初中物理能量利用效率试题

小伟家的电热饮水机通过旋钮开关可以实现加热和保温两个挡位的切换。小伟查阅资料得到饮水机的部分信息如表。饮水机正常加热 ，可将质量为 的水从 加热到沸腾（标准大气压），然后转入保温状态。请你结合小伟的调查研究，解决下列问题：

（1）在图中虚线框内画出导线、电阻 和电阻 三个元件的符号，将饮水机的电路图连接完整。（旋钮开关位于 、 点，表示 与 接通）

（2）加热过程中，饮水机的加热效率。 水的比热容

额定电压	220
加热功率	1000
保温功率	100
电阻	435.6
电阻	48.4

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。

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？

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。

如图是一台常用的电热饮水机，下表是它的铭牌数据，如图是它的电路原理图。其中S是温控开关，R₁是定值电阻，R₂是加热电阻。当S闭合时，饮水机处于加热状态；当S断开时，饮水机处于保温状态。

（1）在加热状态下，饮水机正常工作时电路中的电流是多大？
（2）饮水机正常工作时，将热水箱中的水从20℃加热到90℃，需用时14min（水的比热容为4.2×10³J／kg·℃）.求此加热过程中:①水吸收的热量；②饮水机的加热效率。
（3）求电阻R₁的阻值（保温功率是指整个电路消耗的功率）。

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	$44W$

太阳能是21世纪重点发展的能源之一。太阳能汽车是利用太阳能电池将接收到的太阳能转化为电能，再利用电动机来驱动汽车的一种新型汽车。如图所示的是一辆太阳能实验车，车上太阳能电池接受太阳能的面板的有效面积为S="8" m²，太阳光照射到电池板每1m²面积上辐射功率为P₀=1KW，在晴朗的天气，电池对着太阳时产生的电压为U=120V，并对车上的电动机提供I=10A的电流，试问：
（1）       太阳能电池将太阳能转化为电能的效率是多少？
（2）       如果这辆汽车的电动机将电能最终转化为机械能的效率为75%，当汽车在水平路面上匀速行驶时，受到的牵引力为150N，则汽车的行驶速度是多大？

中国茶文化源远流长，如图甲是某款工夫茶保温碟。电路原理如图乙所示，电阻 为发热体，它的额定电功率为 且电阻不变。电流通过发热体加热底板使茶汤保温； 为电功率忽略不计的电源指示灯。求：

（1）发热体正常工作时的电流；

（2）当实际电压为 时，发热体工作 消耗的电能；

（3）为了适应不同品种茶汤的保温需求，小杨对电路进行重新设计（如图丙），移动滑片可以连续调节发热体的电功率，最低可调至额定功率的四分之一。若发热体产生的热量全部被茶汤吸收，该电路电能利用率的范围是多少。（电能利用率

如表一所示是小红同学家的燃气热水器正常工作时显示的部分参数。已知水的初温为 ${20}^{°}\text{C}$ ， $c_{水}=4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{\circ }\text{C}}\right)$ 。求：

表一：

燃气热水器
设定温度	${50}^{°}\text{C}$
气量	$1.0m^3/h$
水量	$5.0L/\mathit{min}$

表二：

即热式电热水器
额定功率	$7000W$
额定电压	$220V$
额定频率	$50\mathit{Hz}$

（1）燃气热水器正常工作 $10\mathit{min}$ 流出的热水的质量；

（2）燃气热水器正常工作 $10\mathit{min}$ 流出的热水所吸收的热量；

（3）小红同学观察到学校用的是即热式电热水器，铭牌如表二所示。若要得到（2）问中热水所吸收的热量，即热式电热水器需正常工作 $16\mathit{min}40s$ ，则该即热式电热水器的加热效率为多少；

（4）请写出使用电能的两个优点。

庆祝中国人民解放军海军成立70周年海上阅兵活动在青岛附近海域举行，图中093改进型攻击核潜艇于2019年4月27日公开亮相，进行了战略巡航。该潜艇最大核动力功率为 $2.8\times {10}^4\mathit{kW}$，完全下潜到海面下后的排水量为 $6.8\times {10}^{3}t$（取海水密度 $\rho =1\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$、 $g=10N/\mathit{kg})$。问：

（1）该潜艇悬浮时，其上一面积为 $0.05m^2$的整流罩距海面深度为 $200m$，此时整流罩受到海水的压力为多少？

（2）若最大核动力功率转化为水平推力功率的效率为 $80\%$，该潜艇在海面下以最大核动力功率水平巡航时，受到的水平推力为 $1.6\times {10}^{6}N$，此时潜艇的巡航速度为多少？

（3）该潜艇浮出海面处于漂浮时，露出海面的体积为 $1.5\times {10}^3{m}^3$，此时潜艇的总重量是多少？

有一只电热水壶，其铭牌上标有“ $220V1210W$”的字样，不考虑温度对电阻的影响，水的比热容 $4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{·}^{°}\text{C}\right)$， $g$取 $10N/\mathit{kg}$。求：

（1）它正常工作时通过电阻丝的电流有多大？

（2）它正常工作时电阻丝的电阻有多大？

（3）当实际电压为 $200V$时，该电热水壶的效率为 $80\%$，在一标准大气压下将壶内 $1\mathit{kg}$的水由 ${20}^{°}\text{C}$加热至沸腾，需要加热多少分钟？

“5·12”坟川大地震发生后，常州常发集团向灾区人民捐赠一批柴油发电机．这种柴油发电机的工作原理为：以风冷四冲程直喷式柴油机为动力系统，带动发电机发电，该柴油发电机说明书的部分内容如表所示．现在用一台该型号的柴油发电机给灾民临时安置区供电，如图所示．发电机到安置区的距离是400m,输电线路中的火线和零线均为GBCZ60型单股 铜导线，该型导线单位长度的电阻为2.5×10^-4Ω／m.安置区家用电器的总功率为44kW,   当这些家用电器都正常工作时，求：
(1)输电线路中的电流多大？    (2)输电线路损失的电功率多大？
(3)发电机实际输出电压多大？  (4)该柴油发电机工作过程中，每小时消耗18kg柴油，柴油完全燃烧产生的内能转化为发电机输出电能的效率是多少？（柴油热值是3.3 X 10⁷J/kg)

如下图甲、乙分别是某品牌家用电熨斗的实物图和电路原理图。R₀是定值电阻，R是可变电阻（调温开关）。该电熨斗额定电压为220 V，温度最低时的耗电功率为121 W，温度最高时的耗电功率为484 W。

（1）求R₀的阻值；
（2）用电熨斗汽烫时需要采用最大功率先预热，使质量为1 kg的金属底板的温度从20℃升高到220℃，若金属底板利用电热的效率为80%，求金属底板吸收的热量和预热时间（，计算结果保留整数）；
（3）假定电熨斗每秒钟散发的热量Q跟电熨斗表面温度与环境温度的温差△t关系如图丙所示，现在温度为20℃的房间使用该电熨斗来熨烫毛料西服，要求熨斗表面温度为220℃，且保持不变，问应将R的阻值调为多大？

如图甲所示是某型号的浴室防雾镜，其背面粘贴有等大的电热膜．使用时，镜面受热，水蒸气无法凝结其上，便于成像，下表是该防雾镜的相关数据：

（1）求防雾镜正常工作时的电流．
（2）经测试，在﹣10℃环境下．正常工作400s使平面镜的平均温度升高了40℃，求电热膜绐平面镜的加热效率．[玻璃的比热容为0.75×10³J/（kg•℃）]
（3）如图乙所示，小明给防雾镜电路连接了一个滑动变阻器R，能使电热极的功率在原功率的25%～100%之间变化，以满足不同季节使用的需要．请求出R的最大阻值．