解讀能源綜合計算題

此文件下載后可以自行修改編輯刪除解讀能源綜合計算題湖北王倫宇回眸近幾年各地中考物理綜合試題，我們不難發(fā)現(xiàn)：以太陽能汽車、電動車、混合動力汽車等為載體，考查同學(xué)們能源及其利用、能量轉(zhuǎn)化及其相關(guān)綜合計算能力和節(jié)能、環(huán)保意識的題目日趨成為熱點，我們應(yīng)高度關(guān)注。圖1一、力、熱綜合圖1例1為了保障學(xué)生人身安全，目前已有一大批校車投入使用。如圖1為某中學(xué)專用校車，其總質(zhì)量為6.4t，每個輪子與地面的接觸面積為400cm2，這輛校車在某段平直公路上勻速行駛8km用時10min，消耗柴油2L，受到的阻力是1.8×103N，（柴油熱值3.3×103J/kg，柴油的密度0.85×103kg/m3，取g=10N/kg）求：（1）這段路程內(nèi)發(fā)動機做功的功率；（2）這段路程內(nèi)消耗的柴油完全燃燒放出的熱量。解析（1）校車發(fā)動機的功率為：P=====2.4×104W；（2）柴油的質(zhì)量為：m=ρV=0.85×103kg/m3×1.7×10－3m3=1.7kg，柴油完全燃燒放出的熱量為：Q=qm=3.3×107J/kg×1.7kg=5.61×107J。圖2二、電、圖2例2根據(jù)能量守恒定律，瑞士大學(xué)學(xué)生設(shè)計了一款燈壺合的“水壺臺燈”，如圖2所示，“水壺臺燈”是由玻璃壺、圓形底座和白熾燈組成。白熾燈與壺形燈罩下方的凹槽正好吻合（燈泡不直接與水接觸），可將發(fā)光時所產(chǎn)生的熱能用于茶水保溫，白熾燈標有100W字樣，求：（1）該臺燈正常工作半小時時所消耗的電能；（2）若上述電能的91%轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，可將多少千克初溫為40℃的茶水加熱至90℃。[c茶水=4.2×103（J/kg?℃）]解析（1）100W燈正常發(fā)光0.5h消耗的電能：W=Pt=0.1kW×0.5h=0.05kW?h=1.8×105J；（2）由題可知，Q吸=W電×91%=1.8×105J×91%=1.638×105J，而Q吸=cm△t即1.638×105J=4.2×103J/（kg?℃）×m×（90℃－40℃），解之得m=0.78kg。三、力、電綜合例3一輛汽油和電力混合動力轎車，僅憑汽油動力在平直公路上以v1=90km/h勻速行駛時，輸出功率P=50kW。當駕駛員看到前方55m處有超速違章拍照裝置（限速70km/h）時，在保持輸出功率不變的情況下，立即啟動充電裝置給電池充電，達到使轎車減速的目的，轎車行駛3s后，速度減為v2=70km/h，在這一段時間內(nèi)，轎車的平均速度為v=72km/h，發(fā)動機輸出功率的80%用于充電，充電效率為50%。轎車在上述過程中所受阻力保持不變。（1）求轎車所受阻力的大小；（2）通過計算判斷轎車是否會因為超速而被拍照；（3）若將上述過程充電所獲電能全部用來維持該轎車以90km/h勻速行駛，求行駛距離。解析（1）90km/h=25m/s，由P===Fv得F====2000N，而汽車做勻速直線運動，所以汽車受到的阻力和牽引力是一對平衡力，易知f=F=2000N。（2）在這一段時間內(nèi)，轎車的平均速度為v=72km/h，72km/h=20m/s，轎車行駛3s通過的路程：s=vt=20m/s×3s=60m＞55m，所以汽車會被拍照。（3）獲得的電能：E電=Wη=Pt×80%×50%=5×104W×3s×80%×50%=6×104J，根據(jù)能量守恒，E電=fs，故轎車行駛距離：s′===30m。四、力、電、熱綜合圖3mPV例4如圖3所示，直流電動機通過電流做功提升重物，但在電能轉(zhuǎn)化成機械能的過程中，有部分電能轉(zhuǎn)變成內(nèi)能。已知線圈電阻為1.5Ω，電動機正常工作時，通過線圈的電流為2A，物體質(zhì)量是540g，以10m/s勻速上升，不計繩的重力和一切摩擦。物體上升20s圖3mPV(1)電壓表讀數(shù)；(2)產(chǎn)生的熱量；(3)提升物體的有用功；(4)電動機的工作效率。解析(1)直流電動機通過電流做功提升重物過程中，電能轉(zhuǎn)化成機械能的功率為：P機＝Fv=mgv，電能轉(zhuǎn)化成內(nèi)能的功率為：P內(nèi)＝I2R。根據(jù)能量守恒定律可知P電＝P機+P內(nèi)＝mgv+I2R=UI，故有U===30V(2)產(chǎn)生的熱量：Q=I2Rt=(2A)2×1.5Ω×20s=120J(3)提升物體的有用功：W有=P機t=mgvt=540×10－3kg×10N/kg×10m/s×20s=1080J(4)電動機工作20s消耗的電能：W總=P電t=UIt=30V×2A×20s=1200J，故電動機的工作效率：η=W有/W總×100%=1080J/1200J×100%=90%。五、光、電、熱綜合例5近幾年來我市冬季蔬菜價格逐年攀升，但種植蔬菜的大棚數(shù)量卻逐年減少，小剛調(diào)查發(fā)現(xiàn)，煤炭價格上漲是導(dǎo)致蔬菜成本上升的重要原因。為此小剛想，能否利用所學(xué)的知識對大棚進行節(jié)能改造。評估利用太陽能和電能為大棚提供能源的可行性。查閱資料可知，本地區(qū)冬季太陽能集熱管每平方米面積上每天可接受的太陽能是1.68×107J，煤的熱值為3×107J/kg。請你幫他完成下列計算，為小剛的評估提供依據(jù)。（1）如果這些能量的90%被水吸收，可使多少千克的水從20℃升高到70℃？（2）用集熱管每平方米每天接收的太陽能替代煤，可節(jié)約多少千克煤？（假設(shè)煤完全燃燒）（3）如果用3kW的電熱器加熱（1）問中的水，需要多長時間？（不計熱量損失）（4）請寫出一條太陽能的優(yōu)點或缺點。解析（1）太陽能的一部分被水吸收，則水吸收的能量：Q吸=ηW=90%×1.68×107J=1.512×107J可加熱水的質(zhì)量：m===72kg（2）由題意可知，W=Q放=qm，m===0.56kg（3）3kW=3000W，如果用3kW的電熱器加熱這些水，需要加熱時間：t===5040s=84min（4）優(yōu)點是：來源廣、無污染、可再生等；缺點是：受天氣影響、不穩(wěn)定。六、光、電綜合圖4aSb蓄電池太陽能電池板例6如圖4所示的是一種太陽能路燈的電路示意圖，光控開關(guān)S白天與a點接觸，太陽能電池板給蓄電池充電；晚上與b點接觸，蓄電池給路燈供電，太陽能電池板在晴天時每天可接收太陽能7.5kW?h，能使“12V30W”圖4aSb蓄電池太陽能電池板（1）路燈正常工作時的電阻；（2）正常工作時每盞燈每天消耗的電能；（3）太陽能電池板把光能轉(zhuǎn)化為電能的效率。解析（1）R=U2/P=(12V)2/30W=4.8Ω（2）正常工作時每盞燈每天消耗的電能：W=Pt=30×10－3kW×10h=0.3kW?h（3）太陽能電池板把光能轉(zhuǎn)化為電能的效率：η=×100%=×100%=20%七、力、熱、光、電綜合圖5例7在新農(nóng)村建設(shè)中很多樓房頂部裝有如圖5所示的太陽能、電能兩用熱水器，該熱水器利用太陽輻射的能量加熱時，能把所接收太陽能的70%轉(zhuǎn)化為水的內(nèi)能；用電熱絲加熱時，能把電熱的90%轉(zhuǎn)化為水的內(nèi)能。該熱水器也可以利用太陽輻射的能量和電熱絲同時加熱，它的銘牌如下表所示。小明家熱水器的支架與樓頂水平臺面總接觸面積為0.1m2。他家所在地區(qū)（晴天）每天接收太陽輻射的時間為8h，太陽光照射到地面時的輻射功率為900J/(s?m2)，即每平方米面積上每秒得到的太陽輻射能平均為900J。已知g=10N/kg，c水=4.2×103J/（kg·℃），ρ水=1.0×103kg/m3。求：圖5（1）熱水器每天接收的太陽輻射能使水溫升高多少度；（2）熱水器將水從20℃加熱到52.4℃所需的最短時間。xx牌熱水器型號HM-20集熱管數(shù)28支額定頻率50Hz水箱容積150L集熱管管長180cm額定電壓220V防水等級A系統(tǒng)承壓3.0MPa額定功率4000W自身質(zhì)量50kg采光面積2.0m2解析（1）熱水器每天接受的太陽輻射能：W=900J/（s·m2）×8×3600s×2.0m2=5.184×107J，水吸收的熱量：Q吸=70%W=70%×5.184×107J=3.6288×107J水的體積V=150L=150×10-3m3=0.15m3水的質(zhì)量：m水=ρV=1.0×103kg/m3×0.15m3=150kg故水升高的溫度：△t===57.6℃；（2）熱水器將水從20℃加熱