8.题型八 涉及能量转化效率的项目式综合题-【一战成名新中考】2026陕西中考物理·二轮复习·重难题型专练

一战成名新中考 题型八涉及能量转化效率的项目式综合题 (近4年连续考查)》 常见能量转化模型： 公式总结： 电热器 能量转化效率= 输出的有用能量 ×100% 输入的总能量 内能 热机 电动机 机械能 电能 发电机 @能力点小练 1.有关研究发现，汽车自身质量每减小100kg,每百公里油耗（汽车在道路上正常行驶时每百公里 平均燃料消耗量)可减少0.7L.若某型号汽车的钢质外壳质量为158kg,若替换成等体积的镁 合金材质，质量可减小120kg.改装后的汽车以80k/h的速度正常行驶5h,可以节约多少L汽油？ 2.长征七号改运载火箭使用的YF-100液氧煤油发动机推力为10kN,燃料混合比为煤油：液氧= 1:2.6(质量比)，航天煤油热值为4.3×10J/kg,比冲为300(N·s)/kg.“比冲”是衡量火箭引擎 燃料的能量利用效率的一种标准量，它是火箭产生的推力乘以工作时间再除以消耗掉的总燃料 质量（推力单位是牛顿，时间单位是秒，质量单位是千克）.Y℉-100液氧煤油发动机在起飞阶段 工作18秒，消耗煤油的质量是 t(结果保留两位小数) 建立等式关系大箭发动机的比冲为300(N9/g则几=300(N8)/g m 3.发动机是汽车的心脏，小阳了解到某款发动机为单缸四冲程汽油机，它的输出功率恒为12.6kW,曲 轴转速为1200r/mi.该汽油机的空燃此（吸气冲程末，吸人气缸内的可燃混合气中空气质量与燃 油质量之此)为4：1，每个工作循环吸入可燃混合气的质量为1.5g,汽油热值为4.5×10'J/kg,则该发 动机的效率是 建立等式关系，m生 m 中每次吸入气缸内的可燃混合气质量与汽油质量的此m 因此每次吸入气缸内的可燃混合气中汽油的质量m油= 4.客机C919搭载的新一代涡扇发动机的热效率和推进效率比一般客机高，所谓热效率是指发动机 获得的机械能与燃料完全燃烧产生的内能之比，而推进效率则是指发动机传递给飞机的推进功（推力 所做的功)与其获得的机械能之比.已知发动机的热效率为40%，推进器推进效率为50%，则此过程 中燃料的利用率为 %.(燃料的利用率是指推进功与燃料完全燃烧产生的内能之比) ○模型构建 ++++十+++。++++++++十++十十+++4+++十十十++ W发 ×100%=40% W 飞机燃料 = 0 发动机 ×100%=50%0 推进器 (内能) 热效率 (机械能) 推进效率 (能量) 燃料利用率刀，= 0x100%= W W 0 W 重难题型专练·陕西物理 37 @实战演练 1.(2025陕西23题9分)火电站利用煤炭燃烧时产生的热量，通过汽轮机带动发电机发电，若火电 站的煤电转化效率η= (W为火电站发出的电能，Q。为消耗的煤炭完全燃烧时所放出的热 量)，则煤炭燃烧越充分，煤电转化效率越高.有关研究表明，基于“富氧燃烧”技术的“碳一氢 风一电”能源耦合模型，可有效地提高新能源与传统能源的综合利用.如图所示，风电站给电网供 电后，将富余的电能输送给制氢厂，通过电解水装置制造的氢气，经加氢站到达用户端；将电解水 制氢时产生的氧气输送给火电站，使煤炭实现“富氧燃烧”，提高火电站的煤电转化效率 (1)某风电站总装机功率为10kW,平均每天工作时长以10h 电能 计.若风电站以总装机功率工作时，1天所发出的电能中，有 风电站 电 8.2×105kW·h的电能供给电网，富余的电能全部用于电解水 刀 电能 )产生的氧气(0) 电能 制氢（每产生1m3氢气消耗3.6kW·h的电能），产生的氢气 完全燃烧时，释放的热量为多少？（氢气的热值为1.28×10'J/m3) 火电站 制了、产生的氢气H人加氨站 产生氢气的株积=富茶的电能(W》1m 碳-氢-风电”能源耦合模型 3.6 kWh 第1题图 (2)假设火电站通过“富氧燃烧”技术，使煤炭完全燃烧，可实现每消耗0.31kg的标准煤，发出 1kW·h的电能，则“富氧燃烧”条件下，煤电转化效率是多少？ (3)(一题多解)若采用“富氧燃烧”技术后，煤电转化效率相比技术革新之前提高了4%，则同样 发出1kW·h的电能，相比应用“富氧燃烧”技术前，能节约多少千克标准煤.（标准煤的热值为 2.9×10'J/kg） 2.(2024陕西23题9分)某高校科研人员根据西藏地区太阳辐射强、供暖周期长等特点，为藏区某 县设计了太阳能供暖蓄热系统.该系统由集热、蓄热和供暖三部分组成，其基本工作过程如图所 示.集热板白天接收太阳辐射时，其内部水温升高，然后通过热交换器，使蓄水箱内水温升高，再 通过水泵将热水送入用户.集热板无法供热时，蓄水箱与热交换器之间阀门关闭.晴天时，集热板 获得的内能不仅能满足县城用户全天24小时的取暖需求，同时富余的内能可储存在蓄水箱中，用以解 决阴雨天集热板无法供热的问题，实现“不用煤，不用气，不用电，温暖整个县城千家万户！” 集热 蓄热 供暖 太阳能集热板热交换器 供暖 管道 水 箱 第2题图 同学们用所学初中物理知识对该系统某一天的数据进行了简单的分析，为便于计算，工作过程和 38 重难题型专练·陕西物理 一战成名新中考 相关数值均做了简化处理，如表所示.不计集热板到蓄水箱之间的管道、热交换器的热损失.[水 的比热容为4.2×103J/(kg·℃)，水的密度为1.0×103kg/m3] 集热板每小时、每平方米 蓄水箱全天持续供暖输出能量（含用户得 集热板面积 接收的太阳辐射能量 到的内能、蓄水箱和供暖管道的热损失) 3×10J 4×104m2 1.74×10"J (1)同学们查阅资料了解到，在西藏地区选用该系统供热的原因之一是：藏区海拔高，大气压强 (选填“大”或“小”)，空气密度小，蓄水箱对流散热慢 (2)若这一天光照时长为10h,集热板的光热转化效率为60%，则集热板中的水获得的内能是多 少？这些内能，一方面通过蓄水箱对用户全天持续供暖，另一方面使得蓄水箱内水的温度最终升 高了10℃.请分析计算该蓄水箱的容积至少是多少？ (3)[一题多解]假设该县城用户均采用地暖供热.根据地暖供热标准，用户的进水温度不低于 40℃.若这一天持续供暖结束后，蓄水箱水温为48℃，接下来为连续阴雨天气，请你通过计算分 析，蓄水箱储存的内能是否还能为县城用户按标准持续供暖3天？（计算结果保留一位小数） 设需要按标准持续供暖的天数为N,蓄水箱全天持续供暖输出能量为Q 则按标准天数实际持续供暖输出总能量为NQ 3.(2025师大附中六模)我国正在大力发展各种新型储能方式，很多充电站利用全钒液流储能装置， 将不稳定的光伏电能储存起来给新能源汽车充电.某实验小组利用该储能装置为一国产增程式 汽车充电，该汽车利用电池供电驱动汽车，在电池没电时，内燃机启动为电池补充电能，依然由电 池驱动汽车为车轮提供动力，内燃机只参与发电过程不直接提供动能.该增程汽车有两种能量来 源方式，其能量流程和转化效率图如下，g取10N/kg. 转化效率20%转化效率90% 太阳 光伏发 全钒液流充电效率60% 其他形 辐射 电装置 储能装置 式的能 增程汽车 电池储能转化效率80% 加油站 加油 一内燃机发电机充电效率90% 车轮获得 转化效率40% 的机械能 第3题图 重难题型专练·陕西物理 39 (1)该车整车质量为2.5t,轮胎与地面总接触面积为1000cm2,求该车静止在水平地面时对地面 的压强； (2)若充电电压为800V,电池容量为62.5A·h,汽车充满电以72km/h的速度在平直路面上匀 速行驶时，所受阻力为车重的0.04倍，仅利用电池储存的电能能使汽车在此情况下行驶多少 小时？ (3)已知在该地区太阳一天的平均辐射能量密度为5(kW·h)/m2,光伏电池板面积为100m2, 试计算该实验小组能否利用一天的太阳辐射将该车电池充满？ (4)充电站平均充电价格为1.5元/度（含停车费），汽油价格平均7元/L,如果要使该增程汽车 获得相同的电能，哪种供能方式更经济实惠，请写出详细的运算过程？（汽油的密度ρ=0.75× 103kgm3,汽油的热值g=4×10?J/kg,不计其他能量损失) 4.(2025铁一中四模)随着绿色环保、低碳生活等理念的普及，课堂上小组同学通过讨论设想出了一 种完全以太阳能电池为能源的汽车（外观如图所示），其太阳能电池板可直接将太阳能转化为电 能，再将电能提供给车内的驱动电机，从而使汽车获得向前行驶的机械能. 通过在网络上对太阳能电池板和驱动电机的了解，小组所设计的太阳能汽车的相关数据如下：汽 车的质量约为750kg,最高时速为72km/h,车辆行驶过程中的平均阻力约为车重的0.02倍，车 身铺设的太阳能电池板面积约为92，太阳能电池板的能量转换效率为15%，驱动电机能够将输 入能量的80%转化为牵引汽车前进的机械能 (1)小组所设计汽车以最高时速匀速行驶时，牵引力的功率为多少？ (g取10N/kg) (2)小组所设计的汽车太阳能电池板每秒需要获得至少多少焦耳的太 阳能才能满足其以最高时速行驶的需求？ 第4题图 (3)小组为了验证自己的设计数据是否可行，在网上查到以下相关数据，太阳自身每秒对外辐射 的光能约为4×10J,将太阳看成点光源，因为太阳光向四周辐射，并不是所有方向发出的光都可 以到达地球，已知其中的光朝向汽车的太阳能电池板照射，且这些太阳光穿过太空和地球同 围的大气层到达太阳能电池板的过程中还有51%的能量损耗，请结合以上数据通过计算说明小 组的数据设想是否可行？ (4)请你针对太阳能能源汽车提出一条优化建议. 40 重难题型专练·陕西物理当R,接入电路中的电阻为零时，电路中的电流最 大，由图乙可知么=-04A,由/=只可得，电覆电瓜： U=1大R1=0.4A×R …① 该报警器初始设置在3%的燃气浓度报警，电路中的 电流1=0.3A时，电压表的示数0，=3V,则变阻器 U,3 V 接入电路中的电阻：R,=70.3A10D, 因串联电路中总电阻等于各分电阻之和，所以，电源 电压： U=1(R1+R2)=0.3A×(R1+102)…② 由①②可得：U=12V,R,=302, 由表格数据可知，该报警器在待机时，气敏电阻的阻 值R,'=552,则控制电路消耗的总功率： U2(12V)2 P制R,+R50+100 ≈2.2W, 该报警器在待机时消耗的总电功率： P=P拉制+PL,=2.2W+6W=8.2W; (3)要使在燃气浓度达到2%时就报警，此时的电流 为0.3A,气敏电阻的阻值R,”=332,此时电路中的 总电阻：R= U 12 V =402 10.3A 则滑动变阻器接入电路中的电阻： R2'=R-R"=402-332=72. 题型八涉及能量转化效率的 项目式综合题 能力点小练 1.解：改装后的汽车以80km/h的速度正常行驶5h通 过的路程：s==80km/h×5h=400km=400公里， 节约的汽油量V-400公里×120sx0.7L=3.36L 100公里100kg 2.0.17 3.28% 1415m混 1115 4.20%[模型建构]n,×m2 实战演练 1.解：(1)风电站总装机1天向电网输送的能量： W=PL=105kW×10h=105kW·h. 则全部用于电解水制氢的电能： W=10°kW·h-8.2×103kW·h=1.8×10kW·h. 每产生1m氢气消耗3.6kW·h的电能，则电解水制氢 产生氢气的体积：V=.8x10W,bx1m=5x10m, 3.6kW·h 产生的氢气完全燃烧时释放的热量： Q=Vg=5×104m3×1.28×10'J/m3=6.4×10"J; (2)消耗0.31kg标准煤放出的热量： Q脑'=mg'=0.31kg×2.9×107J/kg=8.99×10J, “富氧燃烧”条件下，煤电转化效率： 参考答案·陕 一战成名新中考 ×100%=1x3.6x10×1009%≈40%： 8.99×10°J (3)解法一： 由题意知，技术革新之前的煤电转化效率： 7'=40%-4%=36%, 由”。知，技术革新前完全燃烧标准煤放出的 热量： W'1×3.6×10J Q效”s 1×10J, '36% 由Q效=mg知，完全燃烧时消耗标准煤的质量： m-0g=,110=0.345kg. g'2.9×10'J/kg 则相比应用“富氧燃烧”技术前能节约标准煤的质量： m"=m'-m=0.345kg-0.31kg=0.035kg. 解法二： 由题意知，技术革新之前的煤电转化效率： 7'=40%-4%=36%, 技术革新前后电能输出相同，均为1kW·h,根据煤电转 化效率n=0。,则Q总刀=Q卷'7'，即mg=m'qn', 则技术革新之前完全燃烧消耗标准煤的质量： m=m-0.31kgx40%-0.34kg. ′36% 则相比应用“富氧燃烧”技术前能节约标准煤的质量： m"=m'-m=0.344kg-0.31kg=0.034kg. 解：(1)小 (2)集热板每小时、每平方米接收的太阳辐射能量为 3×10°J:集热板的光热转化效率为60%，集热板中的 水获得的内能： 0=60%×3×106J/(h·m2)×10h×4×104m2=7.2× 101J, 蓄水箱内的水吸收的热量： Q'=Q-E=7.2×10"J-1.74×10"J=5.46×101J, 由Q=cm△可知，蓄水的质量： 5.46×101J =1.3×10'kg, 4L4.2×103J/(kg·℃)×10℃ 由0=可知，蓄水箱容积： V==,3x10g=1.3x10m. p1.0×103kg/m3 (3)解法一：蓄水箱中水降低至40℃可以放出的 热量： Q标=c水m△1=4.2×103J/(kg·℃)×1.3×10'kg× (48℃-40℃)=4.368×101J, 实际按标准供暖天数：n 4.368×10J≈2.5天， 1.74×101J 不能满足3天的要求. 解法二：蓄水箱中水降低温度可以放出的热量： Q标=c水m41=4.2×103J/(kg·℃)×1.3×10kg× (48℃-40℃)=4.368×10"J， 按标准供暖三天蓄水箱需要输出的总能量： Q急=WE=3×1.74×10J=5.22×101J>4.368×101J, 因此不能满足3天的要求. 西物理 27 解法三：按标准供暖三天蓄水箱需要输出的总能量： 需要的汽油质量： Qa=VE=3×1.74×10J=5.22×10"J, 1.8×108J m'= =12.5kg, 由Q急=NE=cm△，可得，按标准持续供暖三天需要的 40%×90%×g40%×90%×4×107J/kg 水的最低温度： 需要汽油的体积： I'N 5.22×10J 12.5kg50 朱4.2x10J/(kg·℃)x1,3×10kg +40℃ Vm' C水m Tp0.75×103kgm3-3×10m=3L, ≈49.56℃>48℃，故不能满足3天的要求。 3.解：(1)车静止在水平地面时对地面压力： 费用：9x7元L=16.7元75元， F=G=mg=2.5×103kg×10N/kg=2.5×104N, 所以充电站充电方式更经济实惠 对地面的压强：p=5=2.5x10°N 4.解：(1)汽车以最高时速匀速行驶时，受力平衡，故所 =2.5×103Pa; S1000×104m2 受牵引力： (2)汽车充满电时储存的电能： F=f=0.02G=0.02mg=0.02x750kgx10N/kg=150N, W=Ui=800V×62.5A×1×3600s=1.8×10J 则牵引力的功率： 匀速行驶时汽车牵引力： P=平、 F*=f=0.04G=0.04×2.5×10N=1000N, 2=Fm=150N×3.6 72 /s=3000W; 由W=Fs=F可得，充满电时仅利用电池储存的电能 (2)以最高时速行驶时，每秒牵引力做功： 能使汽车行驶的时间： W=PL=3000W×1s=3000J, t'W 1.8×10°J 则驱动电机需要输入的能量： -=9000s=2.5h; 0100Nx72x 3.6s We-”=3001-37501. 7280% (3)该地区太阳一天的平均辐射到光伏电池板的能量： 则汽车太阳能电池板每秒需要获得的太阳能至少为 E=5(kW·h)/m2×100m2=500kW·h, 电-3750J-250J小5 0=- 由图知，太阳辐射时光伏发电效率为20%、全钒液流 7115% 储能效率为90%、增程汽车电池充电效率为60%， (3)所设计的汽车太阳能电池板每秒实际获得的太阳 所以利用一天的太阳辐射能给增程汽车电池增加的 储能： 能：0=3 =10s×(1-51%)×4x10J=5880J<0,所以小 W增m=500×3.6×10J×209%×90%×609%= 组的数据设想不可行； 1.944×108J>1.8×103J, (4)可以优化太阳能电池板的材料和结构，提高其光 故可以利用一天的太阳辐射将该车电池充满； 电转换效率，这样可以在相同的光照条件下获得更多 (4)汽车充满电时储存的电能：W=1.8×10J=50kW·h, 的电能，从而提高汽车的性能或续航里程.例如，研发 需要电费：50kW·h×1.5元/(kW·h)=75元： 新型的半导体材料，或者改进电池板的表面纹理和涂 由图知，内燃机发电效率为40%，充电效率为90%，启 层，以增加其对太阳光的吸收和利用。 动内燃机给电池充电时：W=Q=40%×90%×mq, 凸陕西中考基础题训练卷 陕西中考基础题训练卷（一）》 1.B2.D3.C4.A5.B6.D7.C Q数=mq=8kg×5×10'J/kg=4×103J: 8.C9.D (2)该巡逻车的热机效率： 11.响度频率12.可再生聚二次 1009%=1.6x10 W有 ×100%=40% 13.热电阻小热效率高（或安全系数高） 12Q数 4×10J 14.吸引轻小物体小不变 22.解：解法一： 15.1.2×104增大静止 (1)电路图如图所示： 16.(1)如答图所示 (2)如答图所示 凸透镜 R 印章c (2)由图可知，当开关S,闭合、S,断开时，只有R工 U 17.(1)-17（2)A侧(3)下切割磁感线 作，电路中的总电阻较大，由P=R可知，电路中的总 18.(1)④(2)无关(3)a、d、e（4)没有控制物体排 功率较小，孵化箱处于保温挡：此时电路中的电流： 开液体的体积相同 21.解：(1)燃油完全燃烧释放的热量： 哈 =1.5A; 28 参考答案·陕西物理