電能轉換效率類相關計算題類型與精選解析

作者：物理樂園

來源：物理樂園(微信公眾號：wulipark)

致

敬

!

一

路

走

好

！

英

雄

04.04

電熱轉換效率

命題

類型1　耗電型電熱轉換效率

1.在實踐活動中，小剛所在的興趣小組對電熱水壺進行了研究與計算．

(1)如圖所示，電熱水壺使用的都是三腳插頭，中間較長的腳連接的是電熱水壺的金屬外殼，插入三孔插座後可將其與________相連，防止漏電時對人造成傷害．壺底的加熱盤燒水時是通過________的方式改變了水的內能．

(2)電熱水壺的銘牌如下表所示，正常工作時通過電熱水壺的電流是多少？(結果保留一位小數)

(3)為了測量電熱水壺的加熱效率，小剛在壺中加入額定容量的初溫為15 ℃的水，在額定電壓下將其加熱到沸騰，用時7 min.已知燒水時氣壓為1個標準大氣壓，ρ水＝1.0×103 kg/m3，c水＝4.2×103 J/(kg·℃)，則該電熱水壺的加熱效率為多少？

解析：

（1）大地　熱傳遞

（2）電熱水壺正常工作時通過電熱水壺的電流：

(3)壺中加入的水的質量：

m＝ρ水V

＝1.0×103 kg/m3×2.0×10－3 m3

＝2 kg

水吸收的熱量

Q吸＝c水mΔt

＝4.2×103 J/(kg·℃) ×2 kg×(100 ℃－15 ℃)

＝7.14×105 J

消耗的電能

W＝P額t＝2 000 W×7×60 s

＝8.4×105 J

加熱效率

2.節約能源應從點滴做起．不少家庭習慣用遙控器關電視而不斷開電源，這一方式雖然便捷，但電視在待機狀態下仍要消耗電能．洋洋家彩色電視機的待機功率大約是5 W，若他家平均每天看4 h電視，看完後電視總處於待機狀態．試問：

(1)在一個月中(按30天計)，洋洋家的這臺電視因待機浪費的電能是多少焦耳？

(2)如果將這些浪費的電能全部用來燒水，可以將多少質量的水從15 ℃加熱到40 ℃？若洋洋洗一次澡需要40 ℃的水20 kg，這些燒熱的水可供他洗澡多少次？[水的比熱容為4.2×103 J/(kg· ℃)]

(3)請你就如何降低彩電的電能消耗，提出兩條合理化建議：

____________________________；

_____________________________.

解析：

（1）浪費的電能為

W＝Pt＝

5 W×(24－4)×3 600 s×30

＝1.08×107 J

（2）依題意可知

Q吸＝W

由Q吸＝c水m(t－t0)得熱水的質量為

可供洋洋洗澡的次數為

（3）

儘量減少待機時間；

看電視時，調小音量

類型2　發電型熱電轉換效率

3.南陽市南召縣回龍抽水蓄能電站，是我省第一座抽水蓄能電站．在深夜用電低谷，它用電網過剩的電能把山下水庫的水抽到山頂水庫內，白天用電高峰時放水發電，補充電網電能不足，為緩解我省電網的調峰壓力做出了貢獻．

(1)蓄能電站放水發電時，______能轉化為______能．

(2)該蓄能電站的發電總功率為110MW，採用220 kV高壓進行輸電，求高壓輸電線中的電流．

(3)該蓄能電站每天發電5小時，如果一天的發電量由熱電轉換效率為30%的熱電廠來提供，需要消耗多少煤？(煤的熱值q＝3.0×107 J/kg)

解析：

(1)機械　電

(2)高壓輸電線中的電流

(3)發電5h的電能：

W＝Pt

＝1.1×108 W×5×3 600 s

＝1.98×1012 J

燃燒煤放出的熱量：

4.利用太陽能電池在太陽光照射下發電叫光伏發電．安陽市啟動了「光伏工程」示範項目，在某中學的教學樓樓頂安裝了總功率為20 kW 的光伏發電系統．

(1)光伏發電系統發電時，______能轉化為______能．

(2)一天的有效光照時間按8h計算，該光伏發電系統一天共發電多少千瓦時？

(3)該光伏發電系統一天的發電量，如果由熱電轉換效率為30%的熱電廠來完成，需要燃燒多少千克煤？(煤的熱值q煤＝3.0×107 J/kg)

(4)請寫出一條光伏發電的優點．

解析：

(1)太陽　電

(2)光伏發電系統一天的發電量

W＝Pt

＝20 kW×8 h

＝160 kW·h

(3)

W＝160 kW·h

＝160×3.6×106 J

＝5.76×108 J

燃燒煤放出的熱量

煤得消耗煤的質量

(4)清潔無汙染，可再生，節約化石能源(答出一條即可)

耗電型電力轉換效率

5.我國從今年4月15日起，正式實施電動自行車新國標．李強購置了一輛符合新國標的電動車，其整車質量為50 kg，最高速度為25 km/h.g取10 N/kg.試問：

(1)當蓄電池充電時，電能轉化為________能；行駛時，電動機提供動力，其工作原理是______________________．

(2)當蓄電池的電全部耗完後，若充電功率為100 W，充滿電需要5 h，不計能量損失，則充滿電後蓄電池儲存的電能為多少？

(3)蓄電池充滿電後，其儲存電能的75%用於車克服阻力做功，當質量為70 kg的李強在水平路面上騎著車，以最高速度勻速電動行駛時，所受阻力為總重的，則車最多能行駛多少小時？

(4)新國標對電動車的整車質量、最高速度都進行了限制，這樣做主要是為了防止車的________較大，以減小行車危險.

解析：

(1)化學　通電導體在磁場中受力轉動

(2)充滿電後蓄電池儲存的電能

W電＝Pt

＝100 W×5×3 600 s

＝1.8×106 J

(3)由題意知，克服阻力做的功

W＝ηW電

＝75%×1.8×106 J

＝1.35×106 J

人和車的總重力

G總＝(m車＋m人)g

＝(50 kg＋70 kg)×10 N/kg

＝1 200 N

電動車在水平路面行駛時受到的阻力

(4)動能

6.隨著人民生活水平的提高，電動自行車已進入千家萬戶．小明家新買的某種型號電動自行車的主要技術參數如表中所示．

(1)電動自行車在構造上利用了很多物理知識，請你仿照例句，另外寫出一條不同的構造與原理．

示例：車座做成寬大的馬鞍狀，是通過增大受力面積來減小壓強．

答：_________________.

(2)該車以額定功率行駛時，通過電機的電流為多大？

(3)電動自行車行駛時所受的阻力為人車總重的0.04倍，電機能把80%的電能轉化為克服阻力做的功．質量為60 kg的小明騎著這輛電動車，在平直公路上以額定功率勻速行駛10 min，通過的路程是多少？(g取10 N/kg)

解析：

(1)輪胎表面有凹凸不平的花紋，是通過增大接觸面粗糙程度來增大摩擦

(2)通過電機的電流：

I＝P/U＝240W/48V

＝5 A

(3)人車總質量

m總＝m人＋m車

＝60kg＋40 kg

＝100 kg

人車總重力：

G總＝m總g

＝100 kg×10 N/kg

＝1 000 N

車受到的阻力：

F阻＝0.04G總

＝40 N

由題意得：

80%×Pt＝F阻s

代入數據得：

80%×240 W×600 s＝40N×s

解得s＝2 880 m

7.某款新型電動汽車的性能參數如表所示，請回答下列問題．

(1)電動機是電動汽車的核心部件，電動機正常工作時，電能轉化為________能，電動機的工作原理是____________.

(2)電動機正常工作時，通過線圈的電流是多大？

(3)同類型號的燃油汽車在同等條件下百公裡消耗汽油為10 L，請通過計算比較兩種汽車的百公裡能耗，並說明能耗不同的主要原因．汽油的密度ρ＝0.7×103 kg/m3，熱值q＝4.6×107 J/kg.

(4)汽車在某段公路上勻速行駛時，進入某超聲測速區域，如圖所示．當該車運動到距測速儀370 m時，測

速儀向該車發出一超聲信號，2 s後收到從車返回的信號．超聲波在空氣中傳播速度為340 m/s，求該車的速度．

解析：

(1)機械　通電導體在磁場中受力運動

(2)電動機正常工作時通過線圈的電流

I＝P/U＝100 A

(3)電動汽車百公裡能耗

W＝15 kW·h

＝15×3.6×106 J

＝5.4×107 J

燃油汽車百公裡油耗

m＝ρV

＝0.7×103 kg/m3×10×10－3 m3

＝7 kg

燃油汽車百公裡能耗

Q＝mq

＝7 kg×4.6×107 J/kg

＝3.22×108 J

電動汽車百公裡能耗小於燃油汽車百公裡能耗，主要因為電動汽車的效率高於燃油汽車的效率

(4)設汽車的速度為v車，超聲測速儀發出的信號

t＝2s/2＝1 s

後與汽車相遇，在這段時間內，汽車的路程與超聲波的路程的關係式：

v車t＋v聲t＝s即

v車×1 s＋340 m/s×1 s

＝370 m

解得v車＝30m/s

拓寬深化訓練，建議先獨立完成，然後對照答案確定對錯。

01

豆漿機主要由電動機和電熱管組成．下表為某型號豆漿機的主要技術參數．如圖所示是用豆漿機在額定電壓下做一次豆漿過程中，電熱管和電動機的P－t圖像．

(1)豆漿機中電熱管和電動機是________(選填「串聯」或「並聯」)關係，電動機將電能轉化為________能．

(2)豆漿機正常工作時，通過電熱管的電流是多少？(結果保留兩位小數)

(3)豆漿機正常工作，做一次豆漿消耗的電能是多少？

(4)豆漿機正常工作時，若在第一個加熱階段消耗的電能有87.5%被豆漿吸收，則能使額定容量的豆漿溫度升高多少？[豆漿的比熱容取4.2×103 J/(kg·℃)，密度與水相同，ρ水＝1.0×103 kg/m3]

02

2.如圖所示是某款電養生壺及其銘牌的部分參數，當養生壺正常工作時，求：

(1)養生壺正常工作的電阻．

(2)若該養生壺的加熱效率為80%，在標準大氣壓下，將初溫是12 ℃的一壺水燒開，需要多長時間．[c水＝4.2×103 J/(kg·℃)，ρ水＝1.0×103 kg/m3]

(3)在物理綜合實踐活動中，小明和小麗同學利用所學習的物理知識，合作測量養生壺的實際功率．電能表上標著「1200 r/(kW·h)」，他們把家中的其他用電器都與電源斷開，僅讓養生壺接入電路中燒水，2 min電能表的轉盤轉了40 r．求電養生壺的實際功率．

03

3. 如圖甲所示，是小姬媽媽為寶寶準備的暖奶器及其內部電路的結構示意圖．暖奶器具有加熱、保溫雙重功能，當雙觸點開關連接觸點1和2時為關閉狀態，連接觸點2和3時為保溫狀態，連接觸點3和4時為加熱狀態．(溫馨提示：最適合寶寶飲用的牛奶溫度為40 ℃)

(1)求電阻R2的阻值；

(2)把400g牛奶從20 ℃加熱到40 ℃，求牛奶所吸收的熱量[c牛奶＝4.0×103 J/(kg·℃)]；

(3)如圖乙所示，是暖奶器的銘牌和其正常加熱和保溫過程中溫度隨時間變化的圖像，求暖奶器在加熱過程中的熱效率．(結果保留到小數點後一位)

04

4.風電是一種潛力巨大的新型能源，河南省風能資源豐富，很適合建設風力發電站，風電項目總規模已達225萬千瓦，位居我國中部省份首位．

(1)風能屬於________________(選填「可再生」或「不可再生」)能源．

(2)我省風力發電一天的最大發電量是多少千瓦時？

(3)火力發電熱電轉化效率為40%，與火電站相比，風力每天發電相當於節約多少煤？(煤的熱值為3.0×107 J/kg)

05

5.海水溫差發電是利用海水錶層和深層之間的溫度差來發電的，據估算，我國南海地區的海水溫差發電潛力(輸出功率)可達14億千瓦．下表是某型號發電機的部分技術參數．回答下列問題：

(1)發電機正常工作時，輸出電流是多少？線圈電阻消耗的功率是多少？

(2)如果發電機的線圈用超導材料製作，則該發電系統的效率將提高多少？

(3)若把南海溫差發電潛力全部開發出來，每天發電量為多少？若利用燃煤發電，發電機的效率為50%，則發出這麼多電能需要燃煤多少千克？(煤完全燃燒，煤的熱值為3×107 J/kg)

(4)請寫出開發和推廣海水溫差發電的優點(寫出一條即可)

06

6.節能減排，綠色環保，新能源汽車成為未來汽車發展的方向．某種型號純電動汽車的部分參數如下表所示：

假如汽車上只有司機一人，質量為60 kg，汽車以60 km/h的速度勻速行駛36km，耗電9 kW·h，汽車所受的阻力為汽車總重的0.05倍．g＝10 N/kg，試問：

(1)電動機的工作原理是________________(選填「電流的磁效應」「磁場對電流的作用」或「電磁感應」)．電動汽車前進和倒車是通過改變________來改變電動機的轉動方向的．

(2)電動汽車對水平地面的壓強是多少？

(3)電動汽車牽引力所做的功是多大？

(4)電動汽車電能轉化為機械能的效率是多大？

07

7.目前全國少數城市已投入使用超級電容公交車．超級電容器是一種新型電能存儲設備，像蓄電池一樣也有正、負兩極，可通過安裝在各公交站點的充電樁快速充滿電，讓車能夠繼續正常行駛．在制動過程中，電車又能通過發電機回收部分能量為超級電容充電，安全高效環保．

假設某型號的超級電容公交車載滿乘客時總質量為15 t，某次運行時從充電樁充滿電後電車儲存的能量約為2×107 J，能以10 m/s的速度保持勻速直線行駛6 km，能量利用的效率為90%。

(1)電車發電機的工作原理是____________．

(2)若公交車載滿乘客時車胎與地面的總接觸面積為0.4 m2，求公交車對地面的壓強．

(3)若公交車在該次運行中受到的阻力恆定，則牽引力大小是多少？

(4)若公交車在該次運行中電容器輸出電壓為300 V，不計電容器輸出電能時的能量損耗，則工作電路的電流有多大？

1.解析：

(1)並聯 機械

(2)通過電熱管的電流

I＝P/U≈4.55 A

(3)電熱管消耗的電能

W1＝P1t1

＝1 000 W×10×60 s

＝6.0×105 J

電動機消耗的電能

W2＝P2t2

＝120 W×6×60 s

＝4.32×104 J

做一次豆漿消耗的電能

W電＝W1＋W2

＝6.432×105 J

(4)豆漿的質量

m＝ρV

＝1.0×103 kg/m3×1.0×10－3 m3

＝1.0 kg

消耗的電能

W電1＝Pt電1

＝1 000 W×4×60 s

＝2.4×105 J

2.解析：

(1)由表格中的數據可知：電養生壺的額定電壓為220 V，額定功率為1100 W

根據P＝可得R＝＝＝44 Ω

(2)水的質量

m＝ρ水V

＝1.0×103 kg/m3×0.001 m3

＝1kg

水吸收熱量

Q吸＝c水m(t2－t1)＝4.2×103 J/(kg·℃)×1 kg×(100 ℃－12 ℃)

＝3.696×105 J

3.解析：

解得R2＝242 Ω

(2)牛奶所吸收的熱量

Q吸＝c牛奶mΔt

＝4.0×103 J/(kg·℃)×0.4 kg×(40 ℃－20 ℃)

＝3.2×104 J

(3)由圖乙可知暖奶器在加熱狀態工作時間為0～200 s，則加熱狀態消耗的電能

W電＝P加熱t

＝220W×200s

＝4.4×104 J

暖奶器在加熱過程中的熱效率

4.解析：

(1)可再生

(2)已知風電最大功率為P＝2.25×106 kW

一天的發電量為W＝Pt＝2.25×106 kW×24 h＝5.4×107 kW·h

(3)節約的煤的質量為

5.解析：

(1)發電機正常工作時的輸出電流

線圈消耗的功率

P熱＝I2R

＝(100A)2×0.1Ω

＝1000 W

(2)如果發電機的線圈用超導體製作，則機械能全部轉化為電能

發電系統增加的功率

(3)每天的發電量

W＝Pt

＝1.4×109 kW×24 h

＝3.36×1010 kW·h

煤完全燃燒放出的熱量

(4)海水溫差發電潛力巨大，可以重複利用，減少了煤、石油等能源的使用(或可以減少二氧化碳等有害物質的排放，合理即可)．

6.解析：

(1) 磁場對電流的作用　電流方向

(2)電動汽車對水平地面的壓力

F＝G總＝(m1＋m2)g

＝(1380 kg＋60 kg)×10 N/kg

＝14400 N

電動汽車對水平地面的壓強

p＝F/S

＝14400N/0.032m2

＝4.5×105 Pa

(3)電動汽車所受牽引力

F牽＝F阻＝0.05G總

＝0.05×14 400 N

＝720N

電動汽車牽引力所做的功

W＝F牽s

＝720N×36000 m

＝2.592×107 J

(4)由題可知

W電＝9kW·h＝3.24×107 J

電動汽車電能轉化為機械能的效率為

7.解析：

Q

怎樣下載課件、試卷等？

A

點擊左下角「閱讀原文」，進入「物理好資源網」，然後選擇相關欄目並尋找到所需要資源，免費下載。

END

【歡迎關注本公眾號：長按識別關注】

若需要免費下載更多教學資源等，可點擊文下「閱讀原文」。