吸收的光子数目约为（　　） A．个 B．个 C．个 D．个 25.光伏农业中，光控继电器利用光电效应控制电路。如图为光控继电器原理图，包含光电管（阴极K）、电源、放大器和电磁铁。现用图1所示装置研究两种金属a、b的光电效应的规律。图2为反映两种金属光电效应规律的图像，为入射光的频率，为遏止电压。电源电压足够，h为普朗克常量。下列说法正确的是（　　） A．金属a的逸出功大于金属b B．若阴极材料为金属b时，电磁继电器能正常工作。则仅将阴极材料换成金属a后，电磁继电器也一定能正常工作 C．调换电源正负极，即使入射光频率足够高，电磁继电器始终不工作 D．若在光线频率大于金属板截止频率情况下，仅增大光强，电磁继电器吸引力增强 26.光控继电器在光伏发电系统中用于控制太阳能电池板的开关和进行动态监测。如图所示为光控继电器的原理示意图，它由电源、光电管、放大器、电磁继电器等组成，K为光电管阴极。用绿光照射K时，能发生光电效应，衔铁被吸住，则（　　） A．仅增大绿光照射强度，电磁铁磁性将变弱 B．仅增大绿光照射强度，电磁铁磁性将变强 C．改用紫光照射K时，阴极金属材料的逸出功将变大 D．改用紫光照射K时，光电子的最大初动能将变大 27.某种光伏电池的工作原理如图所示。半径为的透明导电的球壳为阳极A，球形感光材料为阴极K，电压表为理想电压表。现用动量为的黄光照射K极，K极能发射出最大初动能为的光电子。已知电子电荷量为，光速为，普朗克常量为，忽略光电子重力及之间的相互作用。下列说法正确的是（　　） A入射光子的波长为 B阴极感光材料的逸出功为 C．若仅增大入射光强度，电压表的示数将增大 D．若用紫光照射K极，电压表的最大示数将大于 ( 1 ) 学科网（北京）股份有限公司 $ 科技热点2：新能源与新型电力系统-特高压与光伏背后的电磁学逻辑 科技热点2：新能源与新型电力系统-特高压与光伏背后的电磁学逻辑目录 一、核心物理原理 1.特高压输电：电磁损耗与高效输电（电磁学核心） 2.光伏发电：光电效应与并网电磁逻辑（波粒二象性+电路） 3.新型储能：电磁与能量的协同（延伸考点） 4.算电协同：电磁与算力的融合（革新考点） 二、典型高考试题情境 1.特高压输电类 2.光伏发电类 3.新型电力系统压轴题 三、备考清单 1.必背公式 2.核心模型 3.易错提醒 四、科技热点2-新能源与新型电力系统专项精练 2.1力学：场力共济，夯实电磁动力根基 2.2热学：能效守恒，明晰热电转换机制 2.3电学：特高压纵横，破译电能传输逻辑 2.4光学：光生伏特，解锁太阳能转化密码 2.5原子：能级跃迁，深析光电微观本质 核心表述：制定能源强国建设规划纲要。着力构建新型电力系统，加快智能电网建设，发展新型储能，扩大绿电应用。配套部署：完善促进绿色低碳发展政策，实施重点行业提质降本降碳行动，深入推进零碳园区和工厂建设。设立国家低碳转型基金，培育氢能、绿色燃料等新增长点。加强化石能源清洁高效利用。成果回顾：第一批“沙戈荒”新能源基地项目基本建成投产，新型储能装机规模超过1.3亿千瓦，非化石能源消费占比达到21.7%。 新能源与新型电力系统是2026两会重点部署的能源战略，以特高压输电、光伏发电、新型储能为核心，是高考物理电磁学、电路、能量守恒、光电效应等核心考点的高频命题情境。两会明确提出“构建新型电力系统，加快智能电网建设，发展新型储能，扩大绿电应用”，特高压作为“电力高速公路”、光伏作为绿电核心来源，其运行原理深度贴合高中物理主干知识。 一、核心物理原理 1.特高压输电：电磁损耗与高效输电（电磁学核心） 特高压输电（交流≥1000 kV、直流≥±800 kV）的核心逻辑是“高压降损”，全程贯穿电磁学与电路规律，是高考综合题高频情境： 核心公式支撑：输送功率 ，线路焦耳损耗 ，电压越高，电流越小，损耗越低（如±1100 kV工程较传统线路损耗降低约45%），完美契合电路功率计算考点。 AC/DC转换电磁原理：发电端经换流站将交流电整流为直流电（减少无功损耗与相位差影响），受电端再逆变为交流电适配本地电网，涉及电磁感应、交变电流、整流/逆变电路等核心知识点。 柔性直流（高考新热点）：换流阀通过电磁调节实现电压/电流动态平滑控制，提升新能源并网稳定性，考查电力电子器件、电磁感应、闭环控制，贴合两会“算电协同”新基建要求。 电磁干扰与绝缘：高场强下电晕放电引发电磁干扰、射频损耗，涉及电场强度、介质绝缘分析，是选择题常考的细节考点。 2.光伏发电：光电效应与并网电磁逻辑（波粒二象性+电路） 光伏发电是绿电核心组成，其核心是光生伏特效应，衔接电磁学、波粒二象性，是高考实验题、计算题的重要载体： 核心效应：光生伏特效应（爱因斯坦因解释该效应获1921年诺贝尔物理学奖），硅基PN结吸收光子能量，激发出空穴-电子对，形成电位差与电流，本质是光能向电能的转化，契合光电效应考点。 核心器件电磁原理：太阳能电池由N/P型半导体掺杂形成PN结，组成阵列后通过串并联提升电压/容量；逆变器将光伏阵列产生的直流电转化为工频交流电，经变压器升压后并入特高压电网，考查交变电流、变压器原理、电路串并联。 能量转化与电磁损耗：能量转化链为“光能→电能（光伏）→电能（特高压输电）→机械能/热能（用能）”，贯穿能量守恒、电功率、电磁损耗计算，同时关联新型储能的能量存储逻辑。 光伏并网控制：通过电磁传感器采集电压、电流信号，调节并网相位与功率，考查电磁感应、信号处理、电路调控，贴合两会“扩大绿电应用”部署。 3.新型储能：电磁与能量的协同（延伸考点） 两会重点强调发展新型储能，其运行原理与电磁学、能量守恒深度绑定： 电化学储能（锂电池为主）：锂离子电池通过锂离子“脱嵌反应”实现电能存储与释放，涉及电路充放电、电功率、能量效率计算，目前锂离子电池储能占新型储能总装机量95%以上。 物理储能（飞轮储能）：制动时将电能转化为飞轮动能存储，启动时再将动能转化为电能，涉及电磁感应、动能与电能转化，可用于电网调峰、稳定网压。 储能并网：储能装置通过电磁开关、变压器接入电网，实现“削峰填谷”，考查电路连接、电磁控制、功率分配，呼应两会“新型储能装机规模突破”的成果。 4.算电协同：电磁与算力的融合（革新考点） 2026两会首次将“算电协同”纳入新基建，其核心是电力与算力的深度融合，涉及电磁学应用： 绿电直供：光伏、风电等绿电直接供应智算集群，减少交直流转换损耗，考查电磁转换、能量效率计算。 电力调控：通过电磁传感器监测算力节点电力需求，动态分配绿电，考查电磁信号传输、电路调控。 二、典型高考试题情境 1.特高压输电类 基础计算：已知特高压输电功率、线路电阻、电压等级，求输电电流、损耗功率、输电效率，考查电路功率、焦耳定律，是高考计算题高频题型。 柔性直流并网：给出新能源波动功率场景，分析换流阀如何通过电磁调节稳定电压/电流，考查电磁感应、动态响应、交变电流。 电晕放电分析：结合特高压电晕现象，分析电磁干扰产生原因及防护措施，考查电场强度、介质绝缘。 2.光伏发电类 光电效应实验：已知硅太阳能电池的截止频率、入射光频率，求光电子最大初动能、光电转换效率，考查光电效应方程、能量守恒，贴合教材实验延伸。 光伏并网计算：由太阳能电池板阵列串并联数、光照强度、逆变器效率，求并网电压/电流，结合变压器变比计算升压后输电电压，考查电路串并联、变压器原理。 光伏储能协同：已知光伏功率、储能装置容量，求储能充放电时间、能量利用率，考查电功率、能量守恒，关联两会新型储能热点。 3.新型电力系统压轴题 跨区域输电：西部光伏/风电经特高压送至东部负荷中心，分段考查光电效应、输电损耗、变压器、能量守恒，体现“西电东送”国家战略与两会能源部署。 算电协同应用：已知智算集群功率、绿电供应比例，求电力损耗、绿电利用率，考查电功率、电磁转换、能量效率。 储能与电网协同：分析飞轮储能、锂电池储能在电网调峰中的作用，计算充放电功率、能量损耗，考查电磁感应、能量转化。 三、备考清单 1.必背公式 输电相关：、、效率 变压器： （电压比=匝数比） 光电效应：（最大初动能公式）、（光子能量） 电路相关：（电阻定律）、（电功） 2.核心模型 高压降损输电模型（电路功率、损耗计算） 光伏光电效应模型（PN结、光生伏特效应） 变压器并网模型（交变电流、电压转换） 新型储能能量转化模型（电磁感应、能量守恒） 算电协同模型（绿电直供、电磁调控） 3.易错提醒 特高压输电中，计算损耗时需注意：电流中的U是输电电压，而非用户端电压，需区分输电电压与降压后的电压。 光伏光电效应中，入射光频率需大于截止频率才会产生光电流，光强影响光电流大小，不影响光电子最大初动能。 变压器只改变交变电压/电流，不改变功率（理想变压器），实际变压器存在电磁损耗，功率会有衰减。 新型储能中，飞轮储能属于物理储能，锂电池储能属于电化学储能，二者能量转化形式不同，解题时需区分。 算电协同中，绿电直供可减少电磁转换损耗，提升能量利用率，解题时需注意转换效率的计算。 四、科技热点2-新能源与新型电力系统专项精练 2.1力学：场力共济，夯实电磁动力根基 1.为落实国家“双碳”战略，推动能源绿色低碳转型，某区推进新型绿色光伏发电，光伏发电的原理是光电效应。假设太阳光子垂直射到发电板上并全部被吸收。已知光伏发电板面积为，发电板单位面积上受到光子平均作用力为，每个光子动量为（其中为普朗克常量，为光子的频率，为真空中的光速），则下列说法正确的是（　　） A．发生光电效应时，入射光的强度越大遏止电压越高 B．发生光电效应时，入射光的频率越高饱和光电流一定越大 C．秒内该光伏发电板上接收到的光子能量为 D．t秒内该光伏发电板上接收到的光子能量为 【答案】C 【详解】A．对光电效应的过程，根据能量守恒有 即入射光的频率越大，遏止电压越高，故A错误； B．发生光电效应时，入射光越强，光含有的光子数越多，其饱和光电流一定越大，故B错误； CD．设t秒内该光伏发电板上接收到的光子数为n，根据动量定理可得 已知光子的平均作用力为F，则有 联立解得光伏发电板接收到的光子数为 则由可得，t秒内该光伏发电板上接收到的光子能量为 故C正确，D错误。 故选C。 2.宝应县风电、光伏等新能源项目年发电量约21亿千瓦时，约占全县全年用电量的84%。叶片转速很慢时，可通过内部的齿轮箱进行提速后驱动发电机，如图所示是齿轮箱工作原理图一部分，A、B分别是从动轮（内齿轮）和主动轮（外齿轮）上两个点，下列说法中正确的是（　　） A．两个点的角速度相同 B．两个点的线速度大小相同 C．两个点的转速相同 D．两个点的向心加速度大小相同 【答案】B 【详解】B．根据齿轮传动规律可知两个点的线速度大小相同，故B正确； A．根据可知A点角速度大于B点角速度，故A错误； C．根据可知A点转速大于B点转速，故C错误； D．可知A点向心加速度大于B点向心加速度，故D错误。 故选B。 3.一辆电动小车上的光伏电池，将太阳能转换成的电能全部给电动机供电，刚好维持小车以速度v匀速运动，此时电动机的效率为。已知小车的质量为m，运动过程中受到的阻力（k为常量），该光伏电池的光电转换效率为，则光伏电池单位时间内获得的太阳能为（　　） A． B． C． D． 【答案】A 【详解】根据题意小车匀速运动，则有 小车的机械功率 由于电动机的效率为，则有 光伏电池的光电转换效率为，即 可得 故选A。 2.2热学：能效守恒，明晰热电转换机制 4.第19届杭州亚运会被称为首届“碳中和”亚运会，如图所示是杭州街头的太阳能椅，不仅可照明，还可为市民提供手机无线充电。关于太阳能椅，说法正确的是（　　） A．太阳能是一种不可再生能源 B．太阳能光伏板能把全部太阳能转化成电能 C．手机可以放在太阳能光伏板上进行无线充电 D．手机无线充电技术应用到电磁感应现象 【答案】D 【详解】A．太阳能、风能、水能、地热能等自然资源属于可再生资源，故A错误； B．太阳能光伏板能把太阳能转化成电能，但不是全部转化，会有损耗，故B错误； C．手机无线充电是应用电磁感应原理，所以手机无线充电要放在无线充电充电线圈上，不能直接放在太阳能光伏板上，故C错误； D．手机无线充电技术是应用电磁感应原理，故D正确。 故选D。 5.光伏发电是利用太阳能的技术之一，它利用太阳能电池板，将照射在其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。太阳光垂直照射地面，在每平方米的面积上，平均每分钟能得到8.4×104J的太阳能量，如果我们能利用太阳能的10%，那么在面积为50 m2的屋顶上可以利用的太阳能的功率最大为（　　） A．7 kW B．8.4 kW C．70 kW D．420 kW 【答案】A 【详解】令历时为t，能够利用的太阳能 根据功率的表达式有 解得 BCD错误，A正确。 故选A。 6.物理兴趣小组在参加完学校的“节能环保、低碳减排”活动后，提出了自己的一些设想，从物理学的角度，你认为可行的是（　　） A．制造一种运动装置，将它与地面的摩擦产生的内能全部转化为动能 B．制造一种自行车，把它行进时的一部分动能转化成电能，提供照明 C．将城市的楼顶全部安装光伏发电装置，节能减排 D．利用永久磁铁间的作用力，造一台永远转动的机械 【答案】BC 【详解】A．制造一种运动装置，将它与地面的摩擦产生的内能全部转化为动能这个设想违反了热力学第二定律，是不可行的，故A错误； B．制造一种自行车，把它行进时的一部分动能转化成电能，提供照明，这符合能量守恒与热力学第二定律，是可行的，故B正确； C．将城市的楼顶全部安装光伏发电装置，充分利用太阳能，能够做到节能减排，故C正确； D．利用永久磁铁间的作用力，造一台永远转动的机械，这违背了能量守恒定律，不可行，故D错误。 故选BC。 2.3电学：特高压纵横，破译电能传输逻辑 7.特高压输电可以大幅提升输电效率，显著降低远距离输送的能耗。我国特高压输电技术水平与应用规模均居全球领先。现假设从A处采用550kV的超高压向B处输电，输电线上损耗的电功率为∆P，到达B处时电压下降了∆U，在保持A处输送的电功率和输电线电阻都不变的条件下，改用1100kV特高压输电，输电线上损耗的电功率变为∆P′，到达B处时电压下降了∆U′，不考虑其他因素的影响，则（　　） A． B． C． D． 【答案】A 【详解】AB．设输送功率为，输电线总电阻为，输电电流满足 输电线上损耗的功率 可知∆P与输电电压U的平方成反比，输电电压从550kV变为1100kV，即 因此，故A正确，B错误； CD．输电线上的电压损失 可知∆U与输电电压U成反比，当时，有，故CD错误。 故选A。 8.我国特高压技术一路领先全球，特高压技术，指交流1000kV和直流±800kV电压等级的输电技术。该技术最大的特点是能够实现长途高效输电，被称为“电力系统高速铁路”。如图的高压输电线上使用“abcd正方形间隔棒”支撑导线，目的是将导线间距固定为l，防止导线相碰，图为其截面图，abcd的几何中心为O，四根导线通有等大同向如图电流，导线可以看成足够长的直导线，不计地磁场的影响，则（　　） A．若输送交流电，则穿过面abcd的磁通量会随时间变化 B．O点的磁感应强度方向垂直纸面向外 C．ab边中点处的磁感应强度不为零，方向沿ab边中点指向a D．受到其它导线的力沿着方向向上 【答案】C 【详解】A．根据安培定则可知，通电导线产生磁场的磁感线是以导线上的点为圆心的一簇同心圆，即上述四根通电导线产生的磁场方向均平行于abcd平面，可知，穿过abcd的磁通量始终为零，即穿过面abcd的磁通量不会随时间变化，故A错误； B．通电导线中电流相等，到中心O的间距相等，四根通电导线在中心产生的磁感应强度大小相等，根据安培定则可知，在中心的磁场方向分别为，根据矢量叠加原理，O点的磁感应强度为0，故B错误； C．ab边中点距离导线近一些，该点的磁感应强度由决定，由于间距相等，两导线在该处的磁感应强度大小相等，根据安培定则确定两导线在该点的磁场方向，根据矢量叠加原理可知，ab边中点处的磁感应强度方向由中点指向a，故C正确； D．电流方向相同的两导线之间相互作用的是引力，根据矢量合成规律可知，受到的安培力沿着方向向下，故D错误。 故选C。 9.直流特高压输电技术已成为我国“西电东送”战略的技术基础，其输电原理如图所示。若变压器、均为理想变压器，的匝数之比，直流输电线的总电阻等效为，整流及逆变过程的能量损失不计，交流电的有效值不变。下列说法正确的是（　　） A．图中“”指交流电的最大值 B．直流输电电流大小为 C．当用户负载增加时，输电线上损失的电压会减小 D．当用户负载增加时，会增大 【答案】B 【详解】A．图中“”指交流电的有效值，故A错误； B．由 可得 则直流输电电流大小为,故B正确； CD．当用户负载增加时，副线圈电流增大，由 可得原线圈电流增大，从而输电电流会增大，由 可得输电线上损失的电压会增大，则减小，故而减小，故CD错误； 故选B。 10.我国特高压输电技术全球领先，有四分裂、六分裂和八分裂形式。四分裂是指每组输电线都由4根相互平行的固定水平长直导线组成，截面图如图所示，呈正方形，中心为O。ABCD四根导线通有大小均为I、方向均垂直纸面向外的电流，已知单独一根通电导线在点产生的磁感应强度大小为，下列说法正确的是（　　） A．B、C导线相互排斥 B．导线D受到的安培力方向指向 C．A、B、C三根导线在O点产生的磁感应强度方向水平向左 D．A、B两根导线在O点产生的磁感应强度大小为 【答案】B 【详解】A．由于B、C两根导线通入的电流方向相同，故两导线相互吸引，故A错误； B．由于A、B、C三根导线通入的电流对D导线均吸引，由平行四边形定则可知导线D受到的安培力方向指向故B正确； C．A、B、C三根导线在点产生的磁感应强度大小均为，A导线在点产生的磁场由指向点，B导线在点产生的磁场由指向点，C导线在点产生的磁场由指向点，三个磁场叠加，可得点的磁场方向由指向点，故C错误； D．由右手螺旋定则和平行四边形定则可知，A、B输电线缆在点处的磁感应强度方向相互垂直，在点处的磁感应强度大小为，故D错误。 故选B。 11.2023年6月11日，宁夏至湖南±800kV特高压直流输电工程正式开工建设，这是我国首条以输送“沙戈荒”风电光伏大基地新能源为主的电力外送大通道，该工程将于2025年末建成投产。±800kV指两根导线对地之间的电压分别为正800kV和负800kV，两根导线之间是1600kV。受端在衡阳换流站以500kV接入湖南电网交流系统。输电线路流程可简化为如图所示，若直流输电线的总电阻为10，不计变压器与整流等造成的能量损失，直流变交流时，有效值不变。输电功率为时，下列说法正确的是（　　） A．输电线路中电流为 B．衡阳换流站的输入功率为 C．衡阳换流站的输入电压为±800kV D．若保持输送功率不变，用±500kV输电，衡阳换流站的输入功率比用±800kV输电时减少 【答案】AB 【详解】A．两根导线之间是1600kV，则输电功率为时，输电线路中电流为 故A正确； B．输电线损耗的电功率为 W 则衡阳换流站的输入功率为 W 故B正确； C．输电线的内阻两端有电压，则衡阳换流站的输入电压小于±800kV，故C错误； D．若保持输送功率不变，用±500kV输电，则电流为 输电线损耗的电功率为 W 则衡阳换流站的输入功率为 W 衡阳换流站的输入功率比用±800kV输电时减少 W 故D错误； 故选AB。 12.2025年12月30日，蒙西至京津冀±800kV特高压直流工程正式开工建设。某远距离输电的原理示意图如图所示，已知升压变压器原线圈两端的电压为且保持不变，升压变压器的输入功率为，升压变压器的原、副线圈的匝数分别为、，输电线电阻为R，两变压器均为理想变压器。下列说法正确的是（　　） A．升压变压器副线圈的输出电压 B．输电线上损耗的功率 C．若用户处电阻减小，则输电线上损耗的功率增大 D．若仅将升压变压器的原线圈的匝数变为，则输电线上损耗的功率变为原来的2倍 【答案】BC 【详解】A．由变压器原理可知，解得，选项A错误； B．由变压器原理可知， 输电线上损耗的功率，选项B正确； C．当用户处电阻减小时，降压变压器次级电流变大，则初级电流也变大，则输电线上的电流增大，输电线上损耗的功率增大，选项C正确； D．若仅将升压变压器的原线圈的匝数变为，则升压变压器副线圈两端的电压变为原来的2倍，输电线上的电流变为原来的，根据，可知输电线上损耗的功率变为原来的，选项D错误。 故选BC。 13.某科技社团的同学到某市光伏新能源基地后，对其核心部件霍尔元件产生浓厚兴趣，他们通过查找资料得知霍尔电压满足关系式，其中为霍尔元件的灵敏度，现通过实验探究型号SS49E霍尔元件（其内可自由移动的粒子为电子）的特性。他们用强磁体（磁感应强度为恒定值）提供磁场，将霍尔元件置于磁场中，连接成如图甲所示的电路。 (1)闭合开关，调节滑动变阻器改变电流大小，用多用电表直流电压挡测量对应的时，应接多用电表的______表笔（红，黑）；其中某次测量电压时，多用电表指针位置如图乙所示，多用电表的读数为______。 (2)重复步骤（1），根据所测数据在图丙坐标纸上描点并画出图线。若已知该强磁体的磁感应强度，则该霍尔元件的灵敏度____（保留2位有效数字）。 (3)实验前，若未对多用电表的电压挡进行机械调零，在时指针在0刻度线右侧，但该同学未修正此误差，这会导致最终计算出的灵敏度的测量值______（填“偏大”“偏小”或“不变”）。 【答案】(1) 红 0.60(2)1.0（0.90-1.1均可）(3)不变 【详解】（1）[1]磁场方向从上向下，电流方向从右到左，因该霍尔元件内自由移动的粒子为电子，所以电子从左向右运动，根据左手定则，可知霍尔元件前表面的电势低于后表面，根据多用电表电流应从红表笔流进、黑表笔流出可知，红表笔应对接图甲中的； [2]使用直流电压挡，应读取表盘上的刻度线，指针指示刻度为，因为刻度对应满偏电压，故读数应为。 （2）在拟合直线上选取相距较远的两点，如和，计算出斜率 根据 可知图像的斜率 解得该霍尔元件的灵敏度 （3）电压挡的零点误差会使所有电压测量值增大（或减小）一个固定值，这导致图线整体向上（或向下）平移，但拟合直线的斜率不变，所以多用电表的电压挡没有机械调零对灵敏度的测量值无影响。 14.图甲为太阳能山地车尾灯，其内部为一组镍氢电池组充电的光伏板，该光伏板受到阳光照射时，将太阳能转化为镍氢电池中的电能。某同学想测量该光伏板的电动势（约为）和内阻，他从实验室借到了以下器材：电压表V（量程，内阻为），毫安表A（量程，内阻很小），滑动变阻器R（），定值电阻，定值电阻，开关、导线若干。图乙为该同学设计测量的电路： (1)闭合开关S前，应将滑动变阻器的滑片移到__________（填“a”或“b”）端。闭合开关后，调节滑动变阻器，测得多组数据，某次电压表的示数如图丙所示，则这时电路中的电压为__________V。 (2)为了精确测量电路电压，则与电压表串联的定值电阻为__________（选填“”或“”）。 (3)给光伏板一定的光照进行实验，将电压表的读数记为U，毫安表的读数记为I，通过改变滑动变阻器的阻值，测得多组U、I值，根据记录的实验数据做出图像如图丁所示，通过图像可得光伏板的电动势__________V，图中为线性段，此阶段光伏板的内阻__________。（结果均保留2位小数） (4)由于电压表分流，实验中测量出的电动势比真实值__________（填“大”、“小”或“不变”）。 【答案】(1) a (2)(3) 3.80 4.69(4)小 【详解】（1）[1]为了保护电路，闭合开关S前，应将滑动变阻器的滑片移到a端； [2]该光伏板的电动势电压表内阻为，若与阻值为的定值电阻串联，可将电压表量程扩大一倍，可满足实验要求。若与阻值为的定值电阻串联，可将电压表量程扩大5倍，读数时误差较大，所以与电压表串联的定值电阻为。由图丙可知电压表的读数为。 （2）由小问1详解可知与电压表串联的定值电阻应选 （3）[1][2]根据电路结合闭合电路的欧姆定律可知 可得 由图可知 所得光伏板的电动势为 结合图像可知内阻为 （4）由于电压表分流，导致测得通过电源的电流偏小，则实验中测量出的电动势比真实值小。 2.4光学：光生伏特，解锁太阳能转化密码 15.光伏板生产厂家通常会在光伏板的玻璃表面涂敷增透膜，用来提高光的利用率。原理如图，入射光会分别在增透膜的前表面和后表面发生反射，两束反射光相互抵消，从而降低反射光的强度，增强透射光的强度。该技术主要用到了（　　） A．光的干涉 B．光的衍射 C．光的偏振 D．多普勒效应 【答案】A 【详解】生产厂家通常会在光伏板的玻璃表面涂敷增透膜，入射光会分别在薄膜的前表面和后表面发生反射，两束反射光发生干涉相互抵消，从而降低反射光的强度，增强透射光的强度，用了光的干涉的原理。 故选A。 16.为了提高光的利用率，生产厂家通常会在光伏板的玻璃表面涂敷增透膜，原理如图所示，入射光会分别在薄膜的前表面和后表面发生反射，两束反射光发生干涉相互抵消，从而降低反射光的强度，增强透射光的强度；已知某单色光在薄膜中的波长为，则关于增透膜的最小厚度d，正确的是（　　）    A． B． C． D． 【答案】D 【详解】入射光分别在薄膜的前表面和后表面发生反射，当光到薄膜的前表面和后表面的光程差为半波长的奇数倍时，两束反射光发生干涉相互抵消，增透膜的最小厚度 故选D。 17.某新型光伏电池采用多层复合膜结构，通过调节沉积电压可精确控制表面减反射膜的厚度。当自然光照射时，膜层前后表面反射的光发生叠加，电池表面呈现彩虹色条纹。关于此现象，下列说法正确的是（　　） A．这是光的折射现象 B．这是光的干涉现象 C．若膜层厚度分布不均匀，电池表面一定会呈现白色 D．若膜层厚度分布不均匀，电池表面可能会呈现彩色条纹 【答案】BD 【详解】AB．题目中的现象是由膜层前后表面反射的光叠加引起，是光的干涉现象，而非折射现象，A错误，B正确； CD．膜层厚度分布不均匀时，不同厚度处会对不同波长的光产生相长或相消干涉，电池表面可能会呈现彩色条纹，而非一定呈现白色，C错误，D正确。 故选BD。 18.我国光伏发电技术处于世界领先地位。为提高光伏发电效率，需要在光伏玻璃的上表面涂一层增透膜，而增透膜材料的折射率对透光率有明显影响。我国某厂家发明了空心纳米粒子增透膜（内部呈蜂窝状结构），改变了材料的折射率，显著提高了透光率。若增透膜使用折射率为的实心纳米粒子材料制成，其最小厚度为；若增透膜使用折射率为的空心纳米粒子材料制成，其最小厚度为。则（　　） A． B． C． D． 【答案】BC 【详解】AB．空心纳米粒子增透膜（内部呈蜂窝状结构），改变了材料的折射率，显著提高了透光率，故，故B正确，A错误； CD．增透膜的厚度只使反射的光干涉相消，但薄膜的厚度不宜过大，只需使其厚度为光在膜中波长的，使光在增透膜的前、后两个表面上的反射光互相抵消。光从真空进入某种介质后，其波长会发生变化，若光在真空中波长为，在增透膜中的波长为λ，由折射率与光速的光系和光速与波长及频率的关系得 得 解得增透膜厚度 则 则 故C正确，D错误。 故选BC。 19.泉州光伏产业非常发达，拥有国家级博士后科研工作站及国家级企业技术中心．街道上的很多电子显示屏，其最重要的部件就是发光二极管．有一种发光二极管，它由半径为R的半球体介质ABC和发光管芯组成，管芯发光区域是半径为r的圆面PQ，其圆心与半球体介质的球心O 重合，如图所示．图中发光圆面发出的某条光线射向D点，入射角为30°，折射角为45°。 （i）求半球体介质对光的折射率n； （ii）为使从发光圆面PQ射向半球面上所有的光都能直接射出，管芯发光区域面积最大值为多少？ 【答案】（1）（2） 【详解】（1）根据折射定律，解得 （2）从P到Q点垂直于圆面发出的光射到球面的入射角的最大为a，则 ，设光发生全翻身的临界角为C，则，不发生全反射应满足，解得，管芯发光区域面积应满足 2.5原子：能级跃迁，深析光电微观本质 20.2025年7月，比亚迪光伏车身技术正式发布。当太阳光照射光伏车顶时，光子被光伏板上的硅材料吸收，硅原子获得能量并跃迁，已知基态硅原子的第一电离能约为8.15eV。如图所示为氢原子的能级示意图，一群氢原子处于n=3的激发态，在向低能级跃迁的过程中向外辐射出光子，下列说法正确的是（　　） A．这群氢原子能辐射出三种不同频率的光 B．根据玻尔理论，氢原子向低能级跃迁时，电子动能减小 C．从n=3能级跃迁到n=2能级发出的光波长最短 D．这群氢原子向低能级跃迁时发出的光中，有3种能使基态硅原子电离 【答案】A 【详解】A．这群氢原子跃迁时有三种跃迁方式，分别是、、，故能辐射出三种不同频率的光，故A正确； B．根据玻尔理论，氢原子向低能级跃迁时，电势能减小，动能增大，故B错误； C．n=3能级与n=2能级的能量差最小，从n=3能级跃迁到n=2能级发出的光的光子能量最小，对应发出的光频率最小，波长最长，故C错误； D．这群氢原子向低能级跃迁时发出的光中，只有和这两种跃迁方式放出的光子的能量大于8.15eV，故有2种能使基态硅原子电离，故D错误。 故选A。 21.内蒙古包头市被称为“世界绿色硅都”，其制造的光伏发电板销往世界各地。光伏发电的原理为光电效应。当光照射晶片时，晶片中的电子变为光电子，与正电荷分开，分布于两个区域，形成电势差发电。关于光伏发电下列说法正确的是（　　） A．输入的光子能量完全转化为光电子的能量 B．光电子的最大初动能与入射光子的频率成正比 C．光电子与正电荷分开过程中，光电子的电势能增加 D．电子吸收红光后的最大初动能比吸收紫光后的最大初动能大 【答案】C 【详解】A．由光电效应方程，光电子的最大初动能等于光子的能量减去逸出功，故输入的光子能量并没有完全转化为光电子的能量，故A错误； B．由光电效应方程，光电子的最大初动能与入射光子的频率是一次函数关系，不成正比，故B错误； C．光电子与正电荷分开过程中，克服静电力做功，光电子的电势能增加，故C正确； D．因为紫光的频率大于红光的频率，由光电效应方程，可知电子吸收红光后的最大初动能比吸收紫光后的最大初动能小，故D错误。 故选C。 22.光伏发电的原理是光电效应。假设太阳光子垂直射到发电板上并全部被吸收。已知光伏发电板面积为S，发电板单位面积上受到光子平均作用力为F，每个光子动量为（其中h为普朗克常量，v为光子的频率，c为真空中的光速），则下列说法正确的是（　　） A．发生光电效应时，入射光的强度越大遏止电压越高 B．发生光电效应时，入射光的强度越大遏止电压越低 C．t秒内该光伏发电板上接收到的光子能量为FSct D．t秒内该光伏发电板上接收到的光子能量为FSthv 【答案】C 【详解】AB．根据爱因斯坦光电效应方程有 即入射光的频率越大，遏止电压越高，与入射光的强度无关，故AB错误； CD．设t秒内该光伏发电板上接收到的光子数为n，根据动量定理可得 已知发电板单位面积上受到光子的平均作用力为F，则有 联立解得光伏发电板接收到的光子数 由 可得t秒内该光伏发电板上接收到的光子能量 故C正确，D错误。 故选C。 23.光伏发电的基本原理基于光电效应，如图所示为某金属材料发生光电效应时，入射光波长与发射出光电子的最大初动能的关系图像，图像纵截距为，且无限趋近平行于直线，真空中光速为，则普朗克常量可表示为（　　） A． B． C． D． 【答案】C 【详解】根据题意，由光电效应方程有 又有 整理可得 由图可知，当时， 解得 当时， 联立解得 故选C。 24.钙钛矿是新型太阳能电池的重点研发方向之一，我国科研团队刷新大面积全钙钛矿光伏组件光电转化效率世界纪录。面积为的太阳能电池板总保持与太阳光线垂直，在电池板处太阳光的强度为，假设太阳辐射波长为的单色光，而且所有辐射到电池板上的光子均被板吸收，已知，，则电池板每秒钟吸收的光子数目约为（　　） A．个 B．个 C．个 D．个 【答案】A 【详解】太阳能电池板接收的功率为 一个光子的能量为 则电池板每秒钟吸收的光子数目 故选A。 25.光伏农业中，光控继电器利用光电效应控制电路。如图为光控继电器原理图，包含光电管（阴极K）、电源、放大器和电磁铁。现用图1所示装置研究两种金属a、b的光电效应的规律。图2为反映两种金属光电效应规律的图像，为入射光的频率，为遏止电压。电源电压足够，h为普朗克常量。下列说法正确的是（　　） A．金属a的逸出功大于金属b B．若阴极材料为金属b时，电磁继电器能正常工作。则仅将阴极材料换成金属a后，电磁继电器也一定能正常工作 C．调换电源正负极，即使入射光频率足够高，电磁继电器始终不工作 D．若在光线频率大于金属板截止频率情况下，仅增大光强，电磁继电器吸引力增强 【答案】BD 【详解】A．根据 变形得 根据图2可知，当时， 可知，金属a的逸出功小于金属b，故A错误； B．结合上述，金属a对应的截止频率小于金属b，可知，若阴极材料为金属b时，电磁继电器能正常工作，则仅将阴极材料换成金属a后，仍然能够发生光电效应，则电磁继电器也一定能正常工作，故B正确； C．入射光频率足够高时，阴极上能够发生光电效应，调换电源正负极，光电管两侧电压为减速电压，当电压小于遏止电压时，电子仍然能够达到阳极，电磁继电器仍然能够工作，故C错误； D．若在光线频率大于金属板截止频率情况下，阴极上能够发生光电效应，仅增大光强，即单位时间从阴极逸出的光电子数目增多，回路中电流增大，则电磁继电器吸引力增强，故D正确。 故选BD。 26.光控继电器在光伏发电系统中用于控制太阳能电池板的开关和进行动态监测。如图所示为光控继电器的原理示意图，它由电源、光电管、放大器、电磁继电器等组成，K为光电管阴极。用绿光照射K时，能发生光电效应，衔铁被吸住，则（　　） A．仅增大绿光照射强度，电磁铁磁性将变弱 B．仅增大绿光照射强度，电磁铁磁性将变强 C．改用紫光照射K时，阴极金属材料的逸出功将变大 D．改用紫光照射K时，光电子的最大初动能将变大 【答案】BD 【详解】A B．仅增大绿光照射强度，根据光电效应规律可知，单位时间内逸出的光电子数增多。光电子数增多，经过放大器后，通过电磁铁的电流增大。又因为电流越大，电磁铁的磁性越强，所以仅增大绿光照射强度时，电磁铁磁性将变强。故A错误，B正确； C．阴极金属材料的逸出功是金属的固有属性，只与金属材料本身有关，与入射光的频率无关。所以改用紫光照射K时，阴极金属材料的逸出功不变，故C错误； D．爱因斯坦光电效应方程为 根据爱因斯坦光电效应方程可判断，因为紫光频率大于绿光频率，而金属的逸出功不变，所以改用紫光照射K时，光电子的最大初动能将变大，故D正确。 故选BD。 27.某种光伏电池的工作原理如图所示。半径为的透明导电的球壳为阳极A，球形感光材料为阴极K，电压表为理想电压表。现用动量为的黄光照射K极，K极能发射出最大初动能为的光电子。已知电子电荷量为，光速为，普朗克常量为，忽略光电子重力及之间的相互作用。下列说法正确的是（　　） A入射光子的波长为 B阴极感光材料的逸出功为 C．若仅增大入射光强度，电压表的示数将增大 D．若用紫光照射K极，电压表的最大示数将大于 【答案】BD 【详解】A．黄光的动量为，可知，波长为 故A错误； B．根据 ， 解得 故B正确； CD．随着K极逸出的光电子运动到A极，A、K之间的电压逐渐增大，若K电极逸出的最大初动能的光电子恰好运动不到A电极，两极间电压达到最大，再增大入射光强度，电压表示数不再增大，此时，根据动能定理有 解得 若用紫光照射K极，由于紫光频率大于黄光，则紫光照射逸出光电子的最大初动能变大，可知，紫光照射时电压表的最大示数 故C错误，D正确。 故选BD。 ( 1 ) 学科网（北京）股份有限公司 $