初中物理能量利用效率试题

某校为改善学生生活条件，给学生宿舍安装了100台某品牌速热式电热水器，该电热水器铭牌标明：加热功率 $4400W$ ，保温功率 $100W$ ，水箱容积 $25L$ ；内部结构如图甲所示， $R_1$ 、 $R_2$ 是水箱中加热盘内的电热丝。水箱放满水后闭合开关 $S_1$ 开始加热，当水温升高到 ${40}^{°}\text{C}$ 时，温控开关 $S_2$ 自动切换到保温状态。同学们为弄清楚该电热水器性能，做了以下探究，请你帮助完成：

（1） $R_2$ 的阻值多大？

（2）如果每台每天平均保温 $20h$ ，这100台电热水器在额定电压下每天因保温要浪费多少 $\mathit{kW}\cdot h$ 的电能？

（3）善于观察的张林发现，当他们寝室只有热水器工作时，将一箱冷水加热 $1\mathit{min}$ ，热水器显示屏显示水温由 ${20}^{°}\text{C}$ 上升到 ${22}^{°}\text{C}$ ，同时本寝室的电能表（如图乙）指示灯闪烁了80次，则该电热水器的效率多大？ $({\rho }_{水}=1.0\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$ ， $c_{水}=4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{\circ }\text{C}}\right)$ ，不考虑电阻随温度变化）

小华家里用的是天然气灶，他尝试估测该灶的效率。小华用容量为的水壶装满水，水的初温是，然后将水烧开。烧水前天然气表的示数是，水刚烧开时天然气表的示数变为，天然气的热值为，水的比热容，当地大气压为标准大气压。求：

（1）水吸收的热量（不计水的热量损失）；

（2）天然气完全燃烧放出的热量；

（3）天然气灶的效率。

小明用酒精灯将质量为 $100g$ 、初温为 ${20}^{°}\text{C}$ 的水加热到 ${90}^{°}\text{C}$ （未沸腾），共燃烧了 $7g$ 酒精 $[c_{水}=4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\blacksquare }^{\circ }\text{C}}\right)$ ，酒精的热值为 $q=3\times {10}^{7}J/\mathit{kg}]$ 。则下面说法正确的是 $($ 　　 $)$

A．	水吸收的热量是 $2.94\times {10}^{7}J$ ，效率为 $14\%$
B．	水吸收的热量是 $2.94\times {10}^{4}J$ ，效率为 $14\%$
C．	水吸收的热量是 $2.94\times {10}^{7}J$ ，效率为 $1.4\%$
D．	水吸收的热量是 $2.94\times {10}^{4}J$ ，效率为 $1.4\%$

小明学习了燃料的热值后，很想知道家中使用的天然气的热值是多少？但在教材的燃料热值表中没有查阅到。于是，他在家里将装有2kg水的水壶放到天然气灶上去烧，用温度计测量水从20℃加热至80℃的过程中，观察到天然气表的数字变化了0.035m ³。他通过上网查阅得知天然气灶的效率约为36%，已知水的比热容c _水＝4.2×10 ³J/（kg•℃）。求：

（1）在这个过程中水吸收了多少热量？

（2）请你帮小明算出天然气的热值。

合理分类和利用垃圾可以变废为宝，在一定条件下，1kg垃圾能“榨”出0.17kg燃料油，若燃料油的热值为4.0×10⁷J/kg，则这些燃料油完全燃烧释放出的热量为 　        　J，燃烧时燃料油的化学能转化为 　        　能；如果这些热量的42%被水吸收，则可以使 　        　kg的水温度从20℃升高到100℃，这是通过 　        　的方式改变水的内能。

黄河小浪底水利枢纽工程具有防洪、发电、调沙等多项功能。如图为黄河小浪底水力发电站，下列说法正确的是（　　）

A．	按照能源分类，水能是可再生能源
B．	水力发电机的工作原理是电磁感应
C．	水从高处下落的过程中，动能转化为重力势能
D．	随着科技发展，水电站的能源利用率可达100%

如图20是某电蒸锅的内部简化电路图,R ₁、R ₂均为发热电阻,R ₁的阻值为484Ω,加热档功率为1200 W。用此电蒸锅对质量为1.2 kg的水加热使其温度升高75℃,需要的时间为375 s,已知c _水=4. 2×10 ³J/(kg●℃)。

求:

(1) 保温档的功率。

(2)电阻R ₂的阻值。

(3)电蒸锅的加热效率。

图甲是某款具有加热和保温双重功能的暖奶器的简化电路图，其加热效率为 $80\%$。图乙是暖奶器某次工作时电流随时间变化的图像。 $[$最适合宝宝饮用的牛奶温度是 ${40}^{°}\text{C}$， $c_{\mathit{牛奶}}=4.0\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{\circ }\text{C}}\right)]$求：

（1）电阻 $R_2$的阻值是多少；

（2）加热过程电路消耗的电能是多少；这些电能可将多少千克牛奶从 ${20}^{°}\text{C}$加热到 ${40}^{°}\text{C}$。

某商场新进了一批具有加热和保温两种功能的微型电热水器，其内部简化电路如图甲。该电热水器由控制电路和工作电路两部分组成。控制电路由电源（电压恒定 $U=6V)$、开关 $S_0$、电磁铁（线圈电阻 $R_0=20\Omega )$、热敏电阻 $R$组成。 $R$阻值随温度的变化图象如图乙。工作电路 $R_1=44\Omega$， $R_2=956\Omega$．当开关 $S_0$和 $S$均闭合时，电热水器开始加热 $\left[c_{水}=4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{\circ }\text{C}\right)\right]$。

（1）当温度达到 ${50}^{°}\text{C}$时，衔铁会被吸下，电热水器停止加热。求控制电路中的电流。

（2）电热水器将水箱中 $2\mathit{kg}$的水从 ${17}^{°}\text{C}$加热到 ${50}^{°}\text{C}$，用时 $5\mathit{min}$。求此过程水吸收的热量及电热水器的加热效率。

（3）用电高峰期，电热水器两端实际电压为 $200V$，当电热水器处于保温状态时电热水器工作多长时间会消耗 $1.8\times {10}^{4}J$的电能？

甜甜要制作一个电动航模，需要电动机作为动力源，她找来电吹风，研究了电吹风的工作原理。如图甲，电吹风工作时，可以分别吹出热风和冷风，为了防止温度过高，用一个 $\mathit{PTC}$电阻 $R_0$与电阻为 $50\Omega$的电热丝 $R$串联， $R_0$的阻值随温度的变化如图乙所示，请回答下列问题：

（1） $\mathit{PTC}$电阻是由　       　材料制成的；电动机的工作原理是　               　。

（2）电吹风吹热风时，求电热丝的最大发热功率。

（3）电吹风吹冷风时，通过电动机的电流为 $1A$，工作 $20s$，电动机的机械效率为 $90\%$，求电动机线圈电阻。（不计机械摩擦损耗的能量）

小玲在探究水的沸腾实验中，用酒精灯给初温 ${20}^{°}\text{C}$，质量 $100g$的水加热 $7\mathit{min}$，共消耗了 $4\times {10}^{-3}\mathit{kg}$酒精，此过程是通过　         　的方式改变水的内能。若这些酒精完全燃烧放出热量的 $30\%$被水吸收（假设水质量保持不变），则水的末温为　         　 ${}^{°}\text{C}$；实验后小玲感叹到：“ $70\%$的热量都被浪费了，还污染环境 $!$”为提高加热效率，请提出一条建议　         　。 $(q_{\mathit{酒精}}=3.0\times {10}^{7}J/\mathit{kg}$， $c_{水}=4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{\circ }\text{C}\right)$，标准大气压环境）

如图为某款擦窗机器人，它凭借其底部的真空泵在机身和玻璃之间形成低气压，牢牢地吸附在竖直玻璃上。请回答：

（1）当它静止在竖直玻璃上时，受到的摩擦力方向是　　。

（2）擦窗机器人的擦试速度是4分钟 $/$米 ${}^2$，要擦完总面积为3米 ${}^2$的窗玻璃需要　　分钟。

（3）工作时擦窗机器人对玻璃的压力为28牛，内外气压差达到800帕，求擦窗机器人与玻璃的接触面积至少为多少平方米？

（4）擦窗机器人的总质量为1.2千克，工作时的实际功率为80瓦，它在竖直向上擦窗过程中有 $0.25\%$的电能用于克服重力做功。若窗户足够高，持续竖直向上擦窗20分钟，擦窗机器人可上升的最大高度为多少米？（取 $g=10$牛 $/$千克）

某医院的全自动消毒柜能对医疗用品进行高温、高压、湿热灭菌消毒，部分参数如表。消毒柜中电磁继电器控制电加热器实现加热、保温自动切换的原理图如图所示， $R$为热敏电阻，其电阻值随消毒柜内温度的升高而减小。消毒柜利用 $20\mathit{kg}$、 ${20}^{°}\text{C}$的水正常工作 $50\mathit{min}$可完成一次消毒。已知水的比热容为 $4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{·}^{°}\text{C}\right)$。

额定加热功率	$10\mathit{kW}$
水箱容量	$100L$
工作温度	${120}^{°}\text{C}$
限压	$300\mathit{kPa}$

（1）求每次消毒时水温从 ${20}^{°}\text{C}$上升到工作温度水吸收的热量；

（2）电加热器正常工作时，将水从 ${20}^{°}\text{C}$加热到工作温度的时间为 $16\mathit{min}$。求电加热器加热的效率；

（3）保温电阻是图中的　　。

太阳能是21世纪重点开发利用的能源之一，如今太阳能热水器已走进了千家万户。如图，某家庭太阳能热水器接收太阳能总有效面积为 $2m^2$， $1m^2$面积上 $1h$接收到的太阳能平均为 $2.52\times {10}^{6}J$，若阳光照射该热水器 $5h$，可以使质量为 $80\mathit{kg}$的水温度升高 ${30}^{°}\text{C}$， $[c=4.2\times {10}^{3}J/(\mathit{kg}{·}^{°}\text{C})$， $q_{\mathit{干木柴}}=1.2\times {10}^{7}J/\mathit{kg}]$，求：

（1）水吸收的热量。

（2）若这些水吸收的热量全部由燃烧干木柴来提供，需要完全燃烧多少千克干木柴（假设干木柴完全燃烧放出的热量全部被水吸收）。

（3）该太阳能热水器的效率及开发利用太阳能的优点。

小明家新买来一台容积为 $80L$的天然气热水器。小明学习了热效率的知识后，尝试估测该热水器的热效率，他把“进水量”设置为 $40L$，“出水温度”设置为 ${40}^{°}\text{C}$后，开始加热。当水温达到 ${40}^{°}\text{C}$时，自动停止加热。已知当时自来水的温度是 ${20}^{°}\text{C}$，加热前天然气表的示数为 $129.96m^3$，停止加热后变为 $130.06m^3$，天然气的热值 $q_{\mathit{天然气}}=4.2\times {10}^{7}J/m^3$，水的比热容 $c_{水}=4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{\circ }\text{C}}\right)$， $1L={10}^{-3}{m}^3$．求：

（1）水箱中水的质量；

（2）水箱中水吸收的热量；

（3）该热水器的热效率。