初中物理能量利用效率试题

如图是一款用锂电池供电的平衡台灯，悬挂在中间的木质小球是它的“开关”使用时只需要将上下两个小球靠近，小球就相互吸引，灯管发光。以下为平衡台灯参数：

额定电压：5伏

额定功率：5瓦

光源类型： $\mathit{LED}$

锂电池输出电压：5伏

锂电池容量：4800毫安时

（注：以4800毫安的电流放电能工作1小时）

（1）若 $A$球内置的磁体下端为 $N$极，则 $B$球内置磁体上端为　　极；

（2）求平衡台灯正常发光时电路中的电流；

（3）给该台灯充电时，充电器的输出电压为5伏、电流2安，充电效率为 $80\%$，则为用完电的台灯充满电至少需要多长时间？

额定功率为 $2\times {10}^{3}W$的家用电热水器，正常工作 $24\mathit{min}$消耗的电能为　　 $\mathit{kW}·h$，若这些电能的 $70\%$被水完全吸收，则能使体积为 $6L$、温度为 ${25}^{°}\text{C}$的水在一个标准大气压下升高　　 ${}^{\circ }\text{C}}\left[c_{水}=4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{\circ }\text{C}}\right)\right]$。

如图甲是一种电热加湿器，其原理如图乙所示，闭合开关，当电热丝R将加热仓中的水加热到沸腾后变成水蒸气喷出，增加空气的湿度。当加热仓中的水对底部的压强减少到一定程度时，注水阀门便会自动打开从储水箱中注水。加湿器的工作电压为220V，最大功率为40W，气雾调节器R₂的阻值范围是0﹣1210欧。求：

（1）电热丝R₁的电阻值；

（2）若加热仓以最大功率工作时的效率为84%，那么将加热仓中质量为30g温度为20℃的水加热到100℃需要多长时间？[c_水＝4.2×10³J（kg•℃）]

（3）设电热丝电阻不变，电热丝R₁工作时最小功率是多少？

某家用电热水壶有加热和保温两档，内部电路简化示意图如图甲所示，其中 $R_1$和 $R_2$均为阻值不变的发热电阻。某次使用该电热水壶烧水过程中，消耗的电功率随时间变化的图象如图乙所示。求：

（1）该电热水壶加热和保温时的电流之比；

（2）电阻 $R_2$的阻值；

（3）给 $1.2\mathit{kg}$的水加热，使水温从 ${20}^{°}\text{C}$升至 ${80}^{°}\text{C}$，热水壶的工作效率为 $90\%$，需要多长加热时间。

如图所示的是某款电热水壶，表中是水壶的部分参数。请回答下列问题：

额定电压	220V
额定功率	1210W
额定容量	1.5L
水壶净重	1kg

（1）该电热水壶正常工作时发热体的电阻是多大？

（2）该电热水壶的效率是80%，在1标准大气压下，把1L水从20℃烧开需要7min，此时水壶的实际电压是多大？（水的比热容c_水＝4.2×10³（kg•℃），水的密度ρ_水＝1.0×10³kg/m³）

甜甜要制作一个电动航模，需要电动机作为动力源，她找来电吹风，研究了电吹风的工作原理。如图甲，电吹风工作时，可以分别吹出热风和冷风，为了防止温度过高，用一个 $\mathit{PTC}$电阻 $R_0$与电阻为 $50\Omega$的电热丝 $R$串联， $R_0$的阻值随温度的变化如图乙所示，请回答下列问题：

（1） $\mathit{PTC}$电阻是由　       　材料制成的；电动机的工作原理是　               　。

（2）电吹风吹热风时，求电热丝的最大发热功率。

（3）电吹风吹冷风时，通过电动机的电流为 $1A$，工作 $20s$，电动机的机械效率为 $90\%$，求电动机线圈电阻。（不计机械摩擦损耗的能量）

现代人的生活节奏越来越快，常用电压力锅煮食物，又快又省电，如图是电压力锅和它的工作电路图。其正常工作时电压为U＝220V，加热时只有R₁工作，保温时只有R₂工作。保温时的额定功率为40W，R₁＝48.4Ω，S₁为压力开关，当压强达到设定值时S₁会自动断开S₂为限时开关，可以设定保温时间。（当S₁闭合时，S₂断开。当S₁断开后，S₂可限时闭合或断开）求：

（1）当锅内气压为150kPa时，锅内气体对锅盖（假设受力面积为400cm²）的压力。

（2）保温电阻R₂的阻值。

（3）现用电压力锅煮食物，锅内的水和食物总质量是1.5kg，初温是30℃，加热到110℃时食物煮好，所用时间是5min，已知水和食物混合物的比热容c＝2.0×10³J/（kg•℃），则此次电压力锅煮食物的效率是多少？

国家提倡节能减排，各地“煤改气”正在积极进行，某同学计算他家天然气烧水的热效率，将 $2\mathit{kg}$的水倒入烧水壶中，并测出水温为 ${20}^{°}\text{C}$，在一个标准大气压下，把水刚加热到 ${100}^{°}\text{C}$时，测出消耗天然气 $0.048m^3$，已知水的比热容 $c_{水}=4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{\circ }\text{C}\right)$，天然气热值约为 $q=4.0\times {10}^{7}J/m^3$。

求：（1）将这些水烧开，需吸收多少热量；

（2）在这种情况下，燃烧的天然气放出了多少热量；

（3）他家天然气灶的效率。

用两只相同的电加热器，分别给相同体积的水和某种油加热，在开始和加热 $3\mathit{min}$时各记录一次温度，如下表所示。已知 ${\rho }_{水}=1.0\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$． $c_{水}=4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{\circ }\text{C}}\right)$， ${\rho }_{油}=0.8\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$，加热的效率都为 $90\%$，油的末温没有达到它的沸点，下列说法正确的是 $($　　 $)$

加热时间 $\left(\mathit{min}\right)$	0	3
水的温度 ${(}^{°}\text{C})$	18	28
油的温度 ${(}^{°}\text{C})$	18	43

A．这种油的比热容为 $1.68\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{·}^{°}\text{C}\right)$

B．这种油的比热容为 $2.1\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{·}^{°}\text{C}\right)$

C．因为这种油的密度比水小，所以它的比热容比水小

D．加热效率没有达到 $100\%$，是因为电加热器没有把电能全部转化为内能

某校为改善学生生活条件，给学生宿舍安装了100台某品牌速热式电热水器，该电热水器铭牌标明：加热功率 $4400W$ ，保温功率 $100W$ ，水箱容积 $25L$ ；内部结构如图甲所示， $R_1$ 、 $R_2$ 是水箱中加热盘内的电热丝。水箱放满水后闭合开关 $S_1$ 开始加热，当水温升高到 ${40}^{°}\text{C}$ 时，温控开关 $S_2$ 自动切换到保温状态。同学们为弄清楚该电热水器性能，做了以下探究，请你帮助完成：

（1） $R_2$ 的阻值多大？

（2）如果每台每天平均保温 $20h$ ，这100台电热水器在额定电压下每天因保温要浪费多少 $\mathit{kW}\cdot h$ 的电能？

（3）善于观察的张林发现，当他们寝室只有热水器工作时，将一箱冷水加热 $1\mathit{min}$ ，热水器显示屏显示水温由 ${20}^{°}\text{C}$ 上升到 ${22}^{°}\text{C}$ ，同时本寝室的电能表（如图乙）指示灯闪烁了80次，则该电热水器的效率多大？ $({\rho }_{水}=1.0\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$ ， $c_{水}=4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{\circ }\text{C}}\right)$ ，不考虑电阻随温度变化）

小明用酒精灯将质量为 $100g$ 、初温为 ${20}^{°}\text{C}$ 的水加热到 ${90}^{°}\text{C}$ （未沸腾），共燃烧了 $7g$ 酒精 $[c_{水}=4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\blacksquare }^{\circ }\text{C}}\right)$ ，酒精的热值为 $q=3\times {10}^{7}J/\mathit{kg}]$ 。则下面说法正确的是 $($ 　　 $)$

A．	水吸收的热量是 $2.94\times {10}^{7}J$ ，效率为 $14\%$
B．	水吸收的热量是 $2.94\times {10}^{4}J$ ，效率为 $14\%$
C．	水吸收的热量是 $2.94\times {10}^{7}J$ ，效率为 $1.4\%$
D．	水吸收的热量是 $2.94\times {10}^{4}J$ ，效率为 $1.4\%$

如图20是某电蒸锅的内部简化电路图,R ₁、R ₂均为发热电阻,R ₁的阻值为484Ω,加热档功率为1200 W。用此电蒸锅对质量为1.2 kg的水加热使其温度升高75℃,需要的时间为375 s,已知c _水=4. 2×10 ³J/(kg●℃)。

求:

(1) 保温档的功率。

(2)电阻R ₂的阻值。

(3)电蒸锅的加热效率。

小明家新买来一台容积为 $80L$的天然气热水器。小明学习了热效率的知识后，尝试估测该热水器的热效率，他把“进水量”设置为 $40L$，“出水温度”设置为 ${40}^{°}\text{C}$后，开始加热。当水温达到 ${40}^{°}\text{C}$时，自动停止加热。已知当时自来水的温度是 ${20}^{°}\text{C}$，加热前天然气表的示数为 $129.96m^3$，停止加热后变为 $130.06m^3$，天然气的热值 $q_{\mathit{天然气}}=4.2\times {10}^{7}J/m^3$，水的比热容 $c_{水}=4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{\circ }\text{C}}\right)$， $1L={10}^{-3}{m}^3$．求：

（1）水箱中水的质量；

（2）水箱中水吸收的热量；

（3）该热水器的热效率。

当今太阳能热水器已经在广安城乡用得非常普遍了，如图所示。已知某太阳能热水器在冬季有效日照时段里，能将 $8^{°}\text{C}$、 $100L$水加热到 ${38}^{°}\text{C}$．请解答： $[$水的比热容为 $4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{·}^{°}\text{C}\right)$，水的密度为 $1.0\times {10}^3\mathit{kg}/m^3]$

（1）太阳能属于　　能源？（选填“一次”或“二次” $)$

（2）热水器中水的质量是多少？

（3）在此过程中，水吸收了多少热量？

（4）若此期间太阳辐射到热水器的热量为 $4.2\times {10}^{7}J$，则该热水器的效率是多少？

有一额定功率为 $2000W$的电热水器，内装 $20\mathit{kg}$的水，通电后持续正常加热 $25\mathit{min}$，水的温度从 ${20}^{°}\text{C}$升高到 ${50}^{°}\text{C}$。已知 $c_{水}=4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{\circ }\text{C}}\right)$，求：

（1）水吸收的热量；

（2）电热水器的热效率。