初中物理电能的输送综合题

"西电东送"是将我国西部发电车发出的电输送到我国东部，由发电厂输出的电功率是一定的，它决定于发电机组的发电能力。根据P＝UI中发电机的功率不变效应，若提高输电线路中的电压U，那么线路中的电流I一定会减小，反之亦然。输电线路的电能损耗主要是输电线电流热效应，输电线损失的热功率P＝I ²R，所以采用输电线的电阻要尽量小。如果线路中电流降低到原来的 $\frac{1}{2}$ ，那么线路中损失的热功率就减少为原来的 $\frac{1}{4}$ ，因此提高电压可以很有效地降低输电线路中的热功率损失。

设发电厂的输出功率P ₀＝1.1×10 ⁸W，输电线路上的总电阻为10Ω。

（1）若采用110kV的高压输送电能，输电线路的电流I ₁＝ 　   　A，输电线路损失的热功率P ₁＝ 　   　W，其与发电厂输出电功率P ₀之比P ₁：P ₀＝ 　   　。

（2）若采用1100kV超高压输送电能，输电线路损失的热功率P ₂＝ 　   　W，其与高压输送电能损失的热功率P ₁之比P ₂：P ₁＝ 　   　。所以采用超高压远距离输电可以大大降低输电线路的 　  　损失。

（3）若想使输电线路中的热功率损耗为零，还可以采用 　  　做为输电线材料。

如下图甲是我国某公路两旁风光互补路灯系统的外景，其中的风力发电机组主要由风机叶片和发动机组成；该风力发电机的输出功率与风速的关系图像如图乙所示。请回答：

（1）风力发电利用的是风能，风能是清洁的、_____（填“可再生”或“不可再生”）能源；
（2）风力发电机利用_________原理把_________转化为电能；
（3）由图乙图像可知，能使该风力发电机组产生电能的风速范围是_________（用图像中的字母表示）；
（4）下表给出的是在不同风速下该风力发电机的输出功率。请根据表中信息回答：

平均风速（m／s）	2	4	8	16
输出功率（W）	1.25	10		640

①当风速为8 m／s时，该风力发电机的输出功率为_________W；
②当风速为16 m／s时，这台风力发电机工作1 s所产生的电能可供1只“12 V 60W”电灯正常工作2 s，那么风力发电机发电的效率为_________。

手机已成为人们沟通交流和生活娱乐的重要工具，华为、小米等自主品牌的手机越来越受到国内外用户的青睐．
（1）手机既是一个无线电发射台，又是一个无线电  台，手机是利用电磁波传输  （填“模拟”或“数字”）信号实现通讯的，通话时声音信息在空中是以  m/s的速度传递给对方的．
（2）小红手机中有一张她站在湖边的照片，小红在水中的“倒影”清晰可见，当时的“倒影”是由于光的  形成的，小红的“倒影”和小红本身的大小  （填“相等”或“不等”），照片中小红的倒影部分  （填“是”或“不是”）实际光线进入手机镜头形成的．
（3）“小米4”手机的散热材料是石墨烯晶体，石墨烯  （填“有”或“没有”）固定的熔点，用石墨烯做散热材料是因为它具有优良的  （填“导热”或“导电”）性能．石墨烯的比热容为1.4×10³J/（kg•℃），则0.1kg的石墨烯温度升高10℃，吸收的热量是  J．
（4）“华为P8”手机的电池标有“标称电压3.7V”、“电池容量 2680mA•h”的字样，“标称电压”是指手机工作时的电压，该电压对人体  （填“属于”或“不属于”）安全电压，“电池容量”是指电池所能容纳的最大电荷量，1mA•h=1mA×1h，则1mA•h=  A•s（安•秒），若手机通话时电流为268mA，则充满电后的手机最多可通话  h，手机一次充满电可储存的电能为  kW•h（保留两位小数）．

一种电热水龙头俗称“小厨宝”，通常安装在厨房里以便提供热水，如图是它的实物图和内部电路图．旋转手柄可使扇形开关S同时接触两个相邻触点，从而控制水龙头流出的水为冷水、温水或热水．已知R₁、R₂是电阻丝，其中R₂=44Ω，温水档的电功率是880W[水的比热容是4.2×10³J/（kg•℃）回答或求解下列问题：

（1）当S旋到位置1时，水龙头流出 水；当S旋到位置3时，水龙头流出 水．（选填“冷”、“温”或“热”）
（2）当S旋到位置2时，小厨宝正常工作30s将0.5kg的水从20℃加热到50℃，水吸收了多少热量？
（3）电热丝R₁的阻值是多少？
（4）当S旋到热水档时，小厨宝正常工作60s消耗的电能是多少？

水在热电厂的锅炉中变为水蒸气，通过涡轮机带动发电机发电，用过的水蒸气在液化器中凝结成水，再到锅炉，循环使用．液化器中的冷却水则流到冷却塔中降温，如图.
（1）下列现象中与液化器中凝结成水的物态变化过程不相同的是 （    ）
A．初春早晨的浓雾
B．夏天早晨花草上的露珠
C．深秋早晨树叶上的白霜
D．冬天跑步时呼出的“白气”
（2）夏天，来自冷却塔的水温为16°C，而回到冷却塔的水温为30°C．若冷却塔和液化器间水的流量为15m³/s，试求这个系统通过冷却塔散热的功率．
（3）如果发电机的发电功率为5.6×10⁵kW，发电机把机械能转化为电能的效率为80%，不计水蒸气通过涡轮机过程中由于热传递造成的能量损失及涡轮机的摩擦，试求水蒸气的能量转化为电能的效率．

阅读短文，回答问题：
电热膜
电热膜是一种通电后能发热的新型电热器件，由可导电的特制油墨、金属载流条经加工、热压在聚酯薄膜间制成，如图甲所示．电热膜加热系统由电源、温控器、连接件、绝缘层、电热膜及饰面层构成．电源经导线连通电热膜,将电能转化为热能．将这种电热膜安装在房间地板下的地面上，热能就会源源不断地均匀传递到房间的每一个角落．
电热膜通电工作时没有发红、炽热现象产生，主要以辐射的方式散发热量，给人们的感觉像在露天阳光下一样温暖舒适，没有传统供暖系统所产生的干燥和闷热的感觉．100%的电能输入被有效地转换成了超过66%的远红外辐射能和33%的对流热能．电热膜表面工作温度在40℃左右，远远低于其老化温度，因此电热膜的寿命与建筑是同步的．
电热膜内部结构如图乙所示．经过特殊工艺加工形成的一条条薄的导电墨线两端与金属导线相连，形成网状结构．

在制造电热膜时，会出现不同区域导电墨线厚度不均匀的现象，厚的导电墨线电阻小．导电墨线电阻随温度变化的关系如图丙所示，这种温度特性的优点是，它不会因厚度不均匀而出现严重发热不均、局部过热的现象，这是电热丝所不具备的，它保证了电热膜各处的温度均匀．
市售电热膜的额定电压为220V，按功率分一般有两种规格：220瓦每平米、400瓦每平米．220瓦电热膜属于低温电热膜，主要应用于地暖行业；400瓦电热膜属于高温电热膜，主要用于除地暖以外的方面，温度最高可以达到70-80℃，用于印刷烘干，药物烘干等．
（1）电热膜工作时，各条导电墨线是采用   方式连入电路的；
（2）下列关于电热膜的说法中，错误的是   
A.电热膜是利用电流的热效应工作的
B.电热膜温度升高时发热功率会自动减小
C.聚酯薄膜是一种导电材料
D.电热膜的电热转换率比电热丝高
（3）某根石墨线的局部导电材料脱落，如左下图中A部分，这根墨线工作时的电功率   ；
A．变大         B．变小      C．不变         D．以上三种情况均有可能
（4）如下图，请用笔画线代替导线，将两块铺设好的电热膜（黑色加粗处为接线柱）与温控器、电源连接起来（笔画线不允许交叉）；

（5）某家庭装修时考虑用电热膜为房间进行取暖，若铺设面积为15m²，则通电正常工作2小时消耗的电能为   k·Wh．

随着宜昌现代化学校创建工作的深入开展，全市各中小学教学多媒体硬件运用越来越多，某校共有15个教室，每个教室配有40W的照明灯10盏，300W的投影仪一台，100W的教学扩音系统一套，300W的电脑一台，（该校的供电电压为220V）
⑴学生在操场上进行半小时的大课间体育活动时，若教室内的这些用电器没有关闭，那么这半小时该校会浪费多少度电？
⑵随着这些硬件的装配，需要对学校供电线路进行改造，下表是各种橡胶绝缘铜芯线在常温下的安全载流量（长时间通电时的最大安全电流） ，从安全角度考虑，该校应选择哪种导线作为干路导线？请通过计算后说明。

⑶该校电路中的保险装置采用空气开关（如图甲），空气开关内有电磁铁和两个触点，制作触点的材料分别有铜或银，电路正常工作时两触点是连接在一起的，当电流过大时电磁铁将两个触点分开，切断电路（如图乙）。从空气开关的使用寿命和安全角度考虑，应选择触点用_________（选填“银”或“铜”）材料制作的空气开关，原因是_________（同样条件下，银的电阻比铜的电阻小）。

如图甲是家用插线板

（1）在乙图画出插线板内部开关和两插座的连线，并接入家庭电路，要求：
①插线板上的开关可同时控制两插座的通、断；②开关接通时两插座都能提供220V电压．
（2）把“220V  1100W”的电暖器插入插座，在额定电压下工作：
①流过电暖器的电流多大？
②电暖器多少小时消耗2.2kW•h的电能？
③电暖器通过导线连到电路，为什么电暖器工作时放出大量热，而与其连接的导线却几乎不发热？
（3）该插线板允许通过最大电流为10A，通过计算分析，插线板能否让“220V  750W”电吹风与上述电暖器同时工作？

根据教材中实验，回答下列问题：
（1）如图所示，让小车分别从斜面的不同高度由静止滑下，撞击水平面上的木块，该实验是探究        （选填“小车”、“木块”）的动能与       的关系，通过比较            来比较动能大小，木块因受到        最终静止．

（2）如图所示是演示点火爆炸的实验装置．按动电火花发生器的按钮，点燃盒内酒精，盒盖被打出去．这是因为酒精燃烧产生的燃气对外      ，燃气的     能转化为盒盖的    能，这与四冲程汽油机的         冲程的能量转化相同．

（3）小明将铜片、锌片插入土豆，制成土豆电池．如图甲所示，闭合开关S₁，发光二极管发光，此装置的能量转化方式主要是：      能→       能→       能．为判断土豆电池的正、负极，他连接电路如图乙所示，试触开关S₂，发现电压表的指针向左偏转，铜片是土豆电池的      极．

为进行节能灯和白炽灯耗能情况的比较研究。
（1）小明和小华打开客厅内的一盏节能灯，节能灯正常发光。接着他们找到了小明家的电能表，如图所示，由此可知小明家中的用电器的总功率最大不能超过____W。
（2）他们以指示灯某一次闪烁后立即开始计时，1min中内电能表指示灯闪烁了50次，根据该数据可算出小明家电路中电流做功的功率为____W。
（3）小明感到此结果与普通节能灯的功率明显不符，其原因最可能是（ ）

A．小明家的节能灯比较特殊，功率很大

B．小明在时间测量中存在一定的误差

C．小明没有关闭其他的用电器

D．小明在计数存在错误

（4）小明解决了研究中存在的问题后，再次回到电能表前，仍以指示灯某一次闪烁后立即开始计时，计时1min，电能表指示灯还未闪烁，因而无法计算节能灯电功率，于是他们各自提出不同的实验方案：
小明的方案：测量3min内电能表指示灯闪烁的次数，计算出节能灯的电功率；
小华的方案：测量电能表指示灯闪烁3次所用时间，计算出节能灯的电功率。
你认为____（选“小明”或“小华”）的方案更合理。
（5）小华按自己方案操作，以指示灯某次闪烁开始计时，并记为第1次，到指示灯闪烁第4次结束计时，刚好360s，则小明家节能灯的电功率____W。若该节能灯与60W的普通白炽灯亮度相同，则该节能灯与亮度相同的白炽灯相比，可以节约____%的电能。

宝塔中学要更换照明线路的电线，校长征求物理老师的意见，物理老师给校长提供一张数据表，请你分析表中的数据。回答下列问题：

	线 径 （㎜）	单 价 （元/转）	需要电 线转数	月平均线 损（kWh）	高峰用电灯泡两端电压（V）	换线周期 （年）
铝线	5.00	135	10	100	198	10
铜线	5.00	216	10	48	214	15

（1）造成用电高峰期灯泡两端电压偏低的原因是                                 ；
（2）铜线的月平均线损低于铝线的月平均线损的原因是                             
                                                                               。

一个电水壶工作电路如图所示，其中S是温控开关，R₁是电热管，当电水壶处于加热状态时，水被迅速加热，达到预定温度时，S自动切换到另一处，处于保温状态．请解答以下问题：

（1）A、B是两种不同颜色的灯，红色表示加热，黄色表示保温，请你分析A灯为  色；
（2）若壶中有1kg水，初温27℃，把这些水加热到97℃，至少消耗多少电能？
[C_水=4.2×10³J/（kg•℃）]
（3）若在加热状态时，加热管的功率为880W，求R₁阻值（不计指示灯电阻及温度对电阻值的影响）．

小明发现：每天晚上7点至9点左右，小区处于用电高峰期时，家中的电灯相对暗些；而到了晚上11点以后，过了用电高峰期，电灯又会变得亮一些。这是为什么呢？爸爸这样提示他：“不同时段，电路中使用的用电器数量不同，其总电阻也不同。可以把某一时段小区内正在使用的所有家用电器看做一个整体，用一个小灯泡来模拟。通过比较小灯泡两端电压（相当于家用电器两端的实际电压）的变化，你就能知道原因了。”于是，小明根据如图电路进行了探究。
【进行实验】
第1步：连接电路，闭合开关，读出电压表和电流表的示数，并记录在表格中。记录数据后发现小灯泡突然熄灭，电压表指针指在3伏处。

第2步：查明故障并分别换上两个不同规格的小灯泡后继续实验，把测量结果记录在表格中。
第3步：计算小灯泡的电功率和电阻值并记录在表格中。

小灯泡	电压(伏)	电流(安)	电功率(瓦)	电阻(欧)
L1	2.40	0.43	1.03	5.58
L2	2.60	0.33	0.86	7.88
L3	2.75	0.26	0.72	10.58

【数据分析】每次实验，电压表的读数都小于电源电压，说明实验中导线等其他元件也有电阻，会“分走”一部分电压。
【反思解释】
（1）实验中小灯泡突然熄灭，可能是发生了   (选填“短路”或“开路”)。
（2）过了用电高峰期，家中的电灯功率变大，亮度增加，其原因是   。
（3）在输电线路中，为了减少电能的损耗，应尽量选择   的导线。
A．长而细      B．长而粗       C．短而粗      D．短而细

(6分)阅读短文，回答问题
LED节能灯
LED节能灯是用高亮度发光二极管作光源，LED作为一种新型的节能、环体的绿色光源产品，具有很多诱人的特性。例如：
a高效节能：1 000小时仅耗几度电(普通60 w白炽灯17小时耗l度电，普通10 w节能灯1 00小时耗l度电)；
b超长寿命：半导体二极管发光，无灯丝，无玻璃泡，不怕震动，不易破碎，使用寿命可达五万小时(普通白炽灯使用寿命仅有一千小时，普通节能灯使用寿命也只有八千小时)；
c健康：光线健康。光线中不舍紫外线和红外线(普通灯光中舍有紫外线和红外线)；
d绿色环保：不含汞和氙等有害元素，利于回收，而且不会产生电磁干扰(普通灯管中含有汞和铅等元案，节能灯中的电子镇流器会产生电磁干扰)；
e保护视力：直流驱动，无频闪(普通灯都是交流驱动，就必然产生频闪)；
f光效率高：发热小，90％的电能转化为可见光(普通白炽灯8 0％的电能转化为内能，仅有20％电能转化为光能)。
LED节能灯必将会得到推广，在节能减排的浪潮中大放光彩。
请回答下列问题：
(1)LED节能灯是用                     作光源的；工作时把      能转化为光能。
(2)普通白炽灯光效率低的原因是：                                           。
(3)普通40 w白炽灯正常工作        小时耗1度电。而一盏LED节能灯工作200小时才消耗1度电，则此灯的电功率是      w。
(4)我们        (填“能”或“不能”)看到普通灯光中含有的紫外线和红外线。

阅读短文，回答问题。
变频空调机
空调机中有被称为“冷媒”的物质，利用它的物态变化可以实现室内、外热量的转移。如图所示是空调机制冷系统的原理图，其中压缩机的作用是对气态“冷媒”加压，并使“冷媒”在管内循环。压缩机的转速越大，“冷媒”的流量越大，空调机的制冷能力就越强。
压缩机的转速由供电频率决定。“变频空调”是与传统供电频率不变的“定频空调”相比较而产生的概念，与“变频空调”相比，变频空调机的变频器可以在一定范围内调节供电频率，从而改变压缩机的转速，达到控制“冷媒”流量的目的。
变频空调机开始工作时，以最大功率进行制冷，当室内温度快速降至设定温度后，压缩机随即处于低速持续运转状态，维持室温基本不变。
表一表示某型号变频空调机的“冷媒”流量与变频器供电频率之间的对应关系。
表二表示该型号变频空调及部分参数之间的对应关系，其中：制冷量是指单位时间内空调机从密闭区域内去除热量的总和；能效比是空调机在额定状态工作时，制冷量与输入功率之比。


（1）空调机工作时，当液态“冷媒”    （填物态变化名称）成气态时，需要     热量。
（2）关于变频空调机，下列说法正确的是    
A．变频空调的压缩机与定频空调一样，也是断断续续工作的
B．空调机制冷时，途中钢管A内流动的是气态“冷媒”
C．空调压缩机是利用降温的方法使“冷媒”发生物态变化的
D．变频器供电频率越小，空调机的制冷能力越强
（3）根据表一中的数据，请在坐标系中画出“冷媒”流量Q与变频器供电频率ƒ之间的关系图线。当变频器供电频率为80Hz时，“冷媒”流量为     kg/h.。

（4）表二中空调机额定制冷量为     W，在额定状态下工作10min，可以使     kg的空气温度下降6℃。[取空气的比热容c=1.0×10³J/(kg·℃)]
（5）夏天，上述空调机开始工作0.5h后，家中房间温度降至设定温度，随即空调机处于低速稳定运转状态，又工作了10h，全过程共耗电2.9kW·h．则前0.5h内空调机消耗的电能是     kW·h，后10h空调机的电流是     A．