Question

初中物理电学热学计算题各十道 带答案！

Answer 1

（2014•大连）一个简易的太阳能热水器，它的主要部分是一个敞口水箱，水箱内水深0.5m，水的质量为200kg．在阳光照射下，水的温度从20℃上升到35℃．水的比热容是4.2×10³J/（kg•℃），水的密度是1.0×10³kg/m³，煤的热值是3.0×10⁷J/kg，g取10N/kg．试求：
（1）水对水箱底的压强是多大？
（2）水吸收的热量是多少？
（3）这些热量相当于完全燃烧多少千克煤所放出的热量？

解：（1）水对水箱底的压强：
p=ρgh=1.0×10³kg/m³×10N/kg×0.5m=5000Pa；
（2）水吸收的热量：
Q_吸=cm（t-t₀）
=4.2×10³J/（kg•℃）×200kg×（35℃-20℃）
=1.26×10⁷J；
（3）由题意可知，煤完全燃烧释放的热量：
Q_放=Q_吸=1.26×10⁷J；
由Q_放=mq可得，需要煤的质量：
m′=

Q放q

=

1.26×107J3.0×107J/kg

=0.42kg．
答：（1）水对水箱底的压强是5000Pa；
（2）水吸收的热量是1.26×10⁷J；
（3）这些热量相当于完全燃烧0.42千克煤所放出的热量

（2014•本溪）如图所示为FDP30C型柴油水泵机组（水泵机组动力由柴油机提供），它的优点是重量轻、体积小、功率大；省时、省油、省心．该水泵机组的效率为40%，正常工作1小时可以将54m³的水抽到20m高处，请计算这个过程中：（g=10N/kg，q_柴油=4.3×10⁷J/kg）．
（1）水泵机组对水做了多少功？
（2）水泵机组的有用功功率是多少？
（3）水泵机组消耗多少柴油？（结果保留两位小数）

：（1）1h所抽送的水的体积为：
V=54m³，
这些水的重力大小：
G=mg=ρ_水Vg=1.0×10³kg/m³×54m³×10N/kg=5.4×10⁵N，
这些水被提升的高度为h=20m，所做的有用功为：
W_有用=Gh=5.4×10⁵N×20m=1.08×10⁷J；
（2）水泵机组的有用功功率：
P=

Wt

=

1.08×107J3600s

=3000W；
（3）因为水泵的机械效率是η=80%，则总功为：
Q=W_总=

W有用η

=

1.08×107J40%

=2.7×10⁷J，
消耗的柴油为：m=

Qq

=

2.7×107J4.3×107J/kg

≈0.63kg

（2014•大庆）某一质量为0.05g的雨滴匀速下落，速度为7m/s，匀速下落距离为700m，g=9.8N/kg，假设雨滴在下落过程中质量保持不变．
（1）求这段匀速下落过程中重力对雨滴所做的功；
（2）求这段匀速下落过程中重力的功率；
（3）已知c_水=4.2×10³J/（kg•℃），匀速下落过程中雨滴克服阻力所做的功42%转化为雨滴的内能，求这部分内能使雨滴温度升高多少？

（1）重力做功：
W=Gh=mgh=0.05×10^-3kg×9.8N/kg×700m=0.343J；
（2）这段匀速下落过程中重力的功率：
P=

Wt

=

Ght

=Gv=mgv=0.05×10^-3kg×9.8N/kg×7m/s=3.43×10^-3W；
（3）由题知，Q_吸=W×42%=0.343J×42%≈0.144J，
∵Q_吸=cm△t，
即：0.144J=4.2×10³J/（kg•℃）×0.05×10^-3kg×△t，
解得：△t≈0.686℃．

（2014•齐齐哈尔）今年“五一”期间，爸爸开车带着鲁鲁去旅游．汽车（包括车上的人和物品）质量为1.6×10³kg，汽车以90km/h的速度在平直公路上匀速行驶230km，所受的平均阻力是汽车总重的0.05倍，汽车发动机的效率为25%，汽油的热值是4.6×10⁷J/kg（假设汽油完全燃烧）．
（1）汽车以90km/h的速度在平直公路上匀速行驶时，汽车发动机的牵引力是多少？
（2）汽车行驶230km牵引力做了多少功？
（3）汽车全程消耗汽油多少千克？

（1）汽车总重力：
G=mg=1.6×10³kg×10N/kg=1.6×10⁴N，
汽车行驶时受到的阻力：
f=0.05G=0.05×1.6×10⁴N=800N，
∵汽车在平直公路上匀速行驶，
∴汽车受到的牵引力和阻力是一对平衡力，
F=f=800N；
（2）汽车匀速行驶的距离s=230km=2.3×10⁵m，
牵引力做功：
W=Fs=800N×2.3×10⁵m=1.84×10⁸J；
（3）∵η=

WQ放

，
∴Q_放=

Wη

=

1.84×108J25%

=7.36×10⁸J，
∵Q_放=mq，
∴汽车全程消耗汽油的质量：
m=

Q放q

=

7.36×108J4.6×107J/kg

=16kg．

（2014•南宁）太阳能电池作为一种新能源产品，逐渐得到广泛运用，太阳能电池板在几小时内可得到的太阳辐射能约为1.26×10⁷J．
（1）若某一牵引力为3×10³N的电动汽车做匀速直线运动时，通过一段路程所做的功也等于1.26×10⁷J．求这段路程．
（2）如果这些能量全部被一定质量的水吸收（不考虑热损失），能使水的温度从20℃升高到80℃，求这些水的质量．[c_水=4.2×10³J/（kg•℃）]．

：（1）由W=Fs可得，电动汽车匀速行驶的路程：
s=

WF

=

1.26×107J3×103N

=4.2×10³m；
（2）由题意可知，水吸收的热量：
Q_吸=1.26×10⁷J，
由Q_吸=cm（t-t₀）可得，可加热水的质量：
m=

Q吸c(t−t0)

=

1.26×107J4.2×103J/(kg•℃)×(80℃−20℃)

=50kg

（2014•呼和浩特）“YK-15B”型电热水壶内装有3kg水，插在220V的家用电源上．水从20℃加热至98℃，已知水的比热容c=4.2×10³J/（kg•℃）．求：
（1）水在这个过程中是吸热还是放热；
（2）在这个过程中由什么能向什么能转化；
（3）这个过程中水吸收或放出的热量．：（1）利用电热水壶将20℃的水加热至98℃，水在这个过程中吸热；
（2）电热水壶工作过程中的能量转化是将电能转化为热能；
（3）这个过程中水吸收的热量：
Q=cm△t=4.2×10³J/（kg•℃）×3kg×（98℃-20℃）=9.828×10⁵J．
答：（1）水在这个过程中是吸热；
（2）在这个过程中由电能转化为热能；
（3）这个过程中水吸收的热量为9.828×10⁵J．

（2014•呼伦贝尔）把2kg的水从100℃降温到20℃，要放出多少热量？【c_水=4.2×10³J/（kg•℃）】．

把2kg的水从100℃降温到20℃放出的热量：
Q_放=c_水m_水（t_o-t）=4.2×10³J/（kg•℃）×2kg×（100℃-20℃）=6.72×10⁵J．
答：要放出的热量为6.72×10⁵J．

（2014•遵义）电磁炉因高效、安全、方便而进入千家万户．小芳家有一台电磁炉，其部分参数如图所示，小芳选用功率为2000W的档位，将国内质量为2.5kg，深度为8cm，初温为20℃的水烧开，耗时8min，求：[（c_水=4.2×10³J/（kg•℃），g取10N/kg，当地气压为1个标准大气压]
（1）锅内的水对锅底产生的压强为多大；
（2）锅内的水吸收的热量为多少；
（3）若小芳改用功率为1600W的档位，用同一只锅将相同质量、相同初温的水烧开，耗时650s，请通过计算说明选用哪个档位烧水，消耗的电能更少．

：（1）此时水对锅底产生的压强为：p=ρgh=1000kg/m³×10N/kg×0.08m=800Pa；
（2）水吸收的热量为：
Q_吸=cm△t=4.2×10³J/（kg•℃）×2.5kg×（100℃-20℃）=8.4×10⁵J；
（3）此时用2000W的档位消耗的电能是：W=Pt=2000W×480s=9.6××10⁵J；
此时用1600W的档位消耗的电能是：W=Pt=1600W×650s=1.04××10⁶J；
故用2000W的档位消耗的电能更少一些．
答：（1）锅内的水对锅底产生的压强为800Pa；（2）锅内的水吸收的热量为8.4×10⁵J；（3）选用2000W档位消耗的电能更少

 

2014•佛山）潮汐能是一种可再生的清洁能源．潮汐发电是在海湾或有潮汐的河口建筑一座水坝，形成水库，如图所示，水坝下方有通道，内置水轮发电机组，无论涨潮或落潮，海水经过通道均可推动发电机组发电．有一所电站，发电机组在工作过程中能将20%的水能转化为电能，平均功率达到1.8×l0⁴kW．该电站在某次涨潮前水库的水量为l0⁶m³，涨潮后水库的水量为7×l0⁶m³，并达到最高水位20m．涨潮过程中水流经过通道的平均流量（单位时间内通过的水的体积）Q为3×l0⁶m³/h，海水密度为1.03×10³kg/m³，那么在这次涨潮中：
（1）水库底部所受水的压强最大是多少？
（2）水流推动发电机组持续发电多长时间？
（3）水流对发电机组做了多少功？：（1）水库底部所受水的最大压强：
p=ρgh=1.03×10³kg/m³×10N/kg×20m=2.06×10⁵Pa；
（2）水的体积V=V₁-V₀=7×l0⁶m³-l0⁶m³=6×l0⁶m³，
水流推动发电机组持续发电时间：
t=

VQ

=

6×106m33×106m3/h

=2h；
（3）由P=

Wt

得，
W=Pt=1.8×l0⁴kW×2h=3.6×10⁴kW•h，
∵η=

WW水

，
∴水流对发电机组做的功：W_水=

Wη

=

3.6×104kW•h20%

=1.8×10⁵kW•h=6.48×10¹¹J．
答：（1）水库底部所受水的压强最大是2.06×10⁵Pa；
（2）水流推动发电机组持续发电2h；
（3）水流对发电机组做了6.48×10¹¹J功．

（2014•本溪）如图所示为某品牌蒸汽挂烫机，为了便于移动，它底部装有四个轮子．其工作原理是：底部的储水箱注满水后，水通过进水阀门流到发热体迅速沸腾，并变成灼热的水蒸气，不断喷向衣物，软化衣物纤维．下表是这种蒸汽挂烫机的部分参数．[g=10N/kg，C_水=4.2×10³J/（kg•℃），g=10N/kg]

发热功率880W额定电压220V储水箱注满水量2kg挂烫机净重4kg轮子与地面接触的总面积12cm²

（1）储水箱注满水后挂烫机对水平地面的压强是多少？
（2）该蒸汽挂烫机正常工作时通过发热体的电流是多少？
（3）如果发热体每分钟能把25g水由20℃加热至100℃，在这一过程中水吸收了多少热量？发热体产生多少热量？解：（1）储水箱注满水后挂烫机对水平地面的压力：
F=G_总=m_总g=（2kg+4kg）×10N/kg=60N，
则储水箱注满水后挂烫机对水平地面的压强：
p=

FS

=

60N12×10−4m2

=5×10⁴Pa；
（2）由P=UI可得，挂烫机正常工作时通过发热体的电流：
I=

PU

=

880W220V

=4A；
（3）水吸收的热量：
Q_吸=cm（t-t₀）=4.2×10³J/（kg•℃）×0.025kg×（100℃-20℃）=8400J；
发热体产生的热量：Q=W=Pt=880W×60s=52800J．
答：（1）储水箱注满水后挂烫机对水平地面的压强是5×10⁴Pa；
（2）该蒸汽挂烫机正常工作时通过发热体的电流是4A
（3）水吸收的热量为8400J；发热体产生的热量为52800J．

（2014•丹东）小明买了一辆电动自行车，该车电动机的工作电压为32V，电能转化为机械能的效率为75%，车轮与地面接触的总面积为40cm²．小明骑电动自行车在水平公路上以6m/s的速度匀速直线行驶了10min，牵引力为20N，人和车的总质量为100kg，在此过程中：
（1）电动自行车对水平地面的压强是多少？
（2）电动自行车通过的路程是多少？牵引力做功为多少？
（3）电动自行车匀速行驶时，电动机的工作电流为多少？1）车对地面的压力：
F=G=（m_人+m_车）g=100kg×10N/kg=1000N；
在行驶过程中，车对地面的压强：
p=FS=1000N40×10−4m2=2.5×10⁵Pa；
（2）由v=st得：
s=vt=6m/s×10×60s=3600m；
该电动自行车在10min内克服阻力所做的功：
W_有用=Fs=20N×3600m=72000J；
（3）∵η=W有用W总，
∴电流对电动机所做的总功W_总=W有用η=72000J75%=96000J，
由W=UIt得：电动机的工作电流I=W总Ut=96000J32V×10×60s=5A．
答：（1）电动自行车对水平地面的压强是2.5×10⁵Pa；
（2）电动自行车通过的路程是3600m；牵引力做功为72000J；
（3）电动自行车匀速行驶时，电动机的工作电流为5A．

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