专题27 力学、热学和电学的综合计算（压轴题）（解析版）

（·安顺）小丽家新买了一台电热水器，下表是该热水器的一些技术参数．

现将水箱中装满水，通电后正常工作40min，水温从25℃上升到45℃，求：
（1）此过程中水所吸收的热量；
（2）热水器中电热丝的电阻；
（3）热水器的效率．

（·茂名） 混合动力汽车是一种新型汽车，它有两种动力系统。汽车加速，汽油机提供的动力不足时，蓄电池的电能转化为动能，使汽车加速更快；汽车减速，汽车动能转化为电能，由蓄电池贮存起来，减少能量的浪费。两种动力系统也可以独立工作，只有汽油机工作时，与一般的汽车相同；只使用电力时，由电动机提供动力。右表是国产某混合动力汽车蓄电池的铭牌，其中电池容量是蓄电池贮存的最大电能。该汽车匀速行驶时受到的阻力为720N。求：

（1）在家庭电路中对放电完毕的蓄电池充满电要多长时间？
（2）仅由电动机提供动力，汽车匀速持续行驶的最大距离是多少？不考虑电能转化为机械能时能量的损失。
（3）仅由汽油机提供动力，汽车匀速行驶每百公里的油耗是多少升？假设汽车受到的阻力不变，汽油的热值为3.0×10⁷J/ L（即焦耳/升），汽油机的效率为24%。

（·本溪）如图所示为某品牌蒸汽挂烫机，为了便于移动，它底部装有四个轮子．其工作原理是：底部的储水箱注满水后，水通过进水阀门流到发热体迅速沸腾，并变成灼热的水蒸气，不断喷向衣物，软化衣物纤维．下表是这种蒸汽挂烫机的部分参数．[g=10N/kg，c_水=4.2×10³J/（kg•℃），g=10N/kg]

（1）储水箱注满水后挂烫机对水平地面的压强是多少？
（2）该蒸汽挂烫机正常工作时通过发热体的电流是多少？
（3）如果发热体每分钟能把25g水由20℃加热至100℃，在这一过程中水吸收了多少热量？发热体产生多少热量

（·镇江）如图是一种配有风力发电机和太阳能电池板的新型路灯，路灯的额定功率为0.12kW，光电池接收太阳光辐射的功率为1kW，吹向风力发电机叶片上的风功率与风速之间的关系如下表所示，风能转化为电能的效率为4%，光电池将光能转化为电能的效率为η_光．

（1）无风的晴天，光照6h，太阳能电池板产生的电能可使路灯正常工作10h，则路灯消耗的电能是多少kW•h？光电池将光能转化为电能的功率η_光为多大？
（2）在有风的晴天，经3h的光照和风吹，路灯可正常工作7h，则当时的风速为多大？

（2014·湖州）如图是一盏漂浮在水面的太阳能荷花灯，白天太阳能发电板给电池充满电，晚上电池给LED灯照明供电。该灯的铭牌上标有“6V 0.3W”字样，阅读说明书后可知，该灯的电池最大输出电能为8640焦耳。

（1）白天此灯把光能最终转化为        能储存在电池中。
（2）若某公园想采购一批太阳能荷花灯，要求每天亮灯不小于6小时。那么此灯是否符合要求？
（3）该灯正常工作时的电流是多少安培？
（4）若每盏灯的质量为0.2千克，漂浮时浸在水中的体积是多少米³ ?

（·厦门）如图是小林家里电热水器的工作原理图，两根加热管电阻相同．电热水器功率有高、中、低三档．当S₁断开，S₂接b时，其功率为低档，大小为1000W．

（1）请指出电热水器的高、中档功率分别是多少瓦．（不必写出推导过程）
（2）小林选用某功率档加热水箱里的50L水，水温升高40℃用了40min，求此过程电热水器的功率．【水的比热容c=4.2×10³J/（kg•℃）】

（·日照）明亮同学的家中有一台微电脑控制的电热水壶，如图所示．该电热水壶可以将水从桶中自动抽到壶中并自动加热至水烧开．明亮同学观察该电热水壶的铭牌时发现其额定加热功率模糊不清晰，其它铭牌标记均清晰（如表所示）；烧水前他关掉家里其它用电器，只接通电热水壶控制开关，小电动机开始额定电压下用5s时间将水从桶中提升了0.8m加至电热水壶满刻度处自动停止加水，此时显示水温为20℃，电热水壶加满水后开始在额定电压下烧水至水温为100℃时自动断开电路停止工作．明亮同学还观察到，在电热水壶烧水的过程中，家里标有3000r/kW•h的电能表在30s内转盘转了50转．（g=10N/kg，ρ_水=1.0×10³kg/m³，c_水=4.2×10³J/（kg•℃））．

求：
（1）小电动机提升水的工作效率；
（2）电热水壶的额定加热功率；
（3）如果在用电高峰时明亮同学家中的实际电压是额定电压的90%，电热水壶在此电压下烧水时的加热效率为90%，试计算在用电高峰时烧开该壶水所需的时间．

（·丹东）小明买了一辆电动自行车，该车电动机的工作电压为32V，电能转化为机械能的效率为75％，车轮与地面接触的总面积为40cm²。小明骑电动自行车在水平公路上以6m/s的速度匀速直线行驶了10min，牵引力为20N，人和车的总质量为100kg，在此过程中：
（1）电动自行车对水平地面的压强是多少？
（2）电动自行车通过的路程是多少？牵引力做功为多少?
（3）电动自行车匀速行驶时，电动机的工作电流为多少？

（·无锡）有一混合动力汽车，由汽车发动机（汽油机）和电动机为驱动系统提供动力，汽油发动机每一个工作循环活塞经历四个冲程，带动曲轴转动两圈，该汽油发动机的最大功率是69kW，以最大功率工作时曲轴转速为5000r/min．活塞从气缸一端运动到另一端所扫过的容积为气缸排气量，气缸容积与燃烧室容积之比为压缩比，如图为气缸容积和燃烧室容积的示意图，该车排气量是1.8L，压缩比为10：1，动力蓄电池额定电压为200V，容量（蓄电池放电电流和放电时间乘积）为150A•h，已知该车的动能E与其速度v的关系如下表所示．


（1）该汽车的动力蓄电池最多可储存多少焦的电能？
（2）a．当这辆汽车在平直公路上以108km/h的速度匀速行驶时，动力完全由汽油发动机提供，若汽车汽油发动机的输出功率为54kW，则此时汽车所受的阻力是多大？
b．当驾驶员看到前方限速标志时，立即减速并启动充电装置给动力蓄电池充电，汽车速度由108km/h减小到72km/h，若在此过程中动力蓄电池获得的电能为汽车所减少动能的50%，则动力蓄电池获得的电能为多少焦？
（3）若该汽车汽油发动机以最大功率工作时，吸气冲程末气缸内每升混合气体中汽油质量是7.2×10^﹣5kg，此时这台汽油发动机的效率是多少？（q_汽油=4.6×10⁷J/kg）

（·无锡）有一电热水器，质量为20kg，装满水后的总质量为70kg，该热水器额定电压是220V，内部有两个加热管，有三档不同的加热功率，其中最大额定功率是2000W，如图是电热水器安装的尺寸及其受力示意图，在竖直方向上热水器受到挂钩拉力F₂和重力G，在水平方向上热水器受到膨胀螺钉对它的拉力F₁和墙壁对它的支持力F₃．（g取10N/kg，ρ_水=1.0×103kg/m3）

（1）该热水器最多能装多少立方米的水？
（2）该热水器装满水时，膨胀螺钉的拉力F₁是多大？
（3）若热水器内部两个加热管的电阻阻值相同，则每个加热管的电阻是多少？

（2014·武汉）某电开水器的结构如图甲所示（剖面图），简化的内部电路如图乙所示，进水管管口的阀门由轻质浮子1和与它们相连的两根轻质硬杆控制，只有进水管中的水压在正常范围内，冷水箱和煮水箱中的水位就比出水管管口低，冷水不会从出水管流出。当冷水箱中的水位达到一定高的时，浮子2浮起，会触动单刀三掷开关S₁，煮水电热管R₁通电发热，冷水被煮沸，水面升高，开水就从出水管进入贮水箱，当贮水箱中水位达到一定高度时，浮子3浮起，又会触动单刀三掷开关S₁，煮水暂停，一旦贮水箱中水温下降使温控开关S₂闭合，保温电热管R₂就会通电发热，开水处于保温状态。

（1）已知煮水电热管R₁的阻值为12.1Ω，保温电热管R₂的阻值为48.4Ω，求电开水器的最大发热功率。
（2）图甲中，当浮子1上升到最高处后，它的最上端恰好和出水管管口相平，阀门就会将进水管管口关闭，此时AC杆沿竖直方向。已知浮子1的体积V=2.5×10^-4m³，进水管管口和阀门的横截面积S均为1×10^-4m²（不计阀门的质量、管壁的厚度及两者之间的摩擦）；BO∶BA=20∶1（O为轻质浮子1的球心、A为两轻质硬杆的相交处，B为轻质硬杆BO的转轴），水箱内水面上方的气压P₀=1×10⁵Pa。为了不让冷水直接进入贮水箱，进水管管口阀门的上表面受到的压强不能超过多少Pa?

（·泰安）如图甲是某工厂生产流水线产品输送计数装置示意图（俯视图），立方体产品在水平传送带上与传送带共同以v =1m/s的速度匀速前进，产品的质量m ="0.8kg" 。计数器由电流表和电路计数元件组成（电流表和计数元件的电阻不计），通过电路中电流的变化计数产品，a为激光源，R₁为光敏电阻，R₂为保护电阻。当激光射向R₁时，R₁阻值变小，每当产品运动通过a与R₁之间时，射向R₁的光线会被产品挡住，R₁阻值变大。闭合开关，电路中计数器中电流的示数I随时间t的变化图象如图乙所示。（g取10N/kg）

（1）不计空气阻力，求传送带匀速运送产品过程中对每一个产品的作用力大小和方向。
（2）求每个产品的边长L₁和产品的间隔L₂。每个产品对传送带的压强大小。
（3）已知电源电压U=3V，R₂ =1kΩ，求传送带运输产品过程中1min内光敏电阻R₁消耗的电能。

（2013·衡阳）如图所示的装置很有创意﹣﹣它将比较耗水的洗衣机和同样耗水但不太讲究水质的马桶连在一起：上部是洗衣机（有关技术参数见铭牌），下部是马桶，中间设有储水箱．洗衣机还设有加热功能，（铭牌上水的加热功率已模糊），洗涤前先将水加热到适宜温度，可以提高洗涤效果．

（1）请问这种设计的优点：               ．（请至少说出一个观点）
（2）求洗衣机脱水时的正常工作电流．
（3）某次洗衣时，首次进水量为20kg，加热时电能的80%转化为水的内能，正常加热14min水的温度升高10℃就达到设定要求，由于洗衣机铭牌上的加热功率模糊，求：①水吸收的热量，②洗衣机的加热功率[c_水=4.2×10³J/（kg•℃）]．

遵义市余庆县境内的构皮滩电站是乌江干流上最大的水电站，电站大坝高为232.5m，坝内水深最大可达150m，装机容量达300万千瓦，多年年平均发电量为96.67亿千瓦时（9.667×10⁹kW•h），修建水电站，用水力发电代替火力发电，可以节约大量的煤炭资源．
（1）该水电站坝内水产生的压强为多少？（ρ_水=1.0×10³kg/m³，g取10N/kg）
（2）该水电站在丰水期可实现满装机容量连接发电，若丰水期为一个月（按30天计），则丰水期可发电多少kW•h？
（3）若火力发电站的发电效率为36%（发电能量与所消耗燃料完全燃烧放出的热量之比），煤炭的热值取3.3×10⁷J/kg，以构皮滩电站的多年年均发电量计，若改用火力发电，每年需消耗多少煤炭？（结果保留两位有效数字，1kW•h=3.6×10⁶J）

效率是 30%，水平叉臂面积为1m² 的电动叉车（如图甲），托着重量为 6000N，底面积为 6m2 的货物（如图乙），5s 内从 A 点匀速水平移动到 B 点，再从 B 点匀速竖直提升 10s 到达 C 点，所用时间及各点间距离如丙图所示，求：

（1）A 到 B 过程，货物对叉臂的压强
（2）A 到 C 过程，叉车对货物的支持力做的功
（3）B 到 C 过程，叉车对货物做功的功率
（4）B 到 C 过程，叉车消耗的电能

有一种环保汽车，以蓄电池为驱动能源．此环保汽车运动时，蓄电池为车上的电动机供电，电动机为汽车提供动力．某辆这种类型的环保汽车，总质量为3×10³ kg，汽车轮胎与地面的总接触面积为0.1m²．当它在永平路面上匀速行驶时，电动机工作电流为50A，工作 电压为300V，汽车所受阻力为车重的0.04倍．（g取10N/kg）

（1）汽车对路面的压强多大？
（2）若该汽车用于牵引汽车前进的机械功率和电动机电功率的比值为4:5，则该车匀速前进的速度多大？
（3）如果改用太阳能电池给车上的电动机供电，其它条件不变，求所需的太阳能电池板的最小面积．结合计算结果对该设想中的太阳能汽车写出一条改进建议， 已知太阳辐射的总功率为4×10²⁶ W，太阳到地球的距离为1.5 ×10¹¹m，半径为r的球其表面积为4πr²．太阳光传播到地面的过程中，设有29. 35%的能量损耗．该车所用太阳能电池将太阳能转化为电能的效率为15%．