2022中考物理复习-关于充电的效率计算问题难题专练

2022中考物理复习-关于充电的效率计算问题难题专练-解析版

1．冬天到了，小明买了一个电暖手宝，如表是电暖手宝的规格说明。若该电暖手宝内水的质量为0.9kg，某次通电加热10min，把里面的水从20℃加热到80℃。已知c水=4.2×103J/（kg•℃）。求：

（1）水吸收的热量。

（2）这个过程中电暖手宝的热效率。

【答案】（1）2.7×105J；（2）84%

【解析】

【详解】

解:（1）水吸收的热量

Q吸=c水m(t﹣t0)=4.2×103J/(kg•℃)×0.9kg×(80℃﹣20℃)=2.268×105J

（2）由可知，电暖手宝消耗的电能

W=Pt=450W×10×60s=2.7×105J

电暖手宝的热效率

η=×100%==84%

答:（1）水吸收的热量为2.268×105J；

（2）这个过程中电暖手宝的热效率84%。

2．停课不停学，但长时间线上学习容易使眼睛疲劳。为了缓解眼睛疲劳，妈妈给小欣购买了一款电加热眼罩，如图甲所示，其相关数据见表，请你解答下列问题：

（1）如图乙是可以通过手动调节高、中，低三挡加热的电热眼罩工作原理图，充电电池电压U＝6V保持不变，电热丝R1＝5Ω，电热丝R2＝10Ω，当眼罩在高温挡工作时功率为多少？

（2）若眼罩在中温挡正常工作十分钟，所消耗的电能是多少？

（3）现有两个充电器，一个标注“输出6V，600mA”，另一个标注“输出6V，4A”，其中一个是快速充电器，假设快充充电效率为90%，选用快速充电器将电加热眼罩的电池从零充满需要多少分钟？

【答案】（1）10.8W；（2）4320J；（3）40分钟

【解析】

【详解】

解：由图可知当S1和S2闭合，S3接b时，该电路为R1和R2的并联电路，此时总电阻最小，由可知此时电功率最大，处于高温挡；当S1闭合，S2断开，S3接a时，该电路为R1和R2的串联电路，此时总电阻最大，由可知此时电功率最小，处于低温挡；当S1和S2闭合，S3接a时，R2被短路，此时电路为R1的简单电路，此时电路总电阻介于最大值和最小值之间，由可知，此时电功率处于最大值和最小值之间，因此是中温挡。

（1）由上述分析可知，当R1和R2并联时，此时处于高温挡，R1和R2并联后的总电阻为

则当眼罩在高温挡工作时功率为

（2）由上述分析可知，当电路为只含有R1的简单电路时，此时处于中温挡。则眼罩在中温挡正常工作十分钟，所消耗的电能为

（3）由已知条件，两个充电器的充电功率分别为

P1＝U1I1＝6V×0.6A＝3.6W

P2＝U2I2＝6V×4A＝24W

所以第二个的充电速度快。电池充满电储存的电能为

W储＝U电池Q＝6V×2.4A×3600s＝51840J

已知充电效率为η＝90%，则消耗的电能

由可得选用快速充电器将电池从零充满需要的时间

答：（1）当眼罩在高温挡工作时功率为10.8W；

（2）中温挡正常工作十分钟，所消耗的电能是4320J；

（3）选用快速充电器将电加热眼罩的电池从零充满需要40分钟。

3．如图所示是我国某品牌自主研发的新能源汽车，正在由落地式充电桩进行充电。该落地式充电桩输入交流电、输出直流电，其参数如表格所示。该电动汽车的电源由8000节电池成，电池质量为0.05kg，该电源能量密度为0.25kW·h/kg（能量密度是指电池可以充入的最大电能与电池质量的比值）汽车每行驶100km的耗电量为20kW·h。求：

（1）该充电桩进行交、直流转换的效率ηI；

（2）该汽车电源能够储存的最大电能；

（3）将汽车从完全没电充电至66％的电能，充电桩在额定状态下需要工作的时间t；

（4）若汽车以20m/s的速度在水平路面上匀速行驶10min的过程中，受到的平均阻力是360N，则该过程中汽车将电能转化为机械能的效率？

【答案】（1）75%；（2）100kW·h；（3）4h；（4）50%

【解析】

【详解】

解：（1）充电桩的额定输入功率为

P入=U入I入=220V×100A=22000W

充电桩的额定输出功率为

P出=U出I出=500V×33A=16500W

该充电桩进行交、直流转换的效率为

（2）所有电池的总质量为

m=8000×0.05kg=400kg

该汽车电源能够储存的最大电能

W=400kg×0.25kW·h/kg=100kW·h

（3）充电桩在额定状态下需要工作的时间

（4）汽车以20m/s的速度在水平路面上匀速行驶10min的路程为

s=vt1=20m/s×10×60s=12000m

受到的平均阻力是360N，由于做的是匀速直线运动，处于平衡状态，故牵引力等于阻力，即

f=F=360N

牵引力做的功为

W牵=Fs=360N×12000m=4320000J

汽车每行驶100km的耗电量为20kW·h，故在水平路面上匀速行驶10min的耗电量为

该过程中汽车将电能转化为机械能的效率是

答：（1）该充电桩进行交、直流转换的效率是75%；

（2）该汽车电源能够储存的最大电能是100kW·h；

（3）将汽车从完全没电充电至66％的电能，充电桩在额定状态下需要工作的时间是4小时；

（4）若汽车以20m/s的速度在水平路面上匀速行驶10min的过程中，受到的平均阻力是360N，则该过程中汽车将电能转化为机械能的效率是50%。

4．现代人提倡“低碳生活”，某公司发明了一种走路时能发电并充电的鞋子充电鞋，这种鞋的后跟装有一个小型涡轮发电机。行走时利用脚跟下落时对鞋跟向下的压力压缩鞋跟做功，使小型涡轮旋转发电，并能给手机、MP3等充电。如图所示，是一名质量为60kg的成年人走路时提起脚跟的示意图，O点是脚尖与鞋底面的接触点，F1为人抬脚时提起脚跟的力，F2的大小等于人的体重，OA=20cm，AB=5cm。每次脚跟下落时，脚跟对鞋跟的下压力F为F1的1.2倍，并向下压缩鞋跟0.5cm。则：（g取10N/kg）

（1）脚跟对鞋跟的下压力F为多大？

（2）人落脚一次下压力做功多少J？

（3）若人步行时平均步距为50cm，充电鞋发电并充电的效率为15%。利用充电鞋给标有“3.6V 1000mAh”耗尽电能的手机电池充电，人至少要行走多远的距离？

【答案】（1）576N；（2）2.88J；（3）1.5×103m

【解析】

【详解】

解：（1）人的重力

F2的大小等于人的体重，即

依题意得

由杠杆平衡条件得

每次脚跟下落时，脚跟对鞋跟的下压力F为F1的1.2倍，即

（2）每次脚跟下落时，脚跟对鞋跟的下压力F为F1的1.2倍，并向下压缩鞋跟0.5cm，所以人落脚一次下压力做功

（3）手机充满电需要的电能为

将手机充满电，需要压力做的功为

人需要行走的距离为

答：（1）脚跟对鞋跟的下压力F为576N；

（2）人落脚一次下压力做功2.88J；

（3）若人步行时平均步距为50cm，充电鞋发电并充电的效率为15%。利用充电鞋给标有“3.6V 1000mAh”耗尽电能的手机电池充电，人至少要行走1.5×103m。

5．王老师从家里出发，使用充满电的油电混用汽车到学校。整个过程经历了三个阶段：

阶段一：由电动机带动从静止加速行驶500m，直至速度达到54km/h，能耗表上显示本阶段数据为150kW·h/100km，消耗电能的80%转化为动能；

阶段二：以54km/h匀速行驶6min；此过程全部由汽油机维持，由机载计算机信息可知消耗了450g汽油，此阶段汽油机的效率为40%；

阶段三：在距学校200m处汽油机停止工作，启动刹车后，车载发电机采取动能回收技术，将80%的动能转化为电能，并储存在蓄电池中，最后停在学校。

问：（1）求该汽车在加速过程中消耗的电能；

（2）求该汽车在匀速行驶过程中受到的阻力；

（3）如果王老师下班与此过程相同，那么回家后利用充电桩充电，充电效率为60%，需要花费多少钱才能将蓄电池充满电？（电费取0.5元/kW·h，汽油热值：3×107J/kg）

【答案】（1）3.375×106J；（2）1000N；（3）1.5元

【解析】

【分析】

【详解】

解：（1）能耗表上显示本阶段数据为150kW·h/100km，则行驶500m消耗的电能为

因为释放电能的80%转化为汽车的动能，则汽车在加速过程中消耗的电能为

（2）汽油释放出的能量为

汽车匀速行驶时消耗的能量为

汽车匀速运动时的速度为

v=54km/h=15m/s

时间为

t=6min=360s

汽车匀速行驶的路程为

s=vt=15m/s×360s=5400m

汽车在匀速行驶时所受到的阻力为

（3）阶段三中获得的电能为

王老师上下班过程中消耗的电能为

回家需要充电的电能为

因为电费为0.5元/kW·h，将蓄电池充满电需要花费的钱数为

3 kW·h×0.5元/kW·h=1.5元

答：（1）该汽车在加速过程中消耗的电能为3.375×106J；

（2）该汽车在匀速行驶过程中受到的阻力为1000N；

（3）如果王老师下班与此过程相同，那么回家后利用充电桩充电，充电效率为60%，需要花费1.5元钱才能将蓄电池充满电。

6．小明骑着某轻型电动自行车以5m/s的速度沿平直公路由甲地匀速前往乙地，全程40km，电动自行车所受阻力大小保持不变，锂电池充满了电，骑行分为两个阶段：

阶段一：小明开启纯电动模式，行驶36km，锂电池释放了75%的能量E1为1.08×106J，其中80%用于维持电动车前行。

阶段二：为保护锂电池，小明将电动自行车切换至人力模式，小明蹬车骑完剩余路程，小明蹬车所做功的60%用于维持电动车匀速行驶，40%用于给锂电池充电，充电效率为50%。

（1）求锂电池的最大储能E和电动自行车受到的阻力f。

（2）在第二阶段中，求：

①小明蹬车时所做的功W及其平均功率P；

②锂电池充入的电能E2。

【答案】（1）；；（2）；；

【解析】

【分析】

【详解】

（1）由锂电池释放了75%的能量E1为1.08×106J可知，锂电池的最大储能E为

维持电动车前行消耗的能量为

自行车沿平直公路由甲地匀速前往乙地，根据二力平衡可知自行车受到的阻力f等于牵引力，根据可知

（2）在第二阶段中，维持电动车匀速行驶时牵引力大小不变，剩余路程需要做功

则小明蹬车时所做的功为

平均功率P为

小明蹬车时所做的功的40%用于给锂电池充电的能量，且充电效率为50%，则锂电池充入的电能E2为

答：（1）求锂电池的最大储能E为，电动自行车受到的阻力f为；

（2）在第二阶段中，小明蹬车时所做的功W为，平均功率P为，锂电池充入的电能E2为。

7．2018年10月，华为发布新一代旗舰机mate20pro，如图甲，多项黑科技吸引了全球科技圈的注意。其中一个亮点就是“华为超级快充技术”，部分具体参数参见如表。

（1）利用超级快充技术，不考虑充电时的电能损耗，需要把这款电池从电量为0%充到100%，需要的时间是多少？

（2）小明在购买手机后，发现充电时间大概需要80分钟，所以觉得充电过程功率应该不是保持全程40W。因此他决定利用usb充电电流电压显示计（如图乙）来实时测量充电过程中充电器输出的电流和电压，并绘制如图丙所示图像。请你帮助小明求出前20分钟充电消耗的电能？

（3）若充电的数据线的阻值为0.5Ω，请求出第20分钟至40分钟这个时间段的充电效率？

【答案】（1）24min；（2）3.9×104J；（3）90%

【解析】

【分析】

【详解】

解：（1）由表格数据可知，电池充满电时储存的电能W=57600J，超级快充功率P=40W，因不考虑充电时的电能损耗，所以把这款电池从电量为0%充到100%时需要的时间

（2）由图像可知，0~5min内，充电电压U=10V，充电电流I1=4A，由图像可知，5~20min内，充电电压U=10V，充电电流I2=3A，前20 分钟充电消耗的电能

W=UI1t1+UI2t2=10V×4A×5×60s+10V×3A×15×60s=3.9×104J

（3）由图可知，第20分钟至40分钟这个过程中，数据线中的电流I3=2A，这个过程中数据线产生的热量

Q=I32Rt3=(2A）2×0.5Ω×20×60s=2400J

充电消耗的电能

W′=UI3t3=10V×2A×（40-20）×60s=2.4×104J

这个时间段的充电效率

答：（1）利用超级快充技术，不考虑充电时的电能损耗，需要把这款电池从电量为0%充到100%，需要的时间是24min；

（2）前20分钟充电消耗的电能为3.9×104J；

（3）若充电的数据线的阻值为0.5Ω，第20分钟至40分钟这个时间段的充电效率为90%。

8．数码相机的主要优点是可以直接生成数码照片在电脑上显示出来，以更方便地进行加工和编辑，还可以通过邮件、QQ、微信等传送出去。请根据下表中提供的数码相机的相关信息以及对数码相机工作过程的介绍，完成下列问题：

(1)数码相机处于待机状态时，需要消耗一定的电能；拍摄与数据处理时所消耗的电能更大。假设用一个充满电的电池作电源进行拍照，每拍一张照片，相机使用过程中的平均工作电流是。请估算一个充满电的电池最多可以拍摄多少张照片？

(2)对一个电能已全部消耗尽的这种电池进行完全充电，充电的效率是多少？

【答案】(1)132；(2)35.2%

【解析】

【分析】

【详解】

解：(1)电池充满电时储存在电池内的能量

W=UIt=3.7V×2200×10-3A×3600s=29304J

每拍摄一张照片平均消耗的能量是

W1=U1I1t1=3.7V×0.2A×5×60s=222J

则拍摄照片的张数

(2)对电池完全充电时，充电器向电池输出的电能

W2=U2I2t2=4.2V×2200×10-3A×2.5×3600s=83160J

则充电的效率是

答：(1)一个充满电的电池最多可以拍摄132张照片；

(2)充电的效率是35.2%。

9．如图是一款用锂电池供电的平衡台灯，悬挂在中间的小球是它的“开关”。使用时只需要将上下两个小球靠近，小球就相互吸引，灯管发光。如表是平衡台灯参数（表中“4800毫安时”的含义是锂电池以4800毫安的电流放电时，可工作1小时）。求：

(1)平衡台灯正常发光时电路中的电流；

(2)平衡台灯充满电后，锂电池储存的电能；

(3)若充电时，充电器的输出电压为10伏、电流2安，充电效率为80%，则为用完电的这个台灯充满电至少需要多长时间。

【答案】(1)1A；(2)8.64×104J；(3)5.4×103s

【解析】

【详解】

(1)由表格数据可知，该平衡台灯的额定功率P＝5W，额定电压U＝5V，根据P＝UI可得，平衡台灯正常发光时电路中的电流为

(2)锂电池容量为4800毫安时，锂电池输出电压为5V，则平衡台灯充满电后，锂电池储存的电能为

W＝U′I′t′＝5V×4.8A×3600s＝8.64×104J

(3)由题知，充电器的输出电压为10伏、电流2安，充电效率为80%，根据可得充电器输出的电能为为

由W＝UIt可得充电需要的时间为

答：(1)平衡台灯正常发光时电路中的电流为1A；

(2)平衡台灯充满电后，锂电池储存的电能为8.64×104J；

(3)为用完电的这个台灯充满电至少需要5.4×103s。

10．小涵查阅资料看到中国“华为”公司是当今世界通讯领域的龙头企业，在手机及其它通讯设备的设计制造方面掌握了诸多高新科技成果。以手机为例，华为最近推出的“Mate30pro”不仅采用 4500mAh 超大容量电池，并且采用“超级快充”技术，极大方便了人们的使用。已知该电池的部分参数如表所示。

（1）表格中的电池“容量”，是哪几个物理量相乘的结果？

（2）如图所示是华为研发的两种充电器，一种标注“输出 5V 2A”，另一种标注“输出5V 8A”，其中一种是超级快充技术。假设充电效率为 90%，那么小涵选用快速充电器将手机电池从零充满需要多长时间？

（3）小涵发现，超级快充的充电线比普通手机充电线要粗一些，请你从线路安全的角度来分析为什么有这样的区别？

【答案】（1）电流与时间（2）0.45h（3）充电器的充电线有电阻，由焦耳定律知，工作过程中会产生热量；充电线尽可能做得粗一些，目的是减小电阻，使充电过程中产生的热量少一些

【解析】

【详解】

(1)已知电池的容量是“4500mAh”，由于mA是电流的常用单位，h是时间的常用单位，所以“容量”是电流与通电时间的乘积；

(2)根据题意知道，两个充电器的充电功率分别是：

P1 =U1 I1 =5V×2A=10W，

P2 =U2 I2 =5V×8A=40W，

所以第二个的充电速度快；

电池充满电储存的电能是：

W储=U电池Q=3.6V×4.5A×3600s=58320J，

已知充电效率为η=90%，所以，消耗的电能是：

；

由知道，选用快速充电器将电池从零充满需要的时间是：

(3)充电器的充电线有电阻，由焦耳定律知，工作过程中会产生热量；所以，充电线尽可能做得粗一些，目的是减小电阻，使充电过程中产生的热量少一些。

答：(1)表格中的电池“容量”是电流与时间的乘积；

(2)需要0.45h；

(3)充电线较粗可以减小电阻，在充电过程中产生的热量较少。