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2024 年高考一轮复习100 考点100 讲
第11 章 恒定电流
第11.10 讲 电能 能量守恒定律
【知识点精讲】
1. 电动机中的能量转化
从能量转化与守恒的角度看，电动机从电源获得能量， 一部分转化为机械能，还有一部分转化为内能。
设电动机消耗的功率为P 电，电动机对外做功，输出的 功率为P 机，另外，电动机工作时自身也有能量损
失，对应 的功率为P 损，它们之间满足 P 电＝P 机＋P 损
设电动机两端的电压为U，通过电动机线圈的电流为I， 可知 P 电＝UI
电动机工作时有电能转化为内能。设电动机线圈的电阻为R，可知 P 热 ＝I2 R
这说明，由于电动机线圈有电阻，所以电能除了转化为 机械能之外，确实还有一部分转化为内能。电动
机的转子与 轴承均有摩擦，另外还有空气阻力。但若忽略这部分能量损 失，只考虑线圈发热产生的能量
损失，则有 P 损＝ P 热
2，电池充电过程中的能量转化
电能除了转化为化学能（储存在电池中）之外，还有一部分转化为内能。
3. 从能量转化的角度看，电源是通过非静电力做功把其 他形式的能转化为电势能的装置。
4. 汽车行使时的功率分配比例
5. 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（law of energy
conservation）
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6. 把耗散在大气中不能收集起来重新利用的这种现象叫作能量的耗散。 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。
【方法归纳】
电流做功的过程就是电能转化为其他形式 能的过程。用电流做功的多少可以量度电能转化为其他形
式能的多少。
能量的耗散是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。
【最新高考题精练】
1．（2022 年6 月浙江选考）风力发电已成为我国实现“双碳”目标的重要途经之一。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。下列说法正确的是
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1.0×108kW 的风能资源，则每天发电量为2.4×109kW·h
D．若风场每年有5000h 风速在6~10m/s 的风能资源，则该发电机年发电量至少为6.0×105kW·h
2. （2022 山东物理）某粮库使用额定电压
，内阻
的电动机运粮。如图所示，配重
和电动机连接小车的缆绳均平行于斜坡，装满粮食的小车以速度
沿斜坡匀速上行，此时电流
。关闭电动机后，小车又沿斜坡上行路程L 到达卸粮点时，速度恰好为零。卸粮后，给小车一个
第12 题图
2
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向下的初速度，小车沿斜坡刚好匀速下行。已知小车质量
，车上粮食质量
，配
重质量
，取重力加速度
，小车运动时受到的摩擦阻力与车及车上粮食总重力成正比，
比例系数为k，配重始终未接触地面，不计电动机自身机械摩擦损耗及缆绳质量。求：
（1）比例系数k 值；
（2）上行路程L 值。
3.（2021 年1 月浙江选考）一辆汽车在水平高速公路上以80km/h 的速度匀速行驶，其1s 内能
量分配情况如图所示,则汽车
A.发动机的输出功率为70kW
B.每1s 消耗的燃料最终转化成的内能是5.7×104J
C.每1s 消耗的燃料最终转化成的内能是6.9×104J
D.每1s 消耗的燃料最终转化成的内能是7.0×104J
4.（2018 年4 月浙江选考）杭州市正将主干道上的部分高压钠灯换成LED 灯，已知高压钠灯功率为
400W，LED 灯功率为180W，若更换400 盏，则一个月可节约的电能约为( )
A. 9×102kW·h
B. 3×105kW·h
C.6×105kW·h
D. 1×1012kW·h
3
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5．（10 分）（2001 上海高考题）（1）1791 年，米被定义为：在经过巴黎的子午线上，取从赤道到
北极长度的一千万分之一。请由此估算地球的半径R。（答案保留二位有效数字）
（2）太阳与地球的距离为1.5×1011 m，太阳光以平行光束入射到地面。地球表面2/3 的面积被水面所
覆盖，太阳在一年中辐射到地球表面水面部分的总能量 W 约为三1.87×1024J。设水面对太阳辐射的平均反
射率为7％，而且将吸收到的35％能量重新辐射出去。太阳辐射可将水面的水蒸发（设在常温、常压下蒸
发1kg 水需要2.2×106J 的能量），而后凝结成雨滴降落到地面。
（a）估算整个地球表面的年平均降雨量（以毫米表示，球面积为4πR2）。
（b）太阳辐射到地球的能量中只有约50％到达地面，W 只是其中的一部分。太阳辐射到地球的能量
没能全部到达地面，这是为什么？请说明二个理由。
6．（2001 全国高考题）（12 分）“和平号”空间站已于今年3 月23 日成功地坠落在南太平洋海域，坠落
过程可简化为从一个近圆轨道（可近似看作圆轨道）开始，经过与大气摩擦，空间站的绝大部分经过
升温、熔化，最后汽化而销毁，剩下的残片坠入大海.此过程中，空间站原来机械能中，除一部分用于
销毁和一部分被残片带走外，还有一部分能量E＇通过其他方式散失（不考虑坠落过程中化学反应的
能量）.（1）试导出以下列各物理量的符号表示散失能量E＇的公式.（2）算出E＇的数值（结果保留
两位有效数字）.
坠落开始时空间站的质量M=1.17×105kg；
轨道离地面的高度为h=146km；
地球半径R=6.4×106m；
坠落空间范围内重力加速度可看作g=10m/s2；
入海残片的质量m=1.2×104kg；
入海残片的温度升高ΔT=3000K；
入海残片的入海速度为声速υ =340m/s；
空间站材料每1 千克升温1K 平均所需能量c=1.0×103J；
每销毁1 千克材料平均所需能量μ =1.0×107J.
7、（2017 年11 月浙江选考）小明同学家里部分电器的消耗功率及每天工作时间如表所示，则这些电器一
天消耗的电能约为（ ）
A、6.1×103W
B、6.1×103J
C、2.2×104W
D、2.2×107J
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【最新模拟题精练】
1. （2023 湖北武汉4 月调研）“奋进号”潮流能发电机组是世界上单台容量最大的潮流能发电机组，它的
吊装如图所示，其核心部件是“水下大风车”，它的叶片转动时可形成半径为
的圆面。某次涨潮期间，
该区域海水的潮流速度是
，流向恰好跟叶片转动的圆面垂直，已知海水密度为
，假设这
台水轮机能将此圆面内20%的潮流能转化为电能，则这台潮流能发电机发电的功率约为（ ）
A.
B.
C.
D.
2. （2023 上海七宝模拟）某节水喷灌系统如图所示，水以
的速度水平喷出，每秒喷出水的质
量为2.0kg。喷出的水是从井下抽取的，喷口离水面的高度保持H=3.75m 不变。水泵由电动机带动，电动
机正常工作时，输入电压为220V，输入电流为2.0A。不计电动机的摩擦损耗，电动机的输出功率等于水
泵所需要的输入功率。已知水泵的抽水效率（水泵的输出功率与输入功率之比）为75%，忽略水在管道中
运动的机械能损失，则（ ）
A. 每秒水泵对水做功为75J
B. 每秒水泵对水做功为225J
C. 水泵输入功率为440W
D. 电动机线圈的电阻为10
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3. （2023 浙江萧山名校联考）某节水喷灌系统如图所示，水以
的速度水平喷出，每秒喷出水的质量为
m。喷出的水是从井下抽取的，喷口离水面的高度保持H 不变。水泵由电动机带动，电动机正常工作时，
输入电压为U，输入电流为I。不计电动机的摩擦损耗，电动机的输出功率等于水泵所需要的输入功率。
已知水泵的抽水效率（水泵的输出功率与输入功率之比）为k，忽略水在管道中运动的机械能损失，则（
）
A. 每秒水泵对水做功为
B. 水泵输入功率为IU
C. 电动机线圈电阻的功率可以表示为
D. 电动机线圈的电阻为
4. （2023 浙江杭州学军中学质检）如图所示，风力涡轮机可将风的动能转化为电能，其转化效率为
40%，已知风力涡轮机叶片的长度为4m，每立方米空气质量为1.2kg，风速为10m/s，且风速方向与叶片垂
直，则下列说法正确的是（ ）
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A. 每秒流经涡轮机空气的体积约为
B. 每秒流经涡轮机空气的动能约为3kJ
C. 风力涡轮机产生的电功率约为12kW
D. 若风速变为原来2 倍，则电功率将变为原来4 倍
5. 如图所示，某风力发电机叶片转动可形成横截面积为S 的圆面，某段时间风速为v，并保持风正面吹向
叶片。若空气密度为
，风的动能转化为电能的效率为η，则（ ）
A. 单位时间内转化的电能为
B. 单位时间内转化的电能为
C. 转化为电能的功率为
D. 转化为电能的功率为
6.（2023 广东重点中学选考物理质检）能源消耗的过程中，我们无法把一些能源消耗产生的内能收集起来
重新利用，这种现象叫作能量的耗散。对于能量耗散理解正确是（ ）
A．能量耗散说明能量在不断的减少
B．能量耗散不遵循能量守恒定律
C．能量耗散说明能量不能凭空产生，但能量却可以凭空消失
D．能量耗散从能量的角度反映出自然界中的宏观过程具有方向性
7. （2023 北京11 学校质检）无人机是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机，它
具有体积小、造价低、使用方便等优点，随着民用无人机的快速发展，广告、影视、婚礼视频记录等正越
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来越多地出现无人机的身影，如图所示是我国新研究生产的一款航拍器无人机。该款无人机内置电动势E
＝15.2V、容量A＝4500mA·h 的智能电池，其内电阻忽略不计。若该款无人机正常工作时电池输出稳定的
电流为I＝4.5A，飞行时电动机工作效率η＝80％，其他设施正常工作时的电功率为
。求：
（1）充满一次电，该款无人机理论上正常工作的最长时间t；
（2）电动机1s 内输出的机械能
；
（3）已知该款无人机的总质量为m＝2.0kg，假设无人机飞行时所受到空气阻力恒为f＝4N，g 取
，
求该款无人机竖直上升飞行时的最大速度
。
8. （2021 北京西城期末）下图为某种锂电池充电过程中电池电压、充电电流随时间变化的图像。根据图
像，可以做出的正确推断是
A. 该锂电池的电动势约为4.2V
B. 该锂电池的充电电压可能小于4.2V
C. 充电的1.0~3.0 小时内，电池充入的电荷量为1000mA·h
D. 若该锂电池的容量为1400mA·h，则整个充电过程中，锂电池增加的电能不超过5.88W·h
9 .(2022 河北邯郸摸底考试)某著名电池公司于2021 年7 月29 日正式发布了新一代的钠离子电池,这款钠离
子电池电芯单体能量密度可达160 Wh/kg。若一块钠离子电池电芯单体的铭牌标注为“12 V 60 Ah”,则这
块电池电芯单体的质量为
( )
A.4.5 kg B.2.67 kg
C.0.375 kg
D.0.22 kg
充电电流
电池电压
800
0
0
时间（小时）
电
池
电
压
（
V
）
充
电
电
流
（
mA
）
1000
600
400
200
5.0
4.0
3.0
2.0
1.0
4.0
3.0
2.0
1.0
0
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。
10. （2020 年5 月15 日宁波选考适应性测试）新冠肺炎疫情期间，同学们都待在家里认真上网课。有一
位同学突然想估算一下全校师生 在家上直播课时消耗的总电能。他查阅了相关资料，信息如下表：
仅考虑信息表中的用电器，试估算全校师生在家上直播课时一天消耗的总电能约为
A．4.1×105J
B．8.9×108J
C．1.5×109J
D．2.0×109J
11 电池对用电器供电时，是其它形式能（如化学能）转化为电能的过程；对充电电池充电时，可看做
是这一过程的逆过程。现用充电器为一手机锂电池充电，等效电路如图4 所示。已知充电器电源的输
出电压为U，输出电流为I，手机电池的电动势为E，内阻为r。下列说法正确的是
A．充电器的输出电功率为
B．电能转化为化学能的功率为
C．电能转化为化学能的功率为
D．充电效率为
％
12．电动汽车由于节能环保的重要优势，越来越被大家认可。电动汽车储能部件是由多个蓄电池串联叠置
9
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组成的电池组，如图所示。某品牌电动小轿车蓄电池的数据如下表所示。下列说法正确的是
电池只数
输入电压
充电参数
放电时平均电压/只
电池容量/只
100 只
交流220
420V，20A
3.3V
120Ah
A．将电池组的两极直接接在交流电上进行充电
B．电池容量的单位Ah 就是能量单位
C．该电池组充电时的功率为4.4kW
D．该电池组充满电所储存的能量为1.4╳108J
13.（2020 年4 月浙江台州质检） 为减少汽车排放带来的污染，很多城市开始使用电动汽车。现有一辆质量
为 2t 的某品牌电动汽车电池每次充满电后能提供的总电能为 60kW∙h。充电时，直流充电桩充电电压为
400V，充电时间为 4.5h，充电效率为 95%。以 108km/h 的速度在平直高速公路匀速行驶时汽车将总电能
转化为机械能的效率为 90%， 汽车受到的阻力为重力的 0.03 倍，由此可知
A．充电的平均电流为 33A
B．汽车牵引力的功率为 15kW
C．汽车能匀速行驶的时间为 3h
D．汽车能匀速行驶的距离为350km.
14.（2020 年5 月浙江稽阳联考）HWCP60 型无线充电器的输出额定电压为5V，输出额定电流为2A。某款
HW 手机的电池容量为4000mAh，额定工作电压为4V。则
A．HW 无线充电器的内阻为2.5Ω
B．HW 无线充电器以额定电流工作时，发热功率为10W
C．HW 手机电池从满电量放电到零电量，释放的化学能约为5.76×104J
D．HW 手机电池从满电量放电到零电量，消耗的总电能约为1.6×104J
15．
移动电源（俗称充电宝）解决了众多移动设备的“缺电之苦”，受到越来越多人的青睐。 目前
市场上大多数充电宝的核心部件是锂离子电池（电动势3.7 V）及其充放电保护电路、充放电管理电路、
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升压电路等。其中的升压电路可以将锂离子电池的输出电压提升到手机、平板电脑等移动设备所要求的输
入电压(5 V)。
由于锂离子电池的材料特性，在电池短路、过高或过低温度、过度充电或放电等情况下都有可能引起
电池漏液、起火或爆炸。为安全起见，中国民航总局做出了相关规定，如图1 所示。
为了给智能手机充电，小明购买了一款移动电源，其铭牌如图2 所示。给手机充电时该移动电源的效
率按80%计算。
根据以上材料，请你判断
A．这款移动电源能为手机提供的最大充电量为8000 mAh
B．这款移动电源充满电后所储存的总化学能为37 Wh
C．乘飞机出行时，这款移动电源可以托运
D．Wh 与mAh 均为能量单位
16.（11 分）（2023 湖南名校期中）某地有一风力发电机，它的叶片转动时可形成半径为
的圆面。
某时间内该地区的风速
，风向恰好跟叶片转动形成的圆面垂直，已知空气的密度
，若该风力发电机能将此圆内10%的空气动能转化为电能。（
）求：
（1）单位时间内冲击风力发电机叶片圆面的气流的体积
；
（2）单位时间内冲击风力发电机叶片圆面的气流的动能
；
（3）此风力发电机发电的功率
。
17. 某市有20 万台空调机,每台空调机在夏季平均使用60 天,每天耗电8 kW·h。为了节约能源,该市政府建
议大家都把室内设定温度提高1 ℃,这样每台空调机每天可节省6%的电能。已知标准煤的热值是2.92×107
J/kg。发电厂的发电效率是30%。求：
（1）这样做能使该市节省的电能；
（2）这项节能建议的实现能为我们后辈留下的标准煤。
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