题型之四 力、热、电综合题该题型一般以生产生活中的设备为载体，从力、热、电的角度，设置并列式或递进式的问题，利用表格和铭牌提供信息，知识跨度大，综合性强，难度高.解题过程中，应结合题中条件，联系对应的物理模型，选择恰当的公式分析求解. （2022·潍坊）小明家的电热水壶具有自动加水和加热两种功能.其装置如图所示，烧水时，先按一下加水按钮，自吸泵把水从水桶抽到壶内，当壶内水位达到规定容量时，自吸泵自动停止抽水；再按一下加热按钮，加热装置将对壶内的水加热，当水沸腾时，加热装置自动停止加热，已知水的比热容c水=4.2×103J/（kg·℃），水的密度ρ水=1.0×103kg/m3，g取10N/kg，电热水壶的铭牌数据如表.产品型号BH-X22额定电压220V频率50Hz加热功率1200W容量1.2L（1）如果自吸泵抽水效率为60%，求自吸泵将1.2L水提升0.5m消耗的电能.（2）电热水壶正常工作时，把1.2L水从20℃加热到100℃用的时间是6min，求电热水壶的热效率.点拨：解题时应注意能量的转化方向.题中，自吸泵抽水，电能转化为机械能，有W电η1=W机；电热水壶烧水时，电能转化为热能，有W电η2=W热.1.奥运场馆“鸟巢”的主体钢结构质量为4.2×105kg，靠自身的24根钢柱支撑.已知c水=4.2×103J/（kg·℃），g取10N/kg.（1）若每根钢柱的横截面积为1.5m2，则平均每根柱子承受的压强有多大？（2）若功率为1000kW的太阳能供电系统为“水立方”连续工作5h，可得到多少焦耳的电能？如果这些电能有42%转化为水的内能，可使游泳池里200t的水温度升高多少 ℃？2.爸爸买了一个水族箱，箱内装有55cm深的水.打开装饰用照明灯后，显得水清草碧，特7\n 别美丽.水族箱的铭牌如表所示.求：***牌水族箱材质：玻璃实木电源（AC）：220V/50Hz防触电保护类型：Ⅰ水箱内径尺寸（长×宽×高）：90cm×40cm×60cm照明灯额定功率：红30W绿30W电加热棒额定功率：200W×2过滤泵额定功率：15W （1）距水箱底部15cm处的鱼受到水的压强. （2）如果电加热棒的加热效率为90%，若将水族箱里的水由25℃加热到30℃，两只加 热棒同时加热，需要加热多长时间?（水族箱内其他物体的体积和吸热情况忽略不计） ［g取10N／kg，ρ水=1.0×103kg／m3，c水＝4.2×103J／（kg·℃）］3.（2022·云南）如图甲是小明同学家购买的微电脑控温电茶壶，具有自动抽水，煮水， 显示水温.控温等功能，使用十分方便.据查，该产品额定电压为220V，额定总功率1210 W，煮水时功率1200W，茶壶容量1.0L，水的比热容c水=4.2×103J/（kg·℃）. (1)将550ml的纯净水从桶中提升0.6m,求电动机对水所做的功.(2)利用“煮水档”将550mL的水加热4min的实验数如下表，请计算0-3min的能量损失.7\n 时间/min00.51.01.52.02.53.03.54.0温度/℃202133496682959595(3)根据表中数据在图乙中作出水被加热的“温度-时间”图像，并分析0-0.5min温度上 升缓慢的主要原因.4.小星在家用电熨斗帮助妈妈熨衣服，发现电熨斗铭牌上的某项数据模糊不清.善于动脑筋 的他很想知道铭牌上的这个数据.他关掉家中其他的用电器，单独将一只规格为“220V 100W”的灯泡接入电路，观察到电能表转盘在5min内转过15r；接着他将电灯关闭， 只将电熨斗接入电路，转盘转过同样的转数只用了1min，g取10N／kg，求：产品名称：电熨斗型号：×××电源：220V 50Hz额定功率：底板面积：150cm2质量：1.5kg （1）电熨斗的功率. （2）电熨斗通电6min产生的热量.7\n （3）将电熨斗平放在衣服上时，对衣服产生的压强.5.小亮家新买了一个电热水壶，铭牌上标有“220V 50Hz 900W”的字样，在侧面透明 小窗口上清晰地看到盛水的最大容量和最小容量为“MAX-1.0L；MIN-0.5L”.小亮对新电 热水壶很感兴趣，于是在家里做了实验.他把水倒入电热水壶至最小容量处，用温度计测 出水的初温是20℃，通电4min后水烧开了（当时气压为1标准大气压）.已知c水= 4.2×103J／（kg·℃），ρ水=1.0×103kg／m3，g取10N／kg.根据以上数据，求： （1）加热过程中水吸收的热量. （2）电热水壶烧水的效率. （3）若电热水壶盛水至最大容量时对桌面的压强等于不盛水时对桌面压强的3倍，电热 水壶的质量是多少?6.（2022·无锡）有一混合动力汽车，由汽车发动机（汽油机）和电动机为驱动系统提供 动力，汽油发动机每一个工作循环活塞经历四个冲程，带动曲轴转动两圈，该汽油发动机 的最大功率是69W，以最大功率工作时曲轴转速为5000r/min.活塞从气缸一端运动到另 一端所扫过的容积为气缸排气量，气缸容积与燃烧室容积之比为压缩比，如图为气缸容 积和燃烧室容积的示意图，该车排气量是1.8L，压缩比为10∶1，动力蓄电池额定电压 为200V，容量（蓄电池放电电流和放电时间乘积）为150A·h，已知该车的动能E与其 速度v的关系如下表所示.v/m·s-11241020E/J6.0×1022.4×1039.6×1036×1042.4×1057\n （1）该汽车的动力蓄电池最多可储存多少焦的电能？ （2）①当这辆汽车在平直公路上以108km/h的速度匀速行驶时，动力完全由汽油发动机 提供，若汽车汽油发动机的输出功率为54kW，则此时汽车所受的阻力是多大？ ②当驾驶员看到前方限速标志时，立即减速并启动充电装置给动力蓄电池充电，汽车 速度由108km/h减小到72km/h，若在此过程中动力蓄电池获得的电能为汽车所 减少动能的50%，则动力蓄电池获得的电能为多少焦？ （3）若该汽车汽油发动机以最大功率工作时，吸气冲程末气缸内每升混合气体中汽油质 量是7.2×10-4kg，此时这台汽油发动机的效率是多少？（q汽油=4.6×107J/kg）题型之四力、热、电综合题例4（1）1.2L水的质量m=ρV=1.0×103kg/m3×1.2×10－3m3=1.2kg自吸泵对水做的功W水=mgh=1.2kg×10N/kg×0.5m=6J消耗的电能W电1=W水/η1=6J/60%=10J（2）1.2L水吸收的热量Q吸=cmΔt=4.2×103J/（kg·℃）×1.2kg×（100℃－20℃）=403200J实际消耗的电能W电2=Pt=1200W×6×60s=432000J电热水壶的效率η2=Q吸/W电2=403200J/432000J=93%针对训练1.（1）钢柱与地面的总接触面积S总=1.5m2×24=36m2每根柱子承受的压强p=F/S总=G/S总=4.2×105kg×10N/kg/36m2=1.17×105Pa（2）电能W=Pt=1000kW×5h=1.8×1010J7\n这些电能转化为水的内能，则有Wη=Q吸，即1.8×1010J×42%=4.2×103J/（kg·℃）×200×103kg×Δt，解得Δt=9℃2.（1）p=ρgh=1.0×103kg/m3×10N/kg×(0.55m-0.15m)=4000Pa(2)m=ρV=1.0×103kg/m3×(0.9m×0.4m×0.55m)=198kgQ吸=cm(t-t0)=4.2×103J/(kg·℃)×198kg×(30℃-25℃)=4.158×106JW=Q吸/η=4.158×106J/90%=4.62×106Jt=W/P=4.62×106J/200W×2=11550s3.（1）V水=550mL=5.5×10-4m3550mL纯净水的质量m水=ρ水V水=103kg/m3×5.5×10-4m3=0.55kg纯净水的重力G=m水g=0.55kg×10N/kg=5.5N电动机对水做的功W=Gh=5.5N×0.6m=3.3J（2）550mL水吸收的热量是Q吸=c水m水（t-t0）=4.2×103J/(kg·℃)×0.55kg×(95℃-20℃)=173250J550mL水加热消耗的电能是W=P煮t=1200W×3×60s=216000J0~3min的能量损失是W-Q吸=216000J-173250J=42750J（3）主要原因是0~0.5min内茶壶和水温差较小，要先加热茶壶，当茶壶和水温差逐渐增大时，水的温度升高就加快.4.（1）灯泡消耗的电能W灯=P灯t灯=100W×5×60s=30000J电熨斗消耗的电能等于灯泡消耗的电能，即W灯=W斗，则：电熨斗的功率P斗=W斗/t斗=W灯/t斗=30000J/60s=500W（2）电熨斗通电6min产生的热量Q=W=P斗t′=500W×6×60s=1.8×105J（3）S=150cm2=1.5×10-2m2电熨斗对衣服产生的压强p=F/S=15N/（1.5×10-2m2）=1000Pa5.（1）加至最小容量时水的质量：m1=ρ水V1=1.0×103kg/m3×0.5×10-3m3=0.5kg加热过程中水吸收的热量：Q=cm（t-t0）=4.2×103J/（kg·℃）×0.5kg×（100℃-20℃）=1.68×105J（2）电热水壶加热过程中消耗的电能：7\nW=Pt=900W×4×60s=2.16×105J电热水壶烧水的效率η=Q/W×100%=1.68×105J/2.16×105J×100%=77.8%（3）设电热水壶底面积为S，质量为m0.最大容量时水的质量m2=ρ水V2，盛最大容量水时，电热水壶对桌面的压强为p1=(m0+m2)g/S，不盛水时对桌面的压强为p2=m0g/S，依题意得p1=3p2，即(m0+m2)g/S=3m0g/S，则(m0+ρ水V2)g/S=3m0g/S，m0=0.5ρ水V2=0.5×1.0×103kg/m3×1×10-3m3=0.5kg.6.（1）储存的电能W=UIt=200V×150A×3600s=1.08×108J（2）①速度108km/h=30m/s阻力F=P/v=54kW/30m/s=1800N②分析表中数据可知，汽车的动能E与速度v的关系为E=kv2当车速为72km/h=20m/s时，汽车的动能E1=2.4×105J故车速为108km/h=30m/s时，汽车的动能E2=E1v22/v12=2.4×105J×302/202=5.4×105J电池获得的电能W′=（5.4×105J－2.4×105J）×50%=1.5×105J（3）1s内汽车发动机所做的功W车=Pt=69kW×1s=6.9×104J1s内汽车发动机做功次数n=5000/（60×2）=250/61s内汽车发动机消耗的汽油质量m=250/6×1.8×7.2×10-4kg×0.1=5.4×10-3kg这些汽油燃烧放出的热量Q=mq=5.4×10-3kg×4.6×107J/kg=2.484×105J发动机的效率η=W车/Q=6.9×104J/（2.484×105J）≈27.8%.7
