專項03 能量轉(zhuǎn)化效率的計算

專項綜合全練(三)能量轉(zhuǎn)化效率的計算類型一機械能與電能的轉(zhuǎn)化1.(2023四川達州期末)武都電站是依托武都水庫興建的壩后式電站，裝有三臺機組，總裝機容量15萬千瓦(g=10N/kg，ρ水=1.0×103kg/m3)。(1)若電站實際年平均發(fā)電量為6.1億kW·h，電力系統(tǒng)吸收的有效電量為5.745億kW·h，其中電廠用電0.5%，出廠后專用輸變電損失1%，按平均上網(wǎng)電價0.28元/kW·h計算，電站年收益多少億元?(保留三位有效數(shù)字)(2)若電站水面落差(水面與發(fā)電機之間的高度差)為80m，按裝機容量滿負荷發(fā)電，發(fā)電機機械能轉(zhuǎn)化為電能的效率為75%，水的流量Q為多少?(流量Q：單位時間內(nèi)流過截面積的體積)(3)學(xué)校興趣小組在湖面上做實驗，用一機動船拖拉一無動力的木船以1.5m/s的速度勻速前進，機動船的質(zhì)量為2×103kg，內(nèi)燃機功率為170kW，木船下部都可以視為長方體，底面面積為12m2，吃水深度0.4m，兩船受到的阻力都是船重的0.5倍，機動船的內(nèi)燃機效率是多少?類型二風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能2.(2023陜西師大附中二模)西渝高鐵是西安至重慶的一條高速鐵路，全長739千米，設(shè)計時速350千米。其中西安至安康段已開工建設(shè)，建設(shè)工期為5年。(1)鐵軌下方鋪設(shè)枕木是為了壓強，車頭設(shè)計成流線型是為了阻力。

(2)若通車后，一列長300m的動車組(如圖甲)以50m/s的速度勻速通過一條長1200m的隧道。該列動車組完全通過隧道所用的時間為多少?(3)若動車組以60m/s的速度勻速運動時，所受到的阻力為7×104N，則此時電動機的輸出功率是多大?(4)我國風(fēng)力資源豐富，圖乙為某地風(fēng)力發(fā)電機。若當?shù)孛棵朊科椒矫酌娣e吹過的風(fēng)的能量約為200J，風(fēng)機有效迎風(fēng)面積約為2.0×104m2。一臺風(fēng)機一天的發(fā)電量可以供一列總輸出功率為4800kW的動車組以250km/h的速度運動1250km，則風(fēng)機把風(fēng)能轉(zhuǎn)換為電能的效率是多少?(忽略其他能量損耗)類型三太陽能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能3.(2020山東煙臺中考改編)如圖甲所示是一個電輔助太陽能熱水器(以下簡稱熱水器)。圖乙為該熱水器電加熱部分的原理圖，S是控制開關(guān)，可以在1、2、3三擋之間切換；如表為熱水器的銘牌。在光照條件不好時，可用電加熱器加熱，溫度達到預(yù)設(shè)溫度時會自動切換到保溫狀態(tài)，為了防止觸電，熱水器在向外供水過程中會自動斷電。某日因天氣原因，太陽輻射能為E=1.75×105J/(h·m2)(每小時每平方米輻射的熱量)，太陽能只將水由20℃加熱到了30℃，此時開啟電加熱器，將水加熱到預(yù)設(shè)溫度70℃。已知太陽能板的面積為2m2，水吸收太陽能的效率為60%，水的比熱容為4.2×103J/(kg·℃)。供水過程中不計熱量損失，請根據(jù)以上條件分析計算： 項目參數(shù)電源電壓/V220低溫擋功率/W100高溫擋功率/W1200容積/L50(1)水吸收太陽能的多少。(2)太陽能板當天接收太陽能的時間。(3)電路中電阻R2的阻值。(4)在熱水器向外供水時，通過控制冷、熱水閥使熱水器內(nèi)的熱水與20℃的冷水混合，可以使出水口流出的水達到需要的溫度。已知人在淋浴時適宜的水溫為40℃，每個人淋浴用水均為30L，假設(shè)熱水器內(nèi)70℃的熱水能全部用完，則能滿足幾個人的淋浴用水。類型四內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能4.(2023內(nèi)蒙古呼和浩特月考)近年來，人們致力于研發(fā)以電池為動力的純電動汽車，期望更加節(jié)能環(huán)保、安全高效，并取得了長足進步，對于某成熟品牌的電動汽車，已知其質(zhì)量恒為m，在水平路面上行進過程中所受阻力恒定(不計空氣阻力)。(1)若斜坡長為L，爬坡速度為v1，求汽車爬坡所用時間t1；(2)如果該汽車以v2的速度在水平路面上勻速行駛，且牽引力的功率為P，行駛t2時間內(nèi)，消耗的電能為E，求：在這個過程中，摩擦阻力大小及汽車的效率；(3)若汽車在相同的水平路面上以12v2的速度勻速行駛t3時間，試求牽引力在t3類型五電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能5.(2023重慶中考B卷)李老師桌上有一張老式加熱鼠標墊(內(nèi)有一根加熱電阻絲)，如圖所示，鼠標墊質(zhì)量為200g，規(guī)格為“5V5W”。忽略溫度對電阻的影響。(1)求鼠標墊的電阻；(2)鼠標墊正常工作10min，溫度升高7℃，若此過程中熱損失為30%，估算鼠標墊的比熱容；(3)月月想幫老師擴大鼠標墊溫度調(diào)節(jié)范圍，現(xiàn)有12V的電源、規(guī)格為“5Ω2A”“20Ω1A”的兩個滑動變阻器。她準備通過滑動變阻器來保護電路并調(diào)節(jié)鼠標墊加熱功率，請你幫她選擇合適的滑動變阻器接入電路，并計算改裝后電路消耗的最大功率與最小功率的差值。6.(2023江西中考)如圖所示，勞動課上，某同學(xué)用電磁爐燒水。水壺中裝滿初溫為25℃的水，水壺和電磁爐的部分參數(shù)如表所示。[當時氣壓為一個標準大氣壓，ρ水=1.0×103kg/m3，c水=4.2×103J/(kg·℃)，g=10N/kg]求：水壺電磁爐燒水擋凈重：500g額定電壓：220V容量：2L額定功率：2000W(1)壺中水的質(zhì)量；(2)燒水時壺底的受力面積為100cm2，壺對電磁爐的壓強；(3)當水剛好燒開時，水吸收的熱量；(4)電磁爐正常工作，若加熱效率為84%，水剛好燒開所需的時間。

專項綜合全練(三)能量轉(zhuǎn)化效率的計算答案全解全析1.解析(1)電站年收益n=5.745億kW·h×(1-0.5%)×(1-1%)×0.28元/(kW·h)≈1.58億元。(2)總裝機容量P=15萬千瓦=1.5×108W，1s內(nèi)發(fā)電機組的發(fā)電量W電=Pt=1.5×108W×1s=1.5×108J，1s內(nèi)流下的水的重力做的功W水=W電η=1.5×108J75%=2×108J，水的重力G=W水?=2×108J80m=2.5×106N，m=Gg=2.5×106N10N/kg=2.(3)木船下部排開水的體積V排=Sh=12m2×0.4m=4.8m3，木船受到的浮力F浮=ρ水gV排=1.0×103kg/m3×10N/kg×4.8m3=4.8×104N，木船漂浮，G木=F浮=4.8×104N，行駛時受到的阻力f木=0.5G木=0.5×4.8×104N=2.4×104N，機動船的重力G機=m機g=2×103kg×10N/kg=2×104N，行駛時受到的阻力f機=0.5G機=0.5×2×104N=1×104N，兩船受到的總阻力f總=f木+f機=2.4×104N+1×104N=3.4×104N，把機動船和木船看作一個整體，它們勻速前進時，機動船的牽引力F牽=f總=3.4×104N，則機動船的有用功率P有=W有t=F牽st=F牽v=3.4×104N×1.5m/s=5.1×104W，已知內(nèi)燃機功率P總=170kW=1.7×105W，η=W有W總×100%=P有tP總t2.(1)減小減小(2)30s(3)4200kW(4)25%解析(1)鋪設(shè)枕木是通過增大受力面積來減小壓強的；流線型設(shè)計可以減小空氣阻力；(2)s=s隧道+s車=1200m+300m=1500m，t=sv=1500m50m/s(3)勻速運動時車受到的阻力等于動力，電動機的輸出功率P=Wt=Fst=Fv(4)一臺風(fēng)機一天接收的風(fēng)能W風(fēng)=2.0×104m2×200J/(m2·s)×24×3600s=3.456×1011J，一臺風(fēng)機產(chǎn)生的電能可供動車組運行的時間t'=s'v'=1250km250km/h=5h=1.8×104s，4800kW=4.8×106W，η=W電W風(fēng)3.解析(1)根據(jù)ρ=mV得熱水器內(nèi)水的質(zhì)量m=ρV=1.0×103kg/m3×50×10-3m3=50kg；水吸收的太陽能Q1=cmΔt1=4.2×103J/(kg·℃)×50kg×(30℃-20℃)=2.1×106J(2)根據(jù)η=Q1ESt得，太陽能板當天接收太陽能的時間為t=Q1ESη(3)開關(guān)位于2擋時，只有電阻R1連入電路，處于保溫狀態(tài)，對應(yīng)的功率P1=100W，開關(guān)位于3擋時，電阻R1和R2并聯(lián)連入電路，處于加熱狀態(tài)，對應(yīng)的功率P2=1200W，由P2=P1+U2R2，得1200W=100W+(220V)2R2(4)50L、70℃的熱水溫度降低到40℃的過程中放出的熱量Q2=cmΔt2=4.2×103J/(kg·℃)×50kg×(70℃-40℃)=6.3×106J；不計熱量的損失，20℃的冷水溫度升高到40℃的過程中吸收的熱量Q3=Q2=6.3×106J，由Q=cmΔt得冷水的質(zhì)量m'=Q3cΔt3=6.3×106J4.2×103J/(kg·℃)×(40℃?20℃)=75kg；冷、熱水混合后總質(zhì)量m總=m+m'=50kg+75kg=125kg，總體積V總=4.解析(1)t1=sv=L(2)汽車做勻速直線運動，其受到的摩擦阻力等于牽引力，據(jù)P=Fv可得汽車受到的牽引力F=Pv2，則f=F=Pv2；汽車做功W有用=Pt=Pt2，η=(3)s3=v3t3=12v2t3，W=Fs3=Pv2×s3=Pv2×12v5.解析(1)鼠標墊的電阻R=U2P=(5V)(2)鼠標墊工作過程中，吸收的熱量Q吸=(1-30%)×W=70%×5W×10×60s=2100J；鼠標墊的比熱容c=Q吸mΔt(3)由P=UI得，當鼠標墊正常工作時，電流I=PU=5W5V=1A；此時滑動變阻器的電壓為UP=U源-U=12V-5V=7V；滑動變阻器此時接入電路中的電阻RP=UPI=7V1A=7Ω；應(yīng)選擇“20Ω1A”的滑動變阻器，當鼠標墊正常工作時，電路中電流最大，電路電功率最大為Pmax=U源I=12V×1A=12W；當滑動變阻器接入電路中電阻最大時，電路中電流最小，電路電功率最小為Pmin=U源2R總=(12V)25Ω+20Ω=5.76W；改裝后電路消耗的最大功率與最小功率的差值ΔP6.解析(1)壺中水的質(zhì)量m水=ρ水V=1.0×103kg