初中物理能量利用效率试题

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）

小李家使用的燃气热水器，将 $30\mathit{kg}$的水从 ${20}^{°}\text{C}$加热到 ${45}^{°}\text{C}$，消耗了 $0.15m^3$的天然气。已知水的比热容为 $4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{·}^{°}\text{C}\right)$，天然气的热值为 $4\times {10}^{7}J/m^3$，则下列与该过程有关的计算结果和分析正确的是 $($　　 $)$

A．水吸收的热量与水的末温成正比

B．水吸收的热量是 $3.15\times {10}^{5}J$

C．热水器的能量转化效率是 $52.5\%$

D．热水器的能量转化效率与环境温度无关

下列说法正确的是 $($　　 $)$

A．功和能量的国际单位都是“焦耳”

B．电动机的能量转化效率比柴油机低

C．做功的过程一定有机械能转化为内能

D．要“绿色发展”就不能使用常规能源

随州的冬季不像北方有集中供暖，所以本地居民常选用一些小型电暖器越冬。如图甲电暖器有“高温、中温、低温”三档，铭牌见下表 $($ “中温”档功率空出），其电路原理如图乙， $S$是自我保护开关，当电暖器倾倒时 $S$自动断开，切断电源保证安全。当 $S$、 $S_1$闭合， $S_2$断开时电暖器为“低温”档。 $(R_1>R_2)$

$\mathit{XX}$牌电暖器
额定电压		$220V$
额定功率	低温挡	$440W$
	中温挡
	高温挡	$1650W$
频率		$50\mathit{Hz}$

求：（1） $R_1$的阻值；

（2）“中温”档正常工作时电路中的电流；

（3）若室内空气质量为 $50\mathit{kg}$，用该电暖器的“高温”档正常工作 $10\mathit{min}$，放出热量的 $50\%$被室内空气吸收，那么可使室内气温升高多少？（假设空气的比热容为 $1.1\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{·}^{°}\text{C}\right))$

合理分类和利用垃圾可以变废为宝，在一定条件下，1kg垃圾能“榨”出0.17kg燃料油，若燃料油的热值为4.0×10⁷J/kg，则这些燃料油完全燃烧释放出的热量为 　        　J，燃烧时燃料油的化学能转化为 　        　能；如果这些热量的42%被水吸收，则可以使 　        　kg的水温度从20℃升高到100℃，这是通过 　        　的方式改变水的内能。

小玲在探究水的沸腾实验中，用酒精灯给初温 ${20}^{°}\text{C}$，质量 $100g$的水加热 $7\mathit{min}$，共消耗了 $4\times {10}^{-3}\mathit{kg}$酒精，此过程是通过　         　的方式改变水的内能。若这些酒精完全燃烧放出热量的 $30\%$被水吸收（假设水质量保持不变），则水的末温为　         　 ${}^{°}\text{C}$；实验后小玲感叹到：“ $70\%$的热量都被浪费了，还污染环境 $!$”为提高加热效率，请提出一条建议　         　。 $(q_{\mathit{酒精}}=3.0\times {10}^{7}J/\mathit{kg}$， $c_{水}=4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{\circ }\text{C}\right)$，标准大气压环境）

一个额定功率为 $2000W$的电热水壶，连续加热 $210s$，可使壶内 $2\mathit{kg}$的水温度升高 ${45}^{°}\text{C}$，已知 $c_{水}=4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{\circ }\text{C}}\right)$，求：

（1）此过程电流所做的功；

（2）此过程电热水壶的热效率。

一杯质量为 $150g$，初温为 ${20}^{°}\text{C}$的水，吸热后温度升高到 ${30}^{°}\text{C}$，所吸收的热量是　　 $J$；所需的热量如果由效率为 $30\%$的天然气灶来提供，则需要消耗天然气　　 $d{m}^3$．（天然气的热值为 $4.0\times {10}^{7}J/m^3)$

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）

某物理兴趣小组的同学，用煤炉给 $8\mathit{kg}$的水加热，同时他们绘制了如图所示的加热过程中水温随时间变化的图线，若在 $4\mathit{min}$内完全燃烧了 $1.4\mathit{kg}$的煤，水的比热容为 $4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{·}^{°}\text{C}\right)$，煤的热值约为 $3\times {10}^{7}J/\mathit{kg}$，求：

（1）经过 $4\mathit{min}$时间加热，水所吸收的热量。

（2）煤炉烧水时的热效率。

某校为师生饮水方便，安装了电热水器。为测定热水器消耗的电能，关闭其他用电器，只用电热水器给水加热，一段时间后，电能表的示数，由图甲示数变为图乙示数，则该电热水器在这段时间内消耗的电能为　       　 $\mathit{kW}·h$，等于　     　 $J$．若消耗电能的 $87\%$被水吸收，则可把　     　 $\mathit{kg}$初温为 ${13}^{°}\text{C}$的水加热至 ${100}^{°}\text{C}$【水的比热容 c = 4 . 2 × 10 3 J / ( kg · ° C ) 】。

小明学习了燃料的热值后，很想知道家中使用的天然气的热值是多少？但在教材的燃料热值表中没有查阅到。于是，他在家里将装有2kg水的水壶放到天然气灶上去烧，用温度计测量水从20℃加热至80℃的过程中，观察到天然气表的数字变化了0.035m ³。他通过上网查阅得知天然气灶的效率约为36%，已知水的比热容c _水＝4.2×10 ³J/（kg•℃）。求：

（1）在这个过程中水吸收了多少热量？

（2）请你帮小明算出天然气的热值。

一台四冲程汽油机，其中　　冲程将机械能转化为内能；已知所用汽油的热值是 $4.6\times {10}^{7}J/\mathit{kg}$，完全燃烧 $2g$汽油所释放的内能是　　 $J$，若热机效率为 $40\%$，燃烧 $2g$汽油转化的机械能是　　 $J$，若此机械能全部用于发热，能使质量 $1\mathit{kg}$的水，温度升高　　 ${}^{°}\text{C}$，（此空结果保留1位小数），已知水的比热容为 $4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{·}^{°}\text{C}\right)$

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？