专题27 力学、热学和电学的综合计算(压轴题)(解析版)
(·安顺)小丽家新买了一台电热水器,下表是该热水器的一些技术参数.
型号 |
FED﹣H50 |
额定电压 |
220V |
最大水量 |
50L |
额定功率 |
2000W |
现将水箱中装满水,通电后正常工作40min,水温从25℃上升到45℃,求:
(1)此过程中水所吸收的热量;
(2)热水器中电热丝的电阻;
(3)热水器的效率.
(·茂名) 混合动力汽车是一种新型汽车,它有两种动力系统。汽车加速,汽油机提供的动力不足时,蓄电池的电能转化为动能,使汽车加速更快;汽车减速,汽车动能转化为电能,由蓄电池贮存起来,减少能量的浪费。两种动力系统也可以独立工作,只有汽油机工作时,与一般的汽车相同;只使用电力时,由电动机提供动力。右表是国产某混合动力汽车蓄电池的铭牌,其中电池容量是蓄电池贮存的最大电能。该汽车匀速行驶时受到的阻力为720N。求:
(1)在家庭电路中对放电完毕的蓄电池充满电要多长时间?
(2)仅由电动机提供动力,汽车匀速持续行驶的最大距离是多少?不考虑电能转化为机械能时能量的损失。
(3)仅由汽油机提供动力,汽车匀速行驶每百公里的油耗是多少升?假设汽车受到的阻力不变,汽油的热值为3.0×107J/ L(即焦耳/升),汽油机的效率为24%。
(·本溪)如图所示为某品牌蒸汽挂烫机,为了便于移动,它底部装有四个轮子.其工作原理是:底部的储水箱注满水后,水通过进水阀门流到发热体迅速沸腾,并变成灼热的水蒸气,不断喷向衣物,软化衣物纤维.下表是这种蒸汽挂烫机的部分参数.[g=10N/kg,c水=4.2×103J/(kg•℃),g=10N/kg]
发热功率 |
880W |
额定电压 |
220V |
储水箱注满水量 |
2kg |
挂烫机净重 |
4kg |
轮子与地面接触的总面积 |
12cm2 |
(1)储水箱注满水后挂烫机对水平地面的压强是多少?
(2)该蒸汽挂烫机正常工作时通过发热体的电流是多少?
(3)如果发热体每分钟能把25g水由20℃加热至100℃,在这一过程中水吸收了多少热量?发热体产生多少热量
(·镇江)如图是一种配有风力发电机和太阳能电池板的新型路灯,路灯的额定功率为0.12kW,光电池接收太阳光辐射的功率为1kW,吹向风力发电机叶片上的风功率与风速之间的关系如下表所示,风能转化为电能的效率为4%,光电池将光能转化为电能的效率为η光.
风速(m/s) |
2 |
4 |
6 |
8 |
10 |
12 |
16 |
风功率(W) |
15 |
125 |
420 |
1000 |
2000 |
3375 |
8000 |
(1)无风的晴天,光照6h,太阳能电池板产生的电能可使路灯正常工作10h,则路灯消耗的电能是多少kW•h?光电池将光能转化为电能的功率η光为多大?
(2)在有风的晴天,经3h的光照和风吹,路灯可正常工作7h,则当时的风速为多大?
(2014·湖州)如图是一盏漂浮在水面的太阳能荷花灯,白天太阳能发电板给电池充满电,晚上电池给LED灯照明供电。该灯的铭牌上标有“6V 0.3W”字样,阅读说明书后可知,该灯的电池最大输出电能为8640焦耳。
(1)白天此灯把光能最终转化为 能储存在电池中。
(2)若某公园想采购一批太阳能荷花灯,要求每天亮灯不小于6小时。那么此灯是否符合要求?
(3)该灯正常工作时的电流是多少安培?
(4)若每盏灯的质量为0.2千克,漂浮时浸在水中的体积是多少米3 ?
(·厦门)如图是小林家里电热水器的工作原理图,两根加热管电阻相同.电热水器功率有高、中、低三档.当S1断开,S2接b时,其功率为低档,大小为1000W.
(1)请指出电热水器的高、中档功率分别是多少瓦.(不必写出推导过程)
(2)小林选用某功率档加热水箱里的50L水,水温升高40℃用了40min,求此过程电热水器的功率.【水的比热容c=4.2×103J/(kg•℃)】
(·日照)明亮同学的家中有一台微电脑控制的电热水壶,如图所示.该电热水壶可以将水从桶中自动抽到壶中并自动加热至水烧开.明亮同学观察该电热水壶的铭牌时发现其额定加热功率模糊不清晰,其它铭牌标记均清晰(如表所示);烧水前他关掉家里其它用电器,只接通电热水壶控制开关,小电动机开始额定电压下用5s时间将水从桶中提升了0.8m加至电热水壶满刻度处自动停止加水,此时显示水温为20℃,电热水壶加满水后开始在额定电压下烧水至水温为100℃时自动断开电路停止工作.明亮同学还观察到,在电热水壶烧水的过程中,家里标有3000r/kW•h的电能表在30s内转盘转了50转.(g=10N/kg,ρ水=1.0×103kg/m3,c水=4.2×103J/(kg•℃)).
求:
(1)小电动机提升水的工作效率;
(2)电热水壶的额定加热功率;
(3)如果在用电高峰时明亮同学家中的实际电压是额定电压的90%,电热水壶在此电压下烧水时的加热效率为90%,试计算在用电高峰时烧开该壶水所需的时间.
(·丹东)小明买了一辆电动自行车,该车电动机的工作电压为32V,电能转化为机械能的效率为75%,车轮与地面接触的总面积为40cm2。小明骑电动自行车在水平公路上以6m/s的速度匀速直线行驶了10min,牵引力为20N,人和车的总质量为100kg,在此过程中:
(1)电动自行车对水平地面的压强是多少?
(2)电动自行车通过的路程是多少?牵引力做功为多少?
(3)电动自行车匀速行驶时,电动机的工作电流为多少?
(·无锡)有一混合动力汽车,由汽车发动机(汽油机)和电动机为驱动系统提供动力,汽油发动机每一个工作循环活塞经历四个冲程,带动曲轴转动两圈,该汽油发动机的最大功率是69kW,以最大功率工作时曲轴转速为5000r/min.活塞从气缸一端运动到另一端所扫过的容积为气缸排气量,气缸容积与燃烧室容积之比为压缩比,如图为气缸容积和燃烧室容积的示意图,该车排气量是1.8L,压缩比为10:1,动力蓄电池额定电压为200V,容量(蓄电池放电电流和放电时间乘积)为150A•h,已知该车的动能E与其速度v的关系如下表所示.
(1)该汽车的动力蓄电池最多可储存多少焦的电能?
(2)a.当这辆汽车在平直公路上以108km/h的速度匀速行驶时,动力完全由汽油发动机提供,若汽车汽油发动机的输出功率为54kW,则此时汽车所受的阻力是多大?
b.当驾驶员看到前方限速标志时,立即减速并启动充电装置给动力蓄电池充电,汽车速度由108km/h减小到72km/h,若在此过程中动力蓄电池获得的电能为汽车所减少动能的50%,则动力蓄电池获得的电能为多少焦?
(3)若该汽车汽油发动机以最大功率工作时,吸气冲程末气缸内每升混合气体中汽油质量是7.2×10﹣5kg,此时这台汽油发动机的效率是多少?(q汽油=4.6×107J/kg)
(·无锡)有一电热水器,质量为20kg,装满水后的总质量为70kg,该热水器额定电压是220V,内部有两个加热管,有三档不同的加热功率,其中最大额定功率是2000W,如图是电热水器安装的尺寸及其受力示意图,在竖直方向上热水器受到挂钩拉力F2和重力G,在水平方向上热水器受到膨胀螺钉对它的拉力F1和墙壁对它的支持力F3.(g取10N/kg,ρ水=1.0×103kg/m3)
(1)该热水器最多能装多少立方米的水?
(2)该热水器装满水时,膨胀螺钉的拉力F1是多大?
(3)若热水器内部两个加热管的电阻阻值相同,则每个加热管的电阻是多少?
(2014·武汉)某电开水器的结构如图甲所示(剖面图),简化的内部电路如图乙所示,进水管管口的阀门由轻质浮子1和与它们相连的两根轻质硬杆控制,只有进水管中的水压在正常范围内,冷水箱和煮水箱中的水位就比出水管管口低,冷水不会从出水管流出。当冷水箱中的水位达到一定高的时,浮子2浮起,会触动单刀三掷开关S1,煮水电热管R1通电发热,冷水被煮沸,水面升高,开水就从出水管进入贮水箱,当贮水箱中水位达到一定高度时,浮子3浮起,又会触动单刀三掷开关S1,煮水暂停,一旦贮水箱中水温下降使温控开关S2闭合,保温电热管R2就会通电发热,开水处于保温状态。
(1)已知煮水电热管R1的阻值为12.1Ω,保温电热管R2的阻值为48.4Ω,求电开水器的最大发热功率。
(2)图甲中,当浮子1上升到最高处后,它的最上端恰好和出水管管口相平,阀门就会将进水管管口关闭,此时AC杆沿竖直方向。已知浮子1的体积V=2.5×10-4m³,进水管管口和阀门的横截面积S均为1×10-4m²(不计阀门的质量、管壁的厚度及两者之间的摩擦);BO∶BA=20∶1(O为轻质浮子1的球心、A为两轻质硬杆的相交处,B为轻质硬杆BO的转轴),水箱内水面上方的气压P0=1×105Pa。为了不让冷水直接进入贮水箱,进水管管口阀门的上表面受到的压强不能超过多少Pa?
(·泰安)如图甲是某工厂生产流水线产品输送计数装置示意图(俯视图),立方体产品在水平传送带上与传送带共同以v =1m/s的速度匀速前进,产品的质量m ="0.8kg" 。计数器由电流表和电路计数元件组成(电流表和计数元件的电阻不计),通过电路中电流的变化计数产品,a为激光源,R1为光敏电阻,R2为保护电阻。当激光射向R1时,R1阻值变小,每当产品运动通过a与R1之间时,射向R1的光线会被产品挡住,R1阻值变大。闭合开关,电路中计数器中电流的示数I随时间t的变化图象如图乙所示。(g取10N/kg)
(1)不计空气阻力,求传送带匀速运送产品过程中对每一个产品的作用力大小和方向。
(2)求每个产品的边长L1和产品的间隔L2。每个产品对传送带的压强大小。
(3)已知电源电压U=3V,R2 =1kΩ,求传送带运输产品过程中1min内光敏电阻R1消耗的电能。
(2013·衡阳)如图所示的装置很有创意﹣﹣它将比较耗水的洗衣机和同样耗水但不太讲究水质的马桶连在一起:上部是洗衣机(有关技术参数见铭牌),下部是马桶,中间设有储水箱.洗衣机还设有加热功能,(铭牌上水的加热功率已模糊),洗涤前先将水加热到适宜温度,可以提高洗涤效果.
(1)请问这种设计的优点: .(请至少说出一个观点)
(2)求洗衣机脱水时的正常工作电流.
(3)某次洗衣时,首次进水量为20kg,加热时电能的80%转化为水的内能,正常加热14min水的温度升高10℃就达到设定要求,由于洗衣机铭牌上的加热功率模糊,求:①水吸收的热量,②洗衣机的加热功率[c水=4.2×103J/(kg•℃)].
遵义市余庆县境内的构皮滩电站是乌江干流上最大的水电站,电站大坝高为232.5m,坝内水深最大可达150m,装机容量达300万千瓦,多年年平均发电量为96.67亿千瓦时(9.667×109kW•h),修建水电站,用水力发电代替火力发电,可以节约大量的煤炭资源.
(1)该水电站坝内水产生的压强为多少?(ρ水=1.0×103kg/m3,g取10N/kg)
(2)该水电站在丰水期可实现满装机容量连接发电,若丰水期为一个月(按30天计),则丰水期可发电多少kW•h?
(3)若火力发电站的发电效率为36%(发电能量与所消耗燃料完全燃烧放出的热量之比),煤炭的热值取3.3×107J/kg,以构皮滩电站的多年年均发电量计,若改用火力发电,每年需消耗多少煤炭?(结果保留两位有效数字,1kW•h=3.6×106J)
效率是 30%,水平叉臂面积为1m2 的电动叉车(如图甲),托着重量为 6000N,底面积为 6m2 的货物(如图乙),5s 内从 A 点匀速水平移动到 B 点,再从 B 点匀速竖直提升 10s 到达 C 点,所用时间及各点间距离如丙图所示,求:
(1)A 到 B 过程,货物对叉臂的压强
(2)A 到 C 过程,叉车对货物的支持力做的功
(3)B 到 C 过程,叉车对货物做功的功率
(4)B 到 C 过程,叉车消耗的电能
有一种环保汽车,以蓄电池为驱动能源.此环保汽车运动时,蓄电池为车上的电动机供电,电动机为汽车提供动力.某辆这种类型的环保汽车,总质量为3×103 kg,汽车轮胎与地面的总接触面积为0.1m2.当它在永平路面上匀速行驶时,电动机工作电流为50A,工作 电压为300V,汽车所受阻力为车重的0.04倍.(g取10N/kg)
(1)汽车对路面的压强多大?
(2)若该汽车用于牵引汽车前进的机械功率和电动机电功率的比值为4:5,则该车匀速前进的速度多大?
(3)如果改用太阳能电池给车上的电动机供电,其它条件不变,求所需的太阳能电池板的最小面积.结合计算结果对该设想中的太阳能汽车写出一条改进建议, 已知太阳辐射的总功率为4×1026 W,太阳到地球的距离为1.5 ×1011m,半径为r的球其表面积为4πr2.太阳光传播到地面的过程中,设有29. 35%的能量损耗.该车所用太阳能电池将太阳能转化为电能的效率为15%.