资料中包含下列文件，点击文件名可预览资料内容
还剩12页未读，
继续阅读
成套系列资料，整套一键下载
高中物理人教版 (2019)必修 第三册4 能源与可持续发展学案设计
展开
这是一份高中物理人教版 (2019)必修 第三册4 能源与可持续发展学案设计，文件包含人教版2019高中物理必修三新教材同步第12章4能源与可持续发展--教师版docx、人教版2019高中物理必修三新教材同步第12章4能源与可持续发展--学生版docx等2份学案配套教学资源，其中学案共26页， 欢迎下载使用。
1．列举各种实例,说明能量是如何转化的,解释能量守恒定律的含义。
科学思维
1．通过实例分析能量耗散,认识自然界中能量转化的方向性。
科学态度与责任
收集资料,讨论能源的开发和利用所带来的环境问题,认识环境污染的危害,具有环境保护的意识和行动。
了解太阳能、水能、核能和风能等能源的开发利用,知道利用能源是人类生存和社会发展的必要条件之一。知道人类利用的能源来自可再生能源和不可再生能源,认识合理使用能源的必要性,具有可持续发展观念,养成节能的习惯。
一、能量守恒定律
能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中，能量的总量保持不变．这个规律叫作能量守恒定律．
二、能量转移或转化的方向性
1．能量转移或转化的方向性：一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的．
2．能量耗散
(1)能量耗散的概念：燃料燃烧时一旦把热量释放出去，就不会再次自动聚集起来供人类重新利用．电池中的化学能转化为电能，电能又通过灯泡转化成内能和光能，热和光被其他物质吸收之后变成周围环境的内能，我们很难把这些散失的能量收集起来重新利用．
(2)能量品质降低：能量耗散虽然不会导致能量总量的减少，却会导致能量品质的降低，从便于利用的能源变成不便于利用的能源．
(3)能量耗散从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程具有方向性．
三、能源的分类与应用
1．可再生能源：在自然界中可以再生的能源，如：水能、风能、潮汐能等．
2．不可再生能源：自然界中无法在短时间内再生的能源，如：煤炭、石油、天然气等．
3．我国在能源的开发利用方面，有以下几种发电方式：太阳能发电、水力发电、风能发电、核能发电．
四、能源与社会发展
1.人类对能源的利用大致经历了三个时期,即柴薪时期、煤炭时期 、石油时期。自工业革命以来,煤和石油成为人类的主要能源。
2.能源短缺和过度使用化石能源带来的环境恶化已成为关系到人类社会能否持续发展的大问题。
3.可持续发展
(1)可持续发展的核心是追求发展与资源、环境的平衡:既满足当代人的需求,又不损害子孙后代的需求。
(2)需要做好两方面:①要大力提倡节能;②要发展可再生能源以及天然气、清洁煤和核能等在生产及消费过程中对生态环境的污染程度低的清洁能源,推动形成人与自然和谐发展的生态文明。
情境链接
通过教科书、图书馆、网络等途径,就以下问题,提出你的看法。
1.既然能量是守恒的,为什么我们还要节约能源?
答案 在能源的利用过程中,能量的数量未减少,但能源的品质降低了,从便于利用的能源变成不便于利用的能源,因此,我们还要节约能源。
2.水力发电有哪些优点和缺点?
答案 优点:发电量多、价格实惠和可再生性。缺点:建设周期长、污染风险高、保障技术发展复杂等。
教材拓展
阅读教材第93页 “能量转移或转化的方向性”,这是自然界中普遍存在的现象,请你再举一例。
答案 将红墨水滴入杯中的清水中,混合均匀后,不可能发生红墨水与清水自动分离变成原来的状态的现象。
判断下列说法的正误．
(1)由能量守恒定律知,能量是取之不尽、用之不竭的,不用节约能源。( × )
解析：能量的耗散表明,在能源的利用过程中,能量在数量上虽未减少,但在可利用的品质上降低了,从便于利用的能源变成不便于利用的能源。所以自然界的能量虽然守恒,但还是要节约能源。
(2)热量可以自发地由高温物体传向低温物体,也可以自发地从低温物体传向高温物体。( × )
解析：热量可以自发地由高温物体传向低温物体,但是不可以自发地、不引起任何变化地从低温物体传向高温物体。
(3)能量的耗散就是能量的总量在减少。( × )
解析：能量的耗散是指在能源的利用过程中,能量的数量未减少,但从便于利用的能源变成不便于利用的能源。
(4)大量消耗常规能源会使环境恶化,故提倡开发利用新能源。( √ )
(5)煤炭、石油和天然气属于不可再生能源。( √ )
(6)能量不能创造,不能再生,能量只能进行转化或转移,但能量间的转化或转移具有方向性。( √ )
一、能量的转化与守恒
1．能量守恒定律的重要意义
(1)能量守恒定律是普遍适用的,对宏观世界与微观世界、高速运动与低速运动等都成立。
(2)能量守恒定律反映了自然现象的普遍联系,对人类认识自然、改造自然起着重要的指导作用。
(3)能量守恒定律彻底否定了第一类永动机的存在,即不需要任何动力和燃料,却能不断对外做功的机械是不可能存在的。
2．自然界中不同形式的能量可以相互转化，一种形式的能量减少一定伴随着其他形式的能量增加，能量的总量保持不变．
3．能量守恒定律的适用范围
能量守恒定律是贯穿物理学的基本规律，是在各种自然现象中普遍适用的一条规律．
4．能量守恒定律的表达式
(1)E初＝E末，初状态各种能量的总和等于末状态各种能量的总和．
(2)ΔE增＝ΔE减，某些能量的增加量等于其他能量的减少量．
5．应用步骤
(1)明确研究对象及研究过程；
(2)明确该过程中，哪些形式的能量在变化；
(3)确定参与转化的能量中，哪些能量增加，哪些能量减少；
(4)列出增加的能量和减少的能量之间的守恒式(或初、末状态能量相等的守恒式)．
INCLUDEPICTURE "E:\\张潇\\2020\\同步\\例1.TIF" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "E:\\张潇\\2020\\同步\\例1.TIF" \* MERGEFORMATINET 例1 四川省“十二五”水利发展规划指出，若按现有供水能力测算，四川省供水缺口极大，蓄引提水是目前解决供水问题的重要手段之一．某地要把河水抽高20 m进入蓄水池，用一台电动机通过传动效率为80%的皮带，带动效率为60%的离心水泵工作．工作电压为380 V，此时输入电动机的电功率为19 kW，电动机的内阻为0.4 Ω.已知水的密度为1×103 kg/m3，重力加速度取10 m/s2.求：
(1)电动机内阻消耗的热功率；
(2)将蓄水池蓄入864 m3的水需要的时间(不计进、出水口的水流速度)．
答案 (1)1.0×103 W (2)2×104 s
解析 (1)设电动机的电功率为P，由P＝UI得
I＝eq \f(P,U)＝eq \f(19 kW,380 V)＝50 A
设电动机内阻r上消耗的热功率为Pr，则
Pr＝I2r＝502×0.4 W＝1.0×103 W.
(2)设蓄水总质量为M，所用抽水时间为t，已知抽水高度为h＝20 m，容积为V＝864 m3，水的密度为ρ＝1×103 kg/m3，
则M＝ρV＝1×103×864 kg＝8.64×105 kg
设质量为M的河水增加的重力势能为ΔEp，则ΔEp＝Mgh
设电动机的输出功率为P0，则P0＝P－Pr
根据能量守恒定律得P0t×60%×80%＝ΔEp
代入数据解得将蓄水池蓄入864 m3的水需要的时间t＝2×104 s.
INCLUDEPICTURE "E:\\张潇\\2020\\同步\\例2.TIF" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "E:\\张潇\\2020\\同步\\例2.TIF" \* MERGEFORMATINET 例2 (多选)关于“能量耗散”的下列说法中，正确的是( )
A．能量在转化过程中，有一部分能量转化为内能，我们无法把这些内能收集起来重新利用，这种现象叫作能量耗散
B．能量在转化过程中变少的现象叫能量耗散
C．能量耗散表明，在能源的利用过程中，即在能量的转化过程中，能量的数量并未减少，但在可利用的品质上降低了，从便于利用的能源变成不便于利用的能源，而自然界的能量是守恒的
D．能量耗散表明，各种能量在不转化时是守恒的，但在转化时是不守恒的
答案 AC
解析 由能量耗散的定义可知A项说法正确；能量耗散是指能源的可利用品质下降，但能量仍然是守恒的，C项说法正确．
二、能源的分类与应用
1．地球上的绝大部分能源来源于太阳的辐射能
2．对“能量耗散和品质降低” 的理解
(1)各种形式的能最终都转化为内能,流散到周围的环境中,分散在环境中的内能不管数量多么巨大,它也只能使地球、大气稍稍变暖一点,却再也不能驱动机器做功了。
(2)从可被利用的价值来看,内能较之机械能、电能等,是一种低品质的能量。由此可知,能量耗散虽然不会导致能量的总量减少,却会导致能量品质的降低,实际上是将能量从高度有用的形式降级为不大可用的形式。
(3)能量耗散导致可利用能源减少,所以要节约能源。
3．能源的分类
(1)可再生能源：自然界可以源源不断地提供，或在自然界中可以再生，如：水能、风能、潮汐能．
(2)不可再生能源：自然界无法在短时间内再生，如：煤炭、石油、天然气．
4．能源的开发与利用关系图
例3 关于能源、能量，下列说法正确的是( )
A．可再生能源是未来理想能源的一个重要发展方向
B．核能的利用会造成放射性污染，所以应该关闭核电站
C．能量是守恒的，不会发生能源危机
D．化石能源、水能、核能，不能在短期内从自然界得到补充，这类能源称为不可再生能源
答案 A
解析 可再生能源足够清洁、无污染，可以保证不会严重影响环境，是未来理想能源的一个重要发展方向，选项A正确；核电站的建设与运行若有疏漏会造成环境污染，同时核废料具有放射性，但不应该关闭核电站，应该合理地利用，选项B错误；由于能量的转化具有方向性，所以无节制地消耗能源会造成能源危机，选项C错误；化石能源、核能不可能在短期内从自然界得到补充，所以它们属于不可再生能源；而水能可以从自然界不断地得到，属于可再生能源，选项D错误．
能量耗散不仅遵循能量守恒定律,而且从能量转化的角度反映出自然界与热现象有关的宏观过程具有方向性。
针对训练 (多选)以下说法正确的是( )
A．煤、石油、天然气等燃料的最初来源可追溯到太阳能
B．汽油是一种清洁能源
C．水能是可再生能源
D．煤、石油等常规能源是取之不尽、用之不竭的
答案 AC
解析 煤、石油、天然气等是动植物转化成的，其最初来源可追溯到太阳能，选项A对；汽油燃烧会引起一些化合物的产生，导致有毒气体的生成，选项B错；水能是可再生能源，选项C对；煤、石油、天然气等储量是有限的，是不可再生能源，选项D错．
三、能源与社会发展
1．能源的重要性：能源是社会存在与发展永远不可或缺的必需品，是国民经济运动的物质基础，它与材料、信息构成现代社会的三大支柱．
2．能源和环境污染
(1)温室效应：石油、煤炭的燃烧增加了大气中二氧化碳的含量，由于二氧化碳对长波的辐射有强烈的吸收作用，且像暖房的玻璃一样，只准太阳光的热辐射进来，不让室内长波热辐射出去，使地球气温上升，这种效应叫温室效应．
温室效应造成的影响：温室效应使两极的冰雪融化，海平面上升，淹没沿海城市，使海水倒流入河流，从而使耕地盐碱化；温室效应使全球降水量变化，影响气候和植被变化，影响人体健康．
(2)酸雨：酸雨是指pH值小于5.6的雨、雪或其他形式的大气降水．形成酸雨的主要原因是燃烧煤炭和石油，以及工业生产等释放到大气中的二氧化硫等物质使雨水酸度升高，形成“酸雨”，腐蚀建筑物、酸化土壤．
(3)光化学烟雾：内燃机工作时的高温使空气和燃料中的多种物质发生化学反应，产生氮的氧化物和碳氢化合物．这些化合物在大气中受到紫外线的照射，产生二次污染物质——光化学烟雾．这些物质有毒，能引起人的多种疾病．
另外，常规能源燃烧时产生的浮尘也是一种污染物．
INCLUDEPICTURE "E:\\张潇\\2020\\同步\\例4.TIF" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "E:\\张潇\\2020\\同步\\例4.TIF" \* MERGEFORMATINET 例4 (多选)关于“温室效应”，下列说法中正确的是( )
A．太阳能源源不断地辐射到地球上，由此产生了“温室效应”
B．石油和煤炭燃烧时产生的二氧化碳增加了大气中二氧化碳的含量，由此产生了“温室效应”
C．“温室效应”使得地面气温上升，两极冰雪融化
D．“温室效应”使得土壤酸化
答案 BC
解析 “温室效应”的产生是由于石油和煤炭燃烧时产生的二氧化碳增加了大气中二氧化碳的含量．它的危害是使地面气温上升、两极冰雪融化、海平面上升、淹没沿海城市、海水河流倒灌、耕地盐碱化等，故B、C正确.
1．(能量的转化与守恒)下列对能量守恒定律的认识错误的是( )
A．某种形式的能量减少，一定存在其他形式的能量增加
B．某个物体的能量减少，必然有其他物体的能量增加
C．不需要任何外界的动力而持续对外做功的机器——永动机是不可能制成的
D．石子从空中落下，最后静止在地面上，说明能量消失了
答案 D
解析 根据能量守恒定律得知，某种形式的能量减少，必然有其他形式的能量增加，故A正确；根据能量守恒定律得知，某个物体的能量减少，必然有其他物体的能量增加，故B正确；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，故C正确；石子从空中落下，到最后静止在地面上，机械能转化为石子及周围物体的内能，能量并没有消失，故D错误．
2．(能量耗散)(多选)下列对能量耗散理解正确的是( )
A．能量耗散说明能量在不断减少
B．能量耗散遵守能量守恒定律
C．能量耗散说明能量不能凭空产生，但可以凭空消失
D．能量耗散从能量角度反映出自然界的宏观过程具有方向性
答案 BD
解析 在发生能量转化的宏观过程中，其他形式的能量最终转化为流散到周围环境的内能，无法再回收利用，这种现象叫能量耗散．能量耗散并不违反能量守恒定律，宇宙中的能量既没有减少，也没有消失，它从能量角度反映出自然界的宏观过程具有方向性，故A、C错误，B、D正确．
3．(能源的开发、利用及环境保护)关于能源的开发和节约，你认为下列哪些观点是错误的( )
A．常规能源是有限的，无节制地利用常规能源，如石油之类，是一种盲目的短期行为
B．根据能量守恒定律，担心能源枯竭是一种杞人忧天的表现
C．能源的开发和利用，必须要同时考虑其对环境的影响
D．通过核聚变和平利用核能是目前开发新能源的一种新途径
答案 B
解析 能量虽然守恒，但能量耗散导致能量的品质降低，从便于利用的能源变成不便于利用的能源，也往往对环境产生破坏，从而应开发新型的清洁型的能源，故B错．
4.(能源的开发、利用)如图1所示是我国某风能发电基地，全球可利用的风能为2×107 MW(1 MW＝106 W)，比地球上可开发利用的水能总量还要大10倍，我国风能资源总储量约1.6×105 MW .2012年7月4日装机容量达到2 240万千瓦的三峡水电站，已成为全世界最大的水力发电站和清洁能源生产基地．下列说法正确的是( )
图1
A．风力发电是把风的内能转化为电能
B．我国风能资源总储量约为7个三峡水电站的装机容量
C．风力发电过程违反能量守恒定律
D．水能和风能都是清洁能源且都是不可再生能源
答案 B
5．(能源的开发、利用)三峡水利工程的坝高h0＝185 m，正常水位为h＝175 m，水库容积V＝3.93×1010 m3，装机容量(发电机的总功率)P＝1.768×107 kW，假设发电机效率为η＝80%，试根据这些数据计算出三峡水利枢纽的流量Q，并写出每个物理量应选用的单位．(不进行具体计算，用字母表示)
答案 见解析
解析 设在时间Δt内，有ΔV的水通过三峡水利枢纽，则：
Q＝eq \f(ΔV,Δt)，ΔV＝QΔt.
减少的势能ΔEp＝mgh＝ΔV·ρgh＝QΔtρgh，
发电机的功率：
P＝eq \f(ΔEp·η,Δt)＝eq \f(QΔtρgh·η,Δt)＝Qρghη，
流量为Q＝eq \f(P,ρghη).其中Q的单位为m3/s，P的单位为W，ρ的单位为kg/m3，g的单位为m/s2，h的单位为m.
考点一 能量转化与能量耗散
1．有关能量守恒定律，下列说法正确的是( )
A．能量守恒定律只适用于机械能与内能的相互转化
B．能量守恒定律只适用于能量转化过程
C．“摩擦生热”是创造了热，它不符合能量守恒定律
D．按照能量守恒定律，宇宙中的能量总和永远不会增减
答案 D
2．下列说法正确的是( )
A．随着科技的发展，永动机是可以制成的
B．太阳照射到地球上的光能转化成了其他形式的能量，但照射到宇宙空间的能量都消失了
C．“既要马儿跑，又让马儿不吃草”违背了能量守恒定律，因而是不可能的
D．有种“全自动”手表，不用上发条，也不用任何形式的电源，却能一直走动，说明能量可以凭空产生
答案 C
解析 永动机是指不消耗或少消耗能量，而可以大量对外做功的装置，这种装置违背了能量守恒定律，所以永动机是永远不可能制成的，A错误；太阳辐射大量的能量，地球只吸收了极少的一部分，使万物生长，但辐射到宇宙空间的能量也没有消失，B错误；马要运动，必须消耗能量，C正确；所谓“全自动”手表，内部是有能量转化装置的，一般是一个摆锤，当人戴着手表活动时，摆锤不停摆动，给游丝弹簧补充能量，才会维持手表的运行，D错误．
3．(多选)下列关于能量耗散的说法，正确的是( )
A．能量耗散使能的总量减少，违背了能量守恒定律
B．能量耗散是指耗散在环境中的内能再也不能被人类利用
C．能量耗散导致能量品质降低
D．能量耗散说明能量不能凭空产生，但可以凭空消失
答案 BC
解析 能量耗散是能量在转化的过程中有一部分以内能的形式被周围环境吸收，遵守能量守恒定律，但使得能量品质降低，故A错误，C正确；能量耗散是指耗散在环境中的内能无法再被人类利用，故B正确；能量耗散时能量既没有减少，也没有消失，故D错误．
4．下列哪些现象属于能量耗散( )
A．利用水流能发电变成电能
B．电能通过灯泡中的电阻丝转化为光能
C．电池的化学能转化为电能
D．火炉把房子烤暖
答案 D
5.市面上出售一种装有太阳能电扇的帽子(如图1所示)．在阳光的照射下，小电扇快速转动，能给炎热的夏季带来一丝凉意．该装置的能量转化情况是( )
图1
A．太阳能→电能→机械能
B．太阳能→机械能→电能
C．电能→太阳能→机械能
D．机械能→太阳能→电能
答案 A
解析 太阳能电池板将太阳能转化为电能储存在电池板中，太阳能电池板对小电动机供电时，小电动机将电能转化为小电扇快速转动的机械能，故A正确，B、C、D错误．
6．(2019·北京市西城区高二期中)“神舟六号”载人飞船上的电子仪器及各种动作的控制都是靠太阳能电池供电的，由于光照而产生电动势的现象称为光伏效应．“神舟”飞船上的太阳能电池就是依靠光伏效应设计的单晶硅太阳能电池．在正常照射下，太阳能电池的光电转换效率可达23%，单片单晶硅太阳能电池可产生0.6 V的电动势，可获得0.1 A的电流，则每秒照射到这种太阳能电池上的太阳光的能量约为( )
A．0.01 J B．0.06 J
C．0.26 J D．3.6 J
答案 C
解析 每秒钟产生的电能为W电＝UIt＝0.06 J，转换效率为23%，所以接收的太阳能约为W光＝eq \f(W电,0.23)≈0.26 J，故选C.
7．中国已成为世界上高铁系统技术最全、集成能力最强、运营里程最长、在建规模最大的国家．报道称，新一代高速列车牵引功率达9 000 kW，持续运行速度为350 km/h.则新一代高速列车沿全长约1 300 km的京沪线从北京到上海，在动力上耗电约为( )
A．3.3×104 kW·h B．3.1×106 kW·h
C．1.8×104 kW·h D．3.3×105 kW·h
答案 A
考点二 能源的开发、利用及环境的保护
8．(多选)下面关于能源的说法中正确的是( )
A．一切能源都是取之不尽、用之不竭的
B．能源是有限的，特别是常规能源，如煤、石油、天然气等
C．大量消耗常规能源会使环境恶化，故提倡开发利用新能源
D．核能的利用对环境的影响比燃烧石油、煤炭大
答案 BC
9．使用家电时，以下做法中，有利于节约用电的是( )
A．停用空调时，只通过遥控器关机
B．使用空调时总将其自动温度控制器设定在16 ℃
C．看完电视不是通过遥控器关机，而是及时关闭电源总开关
D．使用电风扇时，不管温度多高，都将风扇开到最高风速挡
答案 C
解析 停用空调时，可以通过遥控器关机，但对节约用电无作用，因为待机状态要消耗电能，故A错误；使用空调时总将其自动温度控制器设定在16 ℃会多耗电，故B错误；看完电视不是通过遥控器关机，而是及时关闭电源总开关，待机电路断电，可以节约用电，故C正确；使用电风扇时，不管温度多高，都将风扇开到最高风速挡，这将导致耗电较多，故D错误．
10．(多选)为了减缓大气中CO2浓度的增加，可以采取的措施有( )
A．禁止使用煤、石油和天然气
B．开发利用核能、太阳能
C．将汽车燃料由汽油改为液化石油气
D．植树造林
答案 BD
解析 能源与环境是相互制约的，在目前能源比较短缺的情况下还不能禁止使用常规能源，选项A、C错误，B正确；通过植树造林，可以把太阳辐射到地球的能量转化为生物的能量储存起来，又能吸收大气中的CO2，释放出O2，选项D正确．
11．某一水力发电站的水位的平均落差为50 m，每秒钟有6×106 kg的水用来发电，水的重力势能有10%转化为电能，g取10 m/s2，则( )
A．每秒钟水减少的重力势能约为3×108 J
B．发电的平均功率约为6×108 W
C．每天的发电量约为7.2×106 kW·h
D．若将这些电能以0.5 元/度的价格卖出，则一年收入约为3 600万元
答案 C
12．水能是可再生能源，可持续地利用水能来发电，为人类提供“清洁”的能源．若一水力发电站水流的平均流量为Q(m3/s)，落差为h(m)，发电效率为η，则该电站一年的发电量(kW·h)是多少？(一年按365天计算，g取10 m/s2，水的密度ρ＝1×103 kg/m3)
答案 8.76×104ηQh(kW·h)
解析 每秒钟水能转化为电能为E＝ηQρgh，也就是发电功率，所以一年内的发电量
E′＝365×24×3 600×eq \f(1,3.6)×10－6ηQρgh(kW·h)
＝8.76×104ηQh(kW·h)．
13.如图2所示是一种太阳能草坪节能灯，太阳能电池板供一只“10 V 9 W”的电子节能灯工作，若太阳能电池板接收太阳能的有效面积为0.3 m2，平均1小时得到的太阳辐射能为4×105 J，太阳光平均一天按8小时计算，恰好可以供电子节能灯工作10小时．问：(结果保留整数)
图2
(1)太阳能节能灯的能量转化情况；
(2)太阳能电池板单位面积上接收太阳能的功率大约是多少？
(3)太阳能节能灯利用太阳能的效率大约是多少？
答案 (1)见解析 (2)370 W (3)10%
解析 (1)能量转化：太阳能→电能→光能(热能)．
(2)太阳能电池板单位面积上接收太阳能的功率：
P＝eq \f(4×105,0.3×1×3 600) W≈370 W.
(3)节能灯利用太阳能的效率：
η＝eq \f(9×10×3 600,4×105×8)×100%≈10%.
14．某辆以蓄电池为驱动能源的环保汽车，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的比值(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，求所需的太阳能电池板的最小面积，结合计算结果，简述你对该设想的思考．
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%的能量被损耗，该车所用太阳能电池的能量转化效率约为15%.
答案 (1)1.5×104 W (2)0.045 (3)见解析
解析 (1)驱动电机的输入功率P电＝IU＝1.5×104 W.
(2)车在匀速行驶时P机＝0.9P电＝F牵v＝Ffv，Ff＝eq \f(0.9P电,v)，汽车所受阻力与车重的比值为eq \f(Ff,mg)＝0.045.
(3)当太阳光垂直于电池板入射时，所需板面积最小，设其为S，距太阳中心为r的球面面积S0＝4πr2.若没有能量的损耗，太阳能电池板接收到的太阳能功率为P′，则eq \f(P′,P0)＝eq \f(S,S0)，设太阳能电池板实际接收到的太阳能功率为P，P＝(1－30%)P′.由以上两式得eq \f(P,P01－30%)＝eq \f(S,S0).由于P电＝15%P，所以电池板的最小面积S＝eq \f(PS0,0.7P0)＝eq \f(4πr2P电,0.15×0.7P0)≈101 m2.分析可行性并提出合理的改进建议：现在还不能达到设计要求，要进一步提高太阳能电池的转化效率，减小车的质量，提高电动机的效率．
1．列举各种实例,说明能量是如何转化的,解释能量守恒定律的含义。
科学思维
1．通过实例分析能量耗散,认识自然界中能量转化的方向性。
科学态度与责任
收集资料,讨论能源的开发和利用所带来的环境问题,认识环境污染的危害,具有环境保护的意识和行动。
了解太阳能、水能、核能和风能等能源的开发利用,知道利用能源是人类生存和社会发展的必要条件之一。知道人类利用的能源来自可再生能源和不可再生能源,认识合理使用能源的必要性,具有可持续发展观念,养成节能的习惯。
一、能量守恒定律
能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中，能量的总量保持不变．这个规律叫作能量守恒定律．
二、能量转移或转化的方向性
1．能量转移或转化的方向性：一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的．
2．能量耗散
(1)能量耗散的概念：燃料燃烧时一旦把热量释放出去，就不会再次自动聚集起来供人类重新利用．电池中的化学能转化为电能，电能又通过灯泡转化成内能和光能，热和光被其他物质吸收之后变成周围环境的内能，我们很难把这些散失的能量收集起来重新利用．
(2)能量品质降低：能量耗散虽然不会导致能量总量的减少，却会导致能量品质的降低，从便于利用的能源变成不便于利用的能源．
(3)能量耗散从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程具有方向性．
三、能源的分类与应用
1．可再生能源：在自然界中可以再生的能源，如：水能、风能、潮汐能等．
2．不可再生能源：自然界中无法在短时间内再生的能源，如：煤炭、石油、天然气等．
3．我国在能源的开发利用方面，有以下几种发电方式：太阳能发电、水力发电、风能发电、核能发电．
四、能源与社会发展
1.人类对能源的利用大致经历了三个时期,即柴薪时期、煤炭时期 、石油时期。自工业革命以来,煤和石油成为人类的主要能源。
2.能源短缺和过度使用化石能源带来的环境恶化已成为关系到人类社会能否持续发展的大问题。
3.可持续发展
(1)可持续发展的核心是追求发展与资源、环境的平衡:既满足当代人的需求,又不损害子孙后代的需求。
(2)需要做好两方面:①要大力提倡节能;②要发展可再生能源以及天然气、清洁煤和核能等在生产及消费过程中对生态环境的污染程度低的清洁能源,推动形成人与自然和谐发展的生态文明。
情境链接
通过教科书、图书馆、网络等途径,就以下问题,提出你的看法。
1.既然能量是守恒的,为什么我们还要节约能源?
答案 在能源的利用过程中,能量的数量未减少,但能源的品质降低了,从便于利用的能源变成不便于利用的能源,因此,我们还要节约能源。
2.水力发电有哪些优点和缺点?
答案 优点:发电量多、价格实惠和可再生性。缺点:建设周期长、污染风险高、保障技术发展复杂等。
教材拓展
阅读教材第93页 “能量转移或转化的方向性”,这是自然界中普遍存在的现象,请你再举一例。
答案 将红墨水滴入杯中的清水中,混合均匀后,不可能发生红墨水与清水自动分离变成原来的状态的现象。
判断下列说法的正误．
(1)由能量守恒定律知,能量是取之不尽、用之不竭的,不用节约能源。( × )
解析：能量的耗散表明,在能源的利用过程中,能量在数量上虽未减少,但在可利用的品质上降低了,从便于利用的能源变成不便于利用的能源。所以自然界的能量虽然守恒,但还是要节约能源。
(2)热量可以自发地由高温物体传向低温物体,也可以自发地从低温物体传向高温物体。( × )
解析：热量可以自发地由高温物体传向低温物体,但是不可以自发地、不引起任何变化地从低温物体传向高温物体。
(3)能量的耗散就是能量的总量在减少。( × )
解析：能量的耗散是指在能源的利用过程中,能量的数量未减少,但从便于利用的能源变成不便于利用的能源。
(4)大量消耗常规能源会使环境恶化,故提倡开发利用新能源。( √ )
(5)煤炭、石油和天然气属于不可再生能源。( √ )
(6)能量不能创造,不能再生,能量只能进行转化或转移,但能量间的转化或转移具有方向性。( √ )
一、能量的转化与守恒
1．能量守恒定律的重要意义
(1)能量守恒定律是普遍适用的,对宏观世界与微观世界、高速运动与低速运动等都成立。
(2)能量守恒定律反映了自然现象的普遍联系,对人类认识自然、改造自然起着重要的指导作用。
(3)能量守恒定律彻底否定了第一类永动机的存在,即不需要任何动力和燃料,却能不断对外做功的机械是不可能存在的。
2．自然界中不同形式的能量可以相互转化，一种形式的能量减少一定伴随着其他形式的能量增加，能量的总量保持不变．
3．能量守恒定律的适用范围
能量守恒定律是贯穿物理学的基本规律，是在各种自然现象中普遍适用的一条规律．
4．能量守恒定律的表达式
(1)E初＝E末，初状态各种能量的总和等于末状态各种能量的总和．
(2)ΔE增＝ΔE减，某些能量的增加量等于其他能量的减少量．
5．应用步骤
(1)明确研究对象及研究过程；
(2)明确该过程中，哪些形式的能量在变化；
(3)确定参与转化的能量中，哪些能量增加，哪些能量减少；
(4)列出增加的能量和减少的能量之间的守恒式(或初、末状态能量相等的守恒式)．
INCLUDEPICTURE "E:\\张潇\\2020\\同步\\例1.TIF" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "E:\\张潇\\2020\\同步\\例1.TIF" \* MERGEFORMATINET 例1 四川省“十二五”水利发展规划指出，若按现有供水能力测算，四川省供水缺口极大，蓄引提水是目前解决供水问题的重要手段之一．某地要把河水抽高20 m进入蓄水池，用一台电动机通过传动效率为80%的皮带，带动效率为60%的离心水泵工作．工作电压为380 V，此时输入电动机的电功率为19 kW，电动机的内阻为0.4 Ω.已知水的密度为1×103 kg/m3，重力加速度取10 m/s2.求：
(1)电动机内阻消耗的热功率；
(2)将蓄水池蓄入864 m3的水需要的时间(不计进、出水口的水流速度)．
答案 (1)1.0×103 W (2)2×104 s
解析 (1)设电动机的电功率为P，由P＝UI得
I＝eq \f(P,U)＝eq \f(19 kW,380 V)＝50 A
设电动机内阻r上消耗的热功率为Pr，则
Pr＝I2r＝502×0.4 W＝1.0×103 W.
(2)设蓄水总质量为M，所用抽水时间为t，已知抽水高度为h＝20 m，容积为V＝864 m3，水的密度为ρ＝1×103 kg/m3，
则M＝ρV＝1×103×864 kg＝8.64×105 kg
设质量为M的河水增加的重力势能为ΔEp，则ΔEp＝Mgh
设电动机的输出功率为P0，则P0＝P－Pr
根据能量守恒定律得P0t×60%×80%＝ΔEp
代入数据解得将蓄水池蓄入864 m3的水需要的时间t＝2×104 s.
INCLUDEPICTURE "E:\\张潇\\2020\\同步\\例2.TIF" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "E:\\张潇\\2020\\同步\\例2.TIF" \* MERGEFORMATINET 例2 (多选)关于“能量耗散”的下列说法中，正确的是( )
A．能量在转化过程中，有一部分能量转化为内能，我们无法把这些内能收集起来重新利用，这种现象叫作能量耗散
B．能量在转化过程中变少的现象叫能量耗散
C．能量耗散表明，在能源的利用过程中，即在能量的转化过程中，能量的数量并未减少，但在可利用的品质上降低了，从便于利用的能源变成不便于利用的能源，而自然界的能量是守恒的
D．能量耗散表明，各种能量在不转化时是守恒的，但在转化时是不守恒的
答案 AC
解析 由能量耗散的定义可知A项说法正确；能量耗散是指能源的可利用品质下降，但能量仍然是守恒的，C项说法正确．
二、能源的分类与应用
1．地球上的绝大部分能源来源于太阳的辐射能
2．对“能量耗散和品质降低” 的理解
(1)各种形式的能最终都转化为内能,流散到周围的环境中,分散在环境中的内能不管数量多么巨大,它也只能使地球、大气稍稍变暖一点,却再也不能驱动机器做功了。
(2)从可被利用的价值来看,内能较之机械能、电能等,是一种低品质的能量。由此可知,能量耗散虽然不会导致能量的总量减少,却会导致能量品质的降低,实际上是将能量从高度有用的形式降级为不大可用的形式。
(3)能量耗散导致可利用能源减少,所以要节约能源。
3．能源的分类
(1)可再生能源：自然界可以源源不断地提供，或在自然界中可以再生，如：水能、风能、潮汐能．
(2)不可再生能源：自然界无法在短时间内再生，如：煤炭、石油、天然气．
4．能源的开发与利用关系图
例3 关于能源、能量，下列说法正确的是( )
A．可再生能源是未来理想能源的一个重要发展方向
B．核能的利用会造成放射性污染，所以应该关闭核电站
C．能量是守恒的，不会发生能源危机
D．化石能源、水能、核能，不能在短期内从自然界得到补充，这类能源称为不可再生能源
答案 A
解析 可再生能源足够清洁、无污染，可以保证不会严重影响环境，是未来理想能源的一个重要发展方向，选项A正确；核电站的建设与运行若有疏漏会造成环境污染，同时核废料具有放射性，但不应该关闭核电站，应该合理地利用，选项B错误；由于能量的转化具有方向性，所以无节制地消耗能源会造成能源危机，选项C错误；化石能源、核能不可能在短期内从自然界得到补充，所以它们属于不可再生能源；而水能可以从自然界不断地得到，属于可再生能源，选项D错误．
能量耗散不仅遵循能量守恒定律,而且从能量转化的角度反映出自然界与热现象有关的宏观过程具有方向性。
针对训练 (多选)以下说法正确的是( )
A．煤、石油、天然气等燃料的最初来源可追溯到太阳能
B．汽油是一种清洁能源
C．水能是可再生能源
D．煤、石油等常规能源是取之不尽、用之不竭的
答案 AC
解析 煤、石油、天然气等是动植物转化成的，其最初来源可追溯到太阳能，选项A对；汽油燃烧会引起一些化合物的产生，导致有毒气体的生成，选项B错；水能是可再生能源，选项C对；煤、石油、天然气等储量是有限的，是不可再生能源，选项D错．
三、能源与社会发展
1．能源的重要性：能源是社会存在与发展永远不可或缺的必需品，是国民经济运动的物质基础，它与材料、信息构成现代社会的三大支柱．
2．能源和环境污染
(1)温室效应：石油、煤炭的燃烧增加了大气中二氧化碳的含量，由于二氧化碳对长波的辐射有强烈的吸收作用，且像暖房的玻璃一样，只准太阳光的热辐射进来，不让室内长波热辐射出去，使地球气温上升，这种效应叫温室效应．
温室效应造成的影响：温室效应使两极的冰雪融化，海平面上升，淹没沿海城市，使海水倒流入河流，从而使耕地盐碱化；温室效应使全球降水量变化，影响气候和植被变化，影响人体健康．
(2)酸雨：酸雨是指pH值小于5.6的雨、雪或其他形式的大气降水．形成酸雨的主要原因是燃烧煤炭和石油，以及工业生产等释放到大气中的二氧化硫等物质使雨水酸度升高，形成“酸雨”，腐蚀建筑物、酸化土壤．
(3)光化学烟雾：内燃机工作时的高温使空气和燃料中的多种物质发生化学反应，产生氮的氧化物和碳氢化合物．这些化合物在大气中受到紫外线的照射，产生二次污染物质——光化学烟雾．这些物质有毒，能引起人的多种疾病．
另外，常规能源燃烧时产生的浮尘也是一种污染物．
INCLUDEPICTURE "E:\\张潇\\2020\\同步\\例4.TIF" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "E:\\张潇\\2020\\同步\\例4.TIF" \* MERGEFORMATINET 例4 (多选)关于“温室效应”，下列说法中正确的是( )
A．太阳能源源不断地辐射到地球上，由此产生了“温室效应”
B．石油和煤炭燃烧时产生的二氧化碳增加了大气中二氧化碳的含量，由此产生了“温室效应”
C．“温室效应”使得地面气温上升，两极冰雪融化
D．“温室效应”使得土壤酸化
答案 BC
解析 “温室效应”的产生是由于石油和煤炭燃烧时产生的二氧化碳增加了大气中二氧化碳的含量．它的危害是使地面气温上升、两极冰雪融化、海平面上升、淹没沿海城市、海水河流倒灌、耕地盐碱化等，故B、C正确.
1．(能量的转化与守恒)下列对能量守恒定律的认识错误的是( )
A．某种形式的能量减少，一定存在其他形式的能量增加
B．某个物体的能量减少，必然有其他物体的能量增加
C．不需要任何外界的动力而持续对外做功的机器——永动机是不可能制成的
D．石子从空中落下，最后静止在地面上，说明能量消失了
答案 D
解析 根据能量守恒定律得知，某种形式的能量减少，必然有其他形式的能量增加，故A正确；根据能量守恒定律得知，某个物体的能量减少，必然有其他物体的能量增加，故B正确；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，故C正确；石子从空中落下，到最后静止在地面上，机械能转化为石子及周围物体的内能，能量并没有消失，故D错误．
2．(能量耗散)(多选)下列对能量耗散理解正确的是( )
A．能量耗散说明能量在不断减少
B．能量耗散遵守能量守恒定律
C．能量耗散说明能量不能凭空产生，但可以凭空消失
D．能量耗散从能量角度反映出自然界的宏观过程具有方向性
答案 BD
解析 在发生能量转化的宏观过程中，其他形式的能量最终转化为流散到周围环境的内能，无法再回收利用，这种现象叫能量耗散．能量耗散并不违反能量守恒定律，宇宙中的能量既没有减少，也没有消失，它从能量角度反映出自然界的宏观过程具有方向性，故A、C错误，B、D正确．
3．(能源的开发、利用及环境保护)关于能源的开发和节约，你认为下列哪些观点是错误的( )
A．常规能源是有限的，无节制地利用常规能源，如石油之类，是一种盲目的短期行为
B．根据能量守恒定律，担心能源枯竭是一种杞人忧天的表现
C．能源的开发和利用，必须要同时考虑其对环境的影响
D．通过核聚变和平利用核能是目前开发新能源的一种新途径
答案 B
解析 能量虽然守恒，但能量耗散导致能量的品质降低，从便于利用的能源变成不便于利用的能源，也往往对环境产生破坏，从而应开发新型的清洁型的能源，故B错．
4.(能源的开发、利用)如图1所示是我国某风能发电基地，全球可利用的风能为2×107 MW(1 MW＝106 W)，比地球上可开发利用的水能总量还要大10倍，我国风能资源总储量约1.6×105 MW .2012年7月4日装机容量达到2 240万千瓦的三峡水电站，已成为全世界最大的水力发电站和清洁能源生产基地．下列说法正确的是( )
图1
A．风力发电是把风的内能转化为电能
B．我国风能资源总储量约为7个三峡水电站的装机容量
C．风力发电过程违反能量守恒定律
D．水能和风能都是清洁能源且都是不可再生能源
答案 B
5．(能源的开发、利用)三峡水利工程的坝高h0＝185 m，正常水位为h＝175 m，水库容积V＝3.93×1010 m3，装机容量(发电机的总功率)P＝1.768×107 kW，假设发电机效率为η＝80%，试根据这些数据计算出三峡水利枢纽的流量Q，并写出每个物理量应选用的单位．(不进行具体计算，用字母表示)
答案 见解析
解析 设在时间Δt内，有ΔV的水通过三峡水利枢纽，则：
Q＝eq \f(ΔV,Δt)，ΔV＝QΔt.
减少的势能ΔEp＝mgh＝ΔV·ρgh＝QΔtρgh，
发电机的功率：
P＝eq \f(ΔEp·η,Δt)＝eq \f(QΔtρgh·η,Δt)＝Qρghη，
流量为Q＝eq \f(P,ρghη).其中Q的单位为m3/s，P的单位为W，ρ的单位为kg/m3，g的单位为m/s2，h的单位为m.
考点一 能量转化与能量耗散
1．有关能量守恒定律，下列说法正确的是( )
A．能量守恒定律只适用于机械能与内能的相互转化
B．能量守恒定律只适用于能量转化过程
C．“摩擦生热”是创造了热，它不符合能量守恒定律
D．按照能量守恒定律，宇宙中的能量总和永远不会增减
答案 D
2．下列说法正确的是( )
A．随着科技的发展，永动机是可以制成的
B．太阳照射到地球上的光能转化成了其他形式的能量，但照射到宇宙空间的能量都消失了
C．“既要马儿跑，又让马儿不吃草”违背了能量守恒定律，因而是不可能的
D．有种“全自动”手表，不用上发条，也不用任何形式的电源，却能一直走动，说明能量可以凭空产生
答案 C
解析 永动机是指不消耗或少消耗能量，而可以大量对外做功的装置，这种装置违背了能量守恒定律，所以永动机是永远不可能制成的，A错误；太阳辐射大量的能量，地球只吸收了极少的一部分，使万物生长，但辐射到宇宙空间的能量也没有消失，B错误；马要运动，必须消耗能量，C正确；所谓“全自动”手表，内部是有能量转化装置的，一般是一个摆锤，当人戴着手表活动时，摆锤不停摆动，给游丝弹簧补充能量，才会维持手表的运行，D错误．
3．(多选)下列关于能量耗散的说法，正确的是( )
A．能量耗散使能的总量减少，违背了能量守恒定律
B．能量耗散是指耗散在环境中的内能再也不能被人类利用
C．能量耗散导致能量品质降低
D．能量耗散说明能量不能凭空产生，但可以凭空消失
答案 BC
解析 能量耗散是能量在转化的过程中有一部分以内能的形式被周围环境吸收，遵守能量守恒定律，但使得能量品质降低，故A错误，C正确；能量耗散是指耗散在环境中的内能无法再被人类利用，故B正确；能量耗散时能量既没有减少，也没有消失，故D错误．
4．下列哪些现象属于能量耗散( )
A．利用水流能发电变成电能
B．电能通过灯泡中的电阻丝转化为光能
C．电池的化学能转化为电能
D．火炉把房子烤暖
答案 D
5.市面上出售一种装有太阳能电扇的帽子(如图1所示)．在阳光的照射下，小电扇快速转动，能给炎热的夏季带来一丝凉意．该装置的能量转化情况是( )
图1
A．太阳能→电能→机械能
B．太阳能→机械能→电能
C．电能→太阳能→机械能
D．机械能→太阳能→电能
答案 A
解析 太阳能电池板将太阳能转化为电能储存在电池板中，太阳能电池板对小电动机供电时，小电动机将电能转化为小电扇快速转动的机械能，故A正确，B、C、D错误．
6．(2019·北京市西城区高二期中)“神舟六号”载人飞船上的电子仪器及各种动作的控制都是靠太阳能电池供电的，由于光照而产生电动势的现象称为光伏效应．“神舟”飞船上的太阳能电池就是依靠光伏效应设计的单晶硅太阳能电池．在正常照射下，太阳能电池的光电转换效率可达23%，单片单晶硅太阳能电池可产生0.6 V的电动势，可获得0.1 A的电流，则每秒照射到这种太阳能电池上的太阳光的能量约为( )
A．0.01 J B．0.06 J
C．0.26 J D．3.6 J
答案 C
解析 每秒钟产生的电能为W电＝UIt＝0.06 J，转换效率为23%，所以接收的太阳能约为W光＝eq \f(W电,0.23)≈0.26 J，故选C.
7．中国已成为世界上高铁系统技术最全、集成能力最强、运营里程最长、在建规模最大的国家．报道称，新一代高速列车牵引功率达9 000 kW，持续运行速度为350 km/h.则新一代高速列车沿全长约1 300 km的京沪线从北京到上海，在动力上耗电约为( )
A．3.3×104 kW·h B．3.1×106 kW·h
C．1.8×104 kW·h D．3.3×105 kW·h
答案 A
考点二 能源的开发、利用及环境的保护
8．(多选)下面关于能源的说法中正确的是( )
A．一切能源都是取之不尽、用之不竭的
B．能源是有限的，特别是常规能源，如煤、石油、天然气等
C．大量消耗常规能源会使环境恶化，故提倡开发利用新能源
D．核能的利用对环境的影响比燃烧石油、煤炭大
答案 BC
9．使用家电时，以下做法中，有利于节约用电的是( )
A．停用空调时，只通过遥控器关机
B．使用空调时总将其自动温度控制器设定在16 ℃
C．看完电视不是通过遥控器关机，而是及时关闭电源总开关
D．使用电风扇时，不管温度多高，都将风扇开到最高风速挡
答案 C
解析 停用空调时，可以通过遥控器关机，但对节约用电无作用，因为待机状态要消耗电能，故A错误；使用空调时总将其自动温度控制器设定在16 ℃会多耗电，故B错误；看完电视不是通过遥控器关机，而是及时关闭电源总开关，待机电路断电，可以节约用电，故C正确；使用电风扇时，不管温度多高，都将风扇开到最高风速挡，这将导致耗电较多，故D错误．
10．(多选)为了减缓大气中CO2浓度的增加，可以采取的措施有( )
A．禁止使用煤、石油和天然气
B．开发利用核能、太阳能
C．将汽车燃料由汽油改为液化石油气
D．植树造林
答案 BD
解析 能源与环境是相互制约的，在目前能源比较短缺的情况下还不能禁止使用常规能源，选项A、C错误，B正确；通过植树造林，可以把太阳辐射到地球的能量转化为生物的能量储存起来，又能吸收大气中的CO2，释放出O2，选项D正确．
11．某一水力发电站的水位的平均落差为50 m，每秒钟有6×106 kg的水用来发电，水的重力势能有10%转化为电能，g取10 m/s2，则( )
A．每秒钟水减少的重力势能约为3×108 J
B．发电的平均功率约为6×108 W
C．每天的发电量约为7.2×106 kW·h
D．若将这些电能以0.5 元/度的价格卖出，则一年收入约为3 600万元
答案 C
12．水能是可再生能源，可持续地利用水能来发电，为人类提供“清洁”的能源．若一水力发电站水流的平均流量为Q(m3/s)，落差为h(m)，发电效率为η，则该电站一年的发电量(kW·h)是多少？(一年按365天计算，g取10 m/s2，水的密度ρ＝1×103 kg/m3)
答案 8.76×104ηQh(kW·h)
解析 每秒钟水能转化为电能为E＝ηQρgh，也就是发电功率，所以一年内的发电量
E′＝365×24×3 600×eq \f(1,3.6)×10－6ηQρgh(kW·h)
＝8.76×104ηQh(kW·h)．
13.如图2所示是一种太阳能草坪节能灯，太阳能电池板供一只“10 V 9 W”的电子节能灯工作，若太阳能电池板接收太阳能的有效面积为0.3 m2，平均1小时得到的太阳辐射能为4×105 J，太阳光平均一天按8小时计算，恰好可以供电子节能灯工作10小时．问：(结果保留整数)
图2
(1)太阳能节能灯的能量转化情况；
(2)太阳能电池板单位面积上接收太阳能的功率大约是多少？
(3)太阳能节能灯利用太阳能的效率大约是多少？
答案 (1)见解析 (2)370 W (3)10%
解析 (1)能量转化：太阳能→电能→光能(热能)．
(2)太阳能电池板单位面积上接收太阳能的功率：
P＝eq \f(4×105,0.3×1×3 600) W≈370 W.
(3)节能灯利用太阳能的效率：
η＝eq \f(9×10×3 600,4×105×8)×100%≈10%.
14．某辆以蓄电池为驱动能源的环保汽车，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的比值(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，求所需的太阳能电池板的最小面积，结合计算结果，简述你对该设想的思考．
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%的能量被损耗，该车所用太阳能电池的能量转化效率约为15%.
答案 (1)1.5×104 W (2)0.045 (3)见解析
解析 (1)驱动电机的输入功率P电＝IU＝1.5×104 W.
(2)车在匀速行驶时P机＝0.9P电＝F牵v＝Ffv，Ff＝eq \f(0.9P电,v)，汽车所受阻力与车重的比值为eq \f(Ff,mg)＝0.045.
(3)当太阳光垂直于电池板入射时，所需板面积最小，设其为S，距太阳中心为r的球面面积S0＝4πr2.若没有能量的损耗，太阳能电池板接收到的太阳能功率为P′，则eq \f(P′,P0)＝eq \f(S,S0)，设太阳能电池板实际接收到的太阳能功率为P，P＝(1－30%)P′.由以上两式得eq \f(P,P01－30%)＝eq \f(S,S0).由于P电＝15%P，所以电池板的最小面积S＝eq \f(PS0,0.7P0)＝eq \f(4πr2P电,0.15×0.7P0)≈101 m2.分析可行性并提出合理的改进建议：现在还不能达到设计要求，要进一步提高太阳能电池的转化效率，减小车的质量，提高电动机的效率．
相关学案
高中物理人教版 (2019)必修 第三册第十二章 电能 能量守恒定律4 能源与可持续发展导学案： 这是一份高中物理人教版 (2019)必修 第三册<a href="/wl/tb_c163142_t4/?tag_id=42" target="_blank">第十二章 电能 能量守恒定律4 能源与可持续发展导学案</a>，文件包含人教版2019高中物理必修三新教材同步第12章4能源与可持续发展--教师版docx、人教版2019高中物理必修三新教材同步第12章4能源与可持续发展--学生版docx等2份学案配套教学资源，其中学案共26页， 欢迎下载使用。
高中物理人教版 (2019)必修 第三册2 导体的电阻优秀导学案： 这是一份高中物理人教版 (2019)必修 第三册<a href="/wl/tb_c163126_t4/?tag_id=42" target="_blank">2 导体的电阻优秀导学案</a>，文件包含人教版2019高中物理必修三新教材同步第11章2导体的电阻--教师版docx、人教版2019高中物理必修三新教材同步第11章2导体的电阻--学生版docx等2份学案配套教学资源，其中学案共38页， 欢迎下载使用。
高中物理1 电源和电流精品导学案及答案： 这是一份高中物理<a href="/wl/tb_c163124_t4/?tag_id=42" target="_blank">1 电源和电流精品导学案及答案</a>，文件包含人教版2019高中物理必修三新教材同步第11章1电源和电流--教师版docx、人教版2019高中物理必修三新教材同步第11章1电源和电流--学生版docx等2份学案配套教学资源，其中学案共31页， 欢迎下载使用。
