5.2 能源的利用方式（讲义）物理粤教版必修第三册

本讲义聚焦“能源的利用方式”核心知识点，系统梳理能源类型（可再生与不可再生）区分，详解水能、风能、太阳能、核能等的能量转化路径（如水能风能机械能→电能，火力发电化学能→内能→机械能→电能），并关联能源利用的环境问题与可持续发展理念，构建从概念到应用的学习支架。 该资料以能量观念为核心（物理观念），通过风力发电功率计算、太阳能路灯能量转化辨析等实例，培养科学推理与模型建构能力（科学思维），融入“双碳”目标等情境渗透社会责任（科学态度与责任）。设随学随练即时巩固、分层练习（基础通关、素养提升等），课中辅助教师突破重难点，课后助力学生查漏补缺，提升知识应用能力。

第五章 电能与能源的可持续发展 第2节 能源的利用方式 课标要点 1. 了解常见能源类型，区分可再生能源与不可再生能源，掌握各类能源利用过程中的能量转化形式。 2. 认识水能、风能、太阳能、核能的利用原理，区分核裂变与核聚变的实际应用场景。 3. 了解化石能源与新能源的利弊，认识能源利用引发的环境问题，树立可持续发展的理念。 学习重难点 重点：掌握不同能源利用过程中的能量转化路径，熟悉太阳能、核能的利用方式。 难点：辨析能量与能源概念，理解能量守恒不等于能源取之不尽，能够客观评价各类能源的优缺点。 知识点 各类能源利用过程中的能量转化（重点） 1.水能、风能发电：机械能 → 电能。 2.火力发电（化石能源）：化学能→内能→机械能→电能。 3.太阳能三种利用途径 光热转换：太阳能→内能； 光电转换：太阳能→电能； 光化学转换：太阳能→化学能。 4.核能发电：核能→内能→机械能→电能。 5.普遍规律：一切能量转化过程都会产生能量损耗。 方法 梳理能量转化遵循“从初始能量形式→依次写出中间形式→最终能量形式”，不随意颠倒顺序、不省略关键转化环节。 思维 能量可以在多种形式之间相互转化，能源利用本质就是人为控制能量转化过程；能量总量守恒，但是可被人类直接利用的高品质能量会不断减少。 随学随练 1．（23-24高一下·湖南长沙·期末）一种新型节能路灯如图所示，它“头顶”小风扇，“肩扛”太阳能电池板。关于节能路灯的设计解释合理的是（　　） A．小风扇是用来给太阳能电池板散热的 B．小风扇是小型电动机，将电能转化为风能 C．太阳能电池板将太阳能转化为电能 D．蓄电池在夜晚放电时，将电能转化为化学能 2．（20-21高二上·江苏盐城·学业考试模拟）下列家用电器中把电能主要转化为内能的是（　　） A．电风扇 B．电熨斗 C．洗衣机 D．吸尘器 3．（23-24高二上·辽宁·阶段检测）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 题型 常见装置能量转化辨析 熟练区分多种发电、太阳能应用装置的完整能量转化链条，识别转化方向、转化环节的常见错误表述。 解题思路 先确定初始能量与最终输出能量，依次补齐中间转化阶段，逐项甄别选项中顺序颠倒、随意删减转化步骤的错误。 思维 能量转化具有固定流程，不能主观简化；建立循序渐进分析能量转化过程的稳定逻辑。 活学活用 1．（23-24高一·全国·随堂练习）构建和谐型、节约型社会深得民心，遍布于生活的方方面面。自动充电式电动自行车就是很好的一例，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。现有某人骑车以600J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，其动能随位移变化关系如图中的线①所示；第二次启动自动充电装置，其动能随位移变化关系如图线②所示，则第二次向蓄电池所充的电能是（　　）    A．600J B．360J C．300J D．240J 2．（21-22高三·全国·课后作业）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． 基础通关 1．（25-26高一下·山东临沂·期末）青岛市即墨区鳌山湾一带受崂山余脉和海岛影响，形成了长达60多公里的狭长“疾风带”，为风力发电创造了有利条件，目前该地风电总装机容量已达18万千瓦。如图，风力推动三个叶片转动，叶片带动转子（磁极）转动，在定子（线圈）中产生电流，实现风能向电能的转化。已知叶片长为r，风速为v，空气密度为，流到叶片旋转形成的圆面的空气中约有速度减速为0，原速率穿过，不考虑其他能量损耗。下列说法正确的是（     ） A．在时间内流过扇叶的空气体积为 B．在时间t内流过扇叶的空气质量为 C．一台风力发电机的发电功率约为 D．一台风力发电机的发电功率约为 2．（23-24高一下·浙江金华·期末）如图所示为某地一风力发电机，它的叶片转动时可形成半径为20m的圆面。某时间内该地区的风速是，风向恰好跟叶片转动的圆面垂直，已知空气的密度为，假如这个风力发电机能将此圆内的空气动能转化为电能，取3。下列说法正确的是（　　） A．图中A点的线速度与B点的线速度相等 B．此风力发电机发电的功率为 C．若叶片半径变为原来的2倍，则风力发电机发电的功率变为原来的2倍 D．若风速变为原来的2倍，则风力发电机发电的功率变为原来的4倍 3．（2024·广东广州·模拟预测）科幻作品中经常会出现星际列车，列车在环绕星球运动的过程中，可以通过“跃迁”来到不同的轨道上。目前列车的轨道比静止卫星的轨道更高，做匀速圆周运动，下列说法正确的是（　　） A．做匀速圆周运动的列车处于平衡状态 B．列车做匀速圆周运动的角速度小于地球自转的角速度 C．列车“跃迁”过程中受到的万有引力保持不变 D．列车“跃迁”进入轨道半径更高的轨道时，其机械能变小 4．（22-23高一下·浙江温州·期末）如图所示，某地有一风力发电机，其叶片转动时可形成半径为20m的圆面。某时间内该地的风速为6m/s，风向恰好跟叶片转动的圆面垂直，该风力发电机可将经过此圆面内空气动能的10%转化为电能，发电的功率约为16kW，则下列说法正确的是（　　） A．若风速变大，则发电的功率变大 B．每秒流经此圆面空气的动能约为1.6kJ C．每秒流经此圆面空气的动能约为16kJ D．经过此圆面空气动能的90%转化为内能 5．（23-24高一下·广东梅州·期末）由于4月梅州连日强降雨，蕉岭县长潭水库泄洪闸孔全开泄洪。如图所示，已知泄洪流量为，水位落差100m，水的密度为泄洪时，水流的重力势能有25%转化为电能，取 ，按照以上数据估算发电站的发电功率是（　　） A． B． C． D． 6．（23-24高一下·江苏无锡·期末）在2023杭州亚运会上，我国撑杆跳运动员李玲再次夺取金牌，下图为她在比赛中的几个画面。下列说法中正确的是（　　） A．运动员通过最高点时的速度为0 B．撑杆恢复形变的过程中，弹性势能完全转化为动能 C．运动员上升过程中，撑杆的弹性势能先增大后减小 D．运动员要成功跃过横杆，其重心必须高于横杆 7．（22-23高二下·云南·期末）现代生活中随处都可以见到用电设备和用电器，下列用电设备或用电器在正常工作时，将电能主要转化为内能的是（　　） A．新能源汽车 B．电风扇 C．电水壶 D．吸尘器 8．（2024·江西·高考真题）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 9．（20-21高二上·上海·期中）医用酒精、天然气、食用植物、太阳能中属于常规能源的是_______，属于新能源的是________。 10．（23-24高二上·福建莆田·单元测试）人的身体在最佳状态下，只能把人体化学能的25%转化为有用的机械能。假如一位质量为60kg的登山运动员恰好具有这样的转化效率，若他平均每小时登高500m，那么，他在5h内共消耗的化学能为多少？（g取10m/s2） 素养提升 1．（23-24高二下·浙江丽水·期中）受寒潮南下影响，2024年2月21日晚间，浙江丽水等多地出现短时大冰雹。其中在丽水青田县，冰雹混杂着雨水，有的如鸡蛋大小。一粒冰雹自高空云层由静止竖直下落，下落过程中冰雹受到的空气阻力与其速度成正比，不计冰雹质量的变化，则加速下落过程中冰雹（　　） A．加速度变大 B．动能变大 C．机械能守恒 D．克服空气阻力做功的功率与其速度成正比 2．（23-24高一下·浙江·期中）杭州湾沿岸有一风力发电机，其叶片转动时可形成半径为20m的圆面，某时间内该地的风速为6.0m/s，风向恰好跟叶片转动的圆面垂直，已知空气的密度为，假如这个风力发电机将此圆面内10%的空气动能转化为电能，取，则下列说法正确的是（　　） A．单位时间内冲击风力发电机叶片圆面的气流的体积 B．单位时间内冲击风力发电机叶片圆面的气流的动能为155.52kJ C．此风力发电机的发电功率约为155.52kW D．若风速变为原来2倍，则电功率将变为原来4倍 3．（22-23高二下·全国·课前预习）如图是水电站的发电原理图，由图可知，下列说法错误的是（　　） A．水力发电不会造成污染 B．该装置将机械能转化为电能 C．要加大发电的功率，可采用仅“增大水落差”的方法 D．该装置可以将水库中储存的水的机械能全部转化为电能 4．（22-23高一下·广东广州·期末）如图所示，小明在体验蹦极运动时，把一端固定的长弹性绳绑在踝关节处，从高处由静止落下。将小明的蹦极过程近似为在竖直方向的运动，在运动过程中，把小明视作质点，不计空气阻力。下列判断中正确的是（　　）    A．从开始到下落至最低点的过程，小明的机械能先不变后变小 B．从开始到下落至最低点的过程，小明的加速度先变小后变大 C．下落到弹性绳刚好被拉直时，小明的下落速度最大 D．从开始到下落速度最大的过程，小明动能的增加量等于其重力势能的减少量 5．（22-23高一下·河南·阶段检测）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 迁移创新 1.光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将太阳能转变为电能的一项技术，关键元件是太阳能电池，如图的是太阳能电池组，关于太阳能及其利用，下列说法中正确的是（　　） A．由于日地距离过大，因此地球上能被利用的太阳能很少 B．太阳能主要以热传递的方式传到地球 C．太阳能电池是将电能转换为其他能的装置 D．太阳能电池已经被广泛应用于航天事业。 2．（23-24高二上·浙江台州·期中）如图为一海上风电厂的照片，该海上风电厂的风力发电机的叶片长为50米，有40个发电机组。假设一年中有约100天左右时间可以发电，且发电时风速约；发电机将风能转变为电能的效率约为。空气密度为，试通过估算判断：该海上风电厂年发电量与下列选项中哪一个最接近（　　） A． B． C． D． 3．（2022高一下·湖南长沙·竞赛）如图所示，一质量M＝1kg的绝缘长木板静止于水平地面上，在距其最左端L＝1m处存在宽度d＝2m、方向竖直向下的匀强电场区域，电场强度E＝300N/C。一质量m＝1kg、带电量C的物块（可视为质点）放在长木板的最左端，物块在F＝10N的水平向右恒力作用下从静止开始运动，在物块刚离开电场右边界时撤去外力F，物块最终未从长木板末端滑离。若物块与长木板之间的动摩擦因数为，长木板与地面之间的动摩擦因数为，重力加速度g＝10m/s2，若最大静摩擦力等于滑动摩擦力，不计物块电量损失，求： （1）物块刚进入电场区域时的速度大小； （2）长木板从开始运动至与物块共速所用的时间； （3）木板与地面摩擦而产生的热量。 学科网（北京）股份有限公司1 / 10 学科网（北京）股份有限公司 $ 第五章 电能与能源的可持续发展 第2节 能源的利用方式 课标要点 1. 了解常见能源类型，区分可再生能源与不可再生能源，掌握各类能源利用过程中的能量转化形式。 2. 认识水能、风能、太阳能、核能的利用原理，区分核裂变与核聚变的实际应用场景。 3. 了解化石能源与新能源的利弊，认识能源利用引发的环境问题，树立可持续发展的理念。 学习重难点 重点：掌握不同能源利用过程中的能量转化路径，熟悉太阳能、核能的利用方式。 难点：辨析能量与能源概念，理解能量守恒不等于能源取之不尽，能够客观评价各类能源的优缺点。 知识点 各类能源利用过程中的能量转化（重点） 1.水能、风能发电：机械能 → 电能。 2.火力发电（化石能源）：化学能→内能→机械能→电能。 3.太阳能三种利用途径 光热转换：太阳能→内能； 光电转换：太阳能→电能； 光化学转换：太阳能→化学能。 4.核能发电：核能→内能→机械能→电能。 5.普遍规律：一切能量转化过程都会产生能量损耗。 方法 梳理能量转化遵循“从初始能量形式→依次写出中间形式→最终能量形式”，不随意颠倒顺序、不省略关键转化环节。 思维 能量可以在多种形式之间相互转化，能源利用本质就是人为控制能量转化过程；能量总量守恒，但是可被人类直接利用的高品质能量会不断减少。 随学随练 1．（23-24高一下·湖南长沙·期末）一种新型节能路灯如图所示，它“头顶”小风扇，“肩扛”太阳能电池板。关于节能路灯的设计解释合理的是（　　） A．小风扇是用来给太阳能电池板散热的 B．小风扇是小型电动机，将电能转化为风能 C．太阳能电池板将太阳能转化为电能 D．蓄电池在夜晚放电时，将电能转化为化学能 【答案】C 【详解】A B．“头顶”的小风扇可以把风能转化为电能，这样只要有风，这种路灯就可以发电，填补了阴天和晚上不能发电的空白，可用于路灯晚上照明使用，故AB错误； C．“肩扛”太阳能电池板可以把太阳能转化为电能，故C正确； D．蓄电池在夜晚放电时，将化学能转化为电能，故D错误。 故选C。 2．（20-21高二上·江苏盐城·学业考试模拟）下列家用电器中把电能主要转化为内能的是（　　） A．电风扇 B．电熨斗 C．洗衣机 D．吸尘器 【答案】B 【详解】电风扇、洗衣机和吸尘器把电能主要转化为机械能，电熨斗把电能主要转化为内能。 故选B。 3．（23-24高二上·辽宁·阶段检测）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 【答案】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。 题型 常见装置能量转化辨析 熟练区分多种发电、太阳能应用装置的完整能量转化链条，识别转化方向、转化环节的常见错误表述。 解题思路 先确定初始能量与最终输出能量，依次补齐中间转化阶段，逐项甄别选项中顺序颠倒、随意删减转化步骤的错误。 思维 能量转化具有固定流程，不能主观简化；建立循序渐进分析能量转化过程的稳定逻辑。 活学活用 1．（23-24高一·全国·随堂练习）构建和谐型、节约型社会深得民心，遍布于生活的方方面面。自动充电式电动自行车就是很好的一例，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。现有某人骑车以600J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，其动能随位移变化关系如图中的线①所示；第二次启动自动充电装置，其动能随位移变化关系如图线②所示，则第二次向蓄电池所充的电能是（　　）    A．600J B．360J C．300J D．240J 【答案】D 【详解】设自行车的总质量为m，第一次关闭自动充电装置，由动能定理有 第二次启动自动充电装置，由功能关系有 代入数据解得 故选D。 2．（21-22高三·全国·课后作业）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。 基础通关 1．（25-26高一下·山东临沂·期末）青岛市即墨区鳌山湾一带受崂山余脉和海岛影响，形成了长达60多公里的狭长“疾风带”，为风力发电创造了有利条件，目前该地风电总装机容量已达18万千瓦。如图，风力推动三个叶片转动，叶片带动转子（磁极）转动，在定子（线圈）中产生电流，实现风能向电能的转化。已知叶片长为r，风速为v，空气密度为，流到叶片旋转形成的圆面的空气中约有速度减速为0，原速率穿过，不考虑其他能量损耗。下列说法正确的是（     ） A．在时间内流过扇叶的空气体积为 B．在时间t内流过扇叶的空气质量为 C．一台风力发电机的发电功率约为 D．一台风力发电机的发电功率约为 【答案】D 【详解】A．时间内，风速为，到达叶片扫过圆面的空气会形成一个横截面积、长度为的空气柱，因此流过圆面的空气体积为 则流过扇叶的空气体积为，故A错误； B．圆面的空气质量为 流过扇叶的空气质量为，故B错误； CD．发电机的发电功率等于单位时间内空气减少的动能，的空气动能降为0，则动能减少量（即转化得到的电能） 得发电功率，故C错误，D正确。 故选D。 2．（23-24高一下·浙江金华·期末）如图所示为某地一风力发电机，它的叶片转动时可形成半径为20m的圆面。某时间内该地区的风速是，风向恰好跟叶片转动的圆面垂直，已知空气的密度为，假如这个风力发电机能将此圆内的空气动能转化为电能，取3。下列说法正确的是（　　） A．图中A点的线速度与B点的线速度相等 B．此风力发电机发电的功率为 C．若叶片半径变为原来的2倍，则风力发电机发电的功率变为原来的2倍 D．若风速变为原来的2倍，则风力发电机发电的功率变为原来的4倍 【答案】B 【详解】A．A点和B点同轴转动，角速度相等，但A点半径大于B点半径，所以A点的线速度大于B点的线速度，故A错误； B．时间内通过圆内的空气动能为 则此风力发电机发电的功率为 故B正确； CD．根据 若叶片半径变为原来的2倍，则风力发电机发电的功率变为原来的4倍；若风速变为原来的2倍，则风力发电机发电的功率变为原来的8倍，故CD错误。 故选B。 3．（2024·广东广州·模拟预测）科幻作品中经常会出现星际列车，列车在环绕星球运动的过程中，可以通过“跃迁”来到不同的轨道上。目前列车的轨道比静止卫星的轨道更高，做匀速圆周运动，下列说法正确的是（　　） A．做匀速圆周运动的列车处于平衡状态 B．列车做匀速圆周运动的角速度小于地球自转的角速度 C．列车“跃迁”过程中受到的万有引力保持不变 D．列车“跃迁”进入轨道半径更高的轨道时，其机械能变小 【答案】B 【详解】A．匀速圆周运动速度大小不变，方向时刻改变，加速度不为零，合外力不为零，不是平衡状态，A错误； B．根据万有引力提供向心力可知 解得 由此可知，轨道半径越大，角速度越小，B正确； C．根据万有引力定律 可知，其它情况相同时，轨道半径越大，万有引力越小，C错误； D．“跃迁”进入轨道半径更高的轨道时，需要其它动力提供能量，故机械能增大，而不是减小，D错误。 故选B。 4．（22-23高一下·浙江温州·期末）如图所示，某地有一风力发电机，其叶片转动时可形成半径为20m的圆面。某时间内该地的风速为6m/s，风向恰好跟叶片转动的圆面垂直，该风力发电机可将经过此圆面内空气动能的10%转化为电能，发电的功率约为16kW，则下列说法正确的是（　　） A．若风速变大，则发电的功率变大 B．每秒流经此圆面空气的动能约为1.6kJ C．每秒流经此圆面空气的动能约为16kJ D．经过此圆面空气动能的90%转化为内能 【答案】A 【详解】A．时间内穿过圆面空气的质量为 则发电功率为 解得 可知，若风速变大，则发电的功率变大，故A正确； BC．令，则有 解得 故BC错误； D．该风力发电机可将经过此圆面内空气动能的10%转化为电能，空气还存在一定的动能，则经过此圆面转化为内能的值小于空气动能的90%，故D错误。 故选A。 5．（23-24高一下·广东梅州·期末）由于4月梅州连日强降雨，蕉岭县长潭水库泄洪闸孔全开泄洪。如图所示，已知泄洪流量为，水位落差100m，水的密度为泄洪时，水流的重力势能有25%转化为电能，取 ，按照以上数据估算发电站的发电功率是（　　） A． B． C． D． 【答案】A 【详解】由题意可知t时间内流水的体积 发电功率为 代入数据可得 故选A。 6．（23-24高一下·江苏无锡·期末）在2023杭州亚运会上，我国撑杆跳运动员李玲再次夺取金牌，下图为她在比赛中的几个画面。下列说法中正确的是（　　） A．运动员通过最高点时的速度为0 B．撑杆恢复形变的过程中，弹性势能完全转化为动能 C．运动员上升过程中，撑杆的弹性势能先增大后减小 D．运动员要成功跃过横杆，其重心必须高于横杆 【答案】C 【详解】A．运动员通过最高点时还具有水平分速度，速度不为零。如果速度为零，接下来将会做自由落体运动而碰到杆，故A错误； BC．运动员起跳过程中，杆先由直变弯，运动员的动能转化为杆的弹性势能和运动员的重力势能，然后杆再由弯变直，弹性势能又转化为机械能，所以在运动员上升过程中，撑杆的弹性势能先增大后减小，故B错误，C正确； D．从图中可看出，运动员越过横杆时身体向下弯曲，其重心可能在腰部下方，即重心可能在横杆的下方，故D错误。 故选C。 7．（22-23高二下·云南·期末）现代生活中随处都可以见到用电设备和用电器，下列用电设备或用电器在正常工作时，将电能主要转化为内能的是（　　） A．新能源汽车 B．电风扇 C．电水壶 D．吸尘器 【答案】C 【详解】新能源电车、电风扇、吸尘器都是把电能转化为机械能，电水壶主要把电能转化为内能。 故选C。 8．（2024·江西·高考真题）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 【答案】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。 9．（20-21高二上·上海·期中）医用酒精、天然气、食用植物、太阳能中属于常规能源的是_______，属于新能源的是________。 【答案】 天然气 太阳能 【详解】[1][2]医用酒精、天然气、食用植物、太阳能中属于常规能源的是天然气，属于新能源的是太阳能。 10．（23-24高二上·福建莆田·单元测试）人的身体在最佳状态下，只能把人体化学能的25%转化为有用的机械能。假如一位质量为60kg的登山运动员恰好具有这样的转化效率，若他平均每小时登高500m，那么，他在5h内共消耗的化学能为多少？（g取10m/s2） 【答案】6×106J 【详解】设运动员克服重力做功的功率为P1，则 （） 则人体消耗化学能的功率为 （为转化效率） 运动员在5h内共消耗的化学能为 素养提升 1．（23-24高二下·浙江丽水·期中）受寒潮南下影响，2024年2月21日晚间，浙江丽水等多地出现短时大冰雹。其中在丽水青田县，冰雹混杂着雨水，有的如鸡蛋大小。一粒冰雹自高空云层由静止竖直下落，下落过程中冰雹受到的空气阻力与其速度成正比，不计冰雹质量的变化，则加速下落过程中冰雹（　　） A．加速度变大 B．动能变大 C．机械能守恒 D．克服空气阻力做功的功率与其速度成正比 【答案】B 【详解】A．下落过程中冰雹受到的空气阻力与其速度成正比，则空气阻力 由牛顿第二定律得 解得 则加速下落过程中冰雹变小，故A错误； B．由冰雹的动能，可知加速下落过程中冰雹的速度增大，动能增大，故B正确； C．冰雹加速下落过程中，空气阻力做负功，冰雹的机械能减小，故C错误； D．克服空气阻力做功的功率 所以克服空气阻力做功的功率与其速度的平方成正比，故D错误。 故选B。 2．（23-24高一下·浙江·期中）杭州湾沿岸有一风力发电机，其叶片转动时可形成半径为20m的圆面，某时间内该地的风速为6.0m/s，风向恰好跟叶片转动的圆面垂直，已知空气的密度为，假如这个风力发电机将此圆面内10%的空气动能转化为电能，取，则下列说法正确的是（　　） A．单位时间内冲击风力发电机叶片圆面的气流的体积 B．单位时间内冲击风力发电机叶片圆面的气流的动能为155.52kJ C．此风力发电机的发电功率约为155.52kW D．若风速变为原来2倍，则电功率将变为原来4倍 【答案】B 【详解】AB．单位时间内风力发电机叶片圆面的气流的体积为 每秒流经涡轮机空气的动能约为 故A错误，B正确； C．依题意，风力发动机产生的电功率约为 故C错误； D．风力发动机产生的电功率 若风速变为原来2倍，则电功率将变为8倍，故D错误。 故选B。 3．（22-23高二下·全国·课前预习）如图是水电站的发电原理图，由图可知，下列说法错误的是（　　） A．水力发电不会造成污染 B．该装置将机械能转化为电能 C．要加大发电的功率，可采用仅“增大水落差”的方法 D．该装置可以将水库中储存的水的机械能全部转化为电能 【答案】D 【详解】AB．水力发电不会有污染，同时将水的机械能转化为电能，故AB正确； C．如果仅将水落差增大，那么水流到水轮机处的速度就增大，这一方法可加大发电的功率，故C正确； D．由于水下落过程以及发电机装置都有摩擦，故该装置不可能将水库中储存的水的机械能全部转化为电能，故D错误。 该题选择错误选项，故选D。 4．（22-23高一下·广东广州·期末）如图所示，小明在体验蹦极运动时，把一端固定的长弹性绳绑在踝关节处，从高处由静止落下。将小明的蹦极过程近似为在竖直方向的运动，在运动过程中，把小明视作质点，不计空气阻力。下列判断中正确的是（　　）    A．从开始到下落至最低点的过程，小明的机械能先不变后变小 B．从开始到下落至最低点的过程，小明的加速度先变小后变大 C．下落到弹性绳刚好被拉直时，小明的下落速度最大 D．从开始到下落速度最大的过程，小明动能的增加量等于其重力势能的减少量 【答案】A 【详解】A．从开始到下落至最低点的过程中，弹性绳未拉直时，只有重力做功，小明的机械能守恒，保持不变；当弹性绳拉直后，弹性绳的弹力一直对小明做负功，其机械能逐渐减小，故A正确； B．从开始到下落至最低点的过程中，弹性绳未拉直时，只受重力，加速度保持g不变；当弹性绳拉直后，合力逐渐向下减小，加速度变小；速度达到最大值后，合力逐渐向上增加，加速度变大，故B错误； C．依题意，可知小明下落速度最大处应是小明加速度为零时，即弹性绳的弹力等于小明重力时，小明速度最大，故C错误； D．根据能量守恒定律，可知从开始到下落速度最大，小明动能的增加量与绳弹性势能之和等于小明重力势能的减少量，故D错误； 故选A。 5．（22-23高一下·河南·阶段检测）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。 迁移创新 1．光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将太阳能转变为电能的一项技术，关键元件是太阳能电池，如图的是太阳能电池组，关于太阳能及其利用，下列说法中正确的是（　　） A．由于日地距离过大，因此地球上能被利用的太阳能很少 B．太阳能主要以热传递的方式传到地球 C．太阳能电池是将电能转换为其他能的装置 D．太阳能电池已经被广泛应用于航天事业。 【答案】D 【详解】A．虽然日地距离过大，但是地球上能被利用的太阳能仍然很大。故A错误； B．太阳能主要以热辐射的方式传到地球。故B错误； C．太阳能电池可以把太阳能转化为电能。故C错误； D．太阳能电池已经被广泛应用于航天事业。故D正确。 故选D。 2．（23-24高二上·浙江台州·期中）如图为一海上风电厂的照片，该海上风电厂的风力发电机的叶片长为50米，有40个发电机组。假设一年中有约100天左右时间可以发电，且发电时风速约；发电机将风能转变为电能的效率约为。空气密度为，试通过估算判断：该海上风电厂年发电量与下列选项中哪一个最接近（　　） A． B． C． D． 【答案】B 【详解】风力发电是利用动能转化成电能，假设在时间内，吹到风叶上的空气质量为，有 每台发电机发电功率为 一年发电量为 故选B。 3．（2022高一下·湖南长沙·竞赛）如图所示，一质量M＝1kg的绝缘长木板静止于水平地面上，在距其最左端L＝1m处存在宽度d＝2m、方向竖直向下的匀强电场区域，电场强度E＝300N/C。一质量m＝1kg、带电量C的物块（可视为质点）放在长木板的最左端，物块在F＝10N的水平向右恒力作用下从静止开始运动，在物块刚离开电场右边界时撤去外力F，物块最终未从长木板末端滑离。若物块与长木板之间的动摩擦因数为，长木板与地面之间的动摩擦因数为，重力加速度g＝10m/s2，若最大静摩擦力等于滑动摩擦力，不计物块电量损失，求： （1）物块刚进入电场区域时的速度大小； （2）长木板从开始运动至与物块共速所用的时间； （3）木板与地面摩擦而产生的热量。 【答案】（1）；（2）；（3） 【详解】（1）对物块根据牛顿第二定律可得 代入数据解得加速度大小为 对长木板根据牛顿第二定律可得 解得加速度大小为 所以物块进入电场前，木板处于静止状态，对物块根据速度—位移关系可得 代入数据解得 （2）设物块进入电场中时，物块的加速度大小为，根据牛顿第二定律可得 代入数据解得 说明物块进入电场后匀速运动，设物块在电场中运动时间为，则有 代入数据解得 物块在电场中运动过程中，设木板的加速度大小为，根据牛顿第二定律可得 代入数据解得 当物块刚要离开电场时，木板的速度为 物块离开电场后，设物块的加速度大小为，则有 代入数据解得 对木板分析可得 所以木板匀速运动。 物块离开电场后，物块与木板共速的时间为，则有 代入数据解得 则长木板从开始运动至与物块共速所用时间 （3）从物块进入电场到离开电场过程中，木板的位移 物块离开电场到二者共速，木板的位移 共速后二者一起减速运动的加速度大小为，根据牛顿第二定律可得 代入数据解得 根据速度—位移关系可得 因木板与地面摩擦而产生的热量 学科网（北京）股份有限公司1 / 10 学科网（北京）股份有限公司 $