初中物理能量综合题

小金看到工人为水平广场换新的地砖，他发现砖已经被太阳晒得很热，这引起了他的兴趣：地砖经过一整天的暴晒，温度能达到多高？这么多地砖对广场地面会产生多大的压强？他发现地砖包装盒上印着砖的规格 $50\mathit{cm}\times 50\mathit{cm}\times 4\mathit{cm}$；每块质量为 $30\mathit{kg}$；密度为 $3\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$，小金用红外线温度计测得一天内，砖的最高温度为 ${52}^{°}\text{C}$，最低温度为 ${22}^{°}\text{C}$． $(g=10N/\mathit{kg}$，砖的比热为 $900J/\left(\mathit{kg}{·}^{°}\text{C}\right))$根据上述数据，回答下列问题：

（1）广场受到地砖产生的压强为多大。

（2）一块广场砖的温度从 ${22}^{°}\text{C}$升高到 ${52}^{°}\text{C}$，需要吸收热量是多少？

（3）小金查到，晴天时地球表面每平方接受到太阳辐射功率大约为 $1.2\times {10}^{3}W$．若根据这一数据，实际辐射到这块地砖上的太阳能将远远大于问题（2）的计算结果，由此可得地砖的温度将远远高于 ${52}^{°}\text{C}$，为什么出现如此大的差异呢？请你做出分析。

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．

进入三月份以来，东营街头出现了一种共享电动汽车。下表是这种汽车的主要参数。 $(g$取 $10N/\mathit{kg})$

空车质量	$800\mathit{kg}$
每个轮胎与地面接触面积	$50c{m}^2$
电池容量	$44\mathit{kW}·h$
标准承载	$200\mathit{kg}$
最大续航（充满电最大行驶路程）	$200\mathit{km}$
所受阻力与汽车总重的比值	0.09

（1）电动机是电动汽车的核心部分，电动机工作时能量的转化是　　。电动机的工作原理是　　。

（2）标准承载下，电动汽车静止时对水平地面的压强是多少？

（3）图2是电动汽车行驶在某路段的路程与时间图象，标准承载下，电动汽车以速度匀速行驶1分钟的耗电量为 $0.4\mathit{kW}·h$，电动机的效率是多少？

（4）若某燃油汽车百公里耗油6升，每升油5.5元，电动汽车充电每度0.8元，通过计算比较使用燃油汽车与电动汽车哪种更经济？

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？

爱动脑筋的小华对如图甲所示的钟进行了如下探究；

（1）当要设定响铃时间时，先将闹铃开关闭合，再将定时指针调到指定时间，只有当时针转至与定时指针重叠时，定时开关也闭合，此时电动机工作，带动铃锤敲击铃碗，铃才能发声。下列图乙中A、B、C三个电路图，能满足上述要求的是　     　；

（2）图丙是闹铃的结构示意图。其中凸轮是一种具有凸起的呈曲面状的零件，弹性金属片上端连接铃锤，下端固定在∩形塑料架的顶端。如图丁所示，目前凸轮安装在N位置，为了达到不同的响度效果，凸轮的转轴还可以调换到M、P两个不同的位置。

图戊是凸轮转动一周过程中四个位置的工作示意图。电动机工作带动凸轮连续转动，凸轮反复交替推动∩形架的A、B两柱，使得∩形架绕O轴左右摆动，通过弹性片带动铃锤交替敲击两个铃碗，实现铃碗振动发声。

F为凸轮对A柱的作用力，请你在图戊的④中，画出此时F的力臂L；

（3）电动机工作时将电能转化为　     　能。根据图戊反映的工作原理，在凸轮转动一周的过程中，铃锤共敲击铃碗　     　次；

（4）小华发现闹钟铃声过大，会影响到他人休息。她应该怎样调节凸轮的位置，使铃声的响度减小？答　                　。这属于在　     　处减弱噪声。

小益家的豆浆机铭牌和简化电路如图所示。豆浆机工作时加热器先加热，待水温达到 ${64}^{°}\text{C}$时温控开关闭合，电动机开始打磨且加热器继续加热，直到产出豆浆成品，电源开关自动断开。小益用初温 ${20}^{°}\text{C}$，质量 $1\mathit{kg}$的水和少量豆子制作豆浆，设电源电压为 $220V$恒定不变，不计导线的电阻。求：

豆浆机铭牌
最大容积	$2L$
额定频率	$50\mathit{Hz}$
额定电压	$220V$
加热器功率	$880W$
电动机功率	$120W$

（1）从物理学的角度解释热气腾腾的豆浆散发出香味的原因：

（2）加热器单独工作时电路中的电流；

（3）质量为 $1\mathit{kg}$的水从 ${20}^{°}\text{C}$加热到 ${64}^{°}\text{C}$需要吸收的热量 $\left[c_{水}=4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{\circ }\text{C}}\right)\right]$；

（4）本次制作豆浆共计用了 $9\mathit{min}$的时间。如果在温控开关闭合前加热器产生的热量 $70\%$被水吸收，且不计豆子吸收的热量。求本次制作豆浆共消耗的电能。

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。

足够长的光滑水平面上，有10个相同的小球沿着直线等间隔均匀分布，总长度为 $l$，并以相同的速度 $v_0$向右运动。如图甲所示，在小球的正前方有一“加速带” $\mathit{AB}$，当小球从左端 $A$进入加速带后在水平恒力作用下被加速，直至从右端 $B$离开，小球经过加速带前后速度的变化情况如图乙所示，已知1号球刚从 $B$端离开时，4号球刚好从 $A$端进入，不考虑球的大小，请解答下列问题。（结果用已知物理量的字母表示）

（1）小球在加速带上运动的时间 $T=$　　。

（2）最终10个小球分布的总长度 $L=$　　。

（3）已知小球在加速带上运动的平均速度为 $2v_0$，所受水平恒力为 $F$，试求加速带对10个小球做功的总功率 $P$。

如图甲为家用电热饮水机，图乙为它的电路原理图，下表为它的铭牌数据。

水桶容量	20L
热水箱容量	1L
额定电压	220V
加热功率	400W
保温功率	44W

（1）当S ₁闭合，S ₂断开时，电热饮水机处于 　    　状态（填"加热"或"保温"），此时电路中的电流是多大？

（2）饮水机正常工作时，将热水箱中的水从20℃加热到90℃，求：水吸收的热量是多少？（水的比热容4.2×10 ³J/（kg•℃））

（3）电热饮水机正常工作时加热效率为80%．求：将热水箱中的水从20℃加热到90℃的时间为多少秒？

、如图，重为3.2×10⁴N的卡车，经过一段水平路面，再以9.6×10⁴W的功率沿与水平地面成30°角的斜坡匀速向上爬行．已知车轮与地面接触的总面积为0.5m²，斜坡的机械效率为80%．求卡车：
(1)对水平路面的压强；
（2）爬坡时的牵引力；
（3）爬坡时的速度．

李老师的家离学校大约10km，为了便于上下班，他购买了一部轻便摩托车来代步，使用的燃料为93#汽油。根据表提供的数据，请回答：
（1）如果李老师上班时骑车的平均速度为36km/h，试根据表中所提供的有关信息，为李老师计算一下，他骑车从家到学校至少需花多少油费?

轻便摩托车	93#汽油
燃料	汽油	密度	0.7×10^3kg／m^3
油箱容量	7L	热值	4.5×10^7J／kg
功率	6kW	价格	4.90元／L

（2）小洪同学学过物理以后，给李老师建议：在上述条件不变的情况下，采用加快车速缩短时间的办法，就一定可以省油费。请你根据自己掌握的知识，分析说明这种方法是否可行。

如图所示是车载和家用两种加热模式的电热杯。它可以用车载12V电源加热，或接在家庭电路进行加热。它的主要参数如下表，在标准大气压下，用车载模式将500ml初温为20℃的水烧开需要35min。求：

车载额定电压	12V
家用额定电压	220W
车载额定功率	120W
家用额定功率	220W
自身质量	1.6kg

（1）在这个过程中，所吸收的热量是多少？

（2）在这个过程中，电热杯的加热效率是多少？（结果保留1位小数）

（3）如果在家庭电路中使用，烧开这些水，需要多长时间？（不计热量损失）

2014年2月在CCTV10“我爱发明”中对“水刀”的威力进行了探究，“水刀”是指超高压水切割，它是将普通水经过多级增压后，通过一个极细的喷嘴喷出一道高速“水箭”，对切割表面产生很大的压强。工业上常用“水刀”来切割大理石、牛皮、钢板等坚硬物体。下面是某高压水切割机技术参数：

型号	压强（Pa）	喷嘴横截面积 (m^2)	排量 （L/min）	油泵电机功率 （kW）	电源 （V）
2230	3×10^8	50×10^-8	2.7	22.5	380

⑴高速水流能切割坚硬物体是因为高速水流具有较大的   。
⑵若不考虑水从喷嘴喷出后横截面积的变化，高压水流对切割面的压力为多大？
⑶高压水流1分钟做功多少? 
⑷钢锯条在锯木头时锯条会发热, 有同学联想到水流在切割物体时也会导致水温升高,假如水流在切割过程中机械能的80%转化成水的内能,则水温将升高多少℃ ?

妈妈为了给小丽增加营养，买了一款煲汤用的电热锅，额定电压是220V，加热时的额定功率是1100W，加热效率为84%，简化电路如图所示，S ₁为温控开关，发热电阻R ₁与R ₂的阻值恒定，电阻R ₂在保温状态与加热状态时的功率之比为

4：25．请解答：

（1）当同时闭合开关S、S ₁时，电热锅处于 　     　（选填"加热"或"保温"）状态；

（2）若正常工作时，电热锅将4L水从40℃加热到65℃，水吸收的热量是多少？

（3）电阻R ₁的阻值是多少？

（4）在用电高峰期，家中只有电热锅和液晶电视机工作时，电热锅将4L水从40℃加热到65℃，实际用时550s。若此过程中共消耗6.1×10 ⁵J的电能，计算这时通过液晶电视机的电流是多少？（假设加热过程中电热锅的加热效率不变）

图甲为一种太阳能路灯，图乙为该路灯筒化的工作电路图。S₁为光控开关，白天与触点d接触，太阳能电池板给蓄电池充电，晚上与触点c接触，给路灯供电。S₂为时控开关，晚上12点前与触点a接触，L₁正常发光，12点后与触点b接触，L₂正常发光。 L₁为“20V，40W”的节能灯，L₂为“20V，20W”的节能灯，两盏灯平均每天各工作5小时。

（1）路灯L₁正常工作时的工作电流为多大？
（2）两盏路灯正常工作一天，共消耗多少度电？
（3）已知该太阳能电池板每小时平均收集太阳能3.6×10⁶J，若太阳光照射20小时能使两盏路灯正常工作6天，求太阳能电池板光电转化效率为多少？