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(共27張PPT)
題型四　綜合題
四、能量轉化及效率計算
延安—榆林高速鐵路位于陜西省北部，
全長約239 km，設計時速350公里，計劃
2028年建成通車.
甲 乙
第1題圖
(1)圖甲是延安站.在站臺邊緣一定距離的地方標有一條安全黃線，人必須 站在安全黃線以外的區域候車.這是因為高速列車與人之間的空氣流 速 人另一側的空氣流速，造成人車之間的空氣壓強 (選 填“增大”“不變”或“減小”)，從而產生將人推向高速列車的作用力，給人
帶來危險.
大于
減小
(2)延安—榆林高速鐵路采用無縫鋼軌鋪設.每根鋼軌重3×105 N，搬運 時，起重機在10 s內把一根鋼軌勻速提升了1 m的高度，起重機提升鋼軌 做功的功率是多大？
1. 延安—榆林高速鐵路位于陜西省北部，全長約239 km，設計時速350公里，計劃2028年建成通車.
甲 乙
第1題圖
(3)若高鐵列車的總輸出功率為4 800 kW，工作電壓為25 kV，則工作時的 電流是多大？
1. 延安—榆林高速鐵路位于陜西省北部，全長約239 km，設計時速350公里，計劃2028年建成通車.
甲 乙
第1題圖
1. 延安—榆林高速鐵路位于陜西省北部，全長約239 km，設計時速350公里，計劃2028年建成通車.
甲 乙
第1題圖
(4)位于延安的某風電場2020年底投產運營，擁有38臺風機(如圖乙所示). 已知當地每秒每平方米面積吹過的風的能量約為200 J，一臺風機有效迎 風面積約為500 m2，風機把風能轉換為電能的效率為25%.請估算一臺風 機一天的發電量可以供一列總輸出功率為4 800 kW的高鐵列車以250 km/h 的速度運動多遠距離？(忽略其他能量損耗)
(4)一臺風機產生的電能W電＝500 m2×200 J/(m2·s)×24×3 600 s×25% ＝2.16×109 J
一臺風機產生的電能可供高鐵列車運行的時間
高鐵列車運行的距離
s＝vt'＝250 km/h×0.125 h＝31.25 km
甲 乙
第1題圖
2. 伴隨著科技的不斷進步，現代農業也迎來了巨大的發展.如圖為一款履帶式小麥聯合收割機.某次收割機將其自帶的糧倉收滿后，在平直麥地上勻速行駛2.4 km，總用時20 min，該過程柴油機的輸出功率恒為60 kW，耗油引起的質量變化忽略不計.
(1)收割機裝有履帶是通過增大 來減小對地面的壓強.
受力面積
2. 伴隨著科技的不斷進步，現代農業也迎來了巨大的發展.如圖為一款履帶式小麥聯合收割機.某次收割機將其自帶的糧倉收滿后，在平直麥地上勻速行駛2.4 km，總用時20 min，該過程柴油機的輸出功率恒為60 kW，耗油引起的質量變化忽略不計.
第2題圖
(2)收割機勻速行駛過程中受到的阻力是多少？
第2題圖
2. 伴隨著科技的不斷進步，現代農業也迎來了巨大的發展.如圖為一款履帶式小麥聯合收割機.某次收割機將其自帶的糧倉收滿后，在平直麥地上勻速行駛2.4 km，總用時20 min，該過程柴油機的輸出功率恒為60 kW，耗油引起的質量變化忽略不計.
第2題圖
(3)燃油消耗率是衡量車輛發動機性能的重要指標之一，其
含義是：發動機正常工作時，每輸出1 kW·h的能量消耗
燃油的質量，已知該收割機的燃油消耗率為300 g/(kW·h).
(g取10 N/kg，柴油的熱值取4×107 J/kg)
① 據某宣傳資料介紹，該收割機柴油機的熱效率在35%以上，請你通過計算判斷該宣傳是否可信；
(3)①該收割機的燃油消耗率為300 g/(kW·h)，則該收割機每輸出
1 kW·h＝3.6×106 J的能量(有用能量)消耗燃油(柴油)的質量
m＝300 g/(kW·h)×1 kW·h＝300 g＝0.3 kg
燃油(柴油)完全燃燒放出的熱量
Q放＝mq＝0.3 kg×4×107 J/kg＝1.2×107 J
收割機的熱效率
可見該宣傳不可信
第2題圖
②增大發動機的熱效率不僅可以節約能源，還可以減少
對環境的污染.若將收割機柴油機的熱效率提升至40%，
則相同情況下，勻速行駛2.4 km可以節約柴油多少千克？
2. 伴隨著科技的不斷進步，現代農業也迎來了巨大的發展.如圖為一款履帶式小麥聯合收割機.某次收割機將其自帶的糧倉收滿后，在平直麥地上勻速行駛2.4 km，總用時20 min，該過程柴油機的輸出功率恒為60 kW，耗油引起的質量變化忽略不計.
第2題圖
W有用＝Pt＝60×103 W×20×60 s＝7.2×107 J
將效率提高到40%
由Q放＝mq可得，可節約柴油的質量
②在相同情況下，勻速行駛2.4 km做的有用功
第2題圖
3. (2024高新一中七模)如圖所示是某品牌掃地機器人，其額定工作電壓是 15 V，額定功率為30 W，電池容量為2 000 mA·h，其凈重4 kg，最大集 塵量為1 kg.
第3題圖
通電導體在磁場中受到力的作
用
(2)該掃地機器人與水平地面的接觸面積為10 cm2，則其集滿灰塵靜止時， 對水平地面的壓強是多少？(g取10 N/kg)
3. 如圖所示是某品牌掃地機器人，其額定工作電壓是15 V，額定功率為30 W，電池容量為2 000 mA·h，其凈重4 kg，最大集塵量為1 kg.
第3題圖
3. 如圖所示是某品牌掃地機器人，其額定工作電壓是15 V，額定功率為30 W，電池容量為2 000 mA·h，其凈重4 kg，最大集塵量為1 kg.
第3題圖
(3)當供電系統檢測到電池容量低至10%，掃地機器人
會自動停止工作并返回充電，若不考慮能量損耗，電
池滿電狀態下掃地機器人能否連續正常工作60 min？
(3)掃地機器人連續正常工作60 min消耗的電能為W＝Pt＝30 W×60×60 s ＝1.08×105 J
機器人充滿電時的電能為W滿＝UIt＝15 V×2 A×3 600 s＝1.08×105 J
因電池容量低至10%時掃地機器人會自動停止工作并返回充電，即掃地機 器人最多能提供的電能為W'＝90%W滿＝90%×1.08×105 J＝9.72×104 J
因W'＜W，所以電池滿電狀態下掃地機器人不能連續正常工作60 min
3. 如圖所示是某品牌掃地機器人，其額定工作電壓是15 V，額定功率為30 W，電池容量為2 000 mA·h，其凈重4 kg，最大集塵量為1 kg.
第3題圖
(4)該掃地機器人內部的吸塵電機的吸入功率是衡量機器人優劣的重要參 數，測得該吸塵電機的吸入功率與真空度、風量間的對應關系如表(真空 度指主機內部氣壓與外界氣壓差；風量指單位時間內通過吸塵電機排出的 空氣體積；吸塵電機吸入功率與輸入功率的比值叫做效率).請通過分析上 表數據求：當風量為0.02 m3/s，效率為36%時，該吸塵電機的輸入功率為 多少？
真空度/(N·m－2) 400 450 500 550 600
風量/(m3/s) 0.025 0.02 0.017 0.015 0.013
吸入功率/W 10.00 8.50 8.25 7.80
(4)由表格中數據可知，吸入功率等于真空度與風量的乘積，當風量為 0.02 m3/s時，吸入功率為P吸入＝450 N·m－2×0.02 m3/s＝9 W
解得P輸出＝25 W
真空度/(N·m－2) 400 450 500 550 600
風量/(m3/s) 0.025 0.02 0.017 0.015 0.013
吸入功率/W 10.00 8.50 8.25 7.80
4. 小明對家里新安裝的如圖所示的室內空調機(柜機)進行了探究，已知其 工作電壓為220 V，額定制冷功率為1 500 W，空調上面標注的能效等級為 2級.
第4題圖
(1)空調與家中的其他用電器是 聯接入家庭電路的.
并
(2)該空調制冷時的額定電流為多少？(保留一位小數)
4. 小明對家里新安裝的如圖所示的室內空調機(柜機)進行了探究，已知其 工作電壓為220 V，額定制冷功率為1 500 W，空調上面標注的能效等級為 2級.
第4題圖
4. 小明對家里新安裝的如圖所示的室內空調機(柜機)進行了探究，已知其 工作電壓為220 V，額定制冷功率為1 500 W，空調上面標注的能效等級為 2級.
第4題圖
能效標準
(GB21455－2019) 能效比(APF值)范圍
1級能效 APF≥4.5
2級能效 4.5＞APF≥4
3級能效 4＞APF≥3.5
m＝ρV＝1.3 kg/m3×120 m3＝156 kg
空調從房間內去除的熱量Q放＝cmΔt＝1.0×103 J/(kg·℃)×156 kg×
(36 ℃－24 ℃)＝1.872×106 J
4. 小明對家里新安裝的如圖所示的室內空調機(柜機)進行了探究，已知其 工作電壓為220 V，額定制冷功率為1 500 W，空調上面標注的能效等級為 2級.
第4題圖
(4) 小明查閱資料知道了房間所需的制冷量可按下面的公式計算：制冷量＝S(房間面積)×140 W－180 W(此公式適于層高2.5 m的房間，如果層高偏大，則應適當加大功率).(3)問中房間層高為3.2 m，請你通過計算幫他判斷房間空調的選擇是否合理.
按層高2.5 m計算，37.5 m2的房間所需的合適制冷量＝37.5×140 W－ 180 W＝5 070 W
而小明家層高為3.2 m，考慮到該房間層高3.2 m＞2.5 m，應適當加大功 率，所需制冷量需大于5 070 W
空調的額定制冷量為6 000 W，大于層高2.5 m房間所需要的制冷量，故該 房間空調的選擇是合理的

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