初中物理内能计算题

按照规定，我国载货车辆的轮胎对地面的压强应控制在 $7\times {10}^5\mathit{Pa}$以内。某型号货车部分参数如表所示。王师傅在执行一次运输任务时，开着装满沙子的货车在一段平直的公路上匀速行驶 $15\mathit{km}$。 $(g$取 $10N/\mathit{kg}$，沙子的密度为 $2.4\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$，燃油的热值为 $4.5\times {10}^{7}J/\mathit{kg})$

自重	$6\times {10}^{4}N$
车轮个数	10
每个轮胎触地面积	$3\times {10}^{-2}{m}^2$
车厢容积	$10m^3$

请解答该货车在本次运输过程中的下列问题：

（1）通过计算判断该货车是否超载？

（2）货车在这段公路上行驶时所受阻力为车总重的0.02倍，这段时间内货车牵引力所做的功是多少？

（3）货车在这一过程中消耗燃油 $4\mathit{kg}$，其热机效率是多少？

如图所示是某型号电压力锅工作电路简图，如表是其部分参数，接通电路后，开关 $S$自动与触点 $a$、 $b$接通，1档加热器开始加热。当锅内混合物质温度达到 ${102}^{°}\text{C}$时，开关 $S$自动与 $a$、 $b$断开，与触点 $c$接通，2挡加热器工作，保持锅内温度和压强不变，进入保压状态。现将质量为 $2.0\mathit{kg}$，初温为 ${36}^{°}\text{C}$的混合物质放入压力锅中，接通电路使其正常工作 $20\mathit{min}$。假设加热器产生的热量全部被混合物质吸收，混合物质的比热容 $c=4.0\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{·}^{°}\text{C}\right)$。求：

额定电压 $/V$	220
1挡加热器额定功率 $/W$	550
2挡加热器额定功率 $/W$	110
保压温度 ${/}^{°}\text{C}$	102
最大容积 $/d{m}^3$	3

（1） $R_1$、 $R_2$的阻值。

（2）电压力锅加热多少时间后开始保压？

（2）电压力锅最后 $2\mathit{min}$内消耗的电能。

吴丽发现家中电视机的额定功率为 $121W$，额定电压为 $220V$；电饭锅上的铭牌如下表，工作电路如图：

型号	$\mathit{WKF}-315S$
电源	$220V~50H_z$
加热功率	$1100W$
保温功率	$330W$
制造商	$\times \times \times$小家电有限公司

请完成下列问题。

（1）电饭锅加热电阻的阻值是多少？

（2）已知电饭锅在额定电压下正常工作 $600s$，恰好能将1标准大气压下 $1.65\mathit{kg}$、 ${20}^{°}\text{C}$的水烧开。该电饭锅烧开这些水时的工作效率是多少？ $\left[c_{水}=4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{\circ }\text{C}}\right)\right]$

（3）当吴丽家中的电器只有电视机和电饭锅工作时，将1标准大气压下 $1.65\mathit{kg}$、 ${20}^{°}\text{C}$的水烧开用了 $726s$。她通过观察电能表的转动圈数，计算得到该过程共耗电0.2035度。求吴丽家中电路的实际电压和通过电视机的实际电流各是多少？（不考虑电压变化对电饭锅工作效率的影响）

容量为 $5.0L$的某品牌电热水壶如图甲所示，其加热功率为 $2\mathit{kW}$，保温功率为 $121W$．简化电路图如图乙所示， $S$是保温和加热的自动转换开关，在1个标准大气压下，让该壶正常工作，将一满壶初温为 ${20}^{°}\text{C}$的水烧开。求：

【水的比热容为 4 . 2 × 10 3 J / ( kg · ° C ) 】

（1）水吸收的热量。

（2）加热时间（不计热量损失）。

（3）电阻 $R_2$的阻值。

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 $4.2\times {10}^{6}J$的太阳能，在5小时的有效照射时间内，将热水器中质量为 $100\mathit{kg}$、初温为 ${26}^{°}\text{C}$的水，温度升高到 ${46}^{°}\text{C}$．求：

（1）热水器中的水吸收的热量 $Q_{吸}$； $[$水的比热容 $c=4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{·}^{°}\text{C}\right)]$

（2）热水器5小时有效照射内接收到的太阳能 $E$；

（3）热水器5小时有效照射内接收到的太阳能，相当于完全燃烧多少 $m^3$的天然气放出的热量？（天然气的热值 $q=7\times {10}^{7}J/m^3)$

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。

在一个标准大气压下，天然气灶将一壶质量为 $3\mathit{kg}$、温度为 ${20}^{°}\text{C}$的水加热至沸腾，大约需要 $10\mathit{min}$，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 $4.2\times {10}^{7}J/m^3$．求：

（1）水吸收的热量？

（2）若天然气完全燃烧放出的热量 $60\%$被水吸收，烧开这壶水需要多少天然气？

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？

图甲是一款紫砂电饭锅，其简化电路如图乙所示， $R_1$、 $R_2$是电热丝， $R_1$的阻值为 $110\Omega$，通过单独或同时闭合 $S_1$、 $S_2$实现低温、中温、高温三个挡位间的切换，其铭牌如下表所示，求：

（1）低温挡加热时电流的大小；

（2）电热丝 $R_2$的阻值；

（3）已知粥的比热容 $c_{粥}=4.0\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{\circ }\text{C}}\right)$，将 $2.2\mathit{kg}$的粥用高温挡从 ${20}^{°}\text{C}$加热到 ${74}^{°}\text{C}$需要的时间。

采购员小明骑着摩托车外出采购食品。小明质量为 $70\mathit{kg}$，摩托车质量为 $150\mathit{kg}$。 $(g=10N/\mathit{kg})$

（1）小明买食品时，将摩托车停在超市门前的水平地面上，摩托车与地面接触面积为 $150c{m}^2$，求摩托车对地面的压强。

（2）采购食品后，小明将 $80\mathit{kg}$的食品装上车，在限速为 $80\mathit{km}/h$的水平路面上以 $72\mathit{km}/h$的速度匀速行驶 $50s$，行驶时受到的阻力为总重力的0.1倍，若消耗的汽油完全燃烧放出 $1\times {10}^{6}J$的热量，求摩托车发动机的实际输出功率和效率。

某家用电热水壶有加热和保温两档，内部电路简化示意图如图甲所示，其中 $R_1$和 $R_2$均为阻值不变的发热电阻。某次使用该电热水壶烧水过程中，消耗的电功率随时间变化的图象如图乙所示。求：

（1）该电热水壶加热和保温时的电流之比；

（2）电阻 $R_2$的阻值；

（3）给 $1.2\mathit{kg}$的水加热，使水温从 ${20}^{°}\text{C}$升至 ${80}^{°}\text{C}$，热水壶的工作效率为 $90\%$，需要多长加热时间。

新冠肺炎肆虐，武汉封城，全国各地纷纷伸出援助之手。2020年1月29日，我市兰陵县捐赠的首批 $200t$优质大蒜由10辆货车运往武汉（如图），其中一辆货车装满大蒜后总重为 $3.0\times {10}^{5}N$，车轮与地面的总接触面积为 $0.5m^2$，该货车在某段平直高速公路上以 $108\mathit{km}/h$的速度匀速行驶时，受到的阻力为 $5.0\times {10}^{3}N$， $30\mathit{min}$内消耗柴油 $24L$，已知柴油的密度 $\rho =0.85\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$．热值 $q=4.3\times {10}^{7}J/\mathit{kg}$，求：

（1）该货车静止时对水平路面的压强；

（2） $24L$柴油完全燃烧放出的热量；

（3） $30\mathit{min}$内该货车牵引力所做的功。

小华家使用的是天然气热水器，他尝试估测该热水器的效率，以核对铭牌上的数值是否准确。当只有该热水器使用天然气时，把 $50\mathit{kg}$的水从 ${20}^{°}\text{C}$加热到 ${54}^{°}\text{C}$，天然气表的示数由 $1365.05m^3$变为 $1365.17m^3$，已知水的比热容 $c_{水}=4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{\circ }\text{C}\right)$。天然气的热值 $q=7.0\times {10}^{7}J/m^3$．求：

（1）水吸收的热量；

（2）消耗的天然气完全燃烧放出的热量；

（3）该热水器的效率。

如图所示是一款新型四轮沙滩卡丁车，其满载时的质量为 $600\mathit{kg}$，每个车轮与沙滩接触的面积为 $500c{m}^2$，卡丁车满载时在水平沙滩上匀速直线运动， $10\mathit{min}$行驶 $6\mathit{km}$，它的发动机功率恒为 $11.5\mathit{kW}$。

（1）当卡丁车满载并静止在水平沙滩上时，它对沙滩的压强为多少帕？

（2）此次行驶中卡丁车所受的阻力为多少牛？

（3）该卡丁车以汽油为燃料，若在这次行驶中消耗汽油 $0.6\mathit{kg}$，求该卡丁车汽油机的效率。 $\left(q_{\mathit{汽油}}=4.6\times {10}^{7}J/\mathit{kg}\right)$

空气炸锅，因其烹制食物脂防含量低，美味酥脆，无油烟味，深受广大市民青睐。如图甲所示，为某品牌空气炸锅，其发热元件为两个电阻。 $R_1=50\Omega$， $R_2=200\Omega$．额定工作电压为 $220V$，内部电路可简化为图乙所示电路，当开关 $S_1$闭合，开关 $S$接 $b$端时为高温挡；开关 $S_1$闭合，开关 $S$断开时为中温挡。

（1）中温挡正常工作时，求流过电阻 $R_2$的电流。

（2）高温挡正常工作时，求电阻 $R_1$、 $R_2$消耗的总功率。

（3）若用此空气炸锅加工薯条，原料薯条温度为 ${20}^{°}\text{C}$，炸熟至少需要达到 ${170}^{°}\text{C}$，求一次炸熟 $200g$薯条需要吸收的热量。 $c_{\mathit{薯条}}$取 $3.63\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{°}\text{C}\right)$

（4）若使用空气炸锅高温挡完成以上烹制，空气炸锅电能转化为热能效率为 $75\%$，求烹制一次薯条需要的时间。