2025版新教材高中物理核心素养提升12电能能量守恒定律新人教版必修第三册

核心素养提升
情境1 太阳能节能灯——科学看法与责任
1.如图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4×105J，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)
(1)太阳能节能灯的能量转化状况；
(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？
情境2 风力发电——科学看法与责任
2.风力是清洁能源，我国的风力发电技术已经走在世界的前列．如图所示为某公司独立研发并制造的SL5000风力发电机，单机设计功率为5 000 kW，叶片长度为64 m，已知空气的密度为1.29 kg/m3，假如该风力发电机利用风的动能转化为电能的效率约为20%，则该风力发电机正常工作时，风速值应接近( )
A．8 m/s B．10 m/s
C．15 m/s D．20 m/s
情境3 试验器材的选取及电路设计——科学探究
3.测定一节干电池的电动势和内阻，除待测电池、开关、导线外，还有下列器材可供选
用：
A．电流表(量程0～0.6 A，内阻约1 Ω)；
B．电压表(量程0～2 V，内阻约10 kΩ)；
C．电压表(量程0～15 V，内阻约60 kΩ)；
D．滑动变阻器R1(0～10 Ω，2 A)；
E．滑动变阻器R2(0～100 Ω，1 A).
(1)为了使测量结果尽量精确，电压表应选用________，滑动变阻器应选用________．(均填仪器的字母代号)
(2)请在线框内画出测量电源电动势和内阻的电路原理图．
Ｋ
(3)闭合开关S，调整滑动变阻器的滑片，测出多组U、I值，记入表格中．
U/V 1.41 1.35 1.30 1.25 1.21
I/A0.090.200.300.400.49
依据表中的试验数据在图中作出I­ U图像，由图像可得出该干电池的电动势为________ V，内阻为________ Ω.
(4)某同学对某次试验进行了误差分析，发觉在给出的直角坐标系中描点连线的过程中，方格纸的利用率较低，这可能会带来________(填“偶然”或“系统”)误差；本试验所采纳的试验电路中，由于电压表分流，试验测出的电动势________(填“大于”“等于”或“小于”)真实值．
情境4 测量质量的仪器——科学探究
4.[2024·福建龙岩联考]爱好学习小组将电压表改装成测量物体质量的仪器，如图甲所示．所用试验器材有：
直流电源：电动势为E，内阻为r；
志向电压表V：量程0～3 V；
滑动变阻器R：规格0～5 Ω；
竖直固定的粗细匀称的直电阻丝R0：总长为1 cm，总阻值为9 Ω；
竖直绝缘弹簧：下端固定于水平地面，上端固定秤盘，弹簧上固定一水平导体杆，导体杆右端点P与直电阻丝R0接触良好且无摩擦；开关S以及导线若干．
试验步骤如下：
(1)秤盘中未放被测物前，将导体杆右端点P 置于直电阻丝R 0上端a 处，秤盘处于静止状态．
(2)直流电源的U ­ I 图像如图乙所示，则电源电动势E ＝________ V ，内阻r ＝________ Ω.
(3)在弹簧的弹性限度内，在秤盘中轻轻放入被测物，待秤盘静止平衡后，导体杆右端点P 正好处于直电阻丝R 0下端b 处，要使此时电压表达到满偏，则滑动变阻器R 接入电路
的阻值为________ Ω.已知弹簧的劲度系数k ＝9.8×103 N/m ，当地重力加速度g ＝9.8 m/s 2
，则被测物的质量m ＝________ kg.由此在电压表的刻度盘上标示相应的质量数值，即将该电
压表改装成了测量物体质量的仪器，则质量刻度是________(填“匀称”或“非匀称”)的.
(4)直流电源运用较长时间后，电动势E 减小，内阻r 增大．在此状况下，被测物体质量的测量值与真实值相比________(填“偏大”“偏小”或“相同”).
核心素养提升
1．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 ＝4×105
0.3×1×3 600 W≈370 W．(3)节能灯利用太阳能的效率：η＝9×10×3 600
4×105
×8×100%＝10%.
2．答案：C
解析：以叶片长l ＝64 m 为半径的圆面积S ＝πl 2
，在时间t 内通过叶片所在圆区域的空气柱长度x ＝vt ，该柱形体积内风的动能为E k ＝12ρSxv 2＝12p πl 2v 3
t ，功率公式P ＝ηE k t ，
则该风力发电机发出的电功率P 的数学表达式为P ＝12ηρπl 2v 3
，代入数据得v ≈14.4 m/s，
故C 正确．
3．答案：(1)B D (2)如图所示 (3)如图所示 1.45(1.43～1.47) 0.50(0.48～0.52) (4)偶然 小于
解析：(1) 一节干电池电动势约为1.5 V ，所以量程为0～2 V 的电压表适合，为便利操作，在平安的状况下滑动变阻器选最大阻值较小的，故选D.
(2)电路原理图如图所示．
(3)作出图像如图所示．
E 为图线与U 轴交点的横坐标，大小为1.45 V ，r 为斜率倒数的肯定值，则r ＝|
ΔU ΔI
|＝1.45－1.150.60 Ω＝0.50 Ω.(4)坐标纸利用率低会引起偶然误差；本试验测量的电动势E 测
＝
R V
R V ＋r
E 真，测量值比真实值偏小． 4．答案：(2)4.0 1.0 (3)2 10 匀称 (4)偏小 解析：(2)由于U ­I 图线与纵轴交点表示电源电动势，图线斜率表示内阻，可得E ＝4 V ，
r ＝1 Ω.(3)电压表达到满偏U g 时，设滑动变阻器R 接入电路的阻值为R x 可得U g R 0＝E R 0＋r ＋R x
，
解得R x ＝2 Ω.由平衡条件可得kl ＝mg ，解得m ＝10 kg.因为电压表示数与弹簧形变量成正比，被测物的质量也与弹簧形变量成正比，所以将该电压表改装成测量物体质量的仪器，则质量刻度是匀称的．(4)直流电源运用较长时间后，电动势E 减小，内阻r 增大，电路中电流偏小，右端点P 处于相同位置时，电压表示数较小，改装成的测量物体质量的仪器的示数与被测物的质量的真实值相比偏小．。