解读能源综合计算题

此文件下载后可以自行修改编辑删除解读能源综合计算题湖北王伦宇回眸近几年各地中考物理综合试题，我们不难发现：以太阳能汽车、电动车、混合动力汽车等为载体，考查同学们能源及其利用、能量转化及其相关综合计算能力和节能、环保意识的题目日趋成为热点，我们应高度关注。图1一、力、热综合图1例1为了保障学生人身安全，目前已有一大批校车投入使用。如图1为某中学专用校车，其总质量为6.4t，每个轮子与地面的接触面积为400cm2，这辆校车在某段平直公路上匀速行驶8km用时10min，消耗柴油2L，受到的阻力是1.8×103N，（柴油热值3.3×103J/kg，柴油的密度0.85×103kg/m3，取g=10N/kg）求：（1）这段路程内发动机做功的功率；（2）这段路程内消耗的柴油完全燃烧放出的热量。解析（1）校车发动机的功率为：P=====2.4×104W；（2）柴油的质量为：m=ρV=0.85×103kg/m3×1.7×10－3m3=1.7kg，柴油完全燃烧放出的热量为：Q=qm=3.3×107J/kg×1.7kg=5.61×107J。图2二、电、图2例2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2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•℃）]解析（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）由题可知，Q吸=W电×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、电综合例3一辆汽油和电力混合动力轿车，仅凭汽油动力在平直公路上以v1=90km/h匀速行驶时，输出功率P=50kW。当驾驶员看到前方55m处有超速违章拍照装置（限速70km/h）时，在保持输出功率不变的情况下，立即启动充电装置给电池充电，达到使轿车减速的目的，轿车行驶3s后，速度减为v2=70km/h，在这一段时间内，轿车的平均速度为v=72km/h，发动机输出功率的80%用于充电，充电效率为50%。轿车在上述过程中所受阻力保持不变。（1）求轿车所受阻力的大小；（2）通过计算判断轿车是否会因为超速而被拍照；（3）若将上述过程充电所获电能全部用来维持该轿车以90km/h匀速行驶，求行驶距离。解析（1）90km/h=25m/s，由P===Fv得F====2000N，而汽车做匀速直线运动，所以汽车受到的阻力和牵引力是一对平衡力，易知f=F=2000N。（2）在这一段时间内，轿车的平均速度为v=72km/h，72km/h=20m/s，轿车行驶3s通过的路程：s=vt=20m/s×3s=60m＞55m，所以汽车会被拍照。（3）获得的电能：E电=Wη=Pt×80%×50%=5×104W×3s×80%×50%=6×104J，根据能量守恒，E电=fs，故轿车行驶距离：s′===30m。四、力、电、热综合图3mPV例4如图3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，有部分电能转变成内能。已知线圈电阻为1.5Ω，电动机正常工作时，通过线圈的电流为2A，物体质量是540g，以10m/s匀速上升，不计绳的重力和一切摩擦。物体上升20s图3mPV(1)电压表读数；(2)产生的热量；(3)提升物体的有用功；(4)电动机的工作效率。解析(1)直流电动机通过电流做功提升重物过程中，电能转化成机械能的功率为：P机＝Fv=mgv，电能转化成内能的功率为：P内＝I2R。根据能量守恒定律可知P电＝P机+P内＝mgv+I2R=UI，故有U===30V(2)产生的热量：Q=I2Rt=(2A)2×1.5Ω×20s=120J(3)提升物体的有用功：W有=P机t=mgvt=540×10－3kg×10N/kg×10m/s×20s=1080J(4)电动机工作20s消耗的电能：W总=P电t=UIt=30V×2A×20s=1200J，故电动机的工作效率：η=W有/W总×100%=1080J/1200J×100%=90%。五、光、电、热综合例5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。查阅资料可知，本地区冬季太阳能集热管每平方米面积上每天可接受的太阳能是1.68×107J，煤的热值为3×107J/kg。请你帮他完成下列计算，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）用集热管每平方米每天接收的太阳能替代煤，可节约多少千克煤？（假设煤完全燃烧）（3）如果用3kW的电热器加热（1）问中的水，需要多长时间？（不计热量损失）（4）请写出一条太阳能的优点或缺点。解析（1）太阳能的一部分被水吸收，则水吸收的能量：Q吸=ηW=90%×1.68×107J=1.512×107J可加热水的质量：m===72kg（2）由题意可知，W=Q放=qm，m===0.56kg（3）3kW=3000W，如果用3kW的电热器加热这些水，需要加热时间：t===5040s=84min（4）优点是：来源广、无污染、可再生等；缺点是：受天气影响、不稳定。六、光、电综合图4aSb蓄电池太阳能电池板例6如图4所示的是一种太阳能路灯的电路示意图，光控开关S白天与a点接触，太阳能电池板给蓄电池充电；晚上与b点接触，蓄电池给路灯供电，太阳能电池板在晴天时每天可接收太阳能7.5kW•h，能使“12V30W”图4aSb蓄电池太阳能电池板（1）路灯正常工作时的电阻；（2）正常工作时每盏灯每天消耗的电能；（3）太阳能电池板把光能转化为电能的效率。解析（1）R=U2/P=(12V)2/30W=4.8Ω（2）正常工作时每盏灯每天消耗的电能：W=Pt=30×10－3kW×10h=0.3kW•h（3）太阳能电池板把光能转化为电能的效率：η=×100%=×100%=20%七、力、热、光、电综合图5例7在新农村建设中很多楼房顶部装有如图5所示的太阳能、电能两用热水器，该热水器利用太阳辐射的能量加热时，能把所接收太阳能的70%转化为水的内能；用电热丝加热时，能把电热的90%转化为水的内能。该热水器也可以利用太阳辐射的能量和电热丝同时加热，它的铭牌如下表所示。小明家热水器的支架与楼顶水平台面总接触面积为0.1m2。他家所在地区（晴天）每天接收太阳辐射的时间为8h，太阳光照射到地面时的辐射功率为900J/(s•m2)，即每平方米面积上每秒得到的太阳辐射能平均为900J。已知g=10N/kg，c水=4.2×103J/（kg·℃），ρ水=1.0×103kg/m3。求：图5（1）热水器每天接收的太阳辐射能使水温升高多少度；（2）热水器将水从20℃加热到52.4℃所需的最短时间。xx牌热水器型号HM-20集热管数28支额定频率50Hz水箱容积150L集热管管长180cm额定电压220V防水等级A系统承压3.0MPa额定功率4000W自身质量50kg采光面积2.0m2解析（1）热水器每天接受的太阳辐射能：W=900J/（s·m2）×8×3600s×2.0m2=5.184×107J，水吸收的热量：Q吸=70%W=70%×5.184×107J=3.6288×107J水的体积V=150L=150×10-3m3=0.15m3水的质量：m水=ρV=1.0×103kg/m3×0.15m3=150kg故水升高的温度：△t===57.6℃；（2）热水器将水从20℃加热