初中物理能量利用效率试题

为预防新型冠状病毒交叉感染，某医院将医疗器械置于消毒柜内，通过对水加热，达到设定压强和工作温度，产生高压饱和蒸汽，从而对医疗器械进行消毒处理，某型号的全自动高压消毒柜部分参数如下表，某次消毒，将满箱温度是 ${20}^{°}\text{C}$的水加热到工作温度，需正常工作 $50\mathit{min}\left[c_{水}=4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{\circ }\text{C}}\right)\left({\rho }_{水}=1.0\times {10}^3\mathit{kg}/m^3\right)\right]$求：

（1）消毒一次，水箱中的水吸收的热量是多少？

（2）消毒一次，消毒柜消耗的电能是多少？

（3）该消毒柜的电加热效率是多少？

电源	$\mathit{AC}220V50\mathit{Hz}$
额定功率	$20\mathit{kW}$
水箱容积	$120L$
工作温度	${120}^{°}\text{C}$
额定压力	$621\mathit{MPa}$

用炉子烧水时，将10kg的水从20℃加热到100℃，燃烧了0.5kg的焦炭。水的比热容是4.2×10³J/（kg•℃），焦炭的热值是3.0×10⁷J/kg。试求：

（1）水吸收的热量是多少？

（2）0.5kg焦炭完全燃烧释放的热量是多少？

（3）炉子烧水的效率是多少？

小辉家使用功率为 $1000W$的电热壶烧水，电热壶工作 $7\mathit{min}$所消耗的电能是　　 $J$；假设这些电能全部转化成内能后有 $80\%$被 ${20}^{°}\text{C}$的水吸收，那么可以烧开的水质量　　 $\mathit{kg}$【 ( c 水 = 4 . 2 × 10 3 J / kg ⋅ ∘ C} ，当地气压为一个标准大气压】

小泽家有一新型的电热足浴器。其铭牌上的部分信息如下。

额定电压	220V
额定功率	1210W
容积	7L

（1）求电热足浴器正常工作时的电阻；

（2）用这个足浴器将5kg的水从20℃加热到40℃，求水吸收的热量；

（3）若此足浴器在额定电压下使用，需500s才能将（2）问中的水从20℃加热到40℃，求这个电热足浴器的加热效率；（计算结果精确到0.1%）

（4）小泽家安装的电能表如图所示。某次小泽断开家中的其它用电器，让电热足浴器单独工作，在1min内电能表的转盘转过50r，求此时该足浴器两端的实际电压（电热足浴器阻值不随温度变化而变化）。

如图是某品牌足浴盆工作时的简化电路，它有加热功能和按摩功能。加热电阻的阻值为 $48.4\Omega$，电动机线圈电阻为 $2\Omega$，电源电压 $220V$稳定不变。求：

（1）加热电阻正常工作时的电功率是多少？

（2）在足浴盆中加入体积为 $4L$、初温为 ${20}^{°}\text{C}$的水，加热电阻正常工作 $420s$，它的电加热效率为 $80\%$，则水的温度会升高到多少摄氏度？ $\left[c_{水}=4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{\circ }\text{C}}\right)\right]$

（3）启动按摩功能时，电动机启动，通过电动机线圈的电流为 $0.1A$，按摩 $10\mathit{min}$，电动机线圈产生的热量是多少？

如图为一款利用高温水蒸气熨烫衣服的便携式挂烫机，它的正常工作电压为220V，水箱最多装水0.2kg。它有大小两个加热挡位，其内部电路如图所示，电热丝R ₁＝56Ω，R ₂＝44Ω，求：

（1）大功率挡的额定功率。

（2）若用大功率挡将水箱中0.2kg的水从20℃加热到100℃，需要吸收多少热量？

（3）若用大功率挡加热这些水，所需时间为1分10秒，求熨烫机的加热效率。（结果保留一位小数）

如图为某款擦窗机器人，它凭借其底部的真空泵在机身和玻璃之间形成低气压，牢牢地吸附在竖直玻璃上。请回答：

（1）当它静止在竖直玻璃上时，受到的摩擦力方向是　　。

（2）擦窗机器人的擦试速度是4分钟 $/$米 ${}^2$，要擦完总面积为3米 ${}^2$的窗玻璃需要　　分钟。

（3）工作时擦窗机器人对玻璃的压力为28牛，内外气压差达到800帕，求擦窗机器人与玻璃的接触面积至少为多少平方米？

（4）擦窗机器人的总质量为1.2千克，工作时的实际功率为80瓦，它在竖直向上擦窗过程中有 $0.25\%$的电能用于克服重力做功。若窗户足够高，持续竖直向上擦窗20分钟，擦窗机器人可上升的最大高度为多少米？（取 $g=10$牛 $/$千克）

一辆汽车以恒定的功率在平直的公路上做直线运动，其ν﹣t图象如图所示，在第10s时速度达到20m/s，通过的路程为120m。求：

（1）在0～10s内汽车的平均速度；

（2）设汽车在行驶过程中所受阻力不变，大小为f＝4000N那么在10～20s内汽车发动机产生的牵引力所做的功是多少焦耳？

（3）若发动机的转化效率为80%，则10～20s内燃烧了多少千克汽油？（已知汽油的热值大约为5×10 ⁷J/kg）。

电热水壶是人常用的家用电器。若家庭电路中只有电热水壶工作，标有“ $3000r/(\mathit{kW}·h)$”的电能表的铝盘在 $10\mathit{min}$内转了 $500r$，则电热水壶消耗的电能为　     　 $J$．如加热效率为 $90\%$，则水吸收的热量为　     　 $J$．如果水吸收的这部分热量用煤气来加热，至少需要完全燃烧煤气　     　 $m^3$（不考虑热量损失， $q_{\mathit{煤气}}=4\times {10}^{7}J/m^3)$。

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。