第六单元 增分微课3 能量守恒定律与功能关系STSE问题 （Word学生用书）-【高考快车道】2027年高考物理大一轮总复习（通用版）

该高中物理讲义聚焦能量观念、功率计算及能量转化效率等高考核心考点，结合风光互补路灯、抽水蓄能电站等生产生活科技实例，系统整合力学、电磁学相关物理规律。通过考点梳理构建知识网络，方法指导强化模型建构，真题讲解剖析命题思路，分层练习巩固解题能力，助力学生突破实际问题解决难点。 讲义突出情境化教学特色，以科学态度与责任为导向，通过瀑布发电、卫星能量变化等真实案例引导学生建立物理模型，培养科学思维。设置“实例分析—规律应用—误差讨论”三步教学活动，如解析喷泉功率估算时，先建模水流运动，再结合密度、流量公式推导，高效提升学生从“解题”到“解决问题”的应考能力，为教师精准把控复习节奏提供实践指导。

新高考的命题导向要求考生在学习高中物理时要注重理论联系实际,注意物理与生产、生活及科技发展的联系,关注物理学的技术在社会中的应用,培养社会参与意识和社会责任感,完成从“解题”向“解决问题”思路的转变. 例1　[2025·浙江6月选考] 如图所示,风光互补环保路灯的主要构件有:风力发电机,单品硅太阳能板,额定电压48 V、容量200 A·h的储能电池,功率60 W的LED灯.已知该路灯平均每天照明10 h;1 kg标准煤完全燃烧可发电2.8度,排放二氧化碳2.6 kg.则 (　) A.风力发电机的输出功率与风速的平方成正比 B.太阳能板上接收到的辐射能全部转换成电能 C.该路灯正常运行6年,可减少二氧化碳排放量约1.2×106 kg D.储能电池充满电后,即使连续一周无风且阴雨,路灯也能正常工作 例2　[2025·河北秦皇岛模拟] 某瀑布高100 m,水的流量为50 m3/s,假设利用瀑布来发电,能量转化效率为60%,已知重力加速度g取10 m/s2,水的密度ρ=1.0×103 kg/m3,则发电功率为 (　) A.3×104 W B.3×105 W C.3×106 W D.3×107 W 例3　[2025·浙江温州模拟] 浙江最大抽水蓄能电站在缙云开建,其工作原理是:在用电低谷时(如深夜),电站利用电网多余电能把水抽到高处蓄水池中,到用电高峰时,再利用蓄水池中的水发电.如图所示,若该电站蓄水池(上水库)有效总库容量(可用于发电)为7.86×106 m3,发电过程中上下水库平均水位差为637 m,年抽水用电为2.4×108 kW·h,年发电量为1.8×108 kW·h(水的密度为ρ=1.0×103 kg/m3,重力加速度g取10 m/s2,以下水库水面为零势能面).则下列说法正确的是 (　) A.抽水蓄能电站的总效率约为65% B.发电时流入下水库的水流速度可达到113 m/s C.蓄水池中能用于发电的水的重力势能约为Ep=5.0×1013 J D.该电站平均每天所发电能可供给一个大城市居民用电(电功率以105 kW计算)约10 h 例4　(多选)返回式遥感人造卫星技术已经非常成熟.质量为m的遥感人造卫星与地心的距离为r时,引力势能可表示为Ep=-,其中G为引力常量,M为地球质量.该遥感人造卫星原来在半径为R1的轨道上绕地球做匀速圆周运动,由于受到极稀薄空气的摩擦作用,飞行一段时间后其圆周运动的半径变为R2,则此过程中 (　) A.引力势能的减小量为GMm B.引力势能的减小量为 C.因摩擦而产生的热量为GMm D.因摩擦而产生的热量为 例5　如图所示,是某城市广场喷泉喷出水柱的场景.从远处看,喷泉喷出的水柱达到了40层楼的高度;靠近看,喷管的直径约为10 cm.已知水的密度为1×103 kg/m3,g取10 m/s2,据此估算用于给喷管喷水的电动机输出功率为 (　) A.1×105 W B.5×105 W C.1×106 W D.5×106 W 学科网（北京）股份有限公司 $ 增分微课3　能量守恒定律与功能关系STSE问题 例1　D　[解析] 风力发电机将空气动能转化为电能,设空气密度为ρ,风轮扫风面积为S,风速为v,则Δt时间内流过风轮的空气质量为m=ρSvΔt,空气动能Ek=mv2=ρSvΔt·v2=ρSv3Δt,功率P=∝v3(η为风电转换效率),A错误;太阳能板是光电转换装置,存在多重损耗(光学损耗、热损耗、半导体非理想性),不可能将接收到的辐射能全部转换为电能,B错误;路灯每天耗电量为E日=Pt日=0.06×10 kW·h=0.6 kW·h=0.6度,6年总耗电量为E总=0.6×6×365度=1314度,可减少二氧化碳排放量为m=×2.6 kg≈1.2×103 kg,C错误;储能电池充满电后,储存的电能E=QU=200 A·h×48 V=9600 W·h=9.6 kW·h,可使路灯正常工作的天数为n== 天=16天>7天(一周),故储能电池充满电后,即使连续一周无风且阴雨,路灯也能正常工作,D正确. 例2　D　[解析] Δt时间内流过水的质量为m=ρQ·Δt,重力势能的减少量为ΔEp=mgh,重力势能转化为电能,则发电功率P=,其中h=100 m,Q=50 m3/s,联立可得P=ηρQgh=60%×1.0×103×50×10×100 W=3×107 W,故选D. 例3　C　[解析] 年抽水用电为2.4×108 kW·h,年发电量为1.8×108 kW·h,则抽水蓄能电站的总效率为η=×100%=75%,故A错误;若没有任何阻力,由机械能守恒定律得mgh=mv2,解得v== m/s≈113 m/s,由题意可知,水流下的过程中受到阻力,所以发电时流入下水库的水流速度小于113 m/s,故B错误;水池中能用于发电的水的重力势能为Ep=mgh=ρVgh=1.0×103×7.86×106×10×637 J≈5.0×1013 J,故C正确;该电站平均每天所发电量为E=,可供给一个大城市居民用电(电功率以105 kW计算)的时间为t=≈5.0 h,故D错误. 例4　AD　[解析] 此过程中引力势能的减小量为=Ep1-Ep2=--=GMm,故A正确,B错误;根据万有引力提供向心力可得=m,=m,根据能量守恒可知,因摩擦而产生的热量为Q=E1-E2=Ep1+Ek1-(Ep2+Ek2)=-+m-,联立解得Q=,故C错误,D正确. 例5　B　[解析] 管口的圆形内径约为10 cm,则半径为r=5 cm=0.05 m,根据实际情况,每层楼高为h=3 m,所以喷水的高度H=40h=120 m,则水离开管口的速度大小为v==20 m/s,设给喷管喷水的电动机输出功率为P,在接近管口很短一段时间Δt内水柱的质量为m=ρ·vΔtS=ρπr2vΔt,根据动能定理可得PΔt=mv2,解得P≈5×105 W,故选B. 学科网（北京）股份有限公司 $