初中物理能量利用效率试题

为了保护环境，我们应大力提倡使用清洁能源。现要将 $20\mathit{kg}$的水从 ${16}^{°}\text{C}$加热到 ${50}^{°}\text{C}$，如果使用效率为 $85\%$的电热水器，需要耗电　　 $\mathit{kW}·h$；如果使用热效率为 $80\%$的天然气热水器，需要消耗　　 $m^3$天然气。已知水的比热容为 $4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{·}^{°}\text{C}\right)$，天然气的热值为 $3.2\times {10}^{7}J/m^3$（结果均保留到小数点后2位）。

人们利用发电机把天然存在的各种形式的能转化为电能．为了合理地利用这些能源，发电站要修建在靠近这些天然资源的地方，但是用电的地方往往很远，因此需要输送线路把电能输送到远方. 为了将甲地的电能输送到乙地，在甲、乙两地间架设了两根等长的输电线，两根输电线的总长度为L，且单位长度输电线的电阻为r．已知位于甲地的两根输电线间的电压为U，输送电能的功率为P，则通过输电线的电流等于__________，该输电线路输送电能的效率为______________。

某同学家使用燃气热水器，平均每天需将 $100\mathit{kg}$的水从 ${18}^{°}\text{C}$加热到 ${58}^{°}\text{C}$．若天然气完全燃烧放出热量的 $70\%$被水吸收，则热水器平均每天消耗天然气　

　    $m^3$． $[c_{水}=4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{\circ }\text{C}}\right)$， $q_{\mathit{天然气}}=4.0\times {10}^{7}J/m^3]$。

小明学习了有关热学的知识后，知道水的比热容是4.2×10³J／(kg·℃)．
（1）如果小明用燃气灶将质量为5kg、温度为20℃的水加热到100℃，则水需要吸收多少热量?
（2）小明烧水用的燃气灶使用的是热值为4.2×10⁷J/kg的煤气，实际消耗的煤气为0.2kg，则煤气完全燃烧会放出多少热量？
（3）上述燃气灶烧水时的热效率为多少？（热效率等于水吸收的热量与燃料完全燃烧放出的热量之比）

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）

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。

在这次新冠肺炎抗疫战中，中医药为诊疗发挥了积极作用，成为抗疫“中国方法”的重要组成部分。小明对家里的电中药壶进行观察，并用水替代中药进行了相关研究。收集和记录数据如下表。请你结合他的调查研究，完成下列问题。

观察对象	观察记录	研究记录
电中药壶	成分：紫砂 电源： $220V/50\mathit{Hz}$ 容积： $2L$ 挡位：高温 $\left(1100W\right)$ 低温	①水的质量 $m=2\mathit{kg}$，水的初温 $t={20}^{°}\text{C}$ ②用高温挡加热 $5\mathit{min}$，水的末温 $t={50}^{°}\text{C}$ ③壶内加热体由两个相同的发热电阻组成 ④ $c_{水}=4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{\circ }\text{C}}\right)$

（1）请在虚线框内画出电中药壶内部的电路图；

（2）求电中药壶内部一个发热电阻的阻值；

（3）求高温加热时，电中药壶的加热效率。

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）

（2012·德阳）王志伟同学用“220V 1000W”的电热水壶来加热质量为2kg，温度是20℃的水，实际用了12min才把这些水加热到100℃．这个过程中水吸收的热量是       ，电热水壶的效率是       ．[水的比热容为4.2×10³J/（kg•℃）]．

太阳能热水器是把太阳能转化为内能的设备之一。某品牌太阳能热水器每小时平均接收4.2×10⁶J的太阳能，在5小时的有效照射时间内，将热水器中质量为100kg、初温为20℃的水温度升高到40℃，求：
（1）热水器中的水吸收的热量Q；[水的比热容c＝4.2×10³J／（kg·℃）]
（2）热水器5小时内接收到的太阳能E；
（3）热水器的效率η；
（4）若改用煤气来加热这些水，需要完全燃烧多少千克煤气？（煤气的热值q＝4.2×10⁷J／kg，假设煤气燃烧放出的热量全部被水吸收）

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 $4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{·}^{°}\text{C}\right)]$。

某白炽灯的电流与电压关系如图所示，白炽灯工作时灯丝要达到很高的温度才能发出白光。已知灯丝质量为 $1.5g$，比热容为 $c=0.14\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{°}\text{C}\right)$。求：

（1）灯丝的温度从 ${20}^{°}\text{C}$升高的 ${2020}^{°}\text{C}$，需要多少热量？

（2）上述过程中，若电能转化为热能的效率为 $80\%$，则灯泡消耗的电能是多少？

（3）要将此灯改装为一个调光台灯接入家庭电路，需要串联一个变阻器，灯泡的功率调到 $15W$时，该变阻器接入电路的阻值应为多大？

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　　。 $(c_{水}=4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{\circ }\text{C}}\right)$， $q_{\mathit{煤气}}=4.2\times {10}^{7}J/\mathit{kg})$

【云南省昆明市2015年中考物理试题】木柴、焦炭、木炭等都是常用的燃料，对它们取不同质量进行完全燃烧，得到了下表的数据：

燃料的质量/g	100	200	300	400
燃料完全燃烧放出的热量[	Q木柴／J	1.3×10^6	2.6×10^6	3.9×10^6	5.2×10^6
Q焦炭／J	3.0×10^6	6.0×10^6	9.0×10^6	12.0×10^6
Q木炭/J	3.4×10^6	6.8×10^6	10.2×10^6	13.6×10^6

（1）从表中的数据可以得到，相同质量的不同燃料，它们完全燃烧所释放的热量是____的；
对于同一种燃料，质量越大，完全燃烧所释放的热量越____。
（2）从表中的数据还可以看出，对于同一种燃料 ，       和       的比值是不变的，这个不变的比值，反映了燃料本身的一种性质，物理学中把它称之为__  __，它是用来描述燃料完全燃烧时，释放热量能力大小的物理量。
（3）完全燃烧0.01m³的天然气放出的热量是____  __ __J；如果这些热量完全用于加热水，可使__  ___kg的水温度升高10℃；实际加热这些水所燃烧的天然气比上述要多许多，原因是用燃气灶烧水时，除了水吸收的热量外，一部分传给了盛水的容器，另外一部分传给了__  ____  __（答一个即可）。[q_天然气=4.2×l0⁷J／m³， C_水=4.2×l0³J/（kg．℃）]
（4）在烧水过程中，人们关心的是燃烧天然气所放出的热量中有多少被水吸收，为了衡量水吸收的热量在完全燃烧天然气放出的热量中所占比例，物理中引入____来描述，我们总是希望它的值越__  __越好。