6.1能量的多种形式（讲义）物理鲁科版必修第三册

本高中物理讲义聚焦能量的多种形式，系统梳理机械能、内能、电磁能等常见能量的定义、特点及存在场景，建立运动形式与能量的对应关系，通过对比辨析易混淆能量形式，构建从具体实例到抽象规律的学习支架。 资料以能量观念为核心，通过随学随练（如太阳能电池板能量转化问题）强化科学思维，设置基础通关、素养提升等分层练习，兼顾课中教学引导与课后查漏补缺，助力学生形成物理观念并提升解决实际问题的能力。

第六章 能源与可持续发展 6.1能量的多种形式 课标要点 1.了解自然界中多种形式的能量，掌握机械能、内能、电磁能、化学能、核能等常见能量的定义与特点。 2.能够准确辨析不同形式的能量，明确各类能量的对应存在场景。 3.理解能量的普遍性，知晓不同运动形式对应不同形式的能量。 4.初步了解各类能量在生活、生产中的应用，建立能量观念。 学习重难点 重点：常见能量形式的分类、定义及基本特点、不同能量的区分 难点：区分易混淆的能量形式、对应运动形式与能量的匹配辨析 知识点常见的能量形式 1.机械能 机械能是与物体机械运动相关的能量，是宏观物体运动对应的能量形式，包含动能和势能(重力势能、弹性势能)。 (1)动能：物体由于机械运动而具有的能量，物体的质量越大、运动速度越大，动能越大。一切运动的宏观物体都具有动能。 (2)势能：分为重力势能和弹性势能。物体由于被举高而具有重力势能，质量越大、高度越高，重力势能越大；物体由于发生弹性形变而具有弹性势能，弹性形变越大，弹性势能越大。 存在场景：行驶的汽车、摆动的单摆、高空的重物、发生形变的弹簧、流动的水流等，均具有机械能。 2.内能 内能是物体内所有分子无规则运动的动能和分子势能的总和，是微观分子热运动对应的能量，一切物体在任何温度下都具有内能。 (1)影响因素：物体的温度、质量、状态、材料。温度越高，分子无规则运动越剧烈，物体内能越大。 (2)核心特点：内能是物体的固有能量，不能为零；内能的改变方式为做功和热传递。 存在场景：发热的暖气片、烧开的热水、燃烧的火焰、常温下的所有固体、液体、气体均具有内能。 3.电磁能 电磁能是与电场、磁场及电磁运动相关的能量，包含电能、磁场能、电磁波能等，是电磁运动对应的能量形式。 (1)电能：电流做功对应的能量，是生活中最常用的电磁能形式，可通过其他能量转化得到。 (2)电磁波能：电磁波传播过程中携带的能量，如可见光、红外线、紫外线、无线电波携带的能量均属于电磁能。 存在场景：通电工作的电器、通电导线周围的磁场、太阳光、手机信号、微波炉辐射的电磁波等。 4.化学能 化学能是储存在物质内部的、隐藏在化学键中的能量，只有在发生化学反应时才会释放或吸收，是物质化学运动对应的能量。 核心特点：无法直接观测，必须通过化学反应转化为其他形式的能量才能被利用。 存在场景：燃料(煤炭、汽油、天然气)、电池内部、食物、生物质、化学试剂等均储存有化学能。 5.核能 核能也叫原子能，是原子核发生核反应(裂变、聚变、衰变)时释放出的巨大能量，是原子核内部运动对应的能量形式。 分类：核裂变能(重原子核分裂释放能量)、核聚变能(轻原子核聚合释放能量)。 存在场景：核电站核反应堆、原子弹、氢弹、太阳内部的核反应、放射性元素衰变过程。 6.其他常见能量 (1)声能：声波传播过程中携带的能量，由物体振动产生，属于机械波能量，可引起物体振动。 (2)光能：可见光具有的能量，属于电磁能的分支，可独立体现光照做功、发热、发光等效应。 存在场景：爆炸声、说话的声波、超声波清洗、太阳光照明、激光切割等。 随学随练 1．“天宫一号”两侧装有巨大的太阳能电池板，为中国空间站正常工作提供足够的电能。下列说法正确的是（　　） A．太阳能是不可再生能源 B．太阳能主要以热传导的方式传到地球 C．太阳能电池板是将太阳能转换为电能的装置 D．太阳能电池板能源源不断地产生电能，说明能量不守恒 2．下列属于二次能源的是（　　） A．原油 B．电能 C．原煤 D．风能 3．在2025年央视春晚的舞台上，创意融合舞蹈《秧Bot》成为全场焦点，如图所示。机器人“扭秧歌”时使用的电能是___________（选填“一次”或“二次”）能源。 知识点运动形式与能量的对应关系 能量的形式与物质的运动形式一一对应，不同的物质运动形式，对应不同的能量形式，这是能量分类的核心依据： 1.机械运动(宏观物体位置变化、形变)→机械能 2.分子热运动(微观分子无规则运动)→内能 3.电磁运动(电荷运动、电磁场变化、电磁波传播)→电磁能 4.化学运动(物质化学键断裂与生成、化学反应)→化学能 5.原子核运动(核裂变、核聚变、核衰变)→核能 6.振动波动运动(声波传播)→声能 核心结论：物质的运动是多样的，因此能量的形式也是多样的，不存在脱离物质运动的能量。 随学随练 4．如图，三结砷化镓柔性太阳能电池板发电技术，是一项非常先进的太阳能光电转换技术，它的光电转换效率超30%，比传统的硅基ROSA薄膜太阳能发电效率提高一倍以上，广泛应用于航天、军事、可穿戴设备等领域。关于三结砷化镓柔性太阳能电池板发电技术，下列说法正确的是（　　） A．太阳能属于不可再生能源 B．太阳能电池板工作时，将电能转化为太阳能 C．太阳能电池板工作的效率超30%，表明太阳能有将近70%转化为电能 D．光电转换过程中，能量的总量保持不变 5．如图所示，飞行器上都安装着太阳帆板，其作用是（　　） A．保持平衡状态稳定飞行 B．保护飞船不受过强的太阳光辐射 C．为飞船上的电气设备提供电能 D．将太阳能直接转化成飞船的机械能 6．某校科技实验小组的同学为研究太阳辐射，他们把一个横截面积是的矮圆筒的内壁涂黑，外壁用保温材料包裹，内装水。让阳光垂直圆筒口照射后，水的温度升高了。已知日地平均距离，水的比热容，假设到达地球的太阳辐射能量有能穿透大气层到达地面，请由此估算太阳向外辐射的功率（结果保留一位有效数字）。 疑难点能量形式辨析 1.内能与机械能的区别 (1)研究对象不同：机械能研究宏观物体的运动和形变；内能研究微观分子的无规则运动。 (2)存在条件不同：静止、常温的物体无机械能，但一切物体一定具有内能。 (3)能量本质不同：机械能是宏观运动能量，可为零；内能是微观固有能量，永不为零。 2.化学能与内能的区别 化学能是储存于物质内部的潜在能量，需要化学反应才能释放；内能是物体当前的微观运动能量，可通过热传递、做功直接改变，无需化学反应。 3.光能、声能与电磁能、机械能的从属关系 光能属于电磁能范畴，是电磁波的可见光波段能量；声能属于机械能范畴，是机械波的传播能量，不可单独归为基础能量形式。 活学活用 7．砷化镓薄膜电池可将太阳能转化为电能，其光电转化率高达30%。下列说法正确的是（　　） A．电池可创造能量 B．太阳能是不可再生能源 C．此电池的光电转化率不到100%，说明能量不守恒 D．此电池通过非静电力做功把太阳能转化为电能 8．风力发电机是将风能转化为电能的装置。风能就是气流的动能，风轮机叶片旋转所扫过的面积为风力发电机可接受风能的面积。若空气密度为ρ，气流速度为v，风轮机叶片长度为r，则时间t内流向风轮机的最大风能为（　　） A． B． C． D． 9．被称为“空中电站”的S1000型涵道式浮空风力发电系统（如图），于2025年1月首次稳定悬停于高空，并顺利发电。该系统叶片转动时可形成与风向垂直的圆面，并将此圆面内10%的空气动能转化为电能。已知悬停位置的风速为时，该系统的发电功率为，则悬停位置的风速为时，该系统的发电功率为（　　） A． B． C． D． 基础通关 1．如图所示是一款海上风力发电机，主要安装在近海。该型号风力发电机的叶轮直径长达200m，它运行起来可以自动调节使得叶轮转动的平面始终与风向垂直，把通过此圆面空气动能的10%转化为电能，已知空气的密度为1.2kg/m3。若某段时间内，该风力发电机所在地区的风速为10m/s，则此时风力发电机的发电功率约为（　　）    A．1.9×106kW B．1.9×103kW C．10.9×106kW D．10.9×103kW 2．新疆达坂城风口的风速约为，设该地空气的密度为，把通过横截面积的风能转化为电能（转化效率），利用上述已知量推导计算电功率的公式为___________，代入数据得到电功率的大小为___________。 3．物质、能量、信息是构成世界的基本要素，下面关于能量的认识错误的是（  ） A．能量是一个守恒量 B．同一个物体可能同时具有多种形式的能量 C．不同形式的能量可以相互转化 D．地面上滚动的足球最终停下来，说明能量消失了 4．风力发电是重要的发电方式之一，某风力发电机在风速为8m/s时输出的电功率为680kW，若风场每天有12h风速在4m/s到10m/s的风能资源，风力发电机的转化效率为18%，风正面吹向叶片，则该电站每天的发电量至少为（　　） A．1020kW·h B．920kW·h C．800kW·h D．720kW·h 5．静电场方向平行于x轴，将一电荷量为+q的带电粒子在x=d处由静止释放，粒子只在电场力作用下沿x轴运动，其电势能随x的变化关系如图所示。若规定x轴正方向为电场强度E、加速度a的正方向，四幅示意图分别表示电势随x的分布、场强E随x的分布、粒子的加速度a随x的变化关系和粒子的动能随x的变化关系，其中正确的是（   ） A． B． C． D． 6．智能手机耗电量大，移动充电宝应运而生，它是能直接为移动设备充电的储能装置，充电宝的转换率是指充电宝放电总量占充电宝容量的比值，一般在0.6~0.7，如图为某一款移动充电宝，其参数见下表，下列说法正确的是（　　） 容量 20000mAh 兼容性 所有智能手机 边充边放 否 保护电器 是 输入 DC 5V 2A MAX 输出 DC 5V 0.1A-2.5A 尺寸 156*82*22mm 转换率 0.60 产品名称 索杨SY10-200 重量 约430g A．充电宝充电时将电能转化为内能 B．该充电宝最多能储存的能量为 C．该充电宝电量从零到完全充满所用时间约为2h D．用该充满电的充电宝给电量为零、容量为3000mAh的手机充电，理论上能充满4次 7．为应对气候变化，我国提出“二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和”等庄严的目标承诺。近些年来，我国在很多山区建立起了风力发电机矩阵（如图所示），使很多荒山野岭既得到充分利用，充满生机，又创造了巨大的社会价值。已知某风力发电机矩阵中一台风力发电机的发电效率 ，其风轮机旋转过程中接收风能的有效面积 ，某高山顶部年平均风速为 ，一年内有效的发电时间约为 （合 ），已知空气密度 ，该风力发电机矩阵中共有50台相同的风力发电机，请计算一年的发电量约为（　　） A． B． C． D． 8．一般小汽车的汽油消耗量约为，汽油完全燃烧能释放化学能，那么小汽车行驶消耗能量约为，这相当于消耗多少千瓦时的电能？目前我国小汽车的拥有量迅速上升，这对能源、交通、环境等将产生怎样的影响？‍ 9．地球大气上界垂直于太阳光线的单位面积在单位时间内所受到的太阳辐射的总能量，称为太阳常数。因观测方法和技术不同，得到的太阳常数值不同。世界气象组织（WMO）1981年公布的太阳常数值是。太阳辐射在穿过大气层的过程中，由于大气对太阳辐射的吸收、反射和散射等作用，到达地面时的辐射强度会大大降低。此外如果有云层，其阻碍作用会更加强烈，因此各地地面接收到的太阳辐射相差较大。如果某地某段时间内到达地面的太阳辐射只有太阳常数的40%，在该地面处垂直于太阳光线放置一块面积为的太阳能电池板，如果该电池板接收太阳辐射把光能转化为电能的效率为80%，请你计算一下，1小时内它能产生多少电能？ 10．下列说法中正确的是（　　） A．任何能量都可无条件地被人类利用 B．万有引力定律的发现解释了天体运动的规律，并预言了天王星的存在 C．做匀速圆周运动的物体，在外界提供的向心力突然变大时将做近心运动 D．质量、长度、时间的测量结果都不会随物体与观察者的相对运动状态而改变的 素养提升 11．研究影响风力发电机发电功率P的模型如图所示。风对叶片做功，将部分风能转化为电能。设叶片的旋转半径为r、风速恒为v、空气质量分布均匀且密度恒定，则（    ） A．P ∝ rv 3 B．P ∝ r2v 2 C．P ∝ r2v 3 D．P ∝ rv 4 12．（多选）2022年2月18日，我国选手谷爱凌荣获北京冬奥会女子滑雪U型槽项目的冠军。如图所示，型槽可简化成由、两个相同的四分之一圆弧与水平雪道组成，与圆弧雪道相切。质量为的谷爱凌（可视为质点）从点自由下落，由左侧点进入型槽中，从右侧点自由飞出后上升至点。其中，，圆弧半径。不计空气阻力，下列判断正确的是（　　） A．谷爱凌运动到点的速度为 B．谷爱凌首次运动到点时，对点的压力为 C．谷爱凌由到过程损耗的机械能比到过程的大 D．谷爱凌第二次离开型槽后，最高能够到达相对于点的位置 迁移创新 13．（多选）如图所示，光滑斜面体ABC固定在水平面上，底角θ=37°，顶角∠B=90°，物块a和长木板b分别放在斜面BC和AB上，细线绕过固定在斜面顶点的轻质光滑定滑轮，两端分别与物块a和长木板b相连，将物块a锁定，滑轮两侧的细线分别与两侧的斜面平行，长木板b的质量为m，物块a质量为2m，解除物块a的锁定，同时将质量为0.5m的物块c轻放在长木板的上端，物块c始终保持静止，重力加速度为g=10m/s2，sin37°=0.6，cos37°=0.8，则下列判断正确的是（　　） A．物块c与长木板b间的动摩擦因数为0.6 B．物块a运动的加速度为 C．物块a机械能的减小量大于长木板b机械能的增加量 D．物块a机械能的减小量等于长木板b机械能的增加量 14．（多选）如图所示，轻质弹簧的一端固定在粗糙斜面的挡板O点，另一端固定在一个小物块上。小物块从位置（此位置弹簧伸长量为零）由静止开始运动，运动到最低点位置，然后在弹力作用下上升运动到最高点位置（图中未标出）。在此两过程中，下列判断正确的是（　　） A．下滑和上滑过程弹簧和小物块系统机械能守恒 B．下滑过程克服弹簧弹力和摩擦力做功总值比上滑过程克服重力和摩擦力做功总值小 C．下滑过程弹簧和小物块组成的系统机械能减小量比上升过程机械能减小量大 D．下滑过程物块速度最大值位置比上滑过程速度最大值位置高 2 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $ 第六章 能源与可持续发展 6.1能量的多种形式 课标要点 1.了解自然界中多种形式的能量，掌握机械能、内能、电磁能、化学能、核能等常见能量的定义与特点。 2.能够准确辨析不同形式的能量，明确各类能量的对应存在场景。 3.理解能量的普遍性，知晓不同运动形式对应不同形式的能量。 4.初步了解各类能量在生活、生产中的应用，建立能量观念。 学习重难点 重点：常见能量形式的分类、定义及基本特点、不同能量的区分 难点：区分易混淆的能量形式、对应运动形式与能量的匹配辨析 知识点常见的能量形式 1.机械能 机械能是与物体机械运动相关的能量，是宏观物体运动对应的能量形式，包含动能和势能(重力势能、弹性势能)。 (1)动能：物体由于机械运动而具有的能量，物体的质量越大、运动速度越大，动能越大。一切运动的宏观物体都具有动能。 (2)势能：分为重力势能和弹性势能。物体由于被举高而具有重力势能，质量越大、高度越高，重力势能越大；物体由于发生弹性形变而具有弹性势能，弹性形变越大，弹性势能越大。 存在场景：行驶的汽车、摆动的单摆、高空的重物、发生形变的弹簧、流动的水流等，均具有机械能。 2.内能 内能是物体内所有分子无规则运动的动能和分子势能的总和，是微观分子热运动对应的能量，一切物体在任何温度下都具有内能。 (1)影响因素：物体的温度、质量、状态、材料。温度越高，分子无规则运动越剧烈，物体内能越大。 (2)核心特点：内能是物体的固有能量，不能为零；内能的改变方式为做功和热传递。 存在场景：发热的暖气片、烧开的热水、燃烧的火焰、常温下的所有固体、液体、气体均具有内能。 3.电磁能 电磁能是与电场、磁场及电磁运动相关的能量，包含电能、磁场能、电磁波能等，是电磁运动对应的能量形式。 (1)电能：电流做功对应的能量，是生活中最常用的电磁能形式，可通过其他能量转化得到。 (2)电磁波能：电磁波传播过程中携带的能量，如可见光、红外线、紫外线、无线电波携带的能量均属于电磁能。 存在场景：通电工作的电器、通电导线周围的磁场、太阳光、手机信号、微波炉辐射的电磁波等。 4.化学能 化学能是储存在物质内部的、隐藏在化学键中的能量，只有在发生化学反应时才会释放或吸收，是物质化学运动对应的能量。 核心特点：无法直接观测，必须通过化学反应转化为其他形式的能量才能被利用。 存在场景：燃料(煤炭、汽油、天然气)、电池内部、食物、生物质、化学试剂等均储存有化学能。 5.核能 核能也叫原子能，是原子核发生核反应(裂变、聚变、衰变)时释放出的巨大能量，是原子核内部运动对应的能量形式。 分类：核裂变能(重原子核分裂释放能量)、核聚变能(轻原子核聚合释放能量)。 存在场景：核电站核反应堆、原子弹、氢弹、太阳内部的核反应、放射性元素衰变过程。 6.其他常见能量 (1)声能：声波传播过程中携带的能量，由物体振动产生，属于机械波能量，可引起物体振动。 (2)光能：可见光具有的能量，属于电磁能的分支，可独立体现光照做功、发热、发光等效应。 存在场景：爆炸声、说话的声波、超声波清洗、太阳光照明、激光切割等。 随学随练 1．“天宫一号”两侧装有巨大的太阳能电池板，为中国空间站正常工作提供足够的电能。下列说法正确的是（　　） A．太阳能是不可再生能源 B．太阳能主要以热传导的方式传到地球 C．太阳能电池板是将太阳能转换为电能的装置 D．太阳能电池板能源源不断地产生电能，说明能量不守恒 【答案】C 【详解】A．太阳能可从自然界持续获取，属于可再生能源，A错误； B．太阳能通过电磁波（热辐射）形式传播至地球，而非依赖介质的热传导，B错误； C．太阳能电池板通过光电效应将光能转化为电能，C正确； D．电池板持续发电是因太阳能转化为电能，此过程遵循能量守恒定律，D错误。 故选C。 2．下列属于二次能源的是（　　） A．原油 B．电能 C．原煤 D．风能 【答案】B 【详解】原油、 原煤、 风能，均为直接从自然界获取的，为一次能源；电能通常由一次能源转换而来，属于二次能源。 故选B。 3．在2025年央视春晚的舞台上，创意融合舞蹈《秧Bot》成为全场焦点，如图所示。机器人“扭秧歌”时使用的电能是___________（选填“一次”或“二次”）能源。 【答案】二次 【详解】生活中我们使用的电能不能从自然界直接获取，所以电能是二次能源。 知识点运动形式与能量的对应关系 能量的形式与物质的运动形式一一对应，不同的物质运动形式，对应不同的能量形式，这是能量分类的核心依据： 1.机械运动(宏观物体位置变化、形变)→机械能 2.分子热运动(微观分子无规则运动)→内能 3.电磁运动(电荷运动、电磁场变化、电磁波传播)→电磁能 4.化学运动(物质化学键断裂与生成、化学反应)→化学能 5.原子核运动(核裂变、核聚变、核衰变)→核能 6.振动波动运动(声波传播)→声能 核心结论：物质的运动是多样的，因此能量的形式也是多样的，不存在脱离物质运动的能量。 随学随练 4．如图，三结砷化镓柔性太阳能电池板发电技术，是一项非常先进的太阳能光电转换技术，它的光电转换效率超30%，比传统的硅基ROSA薄膜太阳能发电效率提高一倍以上，广泛应用于航天、军事、可穿戴设备等领域。关于三结砷化镓柔性太阳能电池板发电技术，下列说法正确的是（　　） A．太阳能属于不可再生能源 B．太阳能电池板工作时，将电能转化为太阳能 C．太阳能电池板工作的效率超30%，表明太阳能有将近70%转化为电能 D．光电转换过程中，能量的总量保持不变 【答案】D 【详解】A．太阳能属于可再生能源，取之不尽用之不竭，故A错误； B．太阳能电池板工作时，将太阳能转化为电能，故B错误； C．太阳能电池板工作的效率超30%，表明太阳能有将近30%转化为电能，故C错误； D．根据能量守恒定律，能量不会凭空产生，也不会无缘无故消失，只会发生转移和转化，能量的总量不变，光电转换过程中，能量的总量保持不变，故D正确。 故选D。 5．如图所示，飞行器上都安装着太阳帆板，其作用是（　　） A．保持平衡状态稳定飞行 B．保护飞船不受过强的太阳光辐射 C．为飞船上的电气设备提供电能 D．将太阳能直接转化成飞船的机械能 【答案】C 【详解】飞行器上都安装着太阳帆板，其作用是为飞船上的电气设备提供电能。 故选C 6．某校科技实验小组的同学为研究太阳辐射，他们把一个横截面积是的矮圆筒的内壁涂黑，外壁用保温材料包裹，内装水。让阳光垂直圆筒口照射后，水的温度升高了。已知日地平均距离，水的比热容，假设到达地球的太阳辐射能量有能穿透大气层到达地面，请由此估算太阳向外辐射的功率（结果保留一位有效数字）。 【答案】 【详解】太阳能量辐射的过程可以简化为以下模型：太阳每秒向外辐射的能量，均匀地分布在以太阳为中心，以地球公转半径为半径的球面上。的矮圆筒的横截面即这个球面的一小部分。能量到达地面后被水吸收升温。因此根据水的吸热情况就可以推导出每一秒太阳辐射在整个大球面上的能量，即太阳向外辐射的功率。 故有， 代入数据可得 疑难点能量形式辨析 1.内能与机械能的区别 (1)研究对象不同：机械能研究宏观物体的运动和形变；内能研究微观分子的无规则运动。 (2)存在条件不同：静止、常温的物体无机械能，但一切物体一定具有内能。 (3)能量本质不同：机械能是宏观运动能量，可为零；内能是微观固有能量，永不为零。 2.化学能与内能的区别 化学能是储存于物质内部的潜在能量，需要化学反应才能释放；内能是物体当前的微观运动能量，可通过热传递、做功直接改变，无需化学反应。 3.光能、声能与电磁能、机械能的从属关系 光能属于电磁能范畴，是电磁波的可见光波段能量；声能属于机械能范畴，是机械波的传播能量，不可单独归为基础能量形式。 活学活用 7．砷化镓薄膜电池可将太阳能转化为电能，其光电转化率高达30%。下列说法正确的是（　　） A．电池可创造能量 B．太阳能是不可再生能源 C．此电池的光电转化率不到100%，说明能量不守恒 D．此电池通过非静电力做功把太阳能转化为电能 【答案】D 【详解】A．根据能量守恒定律，能量不能被创造，电池仅实现能量转化，A错误； B．太阳能源于太阳核聚变，可持续再生，B错误； C．转化率低是因能量散失（如热能），总能量守恒未被破坏，C错误； D．非静电力（如半导体内部电场）驱动电荷分离，将光能转化为电能，D正确。 故选D。 8．风力发电机是将风能转化为电能的装置。风能就是气流的动能，风轮机叶片旋转所扫过的面积为风力发电机可接受风能的面积。若空气密度为ρ，气流速度为v，风轮机叶片长度为r，则时间t内流向风轮机的最大风能为（　　） A． B． C． D． 【答案】B 【详解】时间t内流向风轮机的最大风能， 联立得 故选B。 【点睛】 9．被称为“空中电站”的S1000型涵道式浮空风力发电系统（如图），于2025年1月首次稳定悬停于高空，并顺利发电。该系统叶片转动时可形成与风向垂直的圆面，并将此圆面内10%的空气动能转化为电能。已知悬停位置的风速为时，该系统的发电功率为，则悬停位置的风速为时，该系统的发电功率为（　　） A． B． C． D． 【答案】D 【详解】设时间t内吹到圆面上空气的质量为m，圆面面积为S，则有 故t时间内空气的动能 该系统的发电功率当风速为时，系统的发电功率 当风速为3v时，系统的发电功率 故选D。 基础通关 1．如图所示是一款海上风力发电机，主要安装在近海。该型号风力发电机的叶轮直径长达200m，它运行起来可以自动调节使得叶轮转动的平面始终与风向垂直，把通过此圆面空气动能的10%转化为电能，已知空气的密度为1.2kg/m3。若某段时间内，该风力发电机所在地区的风速为10m/s，则此时风力发电机的发电功率约为（　　）    A．1.9×106kW B．1.9×103kW C．10.9×106kW D．10.9×103kW 【答案】B 【详解】选取Δt时间内的一段空气柱为研究对象，其质量为 产生的电能为 所以风力发电机的发电功率约为 故选B。 2．新疆达坂城风口的风速约为，设该地空气的密度为，把通过横截面积的风能转化为电能（转化效率），利用上述已知量推导计算电功率的公式为___________，代入数据得到电功率的大小为___________。 【答案】 【详解】[1]设时间t内通过横截面积的风能为 电功率为 [2]代入数据得到电功率的大小为 3．物质、能量、信息是构成世界的基本要素，下面关于能量的认识错误的是（  ） A．能量是一个守恒量 B．同一个物体可能同时具有多种形式的能量 C．不同形式的能量可以相互转化 D．地面上滚动的足球最终停下来，说明能量消失了 【答案】D 【详解】A．能量的概念是在人类对能量守恒的认识过程中形成的，它的重要特性就是守恒，故A正确，不符合题意； B．同一个物体可能同时具有多种形式的能量，如地面上滚动的足球同时具有机械能和内能，故B正确，不符合题意； C．根据能量守恒定律，不同形式的能量之间可以相互转化，故C正确，不符合题意； D．地面上滚动的足球最终停下来，其机械能转化为内能，能量并没有消失，故D错误，符合题意。 故选D。 4．风力发电是重要的发电方式之一，某风力发电机在风速为8m/s时输出的电功率为680kW，若风场每天有12h风速在4m/s到10m/s的风能资源，风力发电机的转化效率为18%，风正面吹向叶片，则该电站每天的发电量至少为（　　） A．1020kW·h B．920kW·h C．800kW·h D．720kW·h 【答案】A 【详解】经过短暂时间，吹到叶片处的空气的质量为 动能为 发电机的功率为 令，当时，有；当时，有，联立各式解得 该电站每天的发电量至少为 故选A。 5．静电场方向平行于x轴，将一电荷量为+q的带电粒子在x=d处由静止释放，粒子只在电场力作用下沿x轴运动，其电势能随x的变化关系如图所示。若规定x轴正方向为电场强度E、加速度a的正方向，四幅示意图分别表示电势随x的分布、场强E随x的分布、粒子的加速度a随x的变化关系和粒子的动能随x的变化关系，其中正确的是（   ） A． B． C． D． 【答案】C 【详解】A．根据 可知，由于粒子带正电，则可知，电势的变化应与电势能的变化形式一致，图象形状应相同；故A错误； B．图象的斜率表示电场强度，沿电场方向电势降低，则知在x=0的左侧，存在向右的匀强电场，是正的，x=0右侧存在向左的匀强电场，是负的，故B 错误； C．根据牛顿第二定律知 粒子在匀强电场中运动时加速度不变，由于粒子带正电，粒子的加速度在x=0左侧加速度为正值，大小不变，在x=0右侧加速度为负值，且大小不变，故C正确； D．只有电场力做功，电势能和动能之和保持不变，则在x=0左侧向左电势能增加，动能减小；在x=0右侧向右电势能增加，动能减小，故D错误。 故选C。 6．智能手机耗电量大，移动充电宝应运而生，它是能直接为移动设备充电的储能装置，充电宝的转换率是指充电宝放电总量占充电宝容量的比值，一般在0.6~0.7，如图为某一款移动充电宝，其参数见下表，下列说法正确的是（　　） 容量 20000mAh 兼容性 所有智能手机 边充边放 否 保护电器 是 输入 DC 5V 2A MAX 输出 DC 5V 0.1A-2.5A 尺寸 156*82*22mm 转换率 0.60 产品名称 索杨SY10-200 重量 约430g A．充电宝充电时将电能转化为内能 B．该充电宝最多能储存的能量为 C．该充电宝电量从零到完全充满所用时间约为2h D．用该充满电的充电宝给电量为零、容量为3000mAh的手机充电，理论上能充满4次 【答案】D 【详解】A．充电宝充电时将电能转化为电池的化学能，A错误； B．电池容量为 电池的电动势为，所以最多能储存的能量为 B错误； C．充电时以的电流充电到充满所需时间为 C错误； D．转化率为0.6，所以给容量为3000mAh的手机充电次数为 D正确。 故选D。 7．为应对气候变化，我国提出“二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和”等庄严的目标承诺。近些年来，我国在很多山区建立起了风力发电机矩阵（如图所示），使很多荒山野岭既得到充分利用，充满生机，又创造了巨大的社会价值。已知某风力发电机矩阵中一台风力发电机的发电效率 ，其风轮机旋转过程中接收风能的有效面积 ，某高山顶部年平均风速为 ，一年内有效的发电时间约为 （合 ），已知空气密度 ，该风力发电机矩阵中共有50台相同的风力发电机，请计算一年的发电量约为（　　） A． B． C． D． 【答案】C 【详解】一年内有效的发电时间约为 ，此时间内吹到风轮机上的风的质量为 发电过程中，风的动能转化为电能，则有 联立解得 故选C。 8．一般小汽车的汽油消耗量约为，汽油完全燃烧能释放化学能，那么小汽车行驶消耗能量约为，这相当于消耗多少千瓦时的电能？目前我国小汽车的拥有量迅速上升，这对能源、交通、环境等将产生怎样的影响？‍ 【答案】91.67kW·h；增加石油能源的消耗，提升交通压力，大气污染加剧 【详解】相等于消耗的电能为 小汽车的拥有量迅速上升，对石油能源的消耗急剧上升，同时也会增加交通压力，汽油的大量消耗也会产生大量的污染，使大气污染加剧。 9．地球大气上界垂直于太阳光线的单位面积在单位时间内所受到的太阳辐射的总能量，称为太阳常数。因观测方法和技术不同，得到的太阳常数值不同。世界气象组织（WMO）1981年公布的太阳常数值是。太阳辐射在穿过大气层的过程中，由于大气对太阳辐射的吸收、反射和散射等作用，到达地面时的辐射强度会大大降低。此外如果有云层，其阻碍作用会更加强烈，因此各地地面接收到的太阳辐射相差较大。如果某地某段时间内到达地面的太阳辐射只有太阳常数的40%，在该地面处垂直于太阳光线放置一块面积为的太阳能电池板，如果该电池板接收太阳辐射把光能转化为电能的效率为80%，请你计算一下，1小时内它能产生多少电能？ 【答案】 【详解】该地区的太阳常数为 太阳能电池板1小时接受的光能为 太阳能板1小时转化出的电能为 10．下列说法中正确的是（　　） A．任何能量都可无条件地被人类利用 B．万有引力定律的发现解释了天体运动的规律，并预言了天王星的存在 C．做匀速圆周运动的物体，在外界提供的向心力突然变大时将做近心运动 D．质量、长度、时间的测量结果都不会随物体与观察者的相对运动状态而改变的 【答案】C 【详解】A．人们在能量的转化和转移过程中使用能量，要遵从自然规律，是有条件也是有代价的，并不是任何能量都能利用，故A错误； B．万有引力定律的发现解释了天体运动的规律，并预言了海王星的存在，故B错误； C．做匀速圆周运动的物体，在外界提供的向心力突然变大时，外界提供的向心力大于圆周运动所需向心力，所以物体将做近心运动，故C正确； D．在狭义相对论中，质量、长度、时间的测量结果都是随物体与观察者的相对运动状态而改变的，即都是相对的，故D错误。 故选C。 素养提升 11．研究影响风力发电机发电功率P的模型如图所示。风对叶片做功，将部分风能转化为电能。设叶片的旋转半径为r、风速恒为v、空气质量分布均匀且密度恒定，则（    ） A．P ∝ rv 3 B．P ∝ r2v 2 C．P ∝ r2v 3 D．P ∝ rv 4 【答案】C 【详解】设空气密度为，风力发电机的效率为，则时间内，流过叶片转动范围内的空气具有的动能为 所以，风力发电机的发电功率为 即有 故选C。 12．（多选）2022年2月18日，我国选手谷爱凌荣获北京冬奥会女子滑雪U型槽项目的冠军。如图所示，型槽可简化成由、两个相同的四分之一圆弧与水平雪道组成，与圆弧雪道相切。质量为的谷爱凌（可视为质点）从点自由下落，由左侧点进入型槽中，从右侧点自由飞出后上升至点。其中，，圆弧半径。不计空气阻力，下列判断正确的是（　　） A．谷爱凌运动到点的速度为 B．谷爱凌首次运动到点时，对点的压力为 C．谷爱凌由到过程损耗的机械能比到过程的大 D．谷爱凌第二次离开型槽后，最高能够到达相对于点的位置 【答案】AC 【详解】A．谷爱凌从点自由下落到点过程，则有 解得谷爱凌运动到点的速度为 A正确； B．谷爱凌从点自由下落到第一次到点过程，根据动能定理可得 谷爱凌经过点时，根据牛顿第二定律可得 解得 根据牛顿第三定律可知谷爱凌首次运动到点时，对点的压力小于，B错误； C．谷爱凌从到的过程，由于轨道存在摩擦，谷爱凌在运动过程中克服摩擦力做功，机械能越来越小，在左右圆弧轨道对称的同高度位置重力势能相同，左侧的动能大于右侧的动能，故左侧运动时需要提供较大的向心力，轨道支持力较大，比较左右圆弧轨道对称的同高度位置，左侧的运动时受到的摩擦力也较大，故从到过程中克服摩擦力做的功比从到过程中克服摩擦力做的功多，可知谷爱凌由到过程损耗的机械能比到过程的大，C正确； D．设谷爱凌第一次经过型槽过程，克服摩擦力做功为，根据动能定理可得 解得 谷爱凌第二次经过型槽过程，克服摩擦力做功为，由于第二次经过型槽的平均速率小于第一次经过型槽的平均速率，可知 假设谷爱凌第二次离开型槽后，最高能够到达相对于点的位置，根据动能定理可得 联立解得 D错误； 故选AC。 迁移创新 13．（多选）如图所示，光滑斜面体ABC固定在水平面上，底角θ=37°，顶角∠B=90°，物块a和长木板b分别放在斜面BC和AB上，细线绕过固定在斜面顶点的轻质光滑定滑轮，两端分别与物块a和长木板b相连，将物块a锁定，滑轮两侧的细线分别与两侧的斜面平行，长木板b的质量为m，物块a质量为2m，解除物块a的锁定，同时将质量为0.5m的物块c轻放在长木板的上端，物块c始终保持静止，重力加速度为g=10m/s2，sin37°=0.6，cos37°=0.8，则下列判断正确的是（　　） A．物块c与长木板b间的动摩擦因数为0.6 B．物块a运动的加速度为 C．物块a机械能的减小量大于长木板b机械能的增加量 D．物块a机械能的减小量等于长木板b机械能的增加量 【答案】BC 【详解】A．假设a、b、c都静止，根据平衡条件对a分析可得，绳子的拉力为 对b、c整体分析可得，绳子拉力为 由此可知物块a会沿斜面下滑，物块b沿斜面上滑。由于物块c始终保持静止，则对物块c受力分析，根据平衡条件有 可得，物块c与长木板b间的动摩擦因数为 故A错误； B．对a受力分析，根据牛顿第二定律有 对b受力分析，根据牛顿第二定律有 联立可得，物块a运动的加速度为 故B正确； CD．由能量的守恒与转化可知，物块a减小的机械能转化为木板b增加的机械能和木板b与物块c摩擦产生的内能，所以物块a机械能的减小量大于长木板b机械能的增加量，故C正确，D错误。 故选BC。 14．（多选）如图所示，轻质弹簧的一端固定在粗糙斜面的挡板O点，另一端固定在一个小物块上。小物块从位置（此位置弹簧伸长量为零）由静止开始运动，运动到最低点位置，然后在弹力作用下上升运动到最高点位置（图中未标出）。在此两过程中，下列判断正确的是（　　） A．下滑和上滑过程弹簧和小物块系统机械能守恒 B．下滑过程克服弹簧弹力和摩擦力做功总值比上滑过程克服重力和摩擦力做功总值小 C．下滑过程弹簧和小物块组成的系统机械能减小量比上升过程机械能减小量大 D．下滑过程物块速度最大值位置比上滑过程速度最大值位置高 【答案】CD 【详解】A．由于下滑和上滑过程摩擦力对小物块做负功，可知下滑和上滑过程弹簧和小物块组成系统机械能减少，A错误； C．由于摩擦力对小物块做负功，弹簧和小物块组成系统机械能减少，可知位置一定低于位置，、距离大于、距离，且下滑和上滑过程摩擦力大小不变，可知下滑过程系统克服摩擦力做功大于上滑过程系统克服摩擦力做功，即下滑过程弹簧和小物块组成的系统机械能减小量大于上升过程机械能减小量，C正确； D．假设下滑过程物块速度最大时，弹簧的伸长量为，根据受力平衡可得 假设上滑过程物块速度最大时，弹簧的伸长量为，根据受力平衡可得 可得 由于下滑过程弹簧的伸长量小于上滑过程弹簧的伸长量，可知下滑过程物块速度最大值位置比上滑过程速度最大值位置高，D正确； B．上滑过程克服重力和摩擦力做功总值等于弹簧对物块做的功，即等于弹性势能的减少量，由于上滑过程的最高点位置低于位置，可知上滑过程弹性势能的减少量小于下滑过程弹性势能的增加量，则有上滑过程克服重力和摩擦力做功总值小于下滑过程克服弹簧弹力和摩擦力做功总值，B错误； 故选CD。 2 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $