高中物理人教版 (2019)必修 第三册4 能源与可持续发展优秀ppt课件

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第4节 能源与可持续发展

1. 生态文明要求人们注重环保和节能，下列获得电能的方法中，不符合低碳要求的是 （　　）

A.火力发电  B.风力发电

C.太阳能发电  D.水力发电

2.下列关于能的转化和守恒定律的认识不正确的是（　）

A.某种形式的能减少，一定存在其他形式的能增加

B.某个物体的能减少，必然有其他物体的能增加

C.不需要任何外界的动力而持续对外做功的机器——永动机不可能制成

D.石子从空中落下，最后停止在地面上，说明机械能消失了

3.如图是城市照明中经常使用的“风光互补”景观照明灯。它“头顶”小风扇，“肩扛”光电池板，“腰挎”照明灯，“脚踩”蓄电池。下列解释合理的是（　）

第3题图

A.光电池板是将电能转化为光能

B.照明灯是将内能转化为电能

C.小风扇利用风力发电，将机械能转化为电能

D.蓄电池夜晚放电，将电能转化为化学能

4.下列说法中正确的是（　）

A.能源开发和利用的过程是内能转化为机械能的过程

B.在能源的利用过程中，能量可利用的品质不会降低

C.物体停止运动后说明其机械能消失了

D.能源的利用受方向性的制约，所以能源的利用是有条件的，也是有代价的

5.关于能量和能源，下列说法中正确的是（　）

A.化石能源是清洁能源，水能是可再生能源

B.人类在不断地开发和利用新能源，所以能量可以被创造

C.在能源的利用过程中，由于能量在数量上并未减少，所以不需要节约能源

D.能量耗散现象说明：在能量转化的过程中，虽然能的总量并不减少，但能量品质降低了

6. 撑竿跳高运动的不同阶段，有不同形式的能量发生转化。撑竿跳高过程涉及哪几种能量转化？这些能量转化是如何帮助运动员提高跳高成绩的？

7. 如图所示，将小铁块绑在橡皮筋中部，并让橡皮筋穿入铁罐，使两端分别固定在罐盖和罐底上。将该装置从不太陡的斜面上释放，会观察到什么现象？请你做一做，并从能量转化与守恒的角度加以解释。

第5题图

8. 几位同学一起讨论过山车的设计。甲同学说，每一个坡的顶点必须低于它前面那一个坡的顶点；乙同学说，只要第一个坡顶最高就可以了，其他坡顶高度无所谓。你是怎么认为的？

9. 水能是可再生能源，可为人类提供清洁的能源。如果一水力发电站水的平均流量为Q（m3/s），落差为h，发电效率为η，则全年发电量是多少千瓦时？

10.某辆以蓄电池为驱动能源的电动汽车的总质量m=3×103 kg。当它在水平路面上以v=36 km/h的速度匀速行驶时，驱动电机的输入电流I=50 A，电压U=300 V。在此行驶状态下：

（1）求驱动电机的输入功率P电。

（2）若驱动电机能够将输入功率的90%转化为用于牵引汽车前进的机械功率P机，求汽车所受阻力与车重之比（g取10 m/s2）。

（3）设想改用太阳能电池给该车供电，其他条件不变，已知太阳辐射的总功率P0=4×1026 W，太阳到地球的距离r=1.5×1011 m，太阳光传播到达地面的过程中大约有30%的能量损耗，该车所用太阳能电池的能量转化效率约为15%。求所需的太阳能电池板的最小面积。结合计算结果，简述对设想的思考。

11.风能是一种能被大规模开发的可再生清洁能源。风力发电机是将风能（气流的动能）转化为电能的装置，其主要部件包括风轮机叶片、齿轮箱、发电机等，如图5-7所示。

第9题图

（1）利用总电阻R=10 Ω的线路输送风力发电机产生的电能，输送功率P总=300 kW，输电电压U=10 kV，求导线上损失的功率与输送功率之比。

（2）风轮机叶片旋转所扫过的面积为风力发电机可接收风能的面积，设空气密度为ρ，气流速度为v，风轮机叶片长度为r，求单位时间内流向风轮机的风能P风。在风速和叶片数确定的情况下，要提高风轮机单位时间接收的风能，可采取哪些措施？

（3）已知风力发电机输出的电功率P与P风成正比，某风力发电机在风速v1=9 m/s时，能够输出电功率P1=540 kW。我国某地区风速不低于v2=6 m/s的时间每年约5 000 h，试估算这台风力发电机在该地区的最小年发电量是多少千瓦时。

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第4节 能源与可持续发展

参考答案

1.A   2.D  3. C   4.D  5.D  

6. 解：撑竿跳高运动的三个过程：助跑、撑竿起跳、越过横杆。助跑过程中运动员获得了动能；撑竿点地并发生弯曲，运动员的动能转化为撑竿的弹性势能；撑竿恢复原状将运动员顶起，撑竿的弹性势能转化为运动员的动能和重力势能；运动员从高处落向垫子，重力势能又转化为动能。运动员助跑获得的动能越大，撑竿点地发生的形变量也越大，撑竿的弹性势能越大，运动员的最大重力势能就越大，成绩就越好。

7. 解：铁罐从不太陡的斜面上滚下的过程中，铁罐（包含小铁块）先由慢到快、后由快到慢滚到最低点，上面一段滚动主要是重力势能减小，铁罐的动能和橡皮筋的弹性势能增大；下面一段的滚动主要是重力势能和铁罐动能减小，橡皮筋的弹性势能增大。滚到最低处时，橡皮筋的形变量最大，在橡皮筋恢复原状的过程中，铁罐会由斜面底部自动滚上去，铁罐先慢后快，再由快到慢滚到最高点，伴随着能量的转化：首先是橡皮筋弹性势能的减小，铁罐的动能和重力势能增大，然后是橡皮筋的弹性势能、铁罐动能减小，铁罐的重力势能增大。

8. 解：甲同学的设计理念正确。

过山车的小列车是依靠一个机械装置的推力推上最高点的，但在第一次下行后，就再也没有任何装置给它提供动力。在过山车沿轨道上下运行过程中，由于空气阻力、摩擦力做功而不断消耗机械能，所以过山车依次通过的最大高度会一次比一次低。

9. 解：全年水流量V=Q×3 600×24×365 m3≈3.15Q×107 m3，

这些水的势能Ep=mgh=ρVgh=1×103×3.15Q×107×9.8×h≈3.09Qh×1011 J。

全年发电量E=ηEp=3.09Qhη×1011 J≈8.58Qhη×104 kW·h。

此题是水力发电的原理及能量转化的问题

10. 解：（1）驱动电机的输入功率P电=UI=300×50 W=1.5×104 W。

（2）设F为牵引力，Ff为阻力，由功率计算式，得P机=Fv，

汽车匀速运动，由平衡条件，得F=Ff。

由题意，有P机=0.9P电。

联立解得Ff=，

又v=36 km/h=10 m/s。

则汽车所受阻力与车重的比值

====0.045。

（3）当阳光垂直电池板射入时，所需电池板面积最小，设其为S。

由题意知·S·15%=P电。

故所需的太阳能电池板的最小面积

S== m2≈101 m2。

电机的输出功率即汽车的牵引力功率，P=F·v，P一定时F最小，则v最大。

11. 解：（1）导线上损失的功率P=I 2R=×10 W=9 kW。

导线上损失的功率与输送功率的比值==0.03。

（2）风垂直流向风轮机时，提供的风能功率最大。

单位时间内垂直流向风轮机叶片旋转面积的气体质量为ρvS=πρvr2，

风能的最大功率P风==，从该表达式可知，为增大P风，可采取措施：增加风轮机叶片长度；安装调向装置，保持风轮机正面迎风；等等。

（3）根据题意，风力发电机的输出功率P2=·P1=×540 kW=160 kW，

最小年发电量W=P2t=160×5 000 kW·h =8×105 kW·h。

本题联系实际考查电能输送过程中在输电线上的热损耗；如何提高风能的利用率及输出功率的运算问题；能量的转化和守恒问题。