初中物理能量利用效率试题

图甲为小阳家的电热水瓶，图乙是其电路原理图， $R_1$和 $R_2$为阻值不变的电热丝， $R_1=44\Omega$， $R_2=1166\Omega$， $S_1$为温控开关，可以实现“加热”和“保温”态的转换。为了测量电热水瓶的实际电功率，小阳找来了一块标有“ $2000\mathit{revs}/(\mathit{kW}·h)$”字样的电能表，在电热水瓶中加入 $1L$温度为 ${20}^{°}\text{C}$的水后，把它单独通过电能表接入家庭电路中，将水加热到 ${56}^{°}\text{C}$，用了 $3.5\mathit{min}$。小阳根据电能表的参数和转盘转数，计算出电热水瓶的实际电功率为 $900W$（水的比热容 $c_{水}=4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{\circ }\text{C}}\right))$。

求：（1）水吸收的热量是多少？

（2）电热水瓶正常工作时保温功率是多少？

（3）在给水加热的过程中，电能表的转盘转了多少转？

（4）电热水瓶的加热效率是多少？

电热水壶是人常用的家用电器。若家庭电路中只有电热水壶工作，标有“ $3000r/(\mathit{kW}·h)$”的电能表的铝盘在 $10\mathit{min}$内转了 $500r$，则电热水壶消耗的电能为　     　 $J$．如加热效率为 $90\%$，则水吸收的热量为　     　 $J$．如果水吸收的这部分热量用煤气来加热，至少需要完全燃烧煤气　     　 $m^3$（不考虑热量损失， $q_{\mathit{煤气}}=4\times {10}^{7}J/m^3)$。

养生壶是一种用于养生保健的烹饮容器，采用新型电加热材料，通电后产生热量把壶内的水加热。如图是某款养生壶及其铭牌，求：

（1）养生壶正常工作时的电阻；

（2）若正常工作时，养生壶加热效率为 $91\%$，将 $1\mathit{kg}$水从 ${20}^{°}\text{C}$加热到 ${85}^{°}\text{C}$需要多长时间；【 c 水 = 4 . 2 × 10 3 J / kg ⋅ ∘ C} 】

（3）用电高峰期，家中只有液晶电视机和养生壶工作时，养生壶将 $1\mathit{kg}$水从 ${20}^{°}\text{C}$加热到 ${85}^{°}\text{C}$，实际用时 $363s$，通过电能表测得此过程共耗电 $3.726\times {10}^{5}J$，此时养生壶两端的电压和通过液晶电视机的电流多大。（设养生壶的电阻和加热效率不变）。

型号	$\mathit{CH}-M16$
额定电压	$220V$
频率	$50\mathit{Hz}$
额定功率	$1000W$
容量	$1.2L$

某校为师生饮水方便，安装了电热水器。为测定热水器消耗的电能，关闭其他用电器，只用电热水器给水加热，一段时间后，电能表的示数，由图甲示数变为图乙示数，则该电热水器在这段时间内消耗的电能为　       　 $\mathit{kW}·h$，等于　     　 $J$．若消耗电能的 $87\%$被水吸收，则可把　     　 $\mathit{kg}$初温为 ${13}^{°}\text{C}$的水加热至 ${100}^{°}\text{C}$【水的比热容 c = 4 . 2 × 10 3 J / ( kg · ° C ) 】。

某电热水壶部分参数，额定电压 $220V$，额定功率模糊不清，容积 $1L$，加热效率 $90\%$，在额定电压下，将满壶水从 ${10}^{°}\text{C}$加热至沸腾（在1标准大气压下），用时 $5\mathit{min}$，则水吸收的热量是　　 $J$，电热水壶的额定功率是　　 $W$． $\left[C_{水}=4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{\circ }\text{C}}\right)\right]$。

小洋和同学们通过暑期的勤工俭学为残疾人老王买了一辆电动轮椅。为了帮助老王正确使用，小洋研究了说明书，电动轮椅的原理简图如图所示。他了解到，操纵杆可操纵双刀双掷开关 $S$以及滑动变阻器 $R_1$的滑片 $P$．前推操纵杆时轮椅慢慢前进，继续前推操纵杆时轮椅快速前进；后拉操纵杆时轮椅慢慢后退。蓄电池的电压 $U=24V$（保持不变）， $R_2$为定值电阻。

（1）原理图中双刀双掷开关 $S$中间的连接物（深色部分）为　　（选填“导体”或“绝缘体” $)$；

（2）从原理图和以上描述可知，当开关接到　　、　　两个接线柱时，轮椅前进。若轮椅以 $3m/s$的速度匀速前进了 $8s$，此过程中轮椅受到的平均阻力为 $5N$，电池的输出功率为 $25W$，求此过程中轮椅工作的效率；

（3）当轮椅后退时电动机的功率是 $7W$，此时电流表示数为 $0.5A$，求 $R_2$的阻值。

如图甲所示，1标准大气压下，普通煤炉把壶内 ${20}^{°}\text{C}$， $5\mathit{kg}$水烧开需完全燃烧一定质量的煤，此过程中，烧水效率为 $28\%$，为提高煤炉效率，浙江大学创意小组设计了双加热煤炉，如图乙所示，在消耗等量煤烧开壶内初温相同，等量水的过程中，还可额外把炉壁间 $10\mathit{kg}$水从 ${20}^{°}\text{C}$加热至 ${40}^{°}\text{C}$， $q_{煤}=3\times {10}^{7}J/\mathit{kg}$， $c_{水}=4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{\circ }\text{C}}\right)$，以上过程中，

问：（1）普通煤炉完全燃烧煤的质量有多大？

（2）双加热煤炉的烧水效率有多大？

随州的冬季不像北方有集中供暖，所以本地居民常选用一些小型电暖器越冬。如图甲电暖器有“高温、中温、低温”三档，铭牌见下表 $($ “中温”档功率空出），其电路原理如图乙， $S$是自我保护开关，当电暖器倾倒时 $S$自动断开，切断电源保证安全。当 $S$、 $S_1$闭合， $S_2$断开时电暖器为“低温”档。 $(R_1>R_2)$

$\mathit{XX}$牌电暖器
额定电压		$220V$
额定功率	低温挡	$440W$
	中温挡
	高温挡	$1650W$
频率		$50\mathit{Hz}$

求：（1） $R_1$的阻值；

（2）“中温”档正常工作时电路中的电流；

（3）若室内空气质量为 $50\mathit{kg}$，用该电暖器的“高温”档正常工作 $10\mathit{min}$，放出热量的 $50\%$被室内空气吸收，那么可使室内气温升高多少？（假设空气的比热容为 $1.1\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{·}^{°}\text{C}\right))$

江汉平原，雨量充沛。甲地有一小型水电站，每分钟有 $60m^3$的水从高处流下冲击水轮机的叶轮，带动发电机发电，供乙地使用，水轮机与上游水位的落差为 $20m$。甲、乙两地相距 $20\mathit{km}$，两地间沿直线架设了两条输电线，已知每条输电线每千米的电阻为 $0.2\Omega$．为预防灾情发生，工作人员用简易无人机（只能水平或竖直飞行）进行实时监测。该机有 $A$、 $B$两个电动机，它们消耗的电能都由锂电池提供。其中 $A$电动机带动顶部的螺旋桨工作，提供升力； $B$电动机带动尾部的螺旋桨工作，提供水平推力。无人机飞行时的阻力 $f$与飞行速度 $v$的关系为 $f=0.2v^2$．该机的部分参数见表格。

质量 $\left(\mathit{kg}\right)$	1.25
锂电池的电压 $\left(V\right)$	29.4
锂电池的容量 $(\mathit{mA}·h)$	$1.0\times {10}^4$
最大飞行速度 $(m/s)$	5
$A$电动机消耗的最大功率 $\left(W\right)$	80
$B$电动机消耗的最大功率 $\left(W\right)$	40

（1）若水的机械能有 $70\%$转化为电能，求水电站的发电功率。

（2）现输电线在某处发生短路，为确定短路位置，检修员在甲地利用如图所示的电路进行测量。当电压表的示数为 $1.5V$时，电流表的示数为 $0.5A$．短路位置离甲地的距离是多少米？

（3）当无人机保持一定高度以最大速度沿直线飞行时， $B$电动机消耗的功率最大。求此时 $B$电动机的效率。（不计电动机到螺旋桨传动过程中的能量损耗）

2018年4月25日上午，习近平总书记来到荆州港码头乘船，沿江察看荆江两岸生态环境和发展建设情况，强调长江经济带建设要“共抓大保护，不搞大开发”。合理分类和利用垃圾可以保护环境、变废为宝。在一定条件下， $1t$生活垃圾能“榨”出 $140\mathit{kg}$燃料油。若燃料油的热值为 $4.0\times {10}^{7}J/\mathit{kg}$，某城镇每天产生 $50t$生活垃圾，则这些垃圾“榨”出的燃料油完全燃烧释放出的热量为　　 $J$．在一个标准大气压下，这些热量的 $30\%$被 $500m^3{30}^{°}\text{C}$的水吸收，则水温能升高　　 ${}^{°}\text{C}$。 $[c_{水}=4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{\circ }\text{C}}\right)$， ${\rho }_{水}=1.0\times {10}^3\mathit{kg}/m^3]$

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）。

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　

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

拉萨素有“日光城”之称，太阳灶得到广泛使用，如图所示。周末，扎西在家用太阳灶烧水，水壶里装有 $5\mathit{kg}$的水，经过一段时间后，水温从 ${10}^{°}\text{C}$升高到 ${90}^{°}\text{C}$，假设这段时间太阳灶共吸收了 $4.2\times {10}^{6}J$的热量。 $\left[c_{水}=4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{\circ }\text{C}}\right)\right]$

（1）太阳能属于　　能源（选填“可再生”或“不可再生” $)$；

（2）求水吸收的热量；

（3）求太阳灶的效率。

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。

某电热水壶铭牌的部分信息如下表所示。该电热水壶正常工作时，把 $1\mathit{kg}$水从 ${20}^{°}\text{C}$加热到 ${100}^{°}\text{C}$用时 $7\mathit{min}$，已知 $c_{水}=4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{\circ }\text{C}}\right)$，求：

（1）水吸收的热量；

（2）电热水壶的热效率。

型号	$\mathit{xx}$
额定电压	$220V$
额定功率	$1000W$
频率	$50\mathit{Hz}$