初中物理能量利用效率试题

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客机 $C919$

如图甲，我国研制的大客机 $C919$于5月5日首飞成功。

$C919$机舱内覆有一层高孔率”超细航空级玻璃棉“，能很好地保温与吸收噪音，其单丝纤维直径只有 $3~5\mathit{\mu m}$， $1m^3$的质量为 $5\mathit{kg}$。

机舱内先进的”呼吸系统“，使飞机在气压只有 $2.5\times {10}^4\mathit{Pa}$左右的万米高空时，能将机外 $-{50}^{°}\text{C}$以下的冷空气不断压缩，导致送入舱内的空气温度达到 ${50}^{°}\text{C}$以上，同时系统依靠传感器的自动控制，使舱内气压和温度达到舒适值。

该机有较大的翼载，翼载指飞机的最大起飞质量与机翼面积的比值；机上搭载的新一代涡扇发动机的热效率和推进效率比一般客机高，所谓热效率是指发动机获得的机械能与燃料完全燃烧产生的内能之比，而推进效率则是指发动机传递给飞机的推进功（推力所做的功）与其获得的机械能之比，下表是飞机的部分技术参数。

最大起飞质量	$72.5t$	客舱内气压	$8.0\times {10}^4\mathit{Pa}$
巡航速度	$920\mathit{km}/h$	发动机巡航推力	$3.6\times {10}^{4}N$

（1）阳光下，飞机尾翼呈现绿色，是因为尾翼　　绿光；若飞机的翼载是 $500\mathit{kg}/m^2$，则机翼面积为　　 $m^2$。

（2）下列关于”超细航空级玻璃棉“性质的描述中，不正确的是　　。

$A$．单丝纤维比头发细                   $B$．密度与玻璃差不多

$C$．隔音性能相对较好                   $D$．导热能力相对较弱

（3）在万米高空，机体 $1m^2$面积上承受内外气压的压力差约为　　 $N$；为确保机舱内的温度维持体感舒适值，机上空调需要不断　　（选填”加热“或”制冷“ $)$。

（4）飞机水平匀速巡航时，受到的阻力为　　 $N$；若飞机以巡航速度飞行 $0.5h$的过程中，耗油 $1500\mathit{kg}$，发动机的热效率为 $40\%$，则此过程中发动机的推进效率为　　 $\%$．（燃油热值 $q$取 $4.6\times {10}^{7}J/\mathit{kg})$

（5）如图乙是模拟空调温控装置原理的简化电路，电源电压为 $6V$， $R_1$为电阻箱， $L$为阻值不计的线圈， $R_2$是热敏电阻，其阻值随温度的升高而减小，当控制电路中的电流大于等于某一值时，接通受控电路使空调工作。

①若要在较低温度下接通受控电路，应将 $R_1$的阻值适当　　（选填“增大”或“减小” $)$

②当电阻 $R_1$调到 $1\mathit{k\Omega }$时，能接通受控电路。已知热敏电阻的电流随电压变化的 $I-U$图象如图丙，则此时控制电路中的电流为　　 $A$。

如图甲所示，1标准大气压下，普通煤炉把壶内 ${20}^{°}\text{C}$， $5\mathit{kg}$水烧开需完全燃烧一定质量的煤，此过程中，烧水效率为 $28\%$，为提高煤炉效率，浙江大学创意小组设计了双加热煤炉，如图乙所示，在消耗等量煤烧开壶内初温相同，等量水的过程中，还可额外把炉壁间 $10\mathit{kg}$水从 ${20}^{°}\text{C}$加热至 ${40}^{°}\text{C}$， $q_{煤}=3\times {10}^{7}J/\mathit{kg}$， $c_{水}=4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{\circ }\text{C}}\right)$，以上过程中，

问：（1）普通煤炉完全燃烧煤的质量有多大？

（2）双加热煤炉的烧水效率有多大？

太阳能路灯的灯杆顶端有太阳能电池板，它能将太阳能转化为电能。并向灯杆下方的蓄电池充电，供夜晚路灯照明。若在一段时间内，太阳光辐射到该太阳能电池板的能量为 $2.7\times {10}^{7}J$．这与完全燃烧　　 $\mathit{kg}$的煤放出的热量相当；这些能量经转化后，可供功率为 $35W$的路灯工作 $60h$，那么该太阳能路灯的能量转化率是　　 $\%$．（煤的热值为 $3.0\times {10}^{7}J/\mathit{kg})$

已知天然气的热值为 $4.2\times {10}^{7}J/m^3$，水的比热容为 $4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{·}^{°}\text{C}\right)$。

（1）完全燃烧0.04 $m^3$天然气可放出热量为　　 $J$。

（2）某天然气灶烧水的效率为 $50\%$，完全燃烧0.04 $m^3$天然气可使常温下 $5\mathit{kg}$的水温度升高　　 ${}^{°}\text{C}$。

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智能洁具

智能洁具（智能马桶、全自动洗碗机、智能浴缸等），具有温水洗净、暖风烘干、杀菌等功能，已进入百姓家庭。

某智能洁具为确保安全，插头带漏电保护装置，工作原理如图甲，连接洁具的火线与零线穿过环形铁芯，正常工作时，两线中的电流相等；若火线与零线中的电流不等，绕在铁芯上的线圈会产生电流，经放大后通过电磁铁吸起铁质开关 $S$切断电源。

这种洁具装有红外线感应装置，当人靠近时，感应装置自动升起洁具盖子；启动洗净功能，加热器将水快速加热至温控装置预设的温度，水泵喷水实施清洗，喷水杆采用纳米银（直径为纳米级的银单质）材料，杀菌效果好；清洗结束，暖风烘干机自动开启烘干功能。表一为该洁具的部分参数，表二为水泵的性能测试参数（表中流量指单位时间内水泵抽送水的体积；扬程指水泵能将水提升的高度）。

表一

额定电压	$220V$	清洗喷水量	$0.8L/\mathit{min}~1.2L/\mathit{min}$
烘干机额定功率	$180W$	加热器额定功率	$2100W$

表二

流量 $Q/(\times {10}^{-4}{m}^3\cdot s^{-1})$	0.5	0.6	0.8	1.0	1.2
扬程 $H/m$	1.25	1.80		5.00	7.20

（1）该智能洁具应选用　　线插头。当图甲电磁铁线圈中电流从 $a$流向 $b$时，电磁铁下端是　　极。

（2）下列说法正确的是　　。

$A$．红外线感应装置利用超声波进行工作

$B$．暖风烘干是靠增大面积来加快水的汽化

$C$．纳米银是银分子，喷水杆材料具有良好的导电性

$D$．漏电保护装置内的火线与零线短路时，开关 $S$不会被吸起

（3）洁具正常工作，按最大喷水量用设定为 ${38}^{°}\text{C}$的温水清洗，加热器的效率为　　 $\%$；清洗结束，暖风烘干机工作 $40s$，消耗的电能会使标有“ $3000\mathit{imp}/(\mathit{kW}\cdot h)$”的电能表指示灯闪烁　　次。 $[$水的比热容 $c=4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{°}\text{C}\right)$，室温为 ${18}^{°}\text{C}]$

（4）分析表二数据可得，当该水泵的流量为 $0.8\times {10}^{-4}{m}^3/s$时，其扬程为　　 $m$；当水泵的流量为 $1.0\times {10}^{-4}{m}^3/s$时，输出的水达到对应的扬程，此过程中水泵克服水重力做功的功率 $P=$　　 $W$． $(g$取 $10N/\mathit{kg})$

（5）图乙为洁具的温控装置原理图。 $R_1$是滑动变阻器， $R_2$是热敏电阻，其阻值随温度升高而减小。当 $R_1$两端电压 $U_1$增大到一定值时，控制电路将切断加热电路实现对水温的控制。

①适当　　（填“增大”或“减小” $)$电源电压，可使控制水温的预设值升高；

②电源电压设定为 $10V$，当 $R_1$接入电路的阻值为 $6\Omega$时， $R_2$的电功率为 $4W$，此时加热电路恰好被切断。若预设的水温相对较高，则控制电压 $U_1$是　　 $V$。

如图所示是利用太阳能电池工作的一种新型动力车。它上面的太阳能接收板的有效面积为 $8m^2$，天气晴朗且接收板正对阳光时，每平方米面积上每秒钟能接收到太阳辐射的能量为 $1000J$，太阳能，电池提供的电压为 $120V$，可供电动机正常工作的电流为 $10A$。

（1）太阳能属于　　（选填“可”或“不可” $)$再生能源。

（2）太阳能电池将太阳能转化为电能的效率是　　。

（3）电动机正常作时，将电能主要转化为　　能，若转化效率是 $80\%$，且该车沿水平路面匀速行驶时所获得的牵引力是 $150N$，则该车匀速行驶的速度是　　 $m/s$。

某家庭需要将 $50\mathit{kg}$、初温为 ${10}^{°}\text{C}$的水加热到 ${50}^{°}\text{C}$作为生活用水，他们利用煤气灶烧水，需要燃烧 $0.8\mathit{kg}$的煤气。这些水从 ${10}^{°}\text{C}$加热到 ${50}^{°}\text{C}$需要吸收的热量为 $J$， $0.8\mathit{kg}$的煤气完全燃烧放出的热量为　　 $J$，煤气灶烧水的效率为　　。 $(c_{水}=4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{\circ }\text{C}}\right)$， $q_{\mathit{煤气}}=4.2\times {10}^{7}J/\mathit{kg})$

小金看到工人为水平广场换新的地砖，他发现砖已经被太阳晒得很热，这引起了他的兴趣：地砖经过一整天的暴晒，温度能达到多高？这么多地砖对广场地面会产生多大的压强？他发现地砖包装盒上印着砖的规格 $50\mathit{cm}\times 50\mathit{cm}\times 4\mathit{cm}$；每块质量为 $30\mathit{kg}$；密度为 $3\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$，小金用红外线温度计测得一天内，砖的最高温度为 ${52}^{°}\text{C}$，最低温度为 ${22}^{°}\text{C}$． $(g=10N/\mathit{kg}$，砖的比热为 $900J/\left(\mathit{kg}{·}^{°}\text{C}\right))$根据上述数据，回答下列问题：

（1）广场受到地砖产生的压强为多大。

（2）一块广场砖的温度从 ${22}^{°}\text{C}$升高到 ${52}^{°}\text{C}$，需要吸收热量是多少？

（3）小金查到，晴天时地球表面每平方接受到太阳辐射功率大约为 $1.2\times {10}^{3}W$．若根据这一数据，实际辐射到这块地砖上的太阳能将远远大于问题（2）的计算结果，由此可得地砖的温度将远远高于 ${52}^{°}\text{C}$，为什么出现如此大的差异呢？请你做出分析。

2017年5月18日，中国科学家首次在南海试采可燃冰取得圆满成功，实现了我国天然气水合物开发的历史性突破。可燃冰清洁无污染，储量巨大，是一种非常理想的新型能源。可燃冰的热值很大，是天然气热值的10倍以上，若按15倍计算。 $[c_{水}=4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{\circ }\text{C}}\right)$，天然气的热值 $q=7.0\times {10}^{7}J/m^3]$求：

（1）体积为 $0.01m^3$的可燃冰完全燃烧放出的热量为多少？

（2）若这些热量的 $90\%$被质量为 $100\mathit{kg}$的水吸收，则水升高的温度是多少？

两轮自平衡电动车作为一种新兴的交通工具，倍受年轻人的喜爱（如图所示）。下表是某型号两轮自平衡电动车的主要技术参数。

整车质量	$20\mathit{kg}$
锂电池电压	$48V$
锂电池容量	$12A·h$
电动车额定电压	$48V$
电动机额定功率	$350W$

（1）图中小景的质量为 $40\mathit{kg}$，轮胎与地面的总接触面积为 $0.01m^2$，求地面受到的压强 $(g$取 $10N/\mathit{kg})$

（2）若电动机以额定功率工作，求锂电池充足一次电最多可骑行的时间（精确到 $0.1)$

（3）锂电池充足电后，电动车在平直的公路上匀速行驶，受到的平均阻力为 $96N$，最多能连续行驶 $17.28\mathit{km}$，求电动车工作的效率。

进入三月份以来，东营街头出现了一种共享电动汽车。下表是这种汽车的主要参数。 $(g$取 $10N/\mathit{kg})$

空车质量	$800\mathit{kg}$
每个轮胎与地面接触面积	$50c{m}^2$
电池容量	$44\mathit{kW}·h$
标准承载	$200\mathit{kg}$
最大续航（充满电最大行驶路程）	$200\mathit{km}$
所受阻力与汽车总重的比值	0.09

（1）电动机是电动汽车的核心部分，电动机工作时能量的转化是　　。电动机的工作原理是　　。

（2）标准承载下，电动汽车静止时对水平地面的压强是多少？

（3）图2是电动汽车行驶在某路段的路程与时间图象，标准承载下，电动汽车以速度匀速行驶1分钟的耗电量为 $0.4\mathit{kW}·h$，电动机的效率是多少？

（4）若某燃油汽车百公里耗油6升，每升油5.5元，电动汽车充电每度0.8元，通过计算比较使用燃油汽车与电动汽车哪种更经济？

图1是一艘完全依靠太阳能驱动的船，该船长30米，宽15米，排水量60吨，船的表面安装有太阳能电池板，接收太阳能的功率为 $1.6\times {10}^{5}W$，若接收的太阳能只用来驱动船前进。在一次航行中，从某一时刻开始，太阳能船受到水平方向的牵引力 $F$随时间 $t$的变化关系如图2甲所示，船的运动速度 $v$随时间 $t$的变化关系如图2乙所示。 $(g$取 $10N/\mathit{kg})$

求：

（1）满载时太阳能船受到的浮力；

（2）第 $50s$到第 $100s$内牵引力做的功；

（3）第 $50s$到第 $100s$的运动过程中，太阳能船的效率。

如图是一款用锂电池供电的平衡台灯，悬挂在中间的木质小球是它的“开关”使用时只需要将上下两个小球靠近，小球就相互吸引，灯管发光。以下为平衡台灯参数：

额定电压：5伏

额定功率：5瓦

光源类型： $\mathit{LED}$

锂电池输出电压：5伏

锂电池容量：4800毫安时

（注：以4800毫安的电流放电能工作1小时）

（1）若 $A$球内置的磁体下端为 $N$极，则 $B$球内置磁体上端为　　极；

（2）求平衡台灯正常发光时电路中的电流；

（3）给该台灯充电时，充电器的输出电压为5伏、电流2安，充电效率为 $80\%$，则为用完电的台灯充满电至少需要多长时间？

如图是一款用锂电池供电的平衡台灯，悬挂在中间的木质小球是它的“开关”使用时只需要将上下两个小球靠近，小球就相互吸引，灯管发光。以下为平衡台灯参数：

额定电压：5伏

额定功率：5瓦

光源类型： $\mathit{LED}$

锂电池输出电压：5伏

锂电池容量：4800毫安时

（注：以4800毫安的电流放电能工作1小时）

（1）若 $A$球内置的磁体下端为 $N$极，则 $B$球内置磁体上端为　　极；

（2）求平衡台灯正常发光时电路中的电流；

（3）给该台灯充电时，充电器的输出电压为5伏、电流2安，充电效率为 $80\%$，则为用完电的台灯充满电至少需要多长时间？

养生壶的原理如图所示，它有加热和保温两档。当加热到设定温度时，养生壶自动切换为保温挡。（养生壶的部分参数如表所示）

（1）当开关 $S_1$闭合， $S_2$　     　（填“闭合”或“断开”）时，养生壶处于加热状态。

（2）在保温挡正常工作时，求电路中的电流是多少？

（3）求 $R_1$、 $R_2$的阻值。

（4）如果养生壶的效率为 $70\%$，那么在标准大气压下要将满壶的水从 ${20}^{°}\text{C}$加热至沸腾，请问需要多少分钟？

壶的容积	$1.5L$
额定电压	$220V$
加热功率	$1000W$
保温功率	$44W$