初中物理能量利用效率试题

用蓄电池驱动的电动自行车，电源电压恒为 $24V$，当它在水平路面上以 $V=36\mathit{km}/h$的速度匀速行驶时，电流表示数为 $5A$，驱动电机的输入功率是　　 $W$；若驱动电机将输入功率的 $90\%$的转化为机械功率，则电动自行车所受阻力为　　 $N$。

把 $1\mathit{kg}$初温为 ${35}^{°}\text{C}$的水加热到 ${85}^{°}\text{C}$，消耗了 $10g$的煤气，此过程水吸收的热量为　　 $J$，加热装置的效率为　　（煤气的热值 $q_{\mathit{煤气}}=4.2\times {10}^{7}J/\mathit{Kg})$。

表为一台饮水机的铭牌，其内部简化电路如图所示， $R_1$和 $R_2$均为电热丝且阻值不变。

$\mathit{XX}$牌饮水机
额定电压	$220V$
额定功率	加热	$1000W$
	保温	$22W$
加热效率	$80\%$

（1）该饮水机处于加热状态时，正常工作 $3\mathit{min}$，在1标准大气压下能否把 $0.5\mathit{kg}$的水从 ${20}^{°}\text{C}$加热至沸腾？【 c 水 = 4 . 2 × 10 3 J / kg ⋅ ∘ C 】

（2）保温功率是指 $S$断开时电路消耗的总功率。该饮水机正常保温时， $R_1$实际消耗的电功率是多少？

如图所示是某款电养生壶及其铭牌的部分参数，当养生壶正常工作时，求：

额定电压	$220V$
频率	$50\mathit{Hz}$
额定功率	$1100W$
容量	$1L$

（1）养生壶正常工作的电阻。

（2）若该养生壶的加热效率为 $80\%$，在标准大气压下，将初温是 ${12}^{°}\text{C}$的一壶水烧开，需要多长时间？ $(c_{水}=4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{\circ }\text{C}\right)$， ${\rho }_{水}=1.0\times {10}^3\mathit{kg}/m^3]$

（3）在物理综合实践活动中，小明和小丽同学利用所学习的物理知识，合作测量养生壶的实际功率。电表上标着“ $1200r/(\mathit{kW}·h)$”，他们把家中的其他用电器都与电源断开，仅让养生壶接入电路中烧水， $2\mathit{min}$电能表的转盘转了 $40r$，求电养生壶的实际功率。

节能减排，绿色环保，新能源汽车成为未来汽车发展的方向。某种型号纯电动汽车的部分参数如表：

空车质量	$1380\mathit{kg}$	最大功率	$100\mathit{kW}$
轮胎与地面总接触面积	$0.032m^2$	最高时速	$120\mathit{km}/h$
电池容量	$42\mathit{kW}·h$	最大续行里程	$260\mathit{km}$

假如汽车上只有司机一人，质量为 $60\mathit{kg}$，汽车以 $60\mathit{km}/h$的速度匀速行驶 $36\mathit{km}$，耗电 $9\mathit{kW}·h$，汽车所受的阻力为汽车总重的0.05倍。 $g=10N/\mathit{kg}$，试问：

（1）电动机的工作原理是　              　（选填“电流的磁效应”、“磁场对电流的作用”）电动汽车前进和倒退是通过改变　          　来改变电动机的转动方向的。

（2）电动汽车对水平地面的压强是多少？

（3）电动汽车牵引力所做的功是多大？

（4）电动汽车电能转化为机械能的效率是多大？

某家用电热水器，其工作模式和相关参数如下表。图为电热水器的原理图，包括工作电路和控制电路两部分，通过电磁继电器自动控制电热水器实现加热状态和保温状态的挡位变换。 $R_0$、 $R_1$为电热丝， $R_2$为滑动变阻器， $R$为热敏电阻（置于电热水器内），其阻值随温度的升高而减小。红灯、绿灯是热水器工作时的指示灯，忽略指示灯对电路的影响。

（1）分析说明当绿灯亮时，电热水器处于保温状态还是加热状态？

（2）工作时若要提高电热水器的保温温度，如何调节保护电阻 $R_2$的滑片？

（3） $R_1$工作时的电阻是多大？

（4）电热水器处于加热状态时，工作 $4.2\mathit{min}$，可使 $1L$水的温度升高 ${40}^{°}\text{C}$．则该电热水器的效率是多少？ $[c_{水}=4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{\circ }\text{C}\right)$

型号	$\mathit{LWLZ}20-19$
电源	$\mathit{AD}220V50\mathit{Hz}$
加热功率	$800W$
保温功率	$40W$
水容量	$1.0L$

一定气压下，某种晶体熔化成同温度液体时所吸收的热量与其质量之比叫该晶体的熔化热，用字母 $\lambda$表示。在标准大气压下，用一个热效率为 $40\%$的酒精炉为热源，将 $50g$初温为 $0^{°}\text{C}$的冰全部熔化为 $0^{°}\text{C}$的水，共燃烧了 $14g$酒精，酒精的热值为 $3\times {10}^{7}J/\mathit{kg}$。求：

（1）冰熔化过程中吸收的热量；

（2）在标准大气压下，冰的熔化热 ${\lambda }_{冰}$。

某电热水器具有加热和保温功能，其工作原理如图甲所示。其中控制电路中的电磁铁线圈电阻不计， $R$为热敏电阻，热敏电阻中允许通过的最大电流 $\mathit{Ig}=15\mathit{mA}$，其阻值 $R$随温度变化的规律图像如图乙所示，电源电压 $U_1$为 $6V$，当电磁铁线圈中的电流 $I>8\mathit{mA}$时，电磁铁的衔铁被吸下，继电器下方触点 $a$、 $b$接触，加热电路接通：当电磁铁线圈中的电流 $I⩽8\mathit{mA}$时，继电器上方触点 $c$接触，保温电路接通，热敏电阻 $R$和工作电路中的三只电阻丝 $R_1$、 $R_2$、 $R_3$，均置于储水箱中， $U_2=220V$，加热时的功率 $P_{\mathit{加热}}=2200W$，保温时的功率 $P_{\mathit{保温}}=110W$，加热效率 $\eta =90\%$， $R_2=2R_1$，水的比热容 $c_{水}=4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{\circ }\text{C}}\right)$，水箱内最低温度为 $0^{°}\text{C}$。

（1）为使控制电路正常工作，保护电阻 $R_0$的阻值至少为多大？若 $R_0$为该值，试求热水器刚开始保温时水的温度。

（2）电阻丝 $R_1$、 $R_2$、 $R_3$的阻值分别为多少欧姆？

（3）该热水器在加热状态下，将 $44\mathit{kg}$、 ${20}^{°}\text{C}$的水加热到 ${50}^{°}\text{C}$需要多少时间？

一辆大鼻子校车在水平路面上行驶，车和人总质量为 $8000\mathit{kg}$，轮胎与地面的总接触面积为 $0.32m^2$。

（1）求校车对路面的压强。

（2）校车以 $36\mathit{km}/h$的速度匀速行驶时，柴油发动机的输出功率为 $50\mathit{kW}$．求此过程中校车受到的阻力。

（3）如果校车行驶过程中，司机控制油门，使发动机的输出功率为 $25\mathit{kW}$，并保持此功率不变继续行驶 $10\mathit{min}$。这段时间内柴油燃烧释放能量的 $30\%$转化为有用机械能，在数值上等于发动机牵引力做的功。求这段时间内发动机柴油燃烧释放的能量。

标有“ $220V2000W$”的电热水器容量 $50L$，当电热水器装满水时，水温升高 $1^{°}\text{C}$吸收的热量是　　 $J$．若电热水器的效率为 $87.5\%$，电热水器正常工作时水温升高 $1^{°}\text{C}$需加热的时间是　　 $\mathit{min}$． $[$水的密度为 $1.0\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$，水的比热容为 $4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{·}^{°}\text{C}\right)]$。

现代城市人口密度越来越大，交通越来越拥堵。易步车（如图甲）以其体积小巧，结构简洁和驱动安全等优点，成为短途出行的理想交通工具。某品牌易步车的部分参数如下表所示。质量为 $60\mathit{kg}$的雯雯从家骑行该品牌易步车上学（如图乙），以最大速度匀速行驶 $10\mathit{min}$到达学校，行驶中易步车所受阻力为人和车总重的0.1倍，设该过程中电机始终以额定功率工作。（取 $g=10N/\mathit{kg})$。求：

电池	$4\mathit{AH}$锂电池
电机额定功率	$500W$
最大速度	$18\mathit{km}/h$
单轮胎触地面积	$25c{m}^2$
轮胎个数	2
车身自重	$20\mathit{kg}$

（1）雯雯的家到学校的距离。

（2）雯雯在水平路面上骑易步车时，车对地面的压强。

（3）雯雯上学过程中，易步车电机的效率。

科技小组的同学设计了如图甲所示的恒温水箱温控电路（设环境温度不高于 ${20}^{°}\text{C})$，由工作电路和控制电路组成。工作电路中的电热器上标有“ $220V1000W$”的字样；控制电路电源电压 $U=30V$，热敏电阻 $R_t$作为感应器探测水温，置于恒温水箱内，其阻值随温度变化的关系如图乙所示， $R_1$为滑动变阻器。闭合开关 $S$，电磁铁产生的吸引力 $F$与控制电路中电流 $I$的关系如图丙所示，衔接只有在不小于 $3N$吸引力的作用下才能被吸下，工作电路断开（不计继电器线圈的电阻， $c_{水}=4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{\circ }\text{C}}\right))$。求：

（1）电热器正常工作时的电阻；

（2）电热器正常工作时，给恒温箱中 $100\mathit{kg}$的水加热，已知电热器的加热效率为 $70\%$，当水温由 ${30}^{°}\text{C}$升高到 ${40}^{°}\text{C}$时，电热器的加热时间；

（3）为了把温度控制在 ${40}^{°}\text{C}$左右，设定在水温低于 ${40}^{°}\text{C}$时自动加热，在水温达到 ${40}^{°}\text{C}$时停止加热，求此时滑动变阻器 $R_1$消耗的电功率。

完全燃烧 $100g$酒精所放出的热量为　　 $J$，若其放出的热量有 $70\%$被水吸收，能使 $10\mathit{kg}$的水从 ${20}^{°}\text{C}$升高到　　 ${}^{°}\text{C}$． $\left(q_{\mathit{酒精}}=3.0\times {10}^{7}J/\mathit{kg}\right)$

小益家的豆浆机铭牌和简化电路如图所示。豆浆机工作时加热器先加热，待水温达到 ${64}^{°}\text{C}$时温控开关闭合，电动机开始打磨且加热器继续加热，直到产出豆浆成品，电源开关自动断开。小益用初温 ${20}^{°}\text{C}$，质量 $1\mathit{kg}$的水和少量豆子制作豆浆，设电源电压为 $220V$恒定不变，不计导线的电阻。求：

豆浆机铭牌
最大容积	$2L$
额定频率	$50\mathit{Hz}$
额定电压	$220V$
加热器功率	$880W$
电动机功率	$120W$

（1）从物理学的角度解释热气腾腾的豆浆散发出香味的原因：

（2）加热器单独工作时电路中的电流；

（3）质量为 $1\mathit{kg}$的水从 ${20}^{°}\text{C}$加热到 ${64}^{°}\text{C}$需要吸收的热量 $\left[c_{水}=4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{\circ }\text{C}}\right)\right]$；

（4）本次制作豆浆共计用了 $9\mathit{min}$的时间。如果在温控开关闭合前加热器产生的热量 $70\%$被水吸收，且不计豆子吸收的热量。求本次制作豆浆共消耗的电能。

在一个标准大气压下，天然气灶将一壶质量为 $3\mathit{kg}$、温度为 ${20}^{°}\text{C}$的水加热至沸腾，大约需要 $10\mathit{min}$，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 $4.2\times {10}^{7}J/m^3$．求：

（1）水吸收的热量？

（2）若天然气完全燃烧放出的热量 $60\%$被水吸收，烧开这壶水需要多少天然气？