初中物理中考复习 专题三　题型三、热、力、电综合计算课件PPT

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1.力、热综合计算该类型题主要是计算内能转化为机械能所做的功,或摩擦力转化为内能消耗的能量,或燃烧燃料所放出的热量等,所涉及的热学知识主要是热值、热量、热机效率等,解题中常用W=Fs与Q吸(或Q放)建立方程来求解。
例1(2019·安徽合肥二模)奇瑞汽车是安徽的骄傲。今年3月24日奇瑞官方宣布新型发动机ET15B研制成功,并宣称该发动机的热效率高达36%,即该发动机可以将所消耗汽油能量的36%转化为机械能。若安装了该发动机的汽车质量为1.5 t,匀速行驶时所受的阻力为车重的 ,则该车匀速行驶120 km至少需要消耗汽油多少?(q汽油=4.7×107 J/kg;假设所输出的机械能均用于克服行驶阻力)答案:10.6 kg
解析:汽车的重力G=mg=1.5×103 kg×10 N/kg=1.5×104 N,因为汽车匀速运动,
方法归纳本题为力学综合题,考查了重力、二力平衡、功和效率的计算,知识点多、综合性强,要求灵活应用所学公式,计算过程中注意单位统一。
1.某型号汽车使用乙醇汽油作燃料在水平路面上匀速行驶时,每行驶100 km耗油8 kg,汽车牵引力做功为9.2×107 J。已知乙醇汽油热值q=4.6×107 J/kg,试求下列问题:(1)8 kg乙醇汽油完全燃烧放出的热量是多少J?(2)汽车在行驶过程中受到的牵引力是多大?(3)该汽车将乙醇汽油完全燃烧获得的内能转化为汽车牵引力做功的效率是多大?
答案:(1)3.68×108 J　(2)920 N　(3)25%　解析:(1)8 kg乙醇汽油完全燃烧放出的热量Q=mq=8 kg×4.6×107 J/kg=3.68×108 J;(2)由W=Fs可得,汽车受到的牵引力
2.如图所示为小排量汽车,以72 km/h 的速度,在水平路面上匀速行驶了72 km,消耗汽油6 kg。若已知该汽车发动机的功率(即牵引力的功率)为23 kW,汽油的热值为4.6×107 J/kg。则关于上述的行驶过程,试求:(1)所用时间是多少;(2)汽油完全燃烧放出的热量;(3)该汽车发动机的效率。
答案:(1)1 h　(2)2.76×108 J　(3)30%　
点评本题考查了速度公式和燃料完全燃烧释放热量公式、做功公式以及效率公式的应用,是一道较为简单的计算题。　
3.(2019·四川绵阳模拟)所谓汽车发动机效率是指发动机牵引汽车前进所需能量与汽油完全燃烧产生内能的比值;当前汽油发动机的最高效率约为40%,暑假期间小凡全家驾车去西藏旅游,在高速公路上匀速行驶225 km。所用时间是2.5 h,消耗汽油20 L(汽油完全燃烧),汽车发动机在这段时间内牵引力的功率为20 kW。(1)该汽车行驶过程的牵引力是多大?(2)该汽车发动机的效率是多少?(已知ρ汽油=0.8×103 kg/m3,q汽油=4.5×107 J/kg)(3)假如小凡家的汽车采用了全新的压缩燃烧原理。效率达60%,则20 L汽油可以让该车以同样的功率和速度行驶多长的距离?
答案:(1)800 N　(2)25%　(3)5.4×105 m　
(2)汽油质量m=ρV=0.8×103 kg/m3×20×10-3 m3=16 kg,汽油完全燃烧放出的热量Q总=mq=16 kg×4.5×107 J/kg=7.2×108 J,牵引力做功W有1=Pt=20 000 W×2.5×3 600 s=1.8×108 J,
2.力电综合计算例2(2019·河南中考)某款水位自动测控仪的测量原理如图甲所示,电源电压U恒为15 V,定值电阻R0=10 Ω,R1为一竖直固定光滑金属棒,总长40 cm,阻值为20 Ω,其接入电路的阻值与对应棒长成正比。弹簧上端固定,滑片P固定在弹簧下端且与R1接触良好,滑片及弹簧的阻值、重力均不计。圆柱体M通过无伸缩的轻绳挂在弹簧下端,重80 N,高60 cm,底面积为100 cm2。当水位处于最高位置A时,M刚好浸没在水中,此时滑片P恰在R1最上端;当水位降至最低位置B时,M的下表面刚好离开水面。已知弹簧所受拉力F与其伸长量ΔL的关系如图乙所示。闭合开关S,试问:
(1)当水位下降时,金属棒接入电路的长度　　　　,电压表示数　　　　。(两空均选填“增大”或“减小”) (2)当水位处于位置A时,电压表的示数为多少?(3)水位由位置A降至B这一过程,弹簧的长度增加了多少?电压表的示数变化了多少?(已知ρ水=1.0×103 kg/m3,g取10 N/kg)
答案:(1)减小　减小　(2)10 V　(3)30 cm　5 V解析:(1)当水位下降时,M所受的浮力减小,弹簧的拉力增大,弹簧的伸长量增大,滑片P向下移动,金属棒接入电路的长度减小;则R1接入电路的阻值减小,根据串联分压特点可知,R1两端的电压减小,即电压表示数减小。(2)当水位处于位置A时,滑片P在R1最上端,此时R1=20 Ω,根据串联电路的电阻特点可知,电路的总电阻R=R0+R1=10 Ω+20 Ω=30 Ω
R1两端的电压U1=IR1=0.5 A×20 Ω=10 V,即电压表示数为10 V。
(3)当水位处于位置A时,M刚好浸没,排开水的体积V排=V=Sh=100 cm2×60 cm=6 000 cm3=6×10-3 m3,则M受到的浮力F浮=ρ水gV排=1.0×103 kg/m3×10 N/kg×6×10-3 m3=60 N;则弹簧受到的拉力F1=G-F浮=80 N-60 N=20 N,由图乙可知,当F1=20 N时,弹簧的伸长量ΔL1=10 cm;当水位降至位置B时,M的下表面刚好离开水面,所受浮力为零,则此时弹簧受到的拉力F2=G=80 N,由图乙可知,当F2=80 N时,弹簧的伸长量ΔL2=40 cm;所以,水位由位置A降至B这一过程中,弹簧的长度增加量ΔL=ΔL2-ΔL1=40 cm-10 cm=30 cm。当水位降至位置B时,R1接入电路的长度L=L总-ΔL=40 cm-30 cm=10 cm,
此时R1两端的电压U1'=I'R1'=1 A×5 Ω=5 V,即此时电压表示数为5 V,所以,电压表的示数变化量ΔU=U1-U1'=10 V-5 V=5 V。
1.据专家分析,影响空气质量的因素主要是火力发电,同时车辆的陡增也是造成雾霾天气增多的原因之一。为了缓解空气污染,电动机车作为新能源汽车的主力军将大力发展并逐步代替现在的燃油汽车。国内某厂即将生产的高性能电动汽车,百公里加速时间仅为6 s,最高时速可达180 km/h,百公里综合油耗仅2 L,在纯电状态下可行驶50 km,电动机效率为80%,电池为磷酸铁锂电池,电池电压500 V,容量20 Ah,充电时间约为6 h。(1)燃油汽车的发动机通常是汽油机,从能源可否再生角度来看,汽油是　　　　　　能源。该汽车在行驶时对路面的压力比静止时　　　　(选填“增大”“减小”或“不变”)。 (2)该电动车在充满电后电池存储的电能为多少?最大行驶里程状态下,车子行驶时所受的平均阻力为多大?
答案:(1)不可再生　减小　(2)2.88×107 J　576 N　解析:(1)汽车发动机是汽油机,从能源可否再生角度来看,汽油是不可再生能源;发动机工作时,做功冲程将内能转化为机械能;小汽车外型是流线型,当汽车高速行驶时,相同时间内,空气经过上方的路程比下方路程长,流速大,压强小,汽车在压强差下产生向上的升力,汽车对路面的压力减小,小于汽车的重力。(2)该电池充一次电所消耗的电能W=UIt=UQ=500 V×20 A×3 600 s=3.6×107 J;因为电动机效率为80%,所以W有=80%×3.6×107 J=2.88×107 J;因为W有=Fs,s=50 km=50 000 m,
2.如图甲所示,圆形塑料槽内装有导电液体放在蹄形磁铁两极之间,沿槽边缘放一个圆形电极A,在圆形塑料槽的中心放一个圆柱形电极B。将A、B电极接入如图乙所示的C、D两极,闭合开关,圆形塑料槽内的导电液体将会旋转起来。电源电压U=3 V,电源内阻r=0.5 Ω,定值电阻R0=3 Ω,塑料槽中两电极间液体等效电阻为R=0.9 Ω,电压表的示数恒定为2.7 V,则:
(1)导电液体旋转的物理原理是什么?(2)电路中电流为多大?(3)推动导电液体的功率为多少?
答案:(1)通电导体在磁场中受到力的作用(2)0.6 A　(3)0.216 W　解析:(1)由题意和图示可知,导电液体旋转的物理原理是通电导体在磁场中受到力的作用;(2)由题知,电源电压U=3 V,电源内阻r=0.5 Ω,电压表的示数恒定为2.7 V(电压表测R0和导电液体的总电压),则电源内阻两端的电压U1=U-U2=3 V-2.7 V=0.3 V;串联电路中电流处处相等,则电路中的电流
(3)R0两端的电压U0=IR0=0.6 A×3 Ω=1.8 V;CD间的电压U3=2.7 V-1.8 V=0.9 V。电流通过导电液体的电功率P=U3I=0.9 V×0.6 A=0.54 W;电流通过导电液体的发热功率P热=I2R=(0.6 A)2×0.9 Ω=0.324 W;推动导电液体的功率P动=P-P热=0.54 W-0.324 W=0.216 W。　
3.热电综合计算例3某型号热水杯的原理图如图所示,它有加热和保温两挡,通过单刀双掷开关S进行调节,R0、R为电热丝。当开关S接加热挡时,电路的功率为1 100 W,当开关S接保温挡时,电路的总功率为44 W,R0、R阻值恒定不变。
(1)在加热挡正常工作时,电路中的电流是多少?(2)电热丝R0、R的阻值多大?(3)已知热水壶的加热效率为80%,在标准大气压下把一满壶水从20 ℃烧开需要多长时间?[小数点后保留1位小数,c水=4.2×103 J/(kg·℃)]答案:(1)5 A　(2)44 Ω　1 056 Ω　(3)763.6 s
方法指导本题为电功与热量的综合计算题,考查了热量的计算、电能的计算、电功率公式的应用,此类问题在近几年考试中出现的次数较多,从铭牌中得出相关信息并利用好是本题的关键。
1.即热式电热水器是一种新型节能环保的热水器,如图所示。无论外界的水温、水压、流量如何变化,热水器内的高精度温度传感器、流量传感器马上将水温、水量数据传递给微电脑中央处理系统,调节相应的加热功率从而保证温度恒定。小海家买了一个即热式恒温电热水器。他想知道热水器的实际效率,于是他测出了当天水温为20 ℃,关闭其他用电器,将热水器的温度设定为40 ℃,流量为3 L/min,加热1 min,小海观察到如图所示的脉冲式电能表闪了40 imp,求:[c水=4.2×103 J/(kg·℃)]
(1)1 min内流出的水达到要求的温度需要吸收多少热量?(2)这个热水器此时的实际功率多大?(3)这个热水器的加热效率是多大?答案:(1)2.52×105 J　(2)6 000 W　(3)70%　解析:(1)1 min内流出水的质量m=ρV=1 kg/L×3 L=3 kg,1 min内流出的水达到要求的温度需要吸收的热量Q=cmΔt=4.2×103 J/(kg·℃)×3 kg×(40 ℃-20 ℃)=2.52×105 J;(2)加热1 min,标有400 imp/(kW·h)的电能表指示灯闪烁了40次,则
2.图甲为新型风暖浴霸,因其安全性能好、发热柔和,深受大家喜爱。它是利用电动机鼓动空气流动,通过加热元件加热冷空气带动室内升温。图乙是某型号风暖浴霸的简化电路图,其发热元件是两根阻值不变的电热丝R1、R2。主要参数如下表。
(1)开关均闭合,求浴霸正常工作时的干路电流是多少?(2)正常工作时,求R1的阻值是多少?(3)实际电压为200 V时,求R2的实际功率是多少?(4)浴霸正常工作时,使容积为20 m3的房间空气温度升高20 ℃,求室内空气吸收的热量是多少?[ρ空气取1.2 kg/m3,c空气取1.0×103 J/(kg·℃),不考虑其他因素影响]答案:(1)13.4 A　(2)25 Ω　(3)800 W(4)4.8×105 J　
解析:(1)开关均闭合时,R1、R2和电动机同时工作,电路总功率为P=P1+P2+P3=1 936 W+968 W+44 W=2 948 W,
(4)室内空气的质量为m=ρ空气V=1.2 kg/m3×20 m3=24 kg,空气吸收的热量为Q吸=c空气mΔt=1.0×103 J/(kg·℃)×24 kg×20 ℃=4.8×105 J。　
3.(2019·湖北随州中考)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”三挡,铭牌见下表(“中温”挡功率空出),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、S1闭合,S2断开时电暖器为“低温”挡。(R1>R2)
求:(1)R1的阻值;(2)“中温”挡正常工作时电路中的电流;(3)若室内空气质量为50 kg,用该电暖器的“高温”挡正常工作10 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1.1×103 J/(kg·℃)]答案:(1)11 Ω　(2)5.27 A　(3)8.73 ℃　
4.(2019·江苏宿迁中考)某电器厂设计了一种具有高、中、低温三挡的家用电火锅,该火锅产品铭牌和电路图如图所示。
(1)当开关S1断开,S2接a时,该电火锅选用　　　　(选填“高温”“中温”或“低温”)挡工作。 (2)当电火锅使用中温挡正常工作时,电路中电流是多大?接入电路的电热丝的阻值是多少?(3)用电火锅高温挡在额定电压下烧水7 min,电流做了多少功?若电热丝产生的热量全部被水吸收,在标准大气压下,能使1 kg初温为20 ℃的水升高多少 ℃[c水=4.2×103 J/(kg·℃)]?
答案:(1)低温　(2)2 A　110 Ω　(3)3.696×105 J　80 ℃　
4.力、电、热综合例4(2019·安徽合肥一模)随着人们对环境保护的要求越来越高,电动汽车慢慢进入人们的日常生活。从能量转化的角度看,电动汽车主要是把电能转化为机械能,还有一部分在线圈中以热量的形式散失掉。电动汽车电动机的额定电压为500 V,正常工作时通过电动机线圈的电流为30 A,电动机线圈电阻为2 Ω,若电动汽车行驶过程中牵引力为1 000 N,则电动汽车行驶10 min。(1)电动机消耗的电能;(2)线圈产生的热量;(3)电动汽车行驶的速度。
答案:(1)9×106 J　(2)1.08×106 J　(3)13.2 m/s解析:(1)电动汽车行驶10 min,电动机消耗的电能W=UIt=500 V×30 A×10×60 s=9×106 J;(2)线圈产生的热量Q=I2Rt=(30 A)2×2 Ω×10×60 s=1.08×106 J;(3)电动汽车获得的机械能W机=W-Q=9×106 J-1.08×106 J=7.92×106 J;
方法指导本题考查了电功、电热公式的应用,要知道电动机是非纯电阻电路,计算产生热量时只能用Q=I2Rt计算。
1.如图甲是自动冲泡咖啡机,图乙是其简化电路图,咖啡机的铭牌如下表。咖啡机可以通过自动控制开关S分别进行打磨和加热。请计算:
(1)电热丝R的阻值。(2)已知电动机的线圈电阻r=0.2 Ω,咖啡机正常打磨1 min时,通过电动机线圈的电流IM和线圈产生的热量Q。答案:(1)60.5 Ω　(2)1 A　12 J　解析:(1)由表格数据可知,电热丝额定功率PR=800 W,额定电压U=220 V,
2.如图所示,用微型电动机提升10 N的物体。当电源电压为3 V 时,闭合开关,电动机不转动,电流表示数为0.6 A;当电源电压为12 V时,闭合开关,电动机正常工作,电流表示数为0.4 A,物体匀速上升。已知电动机转动时欧姆定律不适用,并忽略温度对电阻的影响和摩擦,试解答:(1)电动机正常工作时消耗的电功率是多少;(2)电动机正常工作时线圈电阻R的发热功率;(3)试从能量守恒的角度,求重物上升的速度大小。