中考物理 电学压轴题 电力热综合 11页

‎2013年中考物理试题电学压轴题之电力热综合问题 ‎1、(2013日照）随着城市化建设的发展，许多家庭都住进了高楼大厦，小丽家住进新楼后，为了淋浴的方便，购置了一款某型号的电热水器（其铭牌见下表），安装在卫生间的墙上。小丽在使用过程中发现：‎ ‎（1）注满水的电热水器，在额定电压下连续加热40min，热水器上的温度示数由22℃上升到46.2℃。已知水的比热容为4.2×103J/(kg. ℃),水的密度为1.0×103kg/m3，求此过程中电热水器的热效率。‎ ‎（2）该热水器在某时间段使用时，20min内产生的热量为2.4×106J，求通过电热水器的电流和它工作的实际电压。‎ ‎（3）防电墙技术就是在电热水器内部形成永久性电阻，电热水器经防电墙处理后，使人体承受的电压不高于20V，保证异常漏电情况下，接触热水器的人的安全。如图所示，若人体的最大电阻为20MΩ，试求防电墙的电阻。‎ 某型号电热水器 额定电压/V ‎220‎ 额定电功率/W ‎2420‎ 容积/dm3‎ ‎50‎ 商品特征：安全防电墙、防水、防尘、防潮 ‎（1）水箱中水的质量为m=ρV ‎ ‎ 水箱中的水吸收的热量 Q=cmΔt ‎ ‎ 水箱中的水在额定电压下连续加热40min消耗的电能为W=Pt ‎ ‎ 电热水器加热时的热效率为η= Q/W=cmΔt / Pt ‎ η=4.2×103J/(kg. ℃) ×1.0×‎103kg/m3×50×10‎-3m3‎×(‎46.2℃-22℃‎)/（2420W×40×60s）=87.5% ‎ ‎（2）由P=U2/R得，电热水器的电阻R=U额2/P额=（220V）2/2420W=20Ω ‎ 将Q=2.4×106J，R=20Ω，t=20×60s=1200s带入Q=I2Rt 解得通过热水器的电流I= 10A ‎ 由U=IR=10A×20Ω=200V ‎ ‎（3）在异常漏电的情况下，人体与防电墙串联，电流相等，即：U人/R人=U墙/R墙 U人+ U墙=220V ‎ 防电墙的电阻为R墙= U墙R人/U人=（220V-20V）×20MΩ/20V=200MΩ ‎ 说明：最后一问网上的答案有误。‎ ‎2、(2013包头）如图14所示，是某种电热饮水机的简化电路示意图。它有加热和保温两种工作状态（由机内温控开关S0自动控制），阅读该饮水机说明书可知：热水箱容积‎2L，额定电压220V，加热时的功率400W，保温时的功率40W。求：试问：‎ ‎⑴饮水机处于保温状态时温控开关S0应处于什么状态？‎ ‎⑵R1和R2的电阻值各是多大？‎ ‎⑶在用电高峰期，该饮水机的实际工作电压只有200V，加热效率为80%，若将装满水箱的水从20℃加热至100℃，需要多长时间？（C水=4.2×103J/（kg·m3），ρ水＝1.0×103kg/m3，忽略温度对电阻的影响）‎ 解：⑴ S0是断开状态。‎ ‎⑵ ‎ ‎ ‎ ‎⑶ 设加热时间为t，则有 ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎3、（2013呼和浩特）如图所示，直流电动机通过电流做功提升重物，但在电能转化成机械能的过程中，有部分电能变成内能。已知线圈电阻1.5Ω，电动机正常工作时，通过线圈电流‎2A，物体质量‎540g，以1Om/s匀速上升，不计绳的重力和一切摩擦。物体上升20s的过程中。求：(l)电压表读数；(2)电流通过线圈产生的热量；(3)提升物体的有用功；(4)电动机工作效率。‎ （1） 电压表测的是电动机的电压，电动机不是纯电阻，欧姆定律不适用。‎ P热=I2R=(‎2A)2×1.5Ω=6W P机械=Fv=mgv=‎0.54kg×10N/kg×‎10m/s=54W P总=P热+P机械=6W+54W=60W 电动机的电压U=P总/I=60W/2A=30V （2） 电流通过线圈产生的热量Q=I2Rt=(2A)2×1.5Ω×20s=120J （3） 提升物体的有用功W有用=mgh=mgvt=0.54kg×10N/kg×10m/s×20s=1080J （4） 提升物体的总功W总=P总t=60W×20s=1200J 电动机工作效率η=W有用/W总=1080J/1200J=90%‎ ‎4、（2013滨州）某中学学生公寓新安装了即热式电热水器，解决了学生日常饮水需要。图表为该电热水器的部分技术参数。‎ ‎（1）该电热水器正常工作时的电流是多少安培？‎ ‎（2）该电热水器贮满初温为20℃的水后，在一标准大气压下将其烧开，则在此过程中该电热水器消耗的电能是多少焦耳？（假设电能全部转化为内能,c水=4.2×103J/(kg·℃)）‎ ‎(3)忽略温度对电热水器电阻的影响，若在实际电压为210V的工作环境下，该电热水器的实际功率是多少瓦特？‎ ‎(1)该电热水器正常工作时的电流I=P额/U额=9680W/220V=‎‎44A ‎(2) 热水器贮满水的质量m=ρV=1.0×‎103kg/m3×50×10－‎3m3‎=‎‎50kg Q吸=cm△t=4.2×103J/(kg·℃)×‎50kg×(‎100℃‎－‎20℃‎)=1.68×107 J 因为电能全部转化为内能，所以消耗电能W=Q=1.68×107 J (3) R=U额2/P额=(220V)2/9680W=5Ω，忽略温度对电热水器电阻的影响 P实=U实2/R=(210V)2/5Ω=8820W ‎5、（2013德州）根据能量守恒定律，瑞士大学学生设计了一款灯壶合的“水壶台灯”，如图所示，“水壶台灯”是由玻璃壶、圆形底座和白炽灯组成．白炽灯与壶形灯罩下方的凹槽正好吻合（灯泡不直接与水接触），可将发光时所产生的热能用于茶水保温．白炽灯标有100W字样，求：‎ ‎（1）该台灯正常工作半小时时所消耗的电能；‎ ‎（2）若上述电能的91%转化为内能，可将多少千克初温为‎40℃‎的茶水加热至‎90℃‎．【C茶水=4.2×103（J/kg•℃）]．‎ ‎（1）100W灯正常发光0.5h消耗的电能：‎ W=Pt=0.1kW×0.5h=0.05kW•h=1.8×105J；‎ ‎（2）由题知，Q吸=W电×91%=1.8×105J×91%=1.638×105J，‎ ‎∵Q吸=cm△t，‎ 即：1.638×105J=4.2×103（J/kg•℃）×m×（‎90℃‎﹣‎40℃‎）‎ ‎∴m=‎0.78kg．‎ 图23‎ ‎6、（2013咸宁）如图23所示是某型号的电动巡逻车。已知该电动巡逻车运动时所受的阻力为人和车总重的0.04倍，某次巡逻时人和车总质量为1.0×10‎３kg, 在水平路面上以‎15Km/h的速度匀速行驶了20min。（g取10N/Kg）求：‎ ‎⑴巡逻车通过的路程是__________km；　　‎ ‎⑵巡逻车在水平路面上匀速行驶时受到的牵引力是__________N；‎ ‎⑶若电动机把80%的电能用来牵引巡逻车克服阻力做功，则此次巡逻电动机消耗了多少电能？‎ 解：⑴5‎ ‎⑵400 ‎ ‎⑶牵引力做的功W=Fs=400N×5×103m=2×106J ‎ ‎ ‎ 电动机消耗的电能=2.5×106J ‎ ‎ ‎7、（2013台州）有一种电子秤的原理如图，它主要由三部分构成．踏板和压力杠杆ABO ，压力传感器R （电阻值会随所受压力大小发生变化的可变电阻），显示重力大小的仪表（实质是电流表）。其中AO 长20 厘米，BO 长5 厘米，压力传感器R 的阻值与所受压力的关系如下表所示。‎ 压力F/牛 ‎0‎ ‎50‎ ‎100‎ ‎150‎ ‎200‎ ‎250‎ ‎300‎ ‎…‎ 电阻R/欧 ‎30‎ ‎27‎ ‎24‎ ‎21‎ ‎18‎ ‎15‎ ‎12‎ ‎…‎ 踏板和杠杆组件的质量可以忽略不计，电源电压为6 伏．‎ ‎(1)重300 牛的学生站在踏板上时，双脚与踏板的接触面积为‎0.04 米2 ，此时对踏板的压强为多少帕？‎ ‎(2)电子秤开机后，没有秤量物体时压力传感器R 消耗的电功率为多少瓦？‎ ‎(3)当重300牛的学生站在踏板上时，通过压力传感器R 的电流为________________ 安。（答案保留两位小数）‎ ‎(4)电子秤的电池使用较长时间后，电源电压会降低，为了保证秤量准确，则踏板触点B 应向________________ 方向移动。‎ ‎(1)P=F/S=G/S=300N/‎0.04m2‎=7.5×103Pa ‎(2)没有秤量物体时压力传感器R受到的压力为0，查表得R=30Ω 压力传感器R 消耗的电功率P=U2/R=(6V)2/30Ω=1.2W ‎(3)当重300牛的学生站在踏板上时,设B处压力为FB，A处压力为FA 由杠杆平衡条件有FAlA=FBlB ,FA×0.2m=300N×0.05m ，解得FA=75N 观察表中数据，发现电阻随压力的增大而均匀减小，压力每增大50N，电阻减小3欧，由此可推出此时R=25.5Ω.‎ 此时电流I=U/R=6V/25.5Ω=0.24A (4) 电池使用较长时间后，电源电压会降低,电流表示数会减小，测得的质量偏小。‎ 为了保证秤量准确，应增大电流表示数，这时应通过减小R的阻值，而减小R的阻值可通过增大压力来完成，由杠杆平衡条件可判断出应增大lB，即踏板触点B 应向左（或A）方向移动。‎ ‎8、（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•℃）]．‎ ‎（1）这种设计的优点之一：用洗衣水用来冲厕可以节水；‎ ‎（2）∵P=UI，‎ ‎∴洗衣机脱水时的正常工作电流：‎ I====‎1.5A；‎ ‎（3）水吸收的热量：‎ Q吸=cm△t ‎=4.2×103J/（kg•℃）×‎20kg×‎10℃‎=8.4×105J，‎ 由题知，Q吸=W×80%，‎ 加热水消耗的电能：‎ W===1.05×106J，‎ 洗衣机的加热功率：‎ P===1250W．‎ 答：（1）这种设计的优点：用洗衣水用来冲厕可以节水；‎ ‎（2）洗衣机脱水时的正常工作电流为‎1.5A；‎ ‎（3）①水吸收的热量为8.4×105J，②洗衣机的加热功率为1250W．‎ ‎9、（2013杭州）某工地用电动起重机吊起重物，重物的质量m=‎400kg，电源提供的电压U=220V，不计一切摩擦。当电动起重机以v=0.lm/s的恒定速度向上提升重物时，电路中的电流I=2Aa (g取l0N/kg)‎ ‎(1)电动机线圈的电阻R是多少？‎ ‎(2)电动机匀速提升质量m’ = ‎200kg的重物，电动机的输人功率不变，提升速度是多少？‎ （1） P电=UI=220V×‎2A=440W P机械=Fv=mgv=‎400kg×10N/kg×0.lm/s=400W P热=P电－P机械=440W－400W=40W P热=I2R R=P热/I2=40/4=10欧 ‎（2）因为电动机输入功率不变，即P机械=P’机械=F’v’‎ F’=m’g=‎200kg×10N/kg=2000N v’=P’机械/F’=400W/2000N=‎0.2m/s ‎10、（2013威海）图22甲为某型号汽车的自动测定油箱内油量的电路原理图，其中电源两端的电压为24V，R0为定值电阻，A为油量指示表(一只量程为0～‎0.6A的电流表)；Rx为压敏电阻（厚度不计），它的上表面受力面积为‎10cm2，其阻值与所受压力的对应关系如图22乙所示．油箱的横截面积为20dm2，油箱加满汽油时深度为‎0.4m，油量指示表的示数在最大值处．（已知：汽油的密度ρ=0.7×‎103kg/m3，g取10N/kg，汽油的热值q＝3.0×1010J／m3）．‎ 请解答下列问题： ‎ ‎（1）当油箱装满汽油时，压敏电阻Rx上表面受到的压力是多大？ ‎ ‎（2）当油箱装满汽油时，定值电阻R0的阻值是多大？当油箱内汽油用完时，油量指示表的指针指向某一位置，求此位置所对应的电流值是多少？ ‎ ‎（3）当该车匀速行驶1h消耗10L（1L=1dm3）汽油时，汽油完全燃烧放出的热量有30%转化成汽车的有用功，则汽车在这段时间的功率是多少？‎ S A R0‎ Rx F/N R/Ω 甲 乙 图22 ‎ ‎（1）p =ρgh =0.7×103kg/m3×10N/kg×0.4m =2.8×103 Pa ‎ F1=pS= 2.8×103 Pa×10×10‎-4m2‎=2.8 N ‎ ‎（2）当油箱内装满汽油时，压敏电阻Rx上表面受到的压力为2.8 N，‎ 根据压敏电阻与所受压力的对应关系，可得Rx1=30 Ώ 则U= I1(R0+Rx1) 即24V= 0.6 A×(R0+30 Ώ) 可得R0=10 Ώ ‎ 当油箱内汽油用完时，压敏电阻Rx上表面受到的压力为零，‎ 根据压敏电阻与所受压力的对应关系，Rx2=290 Ώ 油箱内汽油用完时的电流值I2= U/(R0+Rx2)=24V/ (10 Ώ +290 Ώ) =0.08 A ‎ （3） Q放＝qV＝3.0×1010Ｊ/m3×10×10‎-3 m3‎ =3×108J ‎ （4） W有= Q放×30% = 3×108J×30% =9×107J ‎ P=W有/t=9×107J/3600s =25000W ‎ ‎11、（2013龙岩）表一是某电热水壶的铭牌；表二是小红探究该电热水壶效率所记录的数据。‎ 表一： 表二：‎ 电源电压U电/V ‎220‎ 壶内水的质量m/ kg ‎1‎ 水的初温t1/℃‎ ‎33‎ 水的沸点t2/℃‎ ‎98‎ 水从初温加热至刚沸腾的时间t/s ‎250‎ 产品型号 SWF12P‎1A—150‎ 额定电压U/V ‎220‎ 电源频率f/Hz ‎50‎ 额定功率P/W ‎1200‎ 容量V/L ‎1.2‎ 求：（1）电热水壶的电阻。‎ ‎（2）当电热水壶实际工作电压为110V时，它的实际功率。‎ ‎（3）电热水壶的效率。[c水=4.2×103J/（kg·℃）]‎ ‎（1）‎ ‎ ‎ ‎ （2）解法一：‎ ‎ ‎ ‎ ‎ 解法二：‎ ‎ ‎ ‎（3）‎ ‎12、（2013•阜新）如图所示，是一种家用电熨斗的实物图，该电熨斗金属底板质量‎0.5kg，预热时使金属底板的温度从‎20℃‎升高到熨衣服所需的‎220℃‎，电熨斗需要正常工作100s，金属底板的比热容为0.46×103J/（kg•℃）．电熨斗发热体放出的热量有92%被金属底板吸收，求：‎ ‎（1）预热时金属底板吸收的热量是多少J？‎ ‎（2）电熨斗的额定功率是多少W？‎ ‎（1）金属板吸收的热量Q=cm△t=0.46×103J/（kg•℃）×‎0.5kg×（‎220℃‎﹣‎20℃‎）=4.6×104J；‎ ‎（2）电熨斗做功W===5×104J，‎ 电熨斗的额定功率P===500W；‎ 答：（1）预热时金属底板吸收的热量是4.6×104J；‎ ‎（2）电熨斗的额定功率是500W．‎ ‎13、（2013玉林）如图14所示是一台电热水器铭牌上的部分信息。请根据铭牌提供的信息解答下列问题：[c水=4.2×103J/(kg∙℃)]‎ ‎(1)若给该电热水器装满水进行加热，使水的温度从‎22℃‎升高到‎62℃‎，求水吸收的热量。‎ ‎（2）如果电热水器正常工作时，所产生的热量有80%被水吸收，则上一问题中给水加热的时间是多少？‎ ‎（3）当电热水器通电后水温达到最高时，为什么与电热水器连接的铜导线却不怎么热？‎ ‎(1)m=ρV=1.0×‎103kg/m3×10×10－‎3m3‎=‎‎10kg Q吸=cm△t=4.2×103J/（kg•℃）×‎10kg×（‎62℃‎﹣‎22℃‎）=1.68×106J ‎(2)W电η=Q吸 W电=Q吸/η=1.68×106J/80%=2.1×106J 又W电=Pt =W电/P=2.1×106J/2000W=1050s ‎(3）因为铜导线电阻很小，根据焦耳定律Q=I2Rt,所以铜导线产生热量很少，铜导线不怎么热。‎ ‎14、（2013扬州）如图甲是我国某地区风力发电的外景,风力发电机组主要由风机叶片和发动机组成。‎ ‎（1）风力发电利用的是风能，风能是清洁的、_______（可再生/不可再生）能源。‎ ‎（2）风机叶片具有质量轻、强度高、耐磨损等性能，通常用密度小，硬度______（大/小）的复合材料制成；叶片形状像飞机的机翼，若叶片位置和风向如图乙所示，由于叶片两面空气流速不同产生压强差，而受到向______（上/下）的力使风叶旋转。‎ ‎（3）风叶产生的动力通过传动系统传递给发电机，利用___________原理。实现机械能转化为电能。‎ 甲 乙 丙 ‎（4）某风力发电机的输出功率与风速的关系如图丙所示，由图像得到的下列信息，正确的有哪些_____‎ A.只要有风，机组就能产生电能 B.风速过大，机组不会产生电能 C.风速越大，机组产生的电功率一定越大 D.风速在一定范围内，机组产生的电功率可能不变 ‎（5）下表给出了在不同风速下某风机获得的能量：‎ 平均风速（m/s）‎ ‎5‎ ‎10‎ ‎15‎ ‎20‎ ‎1s内获得的能量（×104J）‎ ‎1‎ ‎8‎ ‎27‎ ‎64‎ ‎①对表格进行分析，你发现该风机1s内获得的能量与风速的定量关系是_______‎ ‎______________（用文字叙述）；‎ ‎②当风速为5m/s时，这台风机工作1s所产生的电能可供1只“220V 100W”电灯正常工作10s，求风机发电的效率。‎ ‎(1)可再生 ‎(2)大、上 ‎(3)电磁感应 ‎（4)B D ‎(5)观察后一次风速与前一次风速的比值，再观察后一次获得能量与前一次能量的比值 ①风机获得的能量与风速的三次方成正比（或风机获得的能量与风速的三次方的比值是定值或风速越大，风机获得的能量越大）‎ ‎（6）W电=Pt=100W×10s=1000J η=W电/W总=1000J/104J=10%(理解风机发电的效率）‎ ‎15、（2013•黑龙江）近几年来我市冬季蔬菜价格逐年攀升，但种植蔬菜的大棚数量却逐年减少，小刚调查发现，煤炭价格上涨是导致蔬菜成本上升的重要原因．为此小刚想，能否利用所学的知识对大棚进行节能改造，评估利用太阳能和电能为大棚提供能源的可行性．查询资料可知，本地区冬季太阳能集热管每平方米面积上每天可接收的太阳能是1.68×107J，煤的热值为3×107J/kg．请你帮助他完成下列计算，为小刚的评估提供依据．‎ ‎（1）如果这些能量的90%被水吸收，可使多少千克的水从‎20℃‎升高到‎70℃‎？‎ ‎（2）用集热管每平方米接收的太阳能替代煤，可节约煤多少千克？（煤完全燃烧）‎ ‎（3）如果用3kW的电热器加热这些水，需要多长时间？（不计热散失）‎ ‎（4）请写出一条太阳能的优点或缺点．‎ 解：（1）∵η=，‎ ‎∴Q吸=90%×1.68×107J=1.512×107J，‎ ‎∵Q吸=cm△t，‎ ‎∴m===‎72kg．‎ ‎（2）Q吸=W=1.68×107J，‎ ‎∵Q=mq，‎ ‎∴m===‎0.56kg．‎ ‎（3）由题知，W=3kW=3000W；‎ ‎∵P=，‎ 电热器要工作时间：‎ t====5040s=84min ‎（4）太阳能其优点是：清洁、无污染、取之不尽等．‎ 缺点：受天气影响，不稳定等．‎ 答案：（1）如果这些能量的90%被水吸收，可使72千克的水从20℃升高到70℃；‎ ‎（2）用集热管每平方米接收的太阳能替代煤，可节约煤0.56千克；‎ ‎（3）如果用3kW的电热器加热这些水，需要84min时间．‎ ‎（4）优点：清洁、无污染、取之不尽等；‎ 缺点：受天气影响，不稳定等．‎