初中物理内能综合题

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。

一种环保混合动力汽车穿梭于各场馆之间，混合动力汽车启动时，内燃机并不工作，蓄电池通过某种方式向车轮输送能量；当需要高速行驶或蓄电池储存电能过低时，内燃机启动，既可以向车轮输送能量，也可以同时给蓄电池充电；当车辆需要全力加速时，内燃机和蓄电池还可以同时向车轮输送能量。
一测试人员驾驶该车在平直公路上匀速行驶0.5h，观察仪表盘，发现这段时间内汽车内燃机消耗燃油4.475kg，车速为50km/h，蓄电池组储存的能量由最大值的60%增加到80%，蓄电池组储存的能量的最大值为1.08×10⁸J。从汽车使用技术手册中，测试人员发现该车使用的燃油的热值为4.0×10⁷J/kg，汽车行驶时所受阻力f和车速v的关系如下图所示。

（1）内燃机工作时，做功冲程       能转化为汽车            能。蓄电池充电时相当于    （电源、用电器）
（2）根据图像，该车在测试过程中受到了阻力为多少？
（3）该车在测试过程中内燃机的牵引力所做功是多少？
（4）试计算该汽车内燃机的效率（不计内燃机机械传动及充电过程中的能量损失）。

有一种WSJ﹣60型号电水壶，图甲是电水壶的电路图，L₁为电源指示灯、L₂为保温指示灯、L₃为加热指示灯，R₁、R₂、R₃；为指示灯的保护电阻，其大小为100kΩ左右；R为加热器，其电阻小于100Ω；S₁、S₂为压键开关；ST温控器是一个双金属片温控开关，当温度较低时，其处于闭合状态，当温度升高到一定值后，会自动断开，从而实现了自动温度开关控制．

当水壶放在底座上时，就分别压下开关键S₁、S₂，并通电路，如果插头插入插座后，就接通了电源，电源指示灯就亮，反之就断开．
该壶有手动和自动两种工作状态．
当钮子开关拨到手动挡时，加热电阻连入，开始加热，水沸腾以后再将钮子开关拨回．
当钮子开关拨到自动挡时，此时通过ST温控器将加热电阻连入，并开始加热；当水沸腾后，ST温控器的触点断开，进入保温状态，保温指示灯亮；当水的温度低于某温度后，ST温控器又重新接通，再次进入加热状态．
若加热器电阻阻值随温度改变而发生的变化可忽略不计，根据以上叙述与观察，请回答以下问题．
（1）在下列空格中填写“亮”或“不亮”．
a．手动状态通电工作时，电源指示灯      ．加热指示灯      ．保温指示灯      ．
b．自动状态通电工作时，水沸腾前：电源指示灯      ，加热指示灯      ，保温指示灯      ．水沸腾后：电源指示灯      ，加热指示灯      ，保温指示灯      ．
（2）现将一满壶25℃的水在标准大气压下烧开需时10min．请汁算该电水壶的热效率．水的比热容c=4.2×10³J/（kg•℃）．
（3）通过分析电水壶的电路，说明为什么处于自动状态下，水未沸腾前，保温指示灯是不亮的？

阅读短文，回答文后的问题，
风寒温度
人们都有这样的体验：走在街上，穿着的衣服感觉冷暖刚好适宜，这时突然起了一阵大风，顿时感觉周身寒冷，这就是风寒效应，风寒效应会影响人体对冷的感觉，导致人体感觉的温度与温度计的示数有明显的差别．原来，人体的主要散热部位是皮肤，通过皮肤红外辐射、接触传导热量、冷热空气对流和汗液蒸发等方式散热．当无风时，在人体皮肤和周围空气之间有一个比较稳定的空气层，由于空气是热的不良导体，可以起到保温作用；当刮风时，稳定的空气保温层不断被新来的冷空气所代替，并把热量带走，风速越大，人体散失的热量越快、越多，人也就感觉越寒冷．科学家提出用风寒温度描述刮风时人体皮肤感觉的温度，并通过大量实验找出了风寒温度和风速的关系．下表是在气温为5℃时，风寒温度和风速的关系．

（1）风会使人感觉更寒冷的原因主要是加强了下列_______散热方式．

A．辐射

B．传导

C．对流

D．汗液蒸发

（2）一个质量为50kg的人散失热量4.2×10⁵J，如果人体没有产生相应的热量，则体温将下降_______℃．[人体的比热容取4.2×10³J/（kg．℃）]
（3）利用表格给出的数据作出风寒温度风速图像．

（4）当气温为5℃，风速为35km/h时，地面的水会结冰吗？
答：_____________________．
（5）根据所给数据，用T表示风寒温度，t表示气温，v表示风速，请你写出三者关系的表达式：____________________________．

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℃），由工作电路和控制电路组成．工作电路中的电热器上标有“220V  2000W”的字样；控制电路中热敏电阻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，R₁为滑动变阻器．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，衔铁只有在不小于3N吸引力的作用下才能被吸下．闭合开关S（不计继电器线圈的电阻）．

（1）用电热器给恒温箱中100kg的水加热，正常工作20min时，水温由20℃升高到25℃，求电热器的加热效率？
（2）调节滑动变阻器，使R₁=280Ω，为了把温度控制在25℃左右，设定在水温低于25℃时自动加热，在水温达到25℃时停止加热，求控制电路中的电源电压U是多少？
（3）设控制电路中电源电压U不变，将水箱中水温由25℃的恒温调节到30℃的恒温，应  （填“增大”或“减小”）滑动变阻器接入电路中的阻值．

运用知识解决问题：
（1）因为液体的压强随深度的增加而      ，拦河坝上部受到水的压强比下部____，所以拦河坝设计成上窄下宽的形状。
（2）汽车在水平公路上匀速直线行驶'请画出它在水平方向上所受力的示意图。

（3）如图所示，小雨在轻质杠杆的两端施加竖直向下的拉力，使其水平平衡。已知小雨的拉力为120N。OA：OB=3：2，浸没在液体中的物体M的重力为300N、体积为0.01m³，则液体的密度ρ_液=             

请写出解题思路。

近年来，我市的轿车市场十分火爆，各种新型轿车驶进千家万户。图乙为某新型轿车测定油箱内油面高度的电路原理图。其中电源电压恒为6V，R₀是阻值为5Ω的定值电阻，A是油量指示表（实质是一只电流表，油量的变化通过电流的变化同步显示出来）。R_x为压敏电阻，它的电阻随受到的压力变化关系如下表。

压力/N	0	50	100	150	200	250	300	350	400
电阻/Ω	550	395	275	170	90	60	40	25	5

 

（1）若轿车以90kW的恒定功率启动作直线运动，且整个运动过程中受到的阻力不变，速度v与时间t的关系如图丙所示。在0～25s时间内，轿车的牵引力与阻力关系可能的是：牵引力      阻力（选填“大于”、“等于”、“小于”、“大于或等于”）。
（2）由（1）中的条件求在0～5s时间内轿车发动机做功多少？
（3）如果空油箱的质量为5kg，油量表的零刻度线对应于电流表上的示数是多少？
（4）若电流表的量程为0～0.6A，该油箱加满油时，指针恰好指示最大刻度，求油箱的容积。（ρ_汽油=0.7×10³kg/m³）

如图为某电饭锅的内部电路。R₁是加热电阻，阻值为48.4Ω；R₂是限流电阻，阻值为484Ω。煮饭时，接通电源（220V  50Hz），闭合手动开关S₁，电饭锅处于加热状态。当锅内食物温度达到103℃时，开关S₁会自动断开，断开后若无外力作用则不会自动闭合；S₂是一个自动温控开关，当锅内食物温度达到80℃时会自动断开，温度低于70℃时会自动闭合。已知水的比热容为4.2×10³J/（kg·℃），电饭锅在一个标准大气压下工作。请回答下列问题：

（1）小明将室温下的水和米放入这个电饭锅煮饭，接通电源后却忘了闭合手动开关S₁。请问电饭锅会对锅内的水和米加热吗？为什么？
（2）若将温度为20℃、质量2.5kg的水烧开需要1000s，求电饭锅正常工作时的加热效率。
（3）用电饭锅烧水时，小明发现水沸腾了，但手动开关S₁却没有自动断开，于是小明认为电饭锅坏了。小明的观点对吗？请说明理由。

阅读短文回答问题
汽车再生制动器
目前汽车刹车器均采用油压制动，油压制动刹车时消耗的机械能以内能形式排放掉，形成能源的浪费。现有一种汽车再生制动器，能把汽车制动时消耗的部分机械能转化为电能而储存起来，有效地利用了能量。这种制动器有个重要参数叫“储能效率”，储能效率是指汽车正常行驶时关闭发动机，直至汽车停止运动的过程中，将机械能转化为电能的效率．
实际上汽车刹车时再生制动器无法提供足够的刹车阻力，仍需要与油压制动器 配合使用，产生恒定的刹车阻力来满足刹车要求，若某汽车以20km/h的速度行驶，刹车时再生制动器产生的阻力随时间变化的关系如下表：

时间t/s	0	0.2	0.4	0.6	0.8	1.0	1.2	1.4	1.6
再生刹车阻力f/×103N	8.0	8.1	8.4	9.0	10.0	10.0	10.0	7.5	5.0

（1）油压制动刹车时消耗的机械能转化为内能，而这些内能却不能再次转化为汽车的机械能，说明能量的转移和转化具有_    _性；汽车再生制动器中将机械能转化为电能的装置是__   （电动机/发电机）.
（2）某次汽车正常行驶时的机械能为3.75×10⁵J ①若关闭发动机，直至停止运动，有1.5×10⁵J的机械能车化为内能，则该汽车的储能效率是_    _。②若制动时油压制动器与再生制动器同时工作，产生的内能将_     （大于/小于/等于）1.5×10⁵J。
（3）在图中作出汽车刹车时再生制动器0～1.0s内产生的刹车阻力随时间变化的图像。

（4）如果汽车制动时需要产生恒定的刹车阻力为1×10⁴N，由图像可知t=0.7s时，油压制动器需提供_   N的刹车阻力．

（1）电热水壶的电阻R两端的电压为 220V，加热功率1100V，求通过R的电流是多少？R的阻值为多少？（2）体积为1×10³m³的水质量是多少？这些水从30℃加热到80℃要吸收多少的热量？
下图的电热水壶有两个开关 S₁、S₂，水达到100℃时沸腾了一会之后壶内积聚了大量水蒸气使S₁自动断开，停止加热；若某种原因使S₁不能断开，水会烧干直至壶的温度升高到125℃时S₂自动断开，才停止加热。

（3）为实现上述功能，应采用图中的哪幅电路图？
（4）若壶盖未合上，水会一直沸腾但不断电 ，这是因为壶内的水蒸气量不足导致哪个开关无法自动断 开？ ________________________________水烧干之前，为什么壶的温度不会达到 125℃？__________

阅读短文，回答问题：
为节约能源．某型号汽车在关闭发动机后，通过小型发电机将减速运动时的部分动能转化为电能储存在蓄电池中．表中所示是该型号汽车的部分技术参数，其中储能效率是指汽车正常行驶时关闭发动机，直至汽车停止的过程中，通过发电机将动能转化为电能的效率．耗油量是指汽车正常行驶l00km消耗燃油的体积．测试中，先让汽车正常行驶，然后关闭发动机，分别测出开启和关闭发电机两种情况下，汽车通过的路程s与对应的速度大小v，计算出动能E_k，作出E_k—s图像，如图所示．
⑴发电机是根据           发电的．发电过程中，动能除了转化为电能外，由于线圈有电阻，还有部分能量转化为            _     __能．
⑵汽车正常行驶100km，消耗燃油的质量为          kg，完全燃烧这些燃油产生的热量为          J（燃油的密度ρ=0.7×10³ kg/m³，热值q=4.6×10⁷J/kg）．
⑶测试时，汽车在大小为800N的牵引力作用下，以20m/s的速度正常行驶1000m．此过程中，汽车           ．

A．受到的阻力为1.2×10^4J

B．行驶的时间为40s

C．牵引力做的功为3.2×10^8J

D．牵引力的功率为16kW

⑷由图象可知，表示开启发电机进行测试的图线是            （①/②）
⑸若汽车正常行驶时的动能E_k0=4×10⁵J，某时刻关闭发动机，同时发电机开始工作，最终有      J的动能转化为内能．

某种电热饮水机有加热和保温两种工作状态（由机内温控开关S0自动控制），从它的说明书上收集到如下数据及图所示的简化电路原理图。

热水箱容量	1L
额定电压	220V
加热功率	1000W
保温功率	44W

 

（1）当S闭合，S0断开时，饮水机处于       （填“加热”或“保温”）状态。
（2）求：①一满热水箱水的质量；②保温时的电流。（1L=1×10-3m3）
（3）将一满热水箱的水从20℃加热到80℃需要吸收多少热量？若加热效率为90%，需要加热多长时间？ [c水=4.2×103J/(kg·℃)，ρ水=1.0×103kg/m3]

随着人们生活水平的不断提高，各种小汽车已经走进我们的家庭。小汽车的一些设计和使用过程中的许多现象与物理知识有关，请你用学过的物理知识解答下面的问题：
（1）普通的小汽车用的是汽油机，图甲所示的是__________冲程，为了不让汽油机在工作时温度升得太高，在设计制造时，汽缸外有一个水套，让汽缸被水包围着，这是通过_________的方式减少汽缸内能，用水来冷却汽缸是因为水的_______________较大。

（2）下图是加油站加油机的图片。和大多数物质一样，汽油也有热胀冷缩的性质，随着气温的变化，汽油密度会发生变化，受此因素影响，在每吨汽油价格不变的情况下，每升汽油的价格应相应变化。当气温上升时，有关汽油密度和价格的变化下列说法正确的是

A．密度变大，价格下调	B．密度变大，价格上调
C．密度变小，价格下调	D．密度变小，价格上调

（3）太阳能汽车利用太阳能来驱动，真正实现了零排放，有效地减少了对环境的污染。某太阳能汽车如图乙，质量为450kg，顶部安装了太阳能电池板。若汽车上的太阳能电池板的有效面积为6m²，它正对太阳时电池能够产生200V的电压，并对车上电动机提供10.5A的电流，太阳光照射到地面时单位面积上的辐射功率为1.2×10³W/m²，则电池的输出功率为____________W，将太阳能转化为电能的效率为____________，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80%，当汽车在水平面上匀速行驶时，受到的牵引力为80N，则汽车的行驶速度为 ____________ m/s


（4）太阳能汽车采用四轮鼓式制动，有效地减少了制动距离．通过测量获得汽车以不同速度行驶时对应的制动距离（即从操纵制动刹车到车停下来的距离），数据如下表所示：

实验次数	1	2	3	4	5
速度/ （m∙s^-1）	2	3	4	5	6
制动距离/m	0.5	1.13	2.00	3.13	4.50

请在图中描点作出s- v²图象，写出s和v的定量关系式s=＿＿＿＿＿＿，当轿车速度为8m/s时对应的制动距离是      m．

科技人员设计出了一种可移动式太阳能水上漂浮房如下图所示，它具有冬暖夏凉的优点．表面安装有太阳能电池板，接收太阳能的功率为1.6×10⁴W，该漂浮房屋三角形建筑的主体结构是中空的，三角形建筑外围（即除去该面空洞）的面积为1.0×10³m²，空气密度约为1.2kg/m³，已知空气动能与空气质量成正比．1kg空气在不同的速度（V）时的动能（E）如下表所示．

⑴漂浮房冬暖夏凉，利用了水的         比较大的特性．
⑵由表格中数据可知，每kg空气动能（E）与速度（V）的关系表达式为E=           ．

E（J）	2	8	18	32	50
V（m/s）	2	4	6	8	10

 
⑶漂浮房在平静的水面沿直线运动，运动过程中受到的阻力不变，水平方向的牵引力随运动时间t的变化关系如图所示，t=50s后，漂浮房以2.5m/s的速度做匀速直线运动，则在整个运动过程中，漂浮房受到的阻力大小为         N.

⑷若风正好垂直于三角形表面吹入，当风速为8m/s时,每秒钟吹向三角形建筑的空气体积是多少立方米？若煤的热值3.2×10⁷J/kg，那么当风速为8m/s时，漂浮房在1h内获得的风能与完全燃烧多少千克的煤所产生的内能相当？

阅读短文，回答问题：
如图甲是一种可调温蒸汽电熨斗，其说明书的部分内容如下：

产品特点：
具有干湿两用功能．干用功能是指在无水状态下，通过电加热管加热底板，底板温度上升，直接压烫衣物；湿用功能是指在蒸汽状态下熨烫．
自动恒温设置．针对不同面料可调节底板温度．
技术参数：
自身质量：1.3kg  额定功率：1000W 额定电压：220V  
在额定电压下工作时能达到的最大喷气量：15g/min 
（1）某师傅在用熨斗干烫衣服时，用了19N向下的力压熨斗，如果熨斗底板与衣服接触的面积为160cm²，在此过程中，衣服受到的压强为                Pa．（g取10 N/kg）
（2）用熨斗汽烫前先预热，使金属底板的温度从20℃升高到220℃，温控开关自动断开．已知金属底板的质量为1kg，金属底板的比热容为0.46×10³J/（kg•℃）．则蒸汽电熨斗预热过程中金属底板吸收的热量为 
          J．
（3）设计生产电熨斗时，技术人员会根据不同部分的作用选用具有不同物理属性的材料．“水位观察窗”选用的材料应具有很好的          （选填“硬度”、“延展性”或“透明度”）；用熨斗汽烫时，可以看到熨斗底板蒸汽口的周围有大量“白雾”，这是因为水先     后    （上两格均填物态变化名称）形成的小水珠；某次使用时发现从蒸汽口喷出的是水柱而不是“白雾”，请你猜想可能的原因是           ．
（4）若某次使用中，该电熨斗（额定电压下）在最大喷气量状态下工作时消耗的电能中只有70%被水吸收，则该状态下每克水喷出前吸收的热量是           J．

（5）如图乙所示为自动调温电熨斗的电路图．右下方为温控部分，A为双金属片，由两层不同金属粘合而成，受热时二者膨胀的快慢不同．在未通电和低于预定温度时，双金属片A和静片B上的触点接通，指示灯L亮，电热丝R发热，当温度达到预定温度时，由于双金属片的金属层        （填“a”或“b”）膨胀较快，向左弯曲，电路断开，如图丙所示．调节调温旋钮C，使静片向左时，调温电熨斗的预定温度值将变______（选填“高”、“低”）．