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题型三　热、力、电综合计算
1.有关力、热的综合计算
该类型题主要是计算内能转化为机械能过程中力(如汽车牵引力)所做的功，或摩擦力转化为内能时消耗的能量，或燃烧燃料所放出的热量等，所涉及的热学知识主要是热值、热量、热机效率等，解题中常用W=Fs与Q吸(或Q放)建立方程来求解。
例1 随着居民生活水平的不断提高，家用轿车越来越多地走进了普通百姓人家。下表为某家用轿车的有关数据:
(1)该家用轿车静止在水平地面上时，对地面的压强是多大
(2)若该家用轿车在额定功率下以72 km/h的速度匀速行驶在平直的公路上，则该车发动机的牵引力是多少
(3)该家用轿车仍以72 km/h的速度匀速行驶10 min，消耗汽油1.3 kg，该车发动机的效率是多少 (假设汽油完全燃烧，汽油热值q=4.6×107 J/kg，结果保留一位小数)
答案 (1)1.5×105 Pa　(2)1 500 N　(3)30.1%

方法归纳本题考查了压强、功率、热量、效率的计算，关键是公式及其变形式的灵活应用。
1. 混合动力汽车具有节能、低排放等优点，成为汽车研究与开发领域的重点。某新型混合动力汽车启动时，内燃机不工作，蓄电池向车轮输送能量。当需要高速行驶或蓄电池的电能过低时，内燃机启动，既可以向车轮输送能量，又可以给蓄电池充电。所受阻力与车速的关系如图所示。在某次测试中，由内燃机提供能量，汽车以50 km/h的速度匀速行驶了0.5 h，同时蓄电池的电能增加了5.4×107 J，求:
(1)汽车牵引力做的功。
(2)若所用燃料的热值是4.5×107 J/kg，测试过程中消耗8 kg的燃料(假设燃料完全燃烧)，则放出的总热量是多少
(3)内燃机工作时转化成电能的效率。
答案 (1)1×108 J　(2)3.6×108 J　(3)15%
2. 新型四轮沙滩卡丁车，其满载时的质量为600 kg，车轮与沙滩接触总面积为2 000 cm2。该四轮卡丁车满载时在水平沙滩上做匀速直线运动，10 min行驶了6 km，卡丁车的牵引力为2.3×103 N。
(1)当卡丁车满载并静止在水平沙滩上时，它对沙滩的压强为多大
(2)该卡丁车行驶的功率为多少
(3)若该卡丁车以汽油为燃料，在这次行驶中需要燃烧1.2 kg的汽油。求汽油完全燃烧产生的热量转化为卡丁车机械能的效率是多少 (q汽油=4.6×107 J/kg)
答案 (1)3×104 Pa　(2)2.3×104 W　(3)25%
3. 一辆汽车以恒定的功率在平直的公路上做直线运动，其v-t图象如右，在第10 s时速度达到20 m/s，通过的路程为120 m。求:
(1)在0~10 s内汽车的平均速度。
(2)设汽车在行驶过程中所受阻力不变，大小为f=4 000 N，那么在0~10 s内汽车发动机产生的牵引力所做的功是多少焦耳。
(3)若发动机的效率为80%，则需要燃烧多少千克汽油才能使发动机做这么多功。(已知汽油的热值大约为5×107 J/kg)
答案 (1)12 m/s　(2)8×105 J　(3)0.02 kg
4.





高速铁路的广泛应用使人们的出行更加便捷。放假期间，铭铭与家人乘坐高铁从葫芦岛到沈阳游玩。如图是他们乘坐的“和谐号”高铁列车，下表是它的部分参数。(g取10 N/kg)
答案 (1)1.25×107 Pa　(2)0.75 h　5×106 W
(3)2.5 kg
2.有关电、热的综合计算
该类型题目，通常将电学中的电功、电功率、电热内容与热学中的比热容、热值、热量、热机效率等结合起来进行考查，解此类题时要能区分有用能量和总能量。
题点突破
例2 荣威插电式混合动力汽车，百公里平均油耗约1.7升。它有两种动力系统，汽车加速，汽油机提供的动力不足时，蓄电池的电能转化为动能，使汽车加速更快；汽车减速，汽车动能转化为电能，由蓄电池贮存起来，减少能量的消耗。两种动力系统也可独立工作，只有汽油机工作时，与一般的汽车相同；只使用电力时，由电动机提供动力。如表是某国产混合动力汽车蓄电池的铭牌，其中电池容量是蓄电池贮存的最大电能(储存电能的本领是表示电池容量的另一方式)，该汽车匀速行驶时受到的阻力为144 N，求:
(1)在家庭电路中对放电完毕的蓄电池充满电要多长时间
(2)该汽车匀速行驶100 km过程中牵引力做的功为多少
(3)蓄电池充满电后，仅由电动机提供动力，电能转化为机械能的效率为80%，汽车匀速持续行驶的最大距离是多少千米
(4)假设汽车受到的阻力不变，仅由汽油机提供动力，汽油的热值为5.0×107 J/L(即焦耳每升)，汽油机的效率为24%，汽车匀速行驶100 km的油耗是多少升。
答案 (1)10 h　(2)1.44×107 J　(3)880　(4)1.2
方法归纳本题考查了电功率公式、做功公式、效率公式、燃料完全燃烧释放热量公式以及二力平衡条件的应用，涉及的知识点较多，综合性强，有一定的难度。
对应训练
1.太阳能飞机“阳光动力2号”，开始环球航行，途经我国重庆和南京两个城市，此行的重要目的是传播新能源理念(全程消耗的能源全部由电池板吸收的太阳能提供)。
(1)该机从重庆飞往南京的航程约为1 260 km，用时17.5 h，则它飞行的平均速度约为多少
(2)为降低飞行时的能量消耗，该机选用了新型轻质材料。取一块面积为1 m2、厚度为1 mm的此新型材料(立方体)，测得其质量为250 g，则此材料的密度为多少
(3)该机从南京起飞后直飞美国夏威夷，是此次环球航行中最具挑战性的一段航程，飞行时间长达120 h，飞行过程中依靠平均功率为10 kW的电动机提供动力，此次飞行消耗了多少电能
答案 (1)72 km/h　(2)0.25×103 kg/m3
(3)1.2×103 kW·h
2.





如图是毕节市新农村建设中一道靓丽的风景——风光互补路灯，“有风无光”风力发电机发电，“有光无风”太阳能电池板发电，二者皆备时同时发电，并日夜蓄能。某型号的该路灯额定功率为50 W，太阳能电池板的面积为1 m2，平均输出功率为100 W，问:
(1)某“幸福村寨”安装这种“风光互补路灯”100盏，若每天路灯正常工作10 h，一月(30天)消耗的电能是多少 这些电能相当于完全燃烧多少千克的煤所放出的热量 (煤的热值为3.4×107 J/kg)(结果保留一位小数)
(2)若太阳能照射到电池板的辐射功率为800 J/(s·m2)(1 s内辐射到1 m2电池板上的太阳能为800 J)，则太阳能电池板的光电转化效率为多少
(3)从物理学的角度说出这种“风光互补路灯”的优点有哪些 (答两点即可)
答案 (1)5.4×109 J　158.8 kg　(2)12.5%　(3)见解析
3.如图是太阳能热水器内部水箱的结构示意图。A、B是水箱中两个相同的实心圆柱体，密度为2×103 kg/m3，悬挂在水箱顶部的压力传感开关S上。当S受到竖直向下的拉力达到一定值时闭合，电动水泵M开始向水箱注水；当拉力等于10 N时，S断开，电动水泵M停止注水，此时水箱水位最高为1.2 m。g取10 N/kg。求:
答案 (1)1.26×107 J　(2)1.2×104 Pa　(3)16 N　(4)2 N
电子秤因精准和便于携带已普遍取代杆秤。某科技兴趣小组根据理想电压表的内部电阻无穷大、并联在电路两端时通过它的电流几乎为零和表盘刻度均匀的特点，用电压为3 V的电源U、阻值为10 Ω的电阻R、理想电压表及其他元件制作了如图所示的简易电子秤。其中轻质托盘和弹簧的质量不计，当托盘中所称质量变化时，与电阻R相连的滑片P平行地上下无摩擦滑动，电压表示数与被测物体的质量成正比。当电子秤处于待称状态时滑片P停在最上端a点，电压表示数为0，当被测物体最大称量m=30 kg时，滑片P刚好处于最下端b点。问:
(1)当电子秤处于待称状态时，电路中的电流为多少 此状态下通电1 min在电阻R上产生的热量为多少
(2)当电压表示数为U'=1.2 V时，被称量物体的质量m'为多少
答案 (1)0.3 A　54 J　(2)12 kg

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