初中物理能量综合题

如图甲所示是小梦家新购买未拆封的电热水器，他发现包装箱上有一铭牌，如图乙所示。待电热器安装完毕注满水后，他关闭了家中的其他用电器，只让电热水器工作，观察到家里的电能表（如图丙所示）的转盘 $1\mathit{min}$ 转了20圈，电热水器中的水从 ${15}^{°}\text{C}$ 升高到 ${35}^{°}\text{C}$ 用了 $40\mathit{min}$ 。请你结合包装箱上的铭牌和电能表实物图提供的有关参数信息解决以下问题。

$[{\rho }_{水}=1.0\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$ ， $g$ 取 $10N/\mathit{kg}$ ， $c_{水}=4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{\circ }\text{C}}\right)]$

问题一：铭牌上标有"堆码层数极限4"，指包装箱平放时最大堆放层数为4，超过则可能把最底层包装箱压坏。根据包装箱尺寸计算平放时底面积为 $0.6m^2$ ，如果在水平地面上整齐平放堆放4层装有电热水器的包装箱，求上面3层包装箱对最下层包装箱的压强；

问题二：工人师傅把一个装有热水器的包装箱从地面匀速搬到 $10m$ 高的小梦家，求工人师傅对包装箱所做的功；

问题三：求电热水器中的水从 ${15}^{°}\text{C}$ 升高到 ${35}^{°}\text{C}$ 吸收的热量；

问题四：求电热水器的实际功率和加热效率。

结合图阅读以下材料，回答问题.
混合动力型汽车
利用两种或两种以上能源的汽车称为混合动力型汽车，通常指的是利用汽油和电池的汽车.该类型汽车，一般有一台质量较小且较为经济的汽油发动机与电动机.汽油发动机可以满足大多数情况下行驶的需要,当需要更多的动力时，可以再由电动机提供，电动机由能重复充电的蓄电池供电.
有一种类型的混合动力型汽车，称为“并联混合动力型汽车”（如图甲）.该车的汽油发动机和电动机通过同一个变速器与车轮相连.何时使用汽油发动机，何时使用电动机，何时两者同时使用由内置电脑确定.这类汽车除了油箱里的汽油之外，不再需要外界其它能源.与电动汽车不同，你不需要将混合动力型汽车的蓄电池接到电源插座上去充电.普通汽车在制动时，汽车的动能全部转化为内能.该类型汽车在制动时,电动机作为发电机使用，把汽车的一部分动能转化为电能，实现了对电池的充电.

（1）混合动力型汽车与普通汽车相比，具有哪些优点（写出两点）                    .
（2）并联混合动力型汽车在制动时，汽车的动能转化为        和        . 
（3）并联混合动力型汽车以速度v匀速行驶时，若汽油发动机与电动机同时提供动力,功率分别为P₁、P₂，则此时该车受的阻力F=                 .
1.汽油发动机
2.电动机
3.车轮
4.内置电脑
5.油箱
6.电池

阅读短文回答问题
汽车再生制动器
目前汽车刹车器均采用油压制动，油压制动刹车时消耗的机械能以内能形式排放掉，形成能源的浪费。现有一种汽车再生制动器，能把汽车制动时消耗的部分机械能转化为电能而储存起来，有效地利用了能量。这种制动器有个重要参数叫“储能效率”，储能效率是指汽车正常行驶时关闭发动机，直至汽车停止运动的过程中，将机械能转化为电能的效率．
实际上汽车刹车时再生制动器无法提供足够的刹车阻力，仍需要与油压制动器 配合使用，产生恒定的刹车阻力来满足刹车要求，若某汽车以20km/h的速度行驶，刹车时再生制动器产生的阻力随时间变化的关系如下表：

时间t/s	0	0.2	0.4	0.6	0.8	1.0	1.2	1.4	1.6
再生刹车阻力f/×103N	8.0	8.1	8.4	9.0	10.0	10.0	10.0	7.5	5.0

（1）油压制动刹车时消耗的机械能转化为内能，而这些内能却不能再次转化为汽车的机械能，说明能量的转移和转化具有_    _性；汽车再生制动器中将机械能转化为电能的装置是__   （电动机/发电机）.
（2）某次汽车正常行驶时的机械能为3.75×10⁵J ①若关闭发动机，直至停止运动，有1.5×10⁵J的机械能车化为内能，则该汽车的储能效率是_    _。②若制动时油压制动器与再生制动器同时工作，产生的内能将_     （大于/小于/等于）1.5×10⁵J。
（3）在图中作出汽车刹车时再生制动器0～1.0s内产生的刹车阻力随时间变化的图像。

（4）如果汽车制动时需要产生恒定的刹车阻力为1×10⁴N，由图像可知t=0.7s时，油压制动器需提供_   N的刹车阻力．

（1）还记得植物大战僵尸中的太阳花吗，现实中已经有人做出来了。如图所示，是一种在阳光下能不断摇摆的塑料小花。花盆表面的太阳能电板在光照下，产生电流驱动电动机，使小花左右摆动。该小花摆动过程中发生了哪些能量转化？需要具体说明在哪里发生了什么能量转化，至少要写出四种哦。

	部位	能量转化
1
2
3
4

（2）打开手电筒开关后，发现小灯泡并不发光，请你参照示例猜测两种可能使小灯泡不发光的原因，并简约写出验证你猜测的方法。
示例：原因：可能电池用久了；验证方法：换上新电池。
①原因：_________________；验证方法：__________    ____。
②原因：_________  _____；验证方法：__________________。

摇摆钢笔
你有没有留神过，我们写字的时候，笔的上端都会小弧度地来回摇摆。有细心的中国设计师就发现了这个细微的动作，根据物理学原理设计出了一款“收音机钢笔”(如图所示)，希望给在繁重功课压力下的学生朋友增添一些乐趣。这支钢笔内置有电池，当你书写的时候，笔端摇摇摆摆产生电流，就能给电池储存电量。而钢笔上面频道调节、音量调节、耳机插孔、音响等配置一个不少。如此一来，在枯燥的学习之中你便可以听听音乐或是新闻，以缓和学习的压力。但是家长们应该不会赞同这样的设计吧，不是做功课的时候就应该乖乖做功课的么？

请回答下列问题：
(1)文中划线部分是基于哪个物理学原理或规律制成的：________________________。
(2)给内置电池充电过程发生的能量转化情况是：________________________。

A．电能转化为化学能

B．化学能转化为电能

C．机械能转化为电能

D．电能转化为机械能

汽车作为一种交通工具在国内已普及，专家提示：汽车轮胎内的气压（胎压）会影响刹车距离．为确保安全，需经常检查胎压．某汽车技术员为了研究胎压对刹车距离的影响，用同一汽车在晴天和雨天环境下，在车速为60千米／时刹车，测试结果如图所示：
（1）汽车质量为1500千克，有4个轮胎，停在水平地面上时，每个轮胎与地面的接触面积为0.025米²．请计算此时汽车对地面的压强．（g取10牛／千克）
（2）根据测试结果，可以得出在两种环境下胎压对刹车距离的影响是________________________________．
（3）胎压对刹车距离的影响主要是胎压不同导致地面对轮胎的阻力不同．该技术员在雨天环境下，对标准胎压的汽车进行测试时，若在刹车过程中汽车受到地面的平均阻力为3000牛，试计算在刹车过程中，汽车克服地面阻力做功多少焦？

阅读短文，回答问题。
随着我国人民生活水平的提高，汽车已进入普通百姓家庭。但使用传统燃料的汽车的大量使用又加重了环境污染，因此，“节能减排”已引起全球的关注。如何减少能耗越来越受到人们的重视，最近小明同学家买了一辆崭新的电动汽车，相关参数配置如表所示。
（1）如图1，直流充电桩给电动汽车充电时将电能转化为           贮存在电动汽车的蓄电池内。
（2）若汽车以24kW的恒定功率启动做直线运动，运动过程中受到的阻力不变，运动的速度v与时间t的关系如图2所示，则在0-15s时间内，汽车电动机做多少焦耳的功？
（3）如图3所示，是上汽集团自主研发的“叶子”概念车，是“会呼吸”的小型低碳化未来汽车。车顶部的巨型叶子实际上是一个高效光电转换器，车轮的轮毂其实是四个风力发电机，它们可以把捕捉到的光能和风能转化为化学能，充入自身电池储存起来。同时，它还能将光电转换中排放的高浓度二氧化碳转化为电能并供车内照明，或转化为车内的空调制冷剂，不但是“零排放”，还实现了“负排放”。与传统汽车相比，叶子车的优点是                             。（写出一点即可）

某种型号汽车尾部上标有“”的字样，其中“”就是“涡轮增压”，是利用高温、高压的废气去冲击“废气涡轮”高速旋转，来带动同轴的“进气涡轮”也高速旋转，从而增加吸气冲程的进气量并增大进气气压，使汽油燃烧更充分，燃气压强更大，同时也减少了废气中的有害物质，达到提高发动机效率和减少废气污染的目的．这辆汽车的最低油耗可达，已知汽油的热值为．[最低油耗是指燃烧最少的汽油获得最大有用功的能量；表示获得能量消耗汽油]．
（1）这种型号汽车与同型号非涡轮增压车相比，排气筒排除的废气温度要低得多，为什么？
（2）该汽车发动机的效率最高可达多少？（结果保留整数）

阅读下面的短文，回答问题。
太阳能热水器
太阳能热水器能利用太阳能把水从低温加热到高温，以满足人们日常生活的需要。它具有安全、节能、环保等优点。
如图甲所示，太阳能热水器主要由两部分构成：一部分是由许多根玻璃吸热管组成的集热器，每根玻璃吸热管由双层玻璃管组成，双层玻璃管之间是真空。如图乙所示是玻璃吸热管的工作原理图，它的结构与保温瓶的玻璃内胆相似，只是在玻璃吸热管的内表面涂了一层黑色的吸热材料；另一部分是保温储水箱，保温储水箱下部与玻璃吸热管相通。
当太阳光入射到黑色的吸热层上时，黑色吸热层能把太阳能更有效地转化为内能，将管内的水加热。向光一侧的水被加热后体积增大、密度变小而向上运动；背光一侧的水由于温度较低、密度较大而向下运动，形成冷热水循环，最终整箱水都升高至一定的温度。玻璃吸热管具有吸热保温作用。

请回答以下问题
（1）当太阳光入射到黑色的吸热层上时，黑色吸热层能把太阳能更有效地转化为 能，将管内的水加热；玻璃吸热管内向光一侧的水吸热后体积增大、密度变小，所受到的浮力 重力。
（2）你认为 （选填“能”或“不能”）将黑色的吸热材料涂在玻璃吸热管的外表面上，理由是 。
（3）水箱中升温后的水与原来在地面上相比较，哪些形式的能发生了变化？ 。（需填两种能）
（4）将质量为100kg的初温为15℃的水加热到55℃，求这些水需要吸收的热量为 J。[水的比热容4.2×10³J/（kg・℃）]
（5）某品牌太阳能热水器集热器面积为S=2m²，热效率为η=40%（即热水器能将照射到玻璃吸热管上的太阳能的40%转化为水的内能），该地点太阳能辐射到地面的平均功率P=1.4×10³W/m²（即平均每平方米每秒钟太阳辐射能为1.4×10³J）。在第（4）小题中水吸收的热量由该热水器提供，则需要加热的时间为 秒。

桂林着力打造广西风电基地，预计到“十二五”期末，全市建成的风电装机容量达到100万千瓦。如图，风力发电——即是风轮机叶片不断受到风力的推动而转动，继而带动发电机工作输出电能。若风力发电机，每片风叶质量为6t，长为40m。下表给出了1kg空气在不同风速下速度（ν）与动能（E）的关系：（空气密度取1.2kg/m³）

（1）当风速为6m/s时, 每千克空气具有的动能是多少焦耳？
（2）如果一台这样的风力发电机平均每秒可以输出1.2×10⁵J的电能，则1000台这样的风力发电机，一年获得的电能相当于完全燃烧多少千克的煤产生的能量？（一年工作时间按3000h计算，煤的热值为3×10⁷J/kg）
（3）当风速为10m/s时, 若风力发电机风轮正面迎风，这台发电机每秒钟能对外提供3.8×10⁵J的电能，则它将风能转化为电能的效率是多少？

(8分)瑞瑞同学家住楼上，最近正在装修房子，需要搬运装修材料，但有些材料由于楼道过窄不方便搬运，于是瑞瑞建议采用如图所示的滑轮组，这样站在地上就可以把材料运上楼若某次搬运的材料重765N，被提升的高度为10m，人所用的拉力为450N．求：

(1)请你帮助瑞瑞画出滑轮组的绕线示意图．
(2)用滑轮组提升材料时做的有用功是多少?
(3)该滑轮组的机械效率是多少?
(4)随后，瑞瑞同学查阅了有关机械效率知识的资料，看到下表中的一组数据，请你找出这些机械设备效率的共同特点．  

(6分)为了保障学生乘车安全，某校投入使用的新型安全校车（如图所示）．求：

（1）在寒冷的冬天，若一辆重为2X10⁴ N的校车在一段水平平直路面是匀速行驶3600m，共用了5min，校车受到的牵引力是4500N，求此过程中牵引力所做的功和功率各是多大? 此过程中重力做功的功率是多大？
（2）若行驶3600m的同时打开车内的供暖设备，放出了6.34×10⁶J的热量，这段时间内完全燃烧1.4kg的汽油（汽油的热值是4.6×10⁷J/kg），则校车在这段时间内的能量转化的效率是多少？

请仔细阅读下文，并回答文后问题．
垃圾发电
填埋是目前全球垃圾处理的主要方式，传统的垃圾处理方式是将垃圾集中填埋，让其自行发酵．在发酵过程中会产生二氧化碳和甲烷等废气，易造成常规污染，还可能带来温室效应，甚至有爆炸的危险．
福州市红庙岭垃圾填埋气发电厂将垃圾填埋后，采用科学方法使其发酵，并把产生的填埋气收集起来用于发电．因此，垃圾填埋气和太阳能、风能一样，是一种可再生能源，不仅解决了垃圾填埋场安全和污染问题，也可产生显著的经济效益，同时减少温室气体的排放．
目前，我市垃圾填埋气发电厂和前期投产的垃圾焚烧发电厂的年总发电量大约可供4万个年用电量为2800千瓦时的家庭使用．
（1）传统的垃圾填埋处理方法的缺陷有：                          等．
（2）将填埋气收集起来用于发电，是将这些垃圾的化学能最终转化为  能．垃圾填埋气是一种  能源．
（3）请谈谈你在节能减耗、环境保护方面做了哪些实事？（写出一点）          ．

2013年起，我市开始推广使用乙醇汽油，乙醇汽油是由乙醇和普通汽油按一定比例混配形成的能源，乙醇汽油能有效改善油品的性能和质量，它不影响汽车的行驶性能，还减少有害气体的排放量．乙醇汽油的推广及使用，可以缓解因石油资源短缺而造成的经济压力，乙醇汽油作为一种新型清洁燃料，是目前世界上可再生能源的发展重点．
东湖风景秀丽，水面开阔，乘坐快艇是许多游客积极参与体验的水上娱乐项目，为了保护环境，东湖风景区管委会改用乙醇汽油作为快艇的燃料，下表为某种快艇的部分技术参数：

（1）请写出使用乙醇汽油的两点好处？
①_________________________________________________；
②_________________________________________________．
（2）为保证安全，快艇上乘客的质量之和不得超过_______kg．
（3）已知该快艇使用的乙醇汽油热值约为4.6×10⁷ J/kg，密度约为0.7×10³ kg/m³，它在水中匀速航行时所受的阻力f＝1400 N，若发动机的效率为25%，则该快艇匀速行驶46 km耗油多少L?

下图甲为某电热水器的原理图（其铭牌如下表），其中低压控制电路中的电磁铁线圈电阻不计，R为热敏电阻，电源电压U₁恒为6V．热敏电阻R和高压工作电路中的三只电阻R₁、R₂、R₃均置于储水箱中．已知R₁＝33Ω、R₂＝66Ω、R₃＝154Ω、U₂＝220V．当电磁铁线圈中的电流I<10mA时，继电器上方触点和触点c接通；当电磁铁线圈中的电流I≥10mA时，电磁铁的衔铁被吸下，继电器下方触点和触点a、b接通．

储水箱额定水量	55kg
额定电压	220V
加热功率	2200W

（1）当衔铁位于图甲所示位置时，高压工作电路中的总电阻为         Ω，此时电路处于       （选填“加热”或“保温”）状态．
（2）当电热水器在加热状态下正常工作时，给满水箱中的水加热，使其从25℃升高到45℃，需用时50min.求此加热过程中：
①水吸收的热量；
②电热水器的加热效率．【水的比热容为4.2×10³J/（kg•℃）】   
（3）热敏电阻中允许通过的最大电流I₀＝15mA，其热敏电阻R随温度变化的规律如图乙．为保护热敏电阻R使低压控制电路正常工作，保护电阻R₀的阻值至少为多大?