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(共27张PPT)
　　　　　　
核心素养提升(五)
一　新教材经典素材
[素材展示]
新教材人教版必修第二册第八章第97页实验案例——研究沿斜面下滑物体的机械能
本案例中，我们利用气垫导轨和数字计时器记录物体沿光滑斜面下滑的运动过程。
气垫导轨上有很多小孔，气泵送来的压缩空气从小孔喷出，使得滑块与导轨之间有一层薄薄的空气层，两者不会直接接触。这样，滑块运动时受到的阻力很小，实验的精确度能大大提高。
　　　　　　
计时系统的工作要借助于光源和光敏管(统称光电门)。光源与光敏管相对，它射出的光使光敏管感光。当滑块经过时，其上的遮光条把光遮住，与光敏管相连的电子电路自动记录遮光时间，通过数码屏显示出来。根据遮光条的宽度和遮光时间，可以算出滑块经过时的速度。因为这样的计时系统可以测出0.001 s的时间，并且能直接以数字显示，所以又叫数字毫秒计。
实验装置如图所示。实验操作中，把气垫导轨调成倾斜状态，滑块沿倾斜的气垫导轨下滑时，重力势能减小，动能增大。测量滑块和挡光片的质量，用光电门测量滑块的瞬时速度。测量滑块下降的高度Δh和初、末速度v1、v2，就可以验证机械能是否守恒。
　　　　　　
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1．(2022·福建福州高三检测)某同学用气垫导轨验证机械能守恒定律，实验装置如图甲所示。实验中，让滑块都从气垫导轨某一固定位置O由静止开始下滑，已测得气垫导轨倾角为θ。
　　　　　　
(1)下列物理量不需要测量的是________。
A．滑块和挡光片的总质量M
B．光电门位置P到O点之间的距离l
C．挡光片通过光电门时遮光时间Δt
D．挡光片的宽度d
(2)先用游标卡尺测出挡光片的宽度，示数如图乙所示，则宽度d＝________ mm。
A
10.20
(3)若某次实验中测出宽度d＝10.00 mm，挡光片通过光电门遮光时间Δt＝5.75 ms，则滑块通过光电门的速度v＝________ m/s(计算结果保留三位有效数字)。
(4)根据直接测量的物理量，经过计算分析就可以验证滑块和挡光片整体下滑过程中机械能是否守恒。
　　　　　　
1.74
2．某研究性学习小组利用气垫导轨验证机械能守恒定律，实验装置如图甲所示。在气垫导轨上相隔一定距离的两处安装两个光电传感器A、B，滑块P上固定一遮光条，若光线被遮光条遮挡，光电传感器会输出高电压，两光电传感器采集数据后与计算机相连。滑块在细线的牵引下向左加速运动，遮光条经过光电传感器A、B时，通过计算机可以得到如图乙所示的电压U随时间t变化的图像。
　　　　　　
(1)实验前，接通气源，将滑块(不挂钩码)置于气垫导轨上，轻推滑块，当图乙中的Δt1________(选填“>”“＝”或“<”)Δt2时，说明气垫导轨已经水平。
(2)用游标卡尺测遮光条宽度d，测量结果如图丙所示，则d＝________ mm。
　
　
＝
5.0
(3)滑块P用细线跨过气垫导轨左端的定滑轮与钩码Q相连，钩码Q的质量为m。将滑块P由图甲所示位置释放，通过计算机得到的图像如图乙所示，若Δt1、Δt2和d已知，要验证滑块和钩码组成的系统机械能守恒，还应测出___________________________________________ (写出物理量的名称及符号)。
(4)若上述物理量间满足关系式______________________________，则表明在上述过程中，滑块和钩码组成的系统机械能守恒。
　　　　　　
滑块(含遮光条)的质量M和两光电门间的距离L
解析：(1)实验前，接通气源，将滑块(不挂钩码)置于气垫导轨上，轻推滑块，当题图乙中的Δt1＝Δt2时，说明滑块已经匀速运动，说明气垫导轨已经水平。
(2)用游标卡尺测遮光条宽度d，则d＝5.0 mm。
　　　　　　
二　情境化主题突破
[情境展示]
要实现“碳达峰和碳中和”目标，就必须促进新能源成为电力供应的主体，因此有必要建设新的电力系统，以确保新能源高水平消纳的利用。其中的手段之一是促进终端电力替代，特别是绿色电力替代，并提高需求侧的应对能力。同时，加快储能的大规模发展，提高电力系统的灵活调节能力。
据了解，中国可再生能源的开发利用规模居世界首位，为能源绿色低碳转型提供了强有力的支持。2020年，中国可再生能源发电量将达到2.2万亿千瓦时，占全社会总用电量的29.5%，比2012年增长9.5个百分点。
在“十三五”规划的基础上，“十四五”期间可再生能源年平均装机容量将大幅提高，装机容量将进一步扩大。可再生能源在能源消费中的比重将继续增加。到“十四五”末，预计可再生能源在全社会用电量增长中的比重将达到三分之二左右，可再生能源在一次能源消耗增长中的比重将超过50%。
　　　　　　
目前电动汽车常用的储能装置为化学储能装置和物理储能装置。
(1)化学储能装置：包括镍氢电池和锂离子电池，但钠硫电池和燃料电池尚未实现。
(2)物理储能装置：包括超级电容器和飞轮电池；超导储能模式主要用于供电控制部门。
[情境链接]
1．(2021·浙江卷)中国制造的某一型号泵车如图所示，表中列出了其部分技术参数。已知混凝土密度为2.4×103 kg/m3，假设泵车的泵送系统以150 m3/h的输送量给30 m高处输送混凝土，则每小时泵送系统对混凝土做的功至少为(　　)
　　　　　　
A．1.08×107 J　　　　　 B．5.04×107 J
C．1.08×108 J D．2.72×108 J
解析：每小时内克服重力做功W＝Gh＝mgh＝ρVgh＝2.4×103×150 ×10×30 J＝1.08×108 J，每小时泵送系统对混凝土做的最小的功与克服重力做功相等，即W′＝1.08×108 J，故选C。
答案：C
2．某汽车研发机构在汽车的车轮上安装了小型发电机，将减速时的部分动能转化并储存在蓄电池中，以达到节能的目的。某次测试中，汽车以额定功率行驶一段距离后关闭发动机，测出了汽车动能Ek与位移x的关系图像如图所示，其中①是关闭储能装置时的关系图线，②是开启储能装置时的关系图线。已知汽车的质量为1 000 kg，设汽车运动过程中所受地面阻力恒定，空气阻力不计。根据图像所给的信息可求出 (　　)
　　　　　　
A．汽车行驶过程中所受地面的阻力为1 000 N
B．汽车的额定功率为100 kW
C．汽车加速运动的时间为22.5 s
D．汽车开启储能装置后向蓄电池提供的电能为5×105 J
　　　　　　
答案：D
3．(2020·浙江卷改编)如图所示，系留无人机是利用地面直流电源通过电缆供电的无人机，旋翼由电动机带动。现有质量为20 kg、额定功率为5 kW的系留无人机从地面起飞沿竖直方向上升，经过200 s到达100 m高处后悬停并进行工作。已知直流电源供电电压为400 V，若不计电缆的质量和电阻，忽略电缆对无人机的拉力，则(　　)
A．空气对无人机的作用力始终大于或等于200 N
B．直流电源对无人机供电的额定电流为15 A
C．无人机上升过程中消耗的平均功率为100 W
D．无人机上升及悬停时均有部分功率用于对空气做功
　　　　　　
答案：D
4．地下矿井中的矿石装在矿车中，用电机通过竖井运送到地面。某竖井中矿车提升的速度大小v随时间t的变化关系如图所示，其中图线①②分别描述两次不同的提升过程，它们变速阶段加速度的大小都相同；两次提升的高度相同，提升的质量相等。不考虑摩擦阻力和空气阻力。对于第①次和第②次提升过程(　　)
　　　　　　
A．矿车上升所用的时间之比为5∶4
B．电机的最大牵引力之比为2∶1
C．电机输出的最大功率之比为2∶1
D．电机所做的功之比为4∶5
　　　　　　
答案：C

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