初中物理能量利用效率综合题

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）

如图甲所示为某太阳能百叶窗的示意图，它既能遮阳，还能发电。它的构造特点是百叶窗的叶片为太阳能电池板（以下简称电池板），其工作电路示意图如图乙所示，电池板将太阳能转化为电能（转化效率为10%），为蓄电池充电，蓄电池再向节能灯供电。设太阳每秒钟辐射到每平方米电池板上的能量为1.2×10 ³J（即为1.2×10 ³W/m ²），电池板对蓄电池充电的功率为60W；蓄电池充满电后，能够让10盏"12V 3W"节能灯正常工作6小时，不考虑蓄电池充电和供电时的电能损耗。则：

（1）电池板对蓄电池充电，是将电能转化为 　 　能的过程。

（2）白天蓄电池处于充电不供电状态，在图乙中应闭合开关 　    　。

（3）10盏"12V 3W"节能灯正常工作时的总电功率为 　    　W。

（4）要将剩余一半电量的蓄电池充满电，电池板需对蓄电池充电 　    　小时。若充电电压为20V，则充电电流为 　    　A。

（5）该百叶窗电池板的面积为 　    　m ²。

如图所示是某太阳能热水器，水容量为100L，该热水器在冬季有效日照时段里，平均每平方米的面积上每小时接收的太阳能约为2.8×10 ⁶J，若该热水器接收太阳能的有效面积为1.5m ²，每天日照时间按8h计算，若这些太阳能能使装满水的热水器中的水温从20℃升高到60℃[水的比热容为4.2×10 ³J/（kg•℃），水的密度为1.0×10 ³kg/m ³]，求：

（1）热水器中水的质量；

（2）一天内热水器中的水吸收的热量；

（3）热水器在冬季的效率。

盛夏酷暑，妈妈为了让小明在考试前有一个更舒适的学习环境，特地在他的房间安装了一台冷热两用的空调。这台空调说明书中的主要数据如表所示。

额定电压	$\mathbf{220}\mathit{V}$
频率	$\mathbf{50}{\mathit{H}}_{\mathit{z}}$
额定制冷功率	$\mathbf{1400}\mathit{W}$
额定制热功率	$\mathbf{1800}\mathit{W}$

（1）空调工作时应选用图中的 　 　孔插座。

（2）空调正常制冷时电流是多大？连续正常制冷 $\mathbf{30}\mathit{min}$ 消耗多少 $\mathit{kW}\mathbf{·}\mathit{h}$ 的电能？

（3）这些电能若用于加热水，加热器的热效率为 $\mathbf{80}\mathbf{\%}$ ，能使 $\mathbf{50}\mathit{kg}$ 、 ${\mathbf{20}}^{\mathbf{°}}\mathbf{C}$ 的水温度升高多少？（水的比热容 ${\mathit{c}}_{\mathbf{水}}\mathbf{=}\mathbf{4}\mathbf{.}\mathbf{2}\mathbf{\times }{\mathbf{10}}^{\mathbf{3}}\mathit{J}\mathbf{/}\mathbf{\left(}\mathit{kg}{\mathbf{\cdot }}^{\mathbf{\circ }}\mathbf{C}\mathbf{\right\}}\mathbf{\left)}\mathbf{\right)}$

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。

(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？

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?

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℃ ?

一家用电热水器的铭牌如下表所示，已知C_水=4.2×10³J/(kg℃)，

幸福牌全自动电热水器
容积：12L	型号：XF2014-78K
净重：22kg	类别：防触电保护Ⅱ
额定功率：2kw	编号：201400985
额定电压：220V	出厂日期：2014年3月16日

根据铭牌所提供的信息，回答下列问题：
（1）为安全起见，该电热水器应使用的插座应选用如图所示的哪一种？

（2）该电热水器正常工作时电热丝的电阻为多大？
（3）将该电热水器加满水加热使水温由20℃升高到60℃，水需要吸收多少热量？
（4）若电热水器正常工作时电热所产生热量的80％被水吸收，则第⑶问中的加热过程需要多少时间？

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？

菲菲家新买了一台饮水机，父母经常为夜间是否要关闭饮水机而发生争执：妈妈认为关机可以节省电能，理由是饮水机在夜间无人饮水时仍在对热水包里的水间歇性加热．爸爸则认为关机后第二天重新开机为凉水加热会消耗更多的电能．于是菲菲查到饮水机铭牌如下表所示．她决定用实验来化解父母的争执。第一天晚上十点，她关掉家中的其他用电器，只开启饮水机的加热功能，记下此时电能表的示数为576.5 kW·h．第二天早晨六点钟，水温达到预定温度95℃，她又读出电能表的示数为576.8 kW·h。
第二天晚上十点，她将饮水机关闭，次日早晨启动，饮水机在额定功率下将水加热到预定温度95℃，用时9min。

额定电压220V	热水包容积1.2L
频率50Hz	冷水包容积0.5L
制热功率800W	保鲜柜容积16L
制冷功率98W	防漏电类型I类

 
请解答下列问题：
（1）饮水机正常加热时的电流是多少（小数点后保留1位）？
（2）通过计算判断菲菲的爸爸妈妈谁的说法正确？
（3）若热水包中水的初始温度为25℃，当加热到95℃需要吸收多少热量？试计算出饮水机电能转化为内能的加热效率。

某家庭用一个标有“220V 1000W”的电热水器来烧水．该电热水器正常工作20min，可将质量为5kg温度为20℃的水加热到60℃. [水的比热容为4.2×10³J/(kg•℃)]
求这段时间内：⑴水吸收的热量；
⑵电热水器消耗的电能；⑶电热水器的热效率（水吸收的热量与消耗的电能之比叫热效率）.

如图甲是我国某地区风力发电的外景,风力发电机组主要由风机叶片和发动机组成。
（1）风力发电利用的是风能，风能是清洁的、_______（可再生/不可再生）能源。
（2）风机叶片具有质量轻、强度高、耐磨损等性能，通常用密度小，硬度______（大/小）的复合材料制成；叶片形状像飞机的机翼，若叶片位置和风向如图乙所示，由于叶片两面空气流速不同产生压强差，而受到向______（上/下）的力使风叶旋转。
（3）风叶产生的动力通过传动系统传递给发电机，利用___________原理。实现机械能转化为电能。

甲                    乙                  丙
（4）某风力发电机的输出功率与风速的关系如图丙所示，由图像得到的下列信息，正确的有哪些_____

A．只要有风，机组就能产生电能

B．风速过大，机组不会产生电能

C．风速越大，机组产生的电功率一定越大

D．风速在一定范围内，机组产生的电功率可能不变

（5）下表给出了在不同风速下某风机获得的能量：

平均风速（m/s）	5	10	15	20
1s内获得的能量（×10^4J）	1	8	27	64

①对表格进行分析，你发现该风机1s内获得的能量与风速的定量关系是__________________（用文字叙述）；
②当风速为5m/s时，这台风机工作1s所产生的电能可供1只“220V 100W”电灯正常工作10s，求风机发电的效率。

美国建筑师凯文•朔普费尔设计出了一种能漂浮在水中的城市（如右图所示），漂浮城市装有动力装置，可以移动．该漂浮城市三角形建筑的主体结构是中空的，强风能从中通过，可以确保当飓风来临时，把飓风对建筑的破坏降至最低．该漂浮城市高达360m，占地270万平方米，可容纳多达4万居民．酒店、商店等只要是普通城市有的，这里都一应俱全．漂浮城市的表面安装有太阳能电池板，接收太阳能的功率为8.0×10⁸W，请回答下列问题：

（1）假如某班级有50位中学生从岸上进入漂浮城市参观，则漂浮城市受到的浮力约增加                                      （     ）

A．2.5×10^2 N

B．2.5×10^3 N

C．2.5×10^4 N

D．2.5×10^5 N

（2）若三角形建筑空洞的面积为2.0×10⁴m²，某次飓风正好垂直于空洞的表面吹入，1s钟流入空洞的空气质量是1.92×10⁶kg，该地的空气密度是1.2kg/m³．则飓风的风速是       m/s；
（3）若电池板吸收的太阳能只用来提供推动漂浮城市前进所需的能量，漂浮城市在平静的水面上沿直线运动，运动过程中受到的阻力不变．从某一时刻开始，漂浮城市受到水平方向的牵引力F随运动时间t的变化关系如下图甲所示，漂浮城市的运动速度v与时间t的关系如下图乙所示．

①漂浮城市运动到第25s时受到的阻力为     N．从第50s钟到100s钟内牵引力做的功为       J；
②漂浮城市在匀速运动过程中，太阳能转化为机械能的效率为多少？（写出计算过程）

LED灯是一种新型的环保节能灯，小梦为了探究LED灯与家用普通白炽灯、普通节能灯的发光效率，他用如图所示的装置进行了实验（其中R₀为光敏电阻，其电阻值与光照强度成反比）其实验步骤如下：

① 先把“220V 15W”的普通白炽灯接入灯座，通过调整，使灯泡与温度计的玻璃泡距离约为2cm，灯泡与热敏电阻的距离约为30cm。闭合开关S和S₁，通电10min，分别读出温度计和电流表的示数，并填入下表。
②接着分别把标有“220V 15W”的普通节能灯和LED灯接入灯座，重复上述实验。
根据小梦的探究，请回答：
（1）电能转化为内能最多的灯是         ，这是通过观察            来比较的。
（2）电能转化为光能最多的灯是         ，这是通过观察          来比较的。
（3）LED灯的发光效率较              (填“高”或“低”)。
（4）设白炽灯的发光亮度与它的电功率成正比，综合分析表中数据可知，15W的LED灯的发光亮度与         的白炽灯发光亮度相当。