1、命题探究素养发展 学以致用能量守恒与功能关系STSE问题 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.应用示例 例1 2021 浙江1月选考 一辆汽车在水平高速公路上以80 km/h的速度匀速行驶,其1 s内能量分配情况如图所示.则汽车()A.发动机的输出功率为70 kW B.每1 s消耗的燃料最终转化成的内能是 5.7104 J C.每1 s消耗的燃料最终转化成的内能是 6.9104 J D.每1 s消耗的燃料最终转化成的内能是7.010
2、4 J C 解析 每秒钟来自燃料的能量为7.0104 J,说明输入总功率为70 kW,其中发动机输入总功率为69 kW,根据示意图,除了燃料蒸发带走1000 J之外,根据能量守恒定律,剩余能量均转化为内能,因此选项A、B、D错误,选项C正确.例2 2022 人大附中月考 某小组在试验汽车模型,该模型以蓄电池为驱动能源,驱动电机能够将输入功率的90%转化为牵引汽车模型前进的机械功率.该模型的总质量m=30 kg,当它在水平路面上以v=18 km/h的速度匀速行驶时,驱动电机的输入电流I=5 A,电压U=30 V.某地区地表的平均日照辐射度约为480 W/m2,若以太阳能为该模型的蓄电池供电,已知
3、能量转化效率约为15%,汽车受到太阳照射面积约为1 m2.以下说法正确的是()A.该模型以v=18 km/h的速度匀速行驶时,所受的阻力大小为30 N B.该模型以v=18 km/h的速度匀速行驶时,驱动电机的机械功率为150 W C.该模型若由太阳能直接供电,能以速度v=18 km/h正常行驶 D.若该地一天的有效日照时间为8小时,充电一天可供该模型以速度v=18 km/h行驶约 69.1 km D 解析 由公式可知F=0.9530183.6 N=27 N,故A错误;由题意可知,该模型以v=18 km/h的速度匀速行驶时,驱动电机的机械功率为0.9530 W=135 W,故B错误;由题意可知
4、,太阳能提供的功率为48010.150.9 W=64.8 W,该模型以v=18 km/h速度行驶时的机械功率为135 W,故C错误;太阳能提供的能量为4801836000.90.15 J=1 866 240 J,运动的时间为t=1 866 240135 s=13 824 s,运动的距离为vt=183.613 824 m=69 120 m69.1 km,故D正确.例3 (多选)2021 宜昌一中期末 如图所示,新安江水库发电站是我国最早自行设计建设的水电站,水库年径流量113亿立方米,年发电量为18.6亿千瓦时,上下游高度差约为73 m,里面装有九台水电机组,装机总容量(即九台机组一起工作时的功
5、率)为662.5兆瓦(1兆=1106),只有在用电高峰期才会开启九台机组.设每户人家平均每月用电为200度,我们平时所说的一度电即为1千瓦时的电能,重力加速度g取10 m/s2.根据以上信息,以下分析正确的是()A.一度电的能量约为10立方米的水从水库上游流下时减少的重力势能 B.新安江水力发电站可以为7.75105户家庭供电 C.一年平均开启的水电机组约3台 D.水电站是将水的机械能转化为电能,该发电站的转化效率约为32%BC 解析 10立方米的水从水库上游流下时减少的重力势能为Ep=mgh=Vgh=7.3106 J,而1 kW h=3.6106 J,选项A错误;由20012n=18.610
6、8,可得n=7.75105,B正确;由18.6108103=P36524,得P=212兆瓦,大约为3台水电机组的功率,C正确;转化效率=18.6101136001131081031073100%=81%,D错误.题组演练 1.为了更好地利用自然资源,某地区利用风力发电为当地生活生产提供电能,如图所示.已知该地区的风速约为10 m/s,空气的密度约为1.3 kg/m3.若使风力发电机转动的风通过的截面积约为400 m2,且风能的25%可转化为电能,则发电功率约为()A.6.5104 W B.1.3105 W C.2.6105 W D.1.04106 W A 解析 风的发电功率为P=12225%=
7、12225%6.5104 W,故A正确.2.太阳能先伏发电是一种新型清洁能源.如图所示,是装在农家屋顶上的12块多晶硅太阳能电池板,每块尺寸:长1634 mm、宽990 mm.晴天时,电池板每平方米每分钟接收到的太阳辐射能约为6104 J,电池板的先电转化效率约为15%,平均每天等效日照时间为4 h,则1年可发电约()A.1.4108 J B.1.7109 J C.1.51010 J D.1.01011 J C 解析 每年太阳能电池板吸收的太阳能转化为电能的大小为W总=SW0t总=1.6340.99012610415%460365 J=1.51010 J,故C正确.3.2021 岳阳一中期中
8、在港珠澳大桥建设过程中曾首次启用如图M5-5甲所示的“振华30轮”起重船试吊港珠澳大桥“最终接头”,兇使“最终接头”的底部位于水面下方h处,使之在水中保持静止约半个小时后再起吊,“最终接头”重新回到水面以上,成功完成“最终接头”从起吊、入水、出水的试吊作业.如图乙所示,“最终接头”可视为一个质量均匀分布、质量为m的矩形重物,其长、宽、高分别为a、b、c,当地海水密度为,重力加速度为g,若起吊过程“最终接头”底面始终与水平面平行,忽略水的阻力,“最终接头”从底部位于水面下方h处重新起吊使底部刚好回到水面,此过程中吊绳的拉力对“最终接头”至少做的功为()A.mgh-abcg 2 B.mgh-abcgh C.mg(h+c)-abcg 2 D.mg(h+c)-abcgh A 解析“最终接头”从底部位于水面下方h处至刚好重新回到水面,光服重力做功WG=mgh,“最终接头”从底部位于水面下方h处上升到上部在水面,浮力做功为 W浮=abcg(h-c),从上部在水面到底部位于水面,由于浮力与位移呈线性关系,该阶段浮力做功为浮=12abc2g,整个过程浮力做的总功为W总浮=abcg 2,“最终接头”从底部位于水面下方h处至底部刚好回到水面,此过程中吊绳的拉力对“最终接头”至少做的功W=mgh-abcg 2,所以A正确,B、C、D错误.