專題六能量轉化綜合計算 1 光敏電阻在各種自動化裝置中有很多應用 小柯用它設計了一種 智能家居照明燈 電路 如圖甲所示 電磁繼電器線圈的電阻不計 1 正確連接電路后 如圖情況時 一個人不小心接觸到B點 他是否會觸電 2 小柯的設計要求是 智能家居照明燈 在天暗時自動點亮 天亮時自動熄滅 那么他選擇的光敏電阻阻值大小應隨光照強度的增加而 不會 減小 3 保持光照強度不變 閉合開關S后 滑片P由a端向b端移動過程中 電流表示數I與電壓表示數U的關系如圖乙所示 計算滑動變阻器的最大阻值是多少歐 電源電壓U0不變 3 解 當滑片位于b端時 電路為光敏電阻的簡單電路 電壓表測電源的電壓 由圖可知電源的電壓U 12V 當滑片位于a端時滑動變阻器與光敏電阻串聯 電壓表測光敏電阻兩端的電壓 電流表測電路中的電流 由圖像可知 I 0 1A U光敏 2V 則電路中的總電阻R總 120 光敏電阻的阻值R光敏 20 滑動變阻器的最大阻值Rab R總 R光敏 120 20 100 2 有一種電能輔助式太陽能熱水器 晴天時它接收太陽能的真空鍍膜管的總有效面積約為1 5m2 能將接收的太陽能的50 轉化為水的內能 陰雨天時用電加熱 電熱管上標有 220V1000W 水的散熱忽略不計 水的比熱容c 4 2 103J kg 1 晴天時 假設每平方米的真空鍍膜管1h內得到4 2 106J的太陽能 如果每天接收太陽能的時間以10h計算 可以將100kg 初溫為15 的水加熱到多少攝氏度 解 1 水所吸收的熱量 Q吸 4 2 106J m2 h 1 5m2 10h 50 3 15 107J 由Q cm t t0 可得水能加熱到的溫度 t 90 2 陰雨天時需用電加熱 如果所消耗的電能全部轉化為水的內能 熱水器在額定電壓下工作時 將上述同樣質量 初溫的水加熱到45 需多長時間 2 所消耗的電能全部轉化為水的內能 W Q吸 cm t t0 4 2 103J kg 100kg 45 15 1 26 107J 由可得用電能所需要的時間 3 2018 通遼 圖甲是芳芳家某型號電熱加濕器的原理圖 下表為其部分技術參數 R1 R2為發(fā)熱電阻 不考慮溫度對電阻的影響 且R2 3R1 S為旋轉型開關 1 2 3 4為觸點 通過旋轉開關S可實現 關 低擋 高擋 之間的切換 低擋為小功率加熱 高擋為大功率加熱 1 求加濕器處于低擋位置時的發(fā)熱功率 解 1 由圖1知 開關S接 1 2觸點 時 電路斷路 為關 接 2 3觸點 時兩電阻串聯 接 3 4觸點 時只有R1接入電路 電源電壓一定 由可知 接 2 3觸點 時電阻最大 總功率最小 為低擋 接 3 4觸點 時電阻最小 總功率最大 為高擋 由表格數據知 高擋功率 P高 400W 由可得R1的阻值 R1 121 由題知 R2 3R1 則低擋的發(fā)熱功率 P低 100W 2 某次使用加濕器工作時 加濕器注水倉中加注冷水已達到最大注水量 如圖乙所示是該次使用加濕器工作30min的圖像 請計算加濕器在高擋正常工作時消耗的電能 如果電阻R1在此次高擋加熱時產生的熱量全部被水吸收 可以使注水倉中冷水的溫度升高多少 計算結果保留整數 水的比熱容為4 2 103J kg 2 由圖2知 工作30min時 其中高擋工作時間為10min 低擋工作時間為20min 則在高擋正常工作時消耗的電能 W高 P高t高 400W 10 60s 2 4 105J 如果電阻R1在此次高擋加熱時產生的熱量全部被水吸收 即Q W 2 4 105J 由Q cm t可得 水升高的溫度 t 3 一天 芳芳斷開家中其他所有用電器 只接通加濕器在低擋加熱 發(fā)現家中如圖丙所示的電能表的轉盤在5min內轉了27圈 求此時電阻R2的實際加熱功率是多少 3 4000r kW h 的意義為 每消耗1kW h的電能 電能表的轉盤就轉過4000r 則電能表的轉盤轉過27r時 加濕器在5分鐘消耗的電能 W 0 00675kW h 加濕器在低擋加熱的實際功率 81W 加濕器在低擋加熱 此時兩電阻串聯 則R總 R1 R2 R1 3R1 4R1 4 121 484 由P I2R可得 此時電路的實際電流 R2的阻值 R2 3R1 3 121 363 此時電阻R2的實際加熱功率 4 某電動公交車的部分數據如表所示 當該公交車電池儲存的能量降低到充滿電時的10 以下時 就需要再次充電 求 1 該公交車完成一次充電續(xù)駛里程 某一速度勻速行駛 180km中 若消耗的電能都用于水平行駛做功 則該車行駛時受到的阻力多大 解 1 由表格中數據知 電池充電一次的電能Q UIt 電動公交車勻速行駛 阻力與牽引力平衡 即f F 牽引力做功W Fs fs 公交車電池儲存的能量降低到充滿電時的10 以下時 就需要再次充電 所以90 W Q 即 UIt 90 Fs fs 即 400V 250A 3600s 0 9 f 180 1000m f 1800N 2 公交車站充電樁給公交車充電的功率為4 104W 則若該公交車進站時還剩20 的電能 此時進行充電 充滿一次電要多長時間 2 公交車進站時還剩20 的電能 此時進行充電 由W Pt和Q UIt可得 P充t充 UIt 80 4 104W t充 400V 250A 1h 0 8 即 t充 2h 3 該公交車的運行線路沒有明顯的上下坡 運行1趟 從始發(fā)站到終點站 全程20km 經測算 公交車以某一速度勻速行駛運行1趟 因停車需損失4 106J的電能 則該車充滿一次電最多能跑幾趟該公交線路 3 行駛1趟公交車耗能 W Fs W損 fs W損 1800N 2 104m 4 106J 4 0 107J 充滿一次電最多能跑趟數 4 實際情況下 該公交車在其運行線路上連續(xù)可行駛路程比第 3 問的計算結果更大還是更小 4 實際情況下 該公交車在其運行線路上連續(xù)可行駛路程比第 3 問的計算結果更小 因為電池提供電能還有能量的損耗 不可能全部用來做功