河南省2024年物理中考热点备考重难专题：效率类综合应用题（课后练习）

这是一份河南省2024年物理中考热点备考重难专题：效率类综合应用题（课后练习），共9页。
(2)R2阻值是多少？
(3)小莉在网上查看产品宣传：此养生壶6 min可把1 L、初温为20 ℃的水煮沸，无需久等，额定电压下工作时，加热效率为80%.请计算说明此宣传是否真实.[已知当地气压为1个标准大气压，c水＝4.2×103 J/(kg·℃)，ρ水＝1.0×103 kg/m3]
(4)细心的小莉发现现在的养生壶部分为二脚插座，请从安全用电角度提点建议.
例2 (2022河南黑白卷)在河南郑州黄河国家博物馆建设中，需要利用电动机把质量为1 t的材料沿与水平地面成30°夹角的斜坡以1 m/s的速度匀速从底部拉上坡顶.如图所示，已知斜坡高度为7.5 m，电动机的输出功率为12.5 kW.(g取10 N/kg)
(1)使用斜面________(选填“能”或“不能”)省功.
(2)把材料从斜面底拉到斜面顶所用的时间是多少？
(3)把材料拉上斜面顶的过程中斜面的机械效率是多少？
(4)请你通过计算说明，使用该斜面达到了省力目的吗？原因是什么？
对材料施加的拉力大于材料的重力，并不省力，原因是受到斜面的摩擦力太大
实战演练
1.(2022河南逆袭卷)如图所示是一辆质量为2 t的鲜奶运输车，车以72 km/h的速度在平直公路上匀速行驶时受到的阻力为其总重的0.03倍.车箱的容积为5 m3，车轮与地面总接触面积为0.8 m2.牛奶的密度是1.04×103 kg/m3.(g取10 N/kg，柴油的热值q柴油＝4.0×107 J/kg).求：
(1)汽车关闭发动机在水平路面上做减速运动时，汽车所受摩擦力________；发动机的压缩冲程的能量转化情况是__________________.
(2)装满牛奶后，运输车对地面的压强；
(3)运输车满载行驶时发动机的效率为30%，匀速行驶10 km，需要消耗柴油多少千克？
2. 如图是液压起重车的示意图.使用时液压杆将起重臂顶起，同时通过与钢索连接的电动机工作，可将重物吊起到需要的地方.(不计绳重和摩擦阻力)
(1)如图所示A处的滑轮是________滑轮，液压杆顶起起重臂的过程中，该起重臂可看作一个________杠杆.
(2)当起重臂在如图位置稳定后，启动电动机将重为6 000 N的物体用一定的速度匀速吊起，此时滑轮组的机械效率是75%，则电动机对钢索的拉力为多少？
(3)电动机将重为6 000 N的物体用一定的速度匀速吊起2 m，用时40 s，拉力做功的功率为多少？
3. (2022河南预测卷)河南省焦作云台山景区索道已经投入运行，如图所示，已知索道全长约1 700米，高度差约680米.只需6分钟就可以将游客从停车场送到茱萸峰.旅游旺季时的最大运客量为3 000人/小时，索道以该状态运行时的效率约为60%.人的平均体重取50 kg，g取10 N/kg.
(1)人坐缆车上山过程中看到脚下的大山远离自己而去，这是以________为参照物，缆车匀速上升过程中人具有的动能________(选填“变大”“变小”或“不变”).
(2)缆车从停车场运行到茱萸峰的平均速度为多少？(保留两位小数)
(3)以最大运客量运行过程中电动机的电功率为多少？
(4)在旅游淡季，索道不能载满游客，则运行效率如何变化？说出你的理由.
4.小明家新买了一台电热足浴器，其简化电路原理图如图18所示，当水温达到设定温度时，温控开关S2可自动切换至保温状态，R1、R2是发热电阻(阻值不受温度的影响)，主要参数如下表．[水的比热容为c水＝4.2×103 J/(kg·℃)]
(1)由电路图可知接线柱________(选填“A”或“B”)接的是火线．当开关S1闭合后，加热一段时间，水温达到设定值，S2________(选填“断开”或“闭合”)，热水器进入保温状态．
(2)求电热足浴器处于正常加热状态时流过保险丝的电流．
(3)用此足浴器将5 kg的水从20 ℃加热到40 ℃用时500 s，求水吸收的热量．
(4)小明发现加热时间比平时用时长，他认为可能是当时的实际电压低于额定电压，经过测量发现实际电压是200 V，则该过程中电热足浴器的加热效率是多少？
参考答案
典例精讲
例1 (1)电流的热效应
(2)(3)【思路分析】
解：(2)当开关S、S1闭合后，只有电阻R1工作，由P＝ eq \f(U2,R) 可得，此时功率最大，处于加热挡
R1的阻值
R1＝ eq \f(U2,P加热) ＝ eq \f(（220 V）2,1 100 W) ＝44 Ω
当开关S闭合、S1断开时，养生壶处于保温挡
电路总电阻
R总＝ eq \f(U2,P保温) ＝ eq \f(（220 V）2,440 W) ＝110 Ω
R2的阻值
R2＝R总－R1＝110 Ω－44 Ω＝66 Ω
(3)由ρ＝ eq \f(m,V) 可得水的质量
m＝ρ水V＝1.0×103 kg/m3×1×10－3 m3＝1 kg
水吸收的热量
Q吸＝c水mΔt＝4.2×103 J/(kg·℃)×1 kg×(100 ℃－20 ℃)＝3.36×105 J
由P＝ eq \f(W,t) 可得养生壶在6 min内消耗的电能
W＝P加热t＝1 100 W×6×60 s＝3.96×105 J
由于其加热效率为80%，故水吸收的热量
Q＝ηW＝80%×3.96×105 J＝3.168×105 J
比较Q吸与Q之间的关系，得出结论：水需要吸收的热量Q吸＞Q，故宣传是不真实的
(4)当养生壶漏电时外壳带电，人接触外壳就有触电的危险，由于两脚插头不能起保护作用，应该换成三脚插头更安全.
例2 (1)不能
(2)斜面长s＝2h＝2×7.5 m＝15 m
电动机把材料从斜面底拉到斜面顶的时间t＝ eq \f(s,v) ＝ eq \f(15 m,1 m/s) ＝15 s
(3)材料重G＝mg＝1×103 kg×10 N/kg＝1×104 N
电动机做的有用功W有用＝Gh＝1×104 N×7.5 m＝7.5×104 J
电动机把材料从斜面底拉到斜面顶过程中做的总功
W总＝Pt＝1.25×104 W×15 s＝1.875×105 J
斜面的机械效率η＝ eq \f(W有用,W总) ×100%＝ eq \f(7.5×104 J,1.875×105 J) ×100%＝40%
(4)电动机对材料的拉力F＝ eq \f(W总,s) ＝ eq \f(1.875×105 J,15 m) ＝1.25×104 N>G
对材料施加的拉力大于材料的重力，并不省力，原因是受到斜面的摩擦力太大
实战演练
1.(1)不变 机械能转化为内能
解：(2)运输车的质量为2 t，运输车空载时自重：G车＝m车g＝2×103 kg×10 N/kg＝2×104 N
由ρ＝ eq \f(m,V) 得，车箱装满牛奶后牛奶的质量：
m牛奶＝ρV＝1.04×103 kg/m3×5 m3＝5.2×103 kg
牛奶的重力：
G牛奶＝m牛奶g＝5.2×103 kg×10 N/kg＝5.2×104 N
运输车装满牛奶后对地面的压力：
F压＝G总＝G车＋G牛奶＝2×104 N＋5.2×104 N＝7.2×104 N
运输车装满牛奶后对地面的压强
p＝ eq \f(F压,S) ＝ eq \f(7.2×104 N,0.8 m2) ＝9×104 Pa
(3)鲜奶运输车匀速行驶时所受牵引力
F牵＝f＝0.03G总＝0.03×7.2×104 N＝2.16×103 N
运输车做的有用功
W有用＝F牵s＝2.16×103 N×10×103 m＝2.16×107 J
由η＝ eq \f(W有用,Q放) ×100%得，柴油完全燃烧放出的热量：
Q放＝ eq \f(W有,η) ＝ eq \f(2.16×107 J,30%) ＝7.2×107 J
由Q放＝mq得，需要完全燃烧柴油的质量：
m柴油＝ eq \f(Q放,q柴油) ＝ eq \f(7.2×107 J,4.0×107 J/kg) ＝1.8 kg
2. (1)动 费力 【解析】(1)由图可知，起重机钢索下的那个滑轮随着重物一起升降，因此是动滑轮；液压起重车的起重臂在使用时，液压杆对起重臂的力为动力，重物对起重臂的拉力为阻力，不难发现，此时动力臂小于阻力臂，是一个费力杠杆.
解：(2)由图知，n＝2，拉力端移动距离s＝nh
滑轮组的机械效率η＝ eq \f(W有,W总) ×100%＝ eq \f(Gh,Fs) ×100%＝ eq \f(Gh,Fnh) ×100%＝ eq \f(G,nF) ×100%
则电动机拉力F＝ eq \f(G,nη) ＝ eq \f(6 000 N,2×75%) ＝4 000 N
(3)拉力做功
W＝Fs＝4 000 N×2×2 m＝1.6×104 J
拉力做功的功率P＝ eq \f(W,t) ＝ eq \f(1.6×104 J,40 s) ＝400 W
3. (1)自己(或吊箱) 不变
【解析】看到大山离自己远去，是以自己或吊箱为参照物；缆车在匀速上升过程中，人的质量不变，速度不变，所以人的动能不变.
【思路分析】
解：(2)缆车运行的平均速度v＝ eq \f(s,t) ＝ eq \f(1 700 m,6×60 s) ≈4.72 m/s
(3)由题可知缆车运行一趟在竖直方向上升的高度约为680 m，最大运客量为3 000人/小时，缆车以最大运客量工作一小时对游客做的功W有＝G总h＝3 000mgh＝3 000×50 kg×10 N/kg×680 m＝1.02×109 J
由于运客量最大时，索道的效率约为60%，缆车这一小时消耗的总电能W电＝ eq \f(W有,η) ＝ eq \f(1.02×109 J,60%) ＝1.7×109 J
电动机的电功率P＝ eq \f(W电,t) ＝ eq \f(1.7×109 J,60×60 s) ≈472 kW
(4)运行效率将减小.原因：缆车运行时每个缆车消耗的能量约等于有用功和克服自身重力所做的额外功之和，因为在旅游淡季，缆车运行时会存在没有满载的情况，没有满载相比满载的情况下，缆车所做的有用功减小，额外功不变，故其运行效率会减小.
4. (1)A 断开
解：(2)当电热足浴器处于正常加热状态时，由表可得足浴器的加热功率P加热＝1 210 W
由P＝UI得此时流过保险丝的电流I＝ eq \f(P加热,U额) ＝ eq \f(1 210 W,220 V) ＝5.5 A
(3)水吸收的热量Q吸＝c水m(t－t0)＝4.2×103 J/(kg·℃)×5 kg×(40 ℃－20 ℃)＝4.2×105 J
(4)由I＝ eq \f(U,R) 、P＝UI可得：在加热过程中，加热时的电阻为R＝ eq \f(U2,P加热) ＝ eq \f(（220 V）2,1 210 W) ＝40 Ω
当电路中的电压为200 V时，此时电路中的电流为I实＝ eq \f(U实,R) ＝ eq \f(200 V,40 Ω) ＝5 A
加热500 s时，电路消耗的电能为W＝U实I实t＝200 V×5 A×500 s＝5×105 J
则该过程中电热足浴器的加热效率为η＝ eq \f(Q吸,W) ×100%＝ eq \f(4.2×105 J,5×105 J) ×100%＝84%
【一题多解】(4)依据电热足浴器加热时的加热电阻不变
由I＝ eq \f(U,R) 、P＝UI得 eq \f(U eq \\al(2,额) ,P加热) ＝ eq \f(U eq \\al(2,实) ,P实) ，代入数据有 eq \f(（220 V）2,1 210 W) ＝ eq \f(（200 V）2,P实)
解得P实＝1 000 W
加热500 s时，电路消耗的电能为W＝P实t＝1 000 W×500 s＝5×105 J
则该过程中电热足浴器的加热效率为η＝ eq \f(Q吸,W) ×100%＝ eq \f(4.2×105 J,5×105 J) ×100%＝84%
额定电压U＝220 V
额定功率/W
保温440
加热1 100
额定电压
220 V
加热功率
1 210 W
保温功率
220 W
容积
7 L
求解
题干信息
所用公式
(2)R2的阻值
养生壶的额定电压U＝220 V
加热挡的额定功率为1 100 W
保温挡的额定功率为440 W
P＝ eq \f(U2,R)
(3)计算说明此宣传是否真实
气压为1个标准大气压
水的初温为20 ℃
水的体积为1 L
养生壶的加热时间6 min
额定电压下工作时，加热效率为80%
ρ＝ eq \f(m,V)
W＝Pt
Q＝cmΔt
η＝ eq \f(Q吸,W) ×100%
求解
题干信息
所用公式
(2)缆车从停车场运行到茱萸峰的平均速度
索道全长约1 700米，只需6分钟就可以将游客从停车场送到茱萸峰
v＝ eq \f(s,t)
(3)以最大运客量运行过程中电动机的电功率
高度差约680米，旅游旺季时的最大运客量为3 000人/小时，索道以该状态运行时的效率约为60%.人的平均体重取50 kg，g取10 N/kg
W＝Gh
η＝ eq \f(W有,W总) ×100%
P＝ eq \f(W,t)