初中物理能量利用效率试题

热熔胶是常用的粘合剂，它在常温下是固体。图甲是热熔胶枪（简称“胶枪”）的外形，其内部有两只相同的PTC加热元件的电阻与温度的变化关系如图丙所示。电路如图乙所示，单只PTC加热元件的电阻与温度的变化关系如图丙所示。胶枪扳机松开时，开关S₁断开，开关S₂的触片与b触点接通，若此时接通电源，胶枪就进入预热状态，约60s后热熔胶熔化成的胶液温度达到正常工作温度（150℃～180℃）。此后，若扣动扳机，胶枪就进入正常工作状态：开关S₁闭合，开关S₂的触片与a触点接通，固体胶条向前挤压，枪口冒出温度为150℃～180℃的胶液。在近似计算时，可以认为胶液的温度与PTC加热元件的温度相同。问：

（1）单只PTC加热元件在预热过程中的最小电阻为多少？

（2）胶枪在预热过程中消耗的最大功率是多少？

（3）接通电源60s后，假设胶枪在恒温为150℃的条件下正常工作100s，它产生热量的60%被胶条吸收，在这过程中胶条吸收了多少热量？

学习了电功率的知识后，小亮想利用家中的电能表（如图所示）测量电水壶的电功率和热效率。他把质量为1kg温度是20℃的冷水倒入电水壶中，然后把家中的用电器都与电源断开，仅让电水壶工作，在5分钟内将这壶水烧开（在标准气压下），他观察到电能表转盘转了70转。试求：

（1）将这壶水烧开，水吸收的热量是多少？

（2）电水壶的电功率为多少？

（3）电水壶的热效率为多少？

如图是小明家电热水壶的铭牌，小明把电热水壶灌满20℃冷水，然后把电热水壶接入家庭电路中，正常工作8分钟将这壶水烧开（在标准气压下）。

（1）电热水壶装满水时，水的质量为多少？

（2）将这壶水烧开，水吸收的热量是多少？

（3）电热水壶的热效率为多少？（保留一位小数）

小谦根据如图甲所示的电路组装成调光灯，并进行测试。电源电压保持不变，小灯泡的额定电压是 $6V$，小灯泡的 $I-U$图象如图乙所示。

求：

（1）小灯泡正常发光时的电阻。

（2）小灯泡正常发光 $10\mathit{min}$消耗的电能。

（3）经测算，小灯泡正常发光时的功率占电路总功率 $50\%$，如果把灯光调暗，使小灯泡两端电压为 $3V$，小灯泡的实际功率占电路总功率的百分比是多少？

（4）小谦认为这个调光灯使用时，小灯泡的功率占电路总功率的百分比太低，请写出一种出现这种情况的原因。

一款电热水壶工作时有两档，分别是加热档和保温档。其工作原理如图所示（虚线框内为电热水壶的发热部位），已知 $R_1=44\Omega$， $R_2=2156\Omega$，外界气压为一个标准大气压， $g=10N/\mathit{kg}$， ${\rho }_{水}=1.0\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$， $c_{水}=4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{\circ }\text{C}}\right)$，求：

（1）当开关 $S$置于　   　（选填“1”或“2” $)$时电热水壶处于加热档，它的功率是多大？

（2）保温状态下电路中的电流是多大？

（3）若将体积为 $1L$，初温为 ${20}^{°}\text{C}$的水烧开需要7分钟，求电水壶的加热效率 $\eta$．（结果保留一位小数）

母亲为了给小林增加营养，买了一台全自动米糊机，如图（甲 $)$所示。米糊机的主要结构：中间部分是一个带可动刀头的电动机，用来将原料粉碎打浆；外部是一个金属圆环形状的电热管，用来对液体加热。如图（乙 $)$所示是米糊机正常工作时，做一次米糊的过程中，电热管和电动机交替工作的“ $P-t$”图象。表格内是主要技术参数。

额定容积	$1.5L$	加热功率	$1000W$
额定电压	$220V$	电机功率	$130W$
额定频率	$50\mathit{Hz}$	机器净重	$1.9\mathit{kg}$
整机尺寸	$232\times 174\times 298\mathit{mm}$

请问：

（1）米糊机正常工作时的电热管中的电流是多大？（计算结果保留两位小数）

（2）米糊机正常工作时做一次米糊，消耗的电能是多少？

（3）米糊机在正常工作状态下做一次米糊，若各类原料和清水总质量为 $1.5\mathit{kg}$，初温为 ${20}^{°}\text{C}$，米糊沸腾时温度是 ${100}^{°}\text{C}$，电热管的加热效率是多少？（已知原料和清水的混合物的比热容及米糊的比热容均为 $4.0\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{·}^{°}\text{C}\right)$，计算结果保留百分数整数）。

小强家买了一个自动电热水壶，其铭牌如下表，小强装了 $1L$ 的水，加热 $6\mathit{min}$ 后把水烧开，水壶自动断电。已知大气压为1个标准大气压，家庭电路电压为 $220V$ ，电热水壶的电阻不变，水的初温为 ${20}^{°}\text{C}$ ， $c_{水}=4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{\circ }\text{C}}\right)$ ， ${\rho }_{水}=1.0\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$ ．求：

（1）这壶水吸收的热量；

（2）电热水壶的热效率；

（3）在用电高峰期，电路中的实际电压降为 $198V$ 时，电热水壶的实际功率。

自动电热水壶
型号	$\mathit{WL}100F$
电源	$220V50\mathit{Hz}$
额定功率	$1100W$
容量	$1L$

位于龙沿的福建新龙马公司近期推出高性价比的新能源纯电动车，它充满电后纯电最高续航里程到达 $214\mathit{km}$ ，远越同级车。

若这种电车满载时总重 $G$ 为 $2.0\times {10}^{4}N$ ，正常匀速行驶时，电车受到的平均阻力 $f$ 为车重的0.02倍，当电车以 $10m/s$ 的速度正常匀速行驶 $200\mathit{km}$ 时，求：

（1）电车所做的功 $W$ 和功率 $P$ 。

（2）电车消耗的电能 $E$ 和效率 $\eta$ ；（已知：电车每行驶 $100\mathit{km}$ 耗电 $15\mathit{kW}·h)$ 。

（3）若电价按0.5元 $/\mathit{kW}·h$ 来计算，则行驶 $200\mathit{km}$ 需电费多少元？与之同样功能的燃油车每行驶 $200\mathit{km}$ 油耗为 $13.4L$ ，燃油价格按6.0元 $/L$ 计算，则同样行驶 $200\mathit{km}$ 需燃油费多少元？

在物理综合实践活动中，小明和小亮合作测量电磁灶的加热效率。他们关闭家中的其他用电器，只让电磁灶接入电路中烧水，水的质量为 $2\mathit{kg}$ 。小明负责观察电能表（如图），小亮负责用温度计测量水的温度。 $5\mathit{min}$ 电能表上的转盘转了 $200r$ ，水的温度恰好升高了 ${50}^{°}\text{C}$ ．求解下列问题：

（1）水吸收的热量是多少？ $[c_{水}=4.2\times {10}^{3}J/(\mathit{kg}{\cdot }^{\circ }\text{C}}\left)\right]$

（2）电磁灶的实际功率是多少

（3）电磁灶烧水的效率是多少？

盛夏酷暑，妈妈为了让小明在考试前有一个更舒适的学习环境，特地在他的房间安装了一台冷热两用的空调。这台空调说明书中的主要数据如表所示。

额定电压	$\mathbf{220}\mathit{V}$
频率	$\mathbf{50}{\mathit{H}}_{\mathit{z}}$
额定制冷功率	$\mathbf{1400}\mathit{W}$
额定制热功率	$\mathbf{1800}\mathit{W}$

（1）空调工作时应选用图中的 　 　孔插座。

（2）空调正常制冷时电流是多大？连续正常制冷 $\mathbf{30}\mathit{min}$ 消耗多少 $\mathit{kW}\mathbf{·}\mathit{h}$ 的电能？

（3）这些电能若用于加热水，加热器的热效率为 $\mathbf{80}\mathbf{\%}$ ，能使 $\mathbf{50}\mathit{kg}$ 、 ${\mathbf{20}}^{\mathbf{°}}\mathbf{C}$ 的水温度升高多少？（水的比热容 ${\mathit{c}}_{\mathbf{水}}\mathbf{=}\mathbf{4}\mathbf{.}\mathbf{2}\mathbf{\times }{\mathbf{10}}^{\mathbf{3}}\mathit{J}\mathbf{/}\mathbf{\left(}\mathit{kg}{\mathbf{\cdot }}^{\mathbf{\circ }}\mathbf{C}\mathbf{\right\}}\mathbf{\left)}\mathbf{\right)}$

如图甲所示是小梦家新购买未拆封的电热水器，他发现包装箱上有一铭牌，如图乙所示。待电热器安装完毕注满水后，他关闭了家中的其他用电器，只让电热水器工作，观察到家里的电能表（如图丙所示）的转盘 $1\mathit{min}$ 转了20圈，电热水器中的水从 ${15}^{°}\text{C}$ 升高到 ${35}^{°}\text{C}$ 用了 $40\mathit{min}$ 。请你结合包装箱上的铭牌和电能表实物图提供的有关参数信息解决以下问题。

$[{\rho }_{水}=1.0\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$ ， $g$ 取 $10N/\mathit{kg}$ ， $c_{水}=4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{\circ }\text{C}}\right)]$

问题一：铭牌上标有"堆码层数极限4"，指包装箱平放时最大堆放层数为4，超过则可能把最底层包装箱压坏。根据包装箱尺寸计算平放时底面积为 $0.6m^2$ ，如果在水平地面上整齐平放堆放4层装有电热水器的包装箱，求上面3层包装箱对最下层包装箱的压强；

问题二：工人师傅把一个装有热水器的包装箱从地面匀速搬到 $10m$ 高的小梦家，求工人师傅对包装箱所做的功；

问题三：求电热水器中的水从 ${15}^{°}\text{C}$ 升高到 ${35}^{°}\text{C}$ 吸收的热量；

问题四：求电热水器的实际功率和加热效率。

如图所示是某太阳能电动汽车的电路简化图，由太阳能电池给电动机提供动力，通过一个调速电阻改变电动机转速。已知：太阳能电池电压600V保持不变，调速电阻的最大阻值10Ω，闭合开关，求：

（1）当滑片P在最左端时，电动机的功率是18kW，此时电流表的示数为多大？
（2）当滑片P在最右端时，电压表示数为500V，通过调速电阻的电流为多大？
（3）当滑片P在最右端时，电动机的能量利用效率是多少？
［提示：不考虑电动机的内部电阻，电动机的能量利用效率等于电动机消耗的电能（或功率）占整个电路消耗的电能（或功率）的百分比。］

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．

风速（m/s）	2	4	6	8	10	12	16
风功率（W）	15	125	420	1000	2000	3375	8000

（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？

(6分) 小雨同学家买了一台新的某品牌电磁炉，她想测一下这台电磁炉的实际功率，做了如下研究：用它把2kg温度为25℃的水，加热到75℃，用时5min。[c_水=4.2×10³J/(kg·℃)]求：
（1）加热过程中，水吸收的热量是多少？
（2）如果加热过程中有70%的热量被水吸收，则此电磁炉的实际功率是多少？

2014年2月在CCTV10“我爱发明”中对“水刀”的威力进行了探究，“水刀”是指超高压水切割，它是将普通水经过多级增压后，通过一个极细的喷嘴喷出一道高速“水箭”，对切割表面产生很大的压强。工业上常用“水刀”来切割大理石、牛皮、钢板等坚硬物体。下面是某高压水切割机技术参数：

型号	压强（Pa）	喷嘴横截面积 (m^2)	排量 （L/min）	油泵电机功率 （kW）	电源 （V）
2230	3×10^8	50×10^-8	2.7	22.5	380

⑴高速水流能切割坚硬物体是因为高速水流具有较大的   。
⑵若不考虑水从喷嘴喷出后横截面积的变化，高压水流对切割面的压力为多大？
⑶高压水流1分钟做功多少? 
⑷钢锯条在锯木头时锯条会发热, 有同学联想到水流在切割物体时也会导致水温升高,假如水流在切割过程中机械能的80%转化成水的内能,则水温将升高多少℃ ?