专题辅导二十：电能转化为机械能和内能的综合计算2026-2027学年浙教版科学九年级上册

**基本信息** 以能量守恒为核心，构建电动机与电热器模型化解题体系，系统整合电、热、力学公式，强化效率计算与实际应用。 **专项设计** |模块|题量/典例|方法提炼|知识逻辑| |----|-----------|----------|----------| |知识梳理|2大模型|能量流向分析+核心公式链（W电=W机+Q等）|从能量转化本质→模型公式推导→效率计算| |经典题型|2道典例|非纯电阻/纯电阻电路分步计算法|电动机（总功率-热功率=机械功率）、电热器（Q吸=ηW电）| |强化训练|24题|实际电压/效率综合问题迁移应用|基础概念辨析→公式变式计算→跨学科能量转化分析|

九上科学专题辅导二十：电能转化为机械能和内能的综合计算（学生版） ◆知识梳理 电能转化为机械能和内能的综合计算是初中物理的重难点，也是拉开分差的关键题型。这类题目通常以电动机（非纯电阻电路）和电热器（纯电阻电路）为载体，结合了电学（电功、电功率、焦耳定律）、热学（热量的计算）和力学（功、功率、速度）。核心考点是能量转化与守恒定律以及效率公式。无论题目多复杂，解题的基本逻辑都是“能量守恒”。 一、电能转化为机械能（电动机模型） 1、能量流向：电能 = 机械能 + 内能（线圈发热） 2、核心公式：W电=W机+Q​ 3、展开式：UIt=Fs+I2Rt（或UIt=P机t+I2Rt） 4、机械效率：η=W机/W电×100%=P机/P电×100% 二、电能转化为内能（电热器模型） 1、能量流向：电能 = 有用内能（水吸收的热）+ 散失内能（热量损失） 2、核心公式：W电=Q吸+Q损​ 3、展开式：UIt=cmΔt+Q损​ 4、热效率：η=Q吸/W电×100% ◆经典题型 题型一、电动机综合题（非纯电阻电路） 例1：一台直流电动机，线圈电阻为2Ω，接在220V的电路中正常工作，通过的电流为5A。求： （1）电动机正常工作时的总功率； （2）电动机线圈的发热功率； （3）电动机输出的机械功率； （4）该电动机的效率。 模型二、电热器综合题（纯电阻电路） 例2：某电热水壶的铭牌上标有“220V,1000W”字样。用它将2kg、初温为20℃的水加热至沸腾（标准大气压下）。已知水的比热容为4.2×103J/(kg℃)，假设电热水壶产生的热量有80%被水吸收。求： （1）水吸收的热量； （2）电热水壶需要正常工作的时间。 （3）若实际电压只有200V，热效率为75%，求加热同样多的水需要多长时间？ ◆强化训练 1．电风扇通电后，扇叶旋转，一段时间后，电动机的外壳温度升高，则下列有关能量转化和守恒的说法正确的是（　　） A．电能全部转化为机械能，总的能量守恒 B．电能一部分转化为机械能，另一部分转化为内能，总的能量守恒 C．电能全部转化为内能，总的能量守恒 D．电能转化为机械能和内能，机械能守恒 2．关于电动机和电热器，下列说法正确的是（ ） A．电动机和电热器都可以使用欧姆定律I=U/R计算电流 B．电动机消耗的电能全部转化为机械能 C．电热器消耗的电能全部转化为内能 D．电动机的发热功率可以用P=U2/R计算 3．一台直流电动机，线圈电阻为2Ω，接在12V的电源上正常工作，通过的电流为1A。则电动机的机械功率为（ ） A．12W B．10W C．2W D．14W 4．小华准备参加玩具赛车比赛，他运用如图所示的电路来挑选一只能量转换效率较高的电动机．设电池的电压恒定不变，他先用手捏住电动机的转轴，使其不转动，闭合开关后读出电流表的读数为2A；然后放手，当电动机正常转动时，又读出电流表的读数为0.6A．则该玩具电动机正常转动时将电能转化为机械能的效率为（ ） A．91% B．70% C．30% D．9% 5．下列关于能量转化与效率的说法，错误的是（ ） A．电动机的效率η=P机/P电 B．电热器的效率η=Q吸/W电  C．任何电器的效率都不可能达到100%  D．电热器正常工作时，效率可以达到100%  6．一台直流电动机接在电压为U的电源上，线圈电阻为R，正常工作时通过的电流为I。下列关于该电动机的功率和能量转化关系，表达式正确的是（ ） A．电动机消耗的总功率为I2R B．电动机线圈的发热功率为UI C．电动机输出的机械功率为UI-I2R D．电动机的效率为I2R/UI 7．某电烤箱内部有两根电热丝R1和R2（R1>R2），通过开关组合可以实现高温、中温、低温三个挡位。若电源电压恒定，下列关于挡位与电路连接方式的说法，正确的是（ ） A．高温挡时，R1和R2串联 B．低温挡时，R1和R2并联 C．中温挡时，通过开关组合，只使R1工作 D．高温挡时，电路的总电阻最大 8．如图所示为某品牌油电混合动力汽车的工作原理简图。当汽车在平直公路上以恒定速度匀速行驶时，内燃机启动，既向车轮输送能量，又给蓄电池充电。关于此过程中的能量转化，下列说法错误的是（ ） A．汽油燃烧是将化学能转化为内能 B．内燃机是将内能转化为机械能和电能 C．驱动电机给蓄电池充电时，将机械能转化为电能 D．汽车克服阻力做功，是将机械能转化为内能 9．工厂中常用水平传送带运送货物。当货物被无初速度地放上传送带时，货物会在滑动摩擦力的作用下加速，直到与传送带共速。关于此过程，下列说法正确的是（ ） A．摩擦力对货物做的功等于货物动能的增加量 B．摩擦力对传送带做的功等于系统产生的热量 C．电动机因放上货物而多消耗的电能，等于货物动能的增加量与系统产生的热量之和 D．货物与传送带相对滑动的时间越长，系统产生的热量越少 10．某同学用燃气灶烧水给餐具消毒。已知密闭锅内水的质量为5kg，初温为22℃，当水刚好烧开时，共消耗了0.06m3的燃气，该燃气灶烧水的热效率为70%。已知水的比热容为4.2×103J/(kg℃)，燃气的热值为4×107J/kg。则密闭锅内水烧开时的温度为（ ） A．100℃ B．120℃ C．105℃ D．无法确定 11．地处河北省井陉县张河湾抽水蓄能电站是电力保障项目之一、在电力充足有余时，该电站将下面水库中的水抽到山顶的“天池”中储存起来，在用电高峰时再利用水的势能发电，从而弥补了用电不稳定且电能难储存的不足，堪称电力系统的巨型“充电宝”。下列有关说法正确的是（　　） A．该“充电宝”跟手机充电宝一样，都是化学能与电能之间的转化 B．该电站抽水蓄能时可将电能转化为机械能，发电时可将机械能转化为电能 C．根据能的转化和守恒定律可知，该“充电宝”的效率为100％ D．不同形式能量之间可以相互转化，说明能量的转化是没有方向性的 12．全球最大的压缩空气储能项目在我国并网发电，工作原理如图所示。在用电低谷时段利用电网多余电能驱动压缩机压缩空气，在用电高峰时段高压空气被释放，使膨胀机转动，带动发电机产生电能输送至电网。其工作过程能的转化分析正确的是（　　） A．用电低谷时的能量转化是：内能→机械能→电能 B．电网输送电能的过程中利用高压输电以减小电热的产生 C．用电高峰时发电机发电的能量转化是：电能→内能→机械能 D．因为能量守恒，所以储能时消耗的电能和释能时输出的电能相等 13．电动汽车是未来汽车的发展方向，某款电动汽车在平直公路上匀速直线行驶时，受到的阻力恒为1000N， 电动机的机械效率为80%。若该车以20m/s的速度行驶100km，则电动机消耗的总电能为（ ） A．2×108J B．2.5×108J C．1.6×108J D．4×108J 14．如图所示是电热吹风机的内部电路原理图，电热吹风机由一个电动机和一个电热丝并联组成。电动机中有电流通过时会有风吹出，电热丝中有电流通过时会有热量产生。当开关S1、S2都闭合，二者都正常工作，下列说法不正确的是（　　） A．电动机和电热丝在相同时间内产生的热量不同 B．电动机和电热丝在相同时间内消耗的电能不同 C．电动机和电热丝消耗的电功率相同 D．电动机消耗的电能大部分转化为机械能，少部分转化为内能 15．小明在家里发现电热水壶和电吹风的铭牌都标有“220V 800W”，根据所学电学知识，他做出如下判断，其中正确的是（　　） A．800W表示电热水壶或电吹风1秒内消耗电能800J B．电热水壶与电吹风相比，电流做功一样快 C．电热水壶与电吹风工作时，产生的热量都可以用公式Q=I2Rt来计算 D．都正常工作时，电热水壶和电吹风将电能转化为内能一样快 16．某环保混合动力汽车的工作模式如下：启动时，内燃机不工作，由蓄电池提供动力；高速行驶或蓄电池电量过低时，内燃机启动，既驱动车轮。又为蓄电池充电；全力加速时，内燃机与蓄电池可同时驱动车轮。 （1）内燃机启动时做功冲程向外输出动力，燃料在气缸内燃烧不充分的情况下热值 （选填“发生”或“未发生”）变化，车辆全力加速时，总能量 （选填“守恒”或“不守恒”）。 （2）汽车在平直公路上匀速行驶100km，共消耗汽油10L，所受平均阻力为1000N，若该汽车内燃机的效率为40%，匀速行驶时汽车 （选填“具有”或“不具有”）惯性，汽油完全燃烧放出的热量为 J，最终使蓄电池增加 J的电能。（忽略蓄电池和电动机的热损失，汽油的密度为0.7×103kg/m3，汽油的热值为4.5×107J/kgm） （3）该车制动减速的过程中，机械能转化为电能和内能，转化的电能与内能之比为9:16。如图所示是机械能的变化量与速度变化量的关系图像。若该车从25m/s开始减速，转化的电能为3.6×104J。则减小的机械能为 J，该车的速度将会减小到 m/s。 17．电池的能量密度是指电池可以充入的最大电能与电池质量的比值。电池的能量密度随环境温度的降低而降低，同一辆电动汽车在夏季的续航里程（充满电后最大行驶路程）比冬季更 （选填“短”或“长”）。某电动汽车电池的质量为400kg，充满电后，在平直路面上以80km/h的速度匀速行驶时，受到的平均阻力为720N，续航里程为400km。已知该电动汽车将电能转化为机械能的效率为80%，则其电池的能量密度为 kWh/kg。若行驶过程中电池的输出电压为400V，则电池的输出电流为 A。 18．如图所示是利用电动机提升重物的示意图，其中D是直流电动机，P是一个质量为50kg的重物，它用细绳拴在电动机的轴上。闭合开关S，重物P以0.8m/s的速度被匀速提升，这时电流表和电压表的示数分别是I=2A和U=220V。不计一切摩擦，则电动机工作时电能转化为机械能的功率是 W，电动机线圈的电阻 Ω。 19．电动自行车已成为大众化的一种交通工具，其核心是直流电动机。小明对家中的电动自行车进行了测试，他骑车在平直的路面上由静止开始运动，获得如图所示的速度v和牵引力F随时间t变化的关系图像。已知匀速行驶时，电动机输入电压48V，输入电流5A，由图可知，电动自行车匀速行驶时，牵引力F的功率为 W，电能转化为机械能的效率 %。 20．如图甲所示的白炽灯是利用电流的 （选填“热效应”或“磁效应”）使灯丝达到白炽状态而发光，LED灯的发光二极管则是用 材料制成的.右图是白炽灯与LED灯正常工作时，将电能转化为光能和内能的比例图，其中，发光效率较高的是 （选填“白炽灯”或“LED灯”）.某白炽灯铭牌为“220V 90W”，与额定功率为 W的LED灯（额定电压220V）正常发光时亮度相当。上述两灯正常工作相同时间，LED灯比白炽灯节约 %的电能（保留一位小数）。 21．小华的爸爸最近购买了一辆某品牌的小汽车，如图甲所示。 实验次数 1 2 3 4 5 速度/(kmh-1) 40 60 80 100 120 制动距离/m 8 18 32 50 （1）某次自驾游的过程中，遇到一座比较高的桥。他父亲在汽车开始上桥时立即加大油门同时减挡降速，其目的是为了 牵引力（选填“增大”或“减小”）； （2）小华上网查得该型号汽车在某次启动性能测试的有关数据，汽车以恒定功率的启动做直线运动，运动过程中受到的阻力为2000N且保持不变，运动速度v与时间t的关系如图乙所示。则在0～5s内，汽车运动60m，则此过程牵引力对汽车做功为 J，汽车匀速运动过程中牵引力的功率是 W； s/km 1.2 2.4 3.6 4.8 6.0 t/min 1 2 3 4 5 ××型汽车 总质量（kg） 1300 储能效率（%） 65 （3）小华还查到该型号轿车的行驶速度与对应的制动距离（即从操纵制动刹车到车停下来的距离），数据如表格所示：根据表中数据所反映的规律可知，当轿车速度为120km/h时对应的制动距离是 km。（4）制动距离是衡量汽车安全性能的重要参数之一。图丙中所示的图线分别为甲、乙两不同品牌汽车在同一路面上紧急刹车过程中的实际制动距离s与刹车前的车速v的关系图像。图中 （选填“甲”或“乙”）车的刹车性能差。 （5）一个汽车在平直的公路上某一阶段行驶时的路程和时间关系如右表；为节约能源，某型号汽车在关闭发动机后，通过小型发电机将减速运动时的部分动能转化为电能储存在蓄电池中。右表中所示是该型号汽车的部分技术参数，其中储能效率是指汽车正常行驶时关闭发动机，直至汽车停止的过程中，通过发电机将动能转化为电能的效率；测试中，先让汽车正常行驶，然后关闭发动机，分别测出开启和关闭发电机两种情况下，汽车通过的路程s与对应的速度大小v，计算出动能Ek，作出Ek-s图像，如图所示。请你根据表中的数据，在如图所示的坐标系中作出s随t变化的关系图像。 （6）测试时，汽车在大小为800N的牵引力作用下，以25m/s的速度正常行驶1000m。此过程中，汽车 ； A.行驶的时间为40s B.受到的阻力为1.2×104N C.牵引力做的功为3.2×108J D.地面对车的支持力和车对地面的压力是一对平衡力 （7）由图像可知，表示开启发电机进行测试的图线是图丁中的 （选填“①”或“②”）； （8）若汽车正常行驶时的动能Ek0=6×105J，某时刻关闭发动机，同时发电机开始工作，最终有 J的动能转化为内能。 22．某油电混合动力汽车沿平直公路以的速度匀速行驶，从A处到B处用时lh，此过程中汽油燃烧释放热量的30%用于驱动汽车匀速行驶。汽车行驶过程中所受阻力恒为1000N。设汽油在汽缸内完全燃烧，且热值近似取5×107J/kg。 （1）求A、B两地间的距离。 （2）求在上述行驶过程中： ①牵引力对汽车所做的功。 ②消耗的汽油质量。 （3）从B处开始，司机关闭发动机，汽车滑行至C处停止。在此过程中，汽车通过动能回收装置将动能减少量的60%转化为电能。若这些电能可供功率为1000W的用电器持续工作3分钟。求汽车在B处时的动能。 23．重庆市大多数学校都安装了直饮机—无内胆饮水机，电路原理如图所示，电热丝 R1、R0绕在出水管上， 水经过出水管时被加热，通过改变“温、开水选择开关”S的状态（S“断开”或 S“闭合”），可以选择出温水或开水。该饮水机的额定电压是220V，开水加热电功率是2200W，温水加热电功率是1100W。[已知电热丝R1、R0电阻不随温度变化，水的比热容c水＝4.2×103J/（kg℃），水的密度ρ水＝1×103kg/m3 ，求： （1）饮水机正常工作，出开水时电热丝中的电流是多少？ （2）通过计算分析，说明开关S的状态（“断开”或“闭合”）与出开水、温水的对应关系？ （3）现在需要一标准大气压下100℃的开水 500mL，已知水的初温是20℃，若饮水机正常工作时，烧开这些水需要多少时间？（饮水机电能转化为水内能的效率是80%，计算结果保留一位小数） 24．我国成功研制新款自供电心脏起搏器，结构示意图如图甲所示。起搏器正常工作电压为1.2V、电流为1.0×10-2A，每一次起搏器脉冲工作时间5×10-4s。人体心脏每一次跳动，“能量再生模块”能捕获2.0×10-3J的机械能，并将捕获机械能中的24%转化为电能供给下一次起搏使用，实现终身无需额外电池供电。求： （1）每一次起搏器脉冲消耗的电能； （2）起搏器每一次工作时，其能量流向如图乙所示，其他耗电模块还需消耗3.2×10-4J的电能，请通过计算说明该装置为何能实现无额外电池供电； （3）图丙为心脏输送血液的简化示意图，心脏对血液的平均推力F等于输送血液平均压强p与血管内横截面积S的乘积。若某患者心脏输送血液一次平均压强为1.3×104Pa，血管横截面积为1.0×10-4m2，单次输送血液体积为7×10-5m3。 ①请计算该患者心脏跳动一次对血液做的功； ②若患者平静时心率低于40次/min需要安装起搏器。该患者的心脏每分钟对血液做的总功为32.76J，通过计算判断该患者是否需要安装心脏起搏器。 学科网（北京）股份有限公司 $ 九上科学专题辅导二十：电能转化为机械能和内能的综合计算（教师版） ◆知识梳理 电能转化为机械能和内能的综合计算是初中物理的重难点，也是拉开分差的关键题型。这类题目通常以电动机（非纯电阻电路）和电热器（纯电阻电路）为载体，结合了电学（电功、电功率、焦耳定律）、热学（热量的计算）和力学（功、功率、速度）。核心考点是能量转化与守恒定律以及效率公式。无论题目多复杂，解题的基本逻辑都是“能量守恒”。 一、电能转化为机械能（电动机模型） 1、能量流向：电能 = 机械能 + 内能（线圈发热） 2、核心公式：W电=W机+Q​ 3、展开式：UIt=Fs+I2Rt（或UIt=P机t+I2Rt） 4、机械效率：η=W机/W电×100%=P机/P电×100% 二、电能转化为内能（电热器模型） 1、能量流向：电能 = 有用内能（水吸收的热）+ 散失内能（热量损失） 2、核心公式：W电=Q吸+Q损​ 3、展开式：UIt=cmΔt+Q损​ 4、热效率：η=Q吸/W电×100% ◆经典题型 题型一、电动机综合题（非纯电阻电路） 例1：一台直流电动机，线圈电阻为2Ω，接在220V的电路中正常工作，通过的电流为5A。求： （1）电动机正常工作时的总功率； （2）电动机线圈的发热功率； （3）电动机输出的机械功率； （4）该电动机的效率。 解析： （1）总功率：P总=UI=220V×5A=1100W （2）发热功率：P热=I2R=(5A)2×2Ω=50W （3）机械功率：根据能量守恒，P机=P总-P热=1100W-50W=1050W （4）效率：η=P机/P总×100%=1050W/1100W×100%=95.5% 点评：此题是电动机模型最经典的题目，没有复杂的电路图，没有多挡位开关，没有图像表格，而是直接给出 U、I、R三个核心参数。其核心就在于非纯电阻电路的能量分配。要回到“能量守恒”的基本逻辑，而不是死记硬背公式。它是检验学生是否真正理解“非纯电阻电路”的试金石。要区分总功率、发热功率和机械功率，它不遵守欧姆定律。 模型二、电热器综合题（纯电阻电路） 例2：某电热水壶的铭牌上标有“220V,1000W”字样。用它将2kg、初温为20℃的水加热至沸腾（标准大气压下）。已知水的比热容为4.2×103J/(kg℃)，假设电热水壶产生的热量有80%被水吸收。求： （1）水吸收的热量； （2）电热水壶需要正常工作的时间。 （3）若实际电压只有200V，热效率为75%，求加热同样多的水需要多长时间？ 解析： （1）水吸收的热量：Q吸=cm(t-t0)=4．2×103J/(kg℃)×2kg×(100℃-20℃)=6.72×105J （2）消耗的电能：根据η=Q吸/W电，可得W电1=Q吸/η1=6.72×105J/80%=8.4×105J 工作时间：因为电热水壶正常工作，实际功率等于额定功率，所以t1=W电1/P额=8.4×105J/1000W=840s （3）若实际电压200V、效率75%时的加热时间。此时，有两个变量：电压变了⇒功率变了（必须先求电阻R）。效率变了⇒必须用新效率75%（千万别惯性用80%） 第一步：求电阻R （电阻是导体属性，不变） R=U额2/P额=(220V)2/1000W=48.4Ω 第二步：求实际功率 P实=U实2/R=(200V)2/48.4Ω=W=826.45W 第三步：求新消耗的电能 W电2=Q吸/η2=6.72×105J/750%=8.96×105J 第四步：求实际时间 t2=W电2/P实=8.96×105J/W=1084.16s 点评：此题将三个问题融为一体的综合题，堪称电热综合计算题的“黄金模板”。它完美复刻了中考压轴题的命题逻辑，从基础热学到额定电功率，再到非额定状态的动态分析，难度呈阶梯式上升。解题时，要牢记“电阻不变”和“能量守恒”这两条底线，万变不离其宗。 ◆强化训练 1．电风扇通电后，扇叶旋转，一段时间后，电动机的外壳温度升高，则下列有关能量转化和守恒的说法正确的是（　　） A．电能全部转化为机械能，总的能量守恒 B．电能一部分转化为机械能，另一部分转化为内能，总的能量守恒 C．电能全部转化为内能，总的能量守恒 D．电能转化为机械能和内能，机械能守恒 2．关于电动机和电热器，下列说法正确的是（ ） A．电动机和电热器都可以使用欧姆定律I=U/R计算电流 B．电动机消耗的电能全部转化为机械能 C．电热器消耗的电能全部转化为内能 D．电动机的发热功率可以用P=U2/R计算 3．一台直流电动机，线圈电阻为2Ω，接在12V的电源上正常工作，通过的电流为1A。则电动机的机械功率为（ ） A．12W B．10W C．2W D．14W 4．小华准备参加玩具赛车比赛，他运用如图所示的电路来挑选一只能量转换效率较高的电动机．设电池的电压恒定不变，他先用手捏住电动机的转轴，使其不转动，闭合开关后读出电流表的读数为2A；然后放手，当电动机正常转动时，又读出电流表的读数为0.6A．则该玩具电动机正常转动时将电能转化为机械能的效率为（ ） A．91% B．70% C．30% D．9% 5．下列关于能量转化与效率的说法，错误的是（ ） A．电动机的效率η=P机/P电 B．电热器的效率η=Q吸/W电  C．任何电器的效率都不可能达到100%  D．电热器正常工作时，效率可以达到100%  6．一台直流电动机接在电压为U的电源上，线圈电阻为R，正常工作时通过的电流为I。下列关于该电动机的功率和能量转化关系，表达式正确的是（ ） A．电动机消耗的总功率为I2R B．电动机线圈的发热功率为UI C．电动机输出的机械功率为UI-I2R D．电动机的效率为I2R/UI 7．某电烤箱内部有两根电热丝R1和R2（R1>R2），通过开关组合可以实现高温、中温、低温三个挡位。若电源电压恒定，下列关于挡位与电路连接方式的说法，正确的是（ ） A．高温挡时，R1和R2串联 B．低温挡时，R1和R2并联 C．中温挡时，通过开关组合，只使R1工作 D．高温挡时，电路的总电阻最大 8．如图所示为某品牌油电混合动力汽车的工作原理简图。当汽车在平直公路上以恒定速度匀速行驶时，内燃机启动，既向车轮输送能量，又给蓄电池充电。关于此过程中的能量转化，下列说法错误的是（ ） A．汽油燃烧是将化学能转化为内能 B．内燃机是将内能转化为机械能和电能 C．驱动电机给蓄电池充电时，将机械能转化为电能 D．汽车克服阻力做功，是将机械能转化为内能 9．工厂中常用水平传送带运送货物。当货物被无初速度地放上传送带时，货物会在滑动摩擦力的作用下加速，直到与传送带共速。关于此过程，下列说法正确的是（ ） A．摩擦力对货物做的功等于货物动能的增加量 B．摩擦力对传送带做的功等于系统产生的热量 C．电动机因放上货物而多消耗的电能，等于货物动能的增加量与系统产生的热量之和 D．货物与传送带相对滑动的时间越长，系统产生的热量越少 10．某同学用燃气灶烧水给餐具消毒。已知密闭锅内水的质量为5kg，初温为22℃，当水刚好烧开时，共消耗了0.06m3的燃气，该燃气灶烧水的热效率为70%。已知水的比热容为4.2×103J/(kg℃)，燃气的热值为4×107J/kg。则密闭锅内水烧开时的温度为（ ） A．100℃ B．120℃ C．105℃ D．无法确定 11．地处河北省井陉县张河湾抽水蓄能电站是电力保障项目之一、在电力充足有余时，该电站将下面水库中的水抽到山顶的“天池”中储存起来，在用电高峰时再利用水的势能发电，从而弥补了用电不稳定且电能难储存的不足，堪称电力系统的巨型“充电宝”。下列有关说法正确的是（　　） A．该“充电宝”跟手机充电宝一样，都是化学能与电能之间的转化 B．该电站抽水蓄能时可将电能转化为机械能，发电时可将机械能转化为电能 C．根据能的转化和守恒定律可知，该“充电宝”的效率为100％ D．不同形式能量之间可以相互转化，说明能量的转化是没有方向性的 12．全球最大的压缩空气储能项目在我国并网发电，工作原理如图所示。在用电低谷时段利用电网多余电能驱动压缩机压缩空气，在用电高峰时段高压空气被释放，使膨胀机转动，带动发电机产生电能输送至电网。其工作过程能的转化分析正确的是（　　） A．用电低谷时的能量转化是：内能→机械能→电能 B．电网输送电能的过程中利用高压输电以减小电热的产生 C．用电高峰时发电机发电的能量转化是：电能→内能→机械能 D．因为能量守恒，所以储能时消耗的电能和释能时输出的电能相等 13．电动汽车是未来汽车的发展方向，某款电动汽车在平直公路上匀速直线行驶时，受到的阻力恒为1000N， 电动机的机械效率为80%。若该车以20m/s的速度行驶100km，则电动机消耗的总电能为（ ） A．2×108J B．2.5×108J C．1.6×108J D．4×108J 14．如图所示是电热吹风机的内部电路原理图，电热吹风机由一个电动机和一个电热丝并联组成。电动机中有电流通过时会有风吹出，电热丝中有电流通过时会有热量产生。当开关S1、S2都闭合，二者都正常工作，下列说法不正确的是（　　） A．电动机和电热丝在相同时间内产生的热量不同 B．电动机和电热丝在相同时间内消耗的电能不同 C．电动机和电热丝消耗的电功率相同 D．电动机消耗的电能大部分转化为机械能，少部分转化为内能 15．小明在家里发现电热水壶和电吹风的铭牌都标有“220V 800W”，根据所学电学知识，他做出如下判断，其中正确的是（　　） A．800W表示电热水壶或电吹风1秒内消耗电能800J B．电热水壶与电吹风相比，电流做功一样快 C．电热水壶与电吹风工作时，产生的热量都可以用公式Q=I2Rt来计算 D．都正常工作时，电热水壶和电吹风将电能转化为内能一样快 16．某环保混合动力汽车的工作模式如下：启动时，内燃机不工作，由蓄电池提供动力；高速行驶或蓄电池电量过低时，内燃机启动，既驱动车轮。又为蓄电池充电；全力加速时，内燃机与蓄电池可同时驱动车轮。 （1）内燃机启动时做功冲程向外输出动力，燃料在气缸内燃烧不充分的情况下热值未发生（选填“发生”或“未发生”）变化，车辆全力加速时，总能量守恒（选填“守恒”或“不守恒”）。 （2）汽车在平直公路上匀速行驶100km，共消耗汽油10L，所受平均阻力为1000N，若该汽车内燃机的效率为40%，匀速行驶时汽车具有（选填“具有”或“不具有”）惯性，汽油完全燃烧放出的热量为3.15×108J，最终使蓄电池增加2.6×107J的电能。（忽略蓄电池和电动机的热损失，汽油的密度为0.7×103kg/m3，汽油的热值为4.5×107J/kgm） （3）该车制动减速的过程中，机械能转化为电能和内能，转化的电能与内能之比为9:16。如图所示是机械能的变化量与速度变化量的关系图像。若该车从25m/s开始减速，转化的电能为3.6×104J。则减小的机械能为1×105J，该车的速度将会减小到15m/s。 17．电池的能量密度是指电池可以充入的最大电能与电池质量的比值。电池的能量密度随环境温度的降低而降低，同一辆电动汽车在夏季的续航里程（充满电后最大行驶路程）比冬季更长（选填“短”或“长”）。某电动汽车电池的质量为400kg，充满电后，在平直路面上以80km/h的速度匀速行驶时，受到的平均阻力为720N，续航里程为400km。已知该电动汽车将电能转化为机械能的效率为80%，则其电池的能量密度为0.25kWh/kg。若行驶过程中电池的输出电压为400V，则电池的输出电流为50A。 18．如图所示是利用电动机提升重物的示意图，其中D是直流电动机，P是一个质量为50kg的重物，它用细绳拴在电动机的轴上。闭合开关S，重物P以0.8m/s的速度被匀速提升，这时电流表和电压表的示数分别是I=2A和U=220V。不计一切摩擦，则电动机工作时电能转化为机械能的功率是440W，电动机线圈的电阻10Ω。 19．电动自行车已成为大众化的一种交通工具，其核心是直流电动机。小明对家中的电动自行车进行了测试，他骑车在平直的路面上由静止开始运动，获得如图所示的速度v和牵引力F随时间t变化的关系图像。已知匀速行驶时，电动机输入电压48V，输入电流5A，由图可知，电动自行车匀速行驶时，牵引力F的功率为210W，电能转化为机械能的效率87.5%。 20．如图甲所示的白炽灯是利用电流的热效应（选填“热效应”或“磁效应”）使灯丝达到白炽状态而发光，LED灯的发光二极管则是用半导体材料制成的.右图是白炽灯与LED灯正常工作时，将电能转化为光能和内能的比例图，其中，发光效率较高的是LED灯（选填“白炽灯”或“LED灯”）.某白炽灯铭牌为“220V 90W”，与额定功率为20W的LED灯（额定电压220V）正常发光时亮度相当。上述两灯正常工作相同时间，LED灯比白炽灯节约77.8%的电能（保留一位小数）。 21．小华的爸爸最近购买了一辆某品牌的小汽车，如图甲所示。 实验次数 1 2 3 4 5 速度/(kmh-1) 40 60 80 100 120 制动距离/m 8 18 32 50 （1）某次自驾游的过程中，遇到一座比较高的桥。他父亲在汽车开始上桥时立即加大油门同时减挡降速，其目的是为了增大牵引力（选填“增大”或“减小”）； （2）小华上网查得该型号汽车在某次启动性能测试的有关数据，汽车以恒定功率的启动做直线运动，运动过程中受到的阻力为2000N且保持不变，运动速度v与时间t的关系如图乙所示。则在0～5s内，汽车运动60m，则此过程牵引力对汽车做功为3×105J，汽车匀速运动过程中牵引力的功率是6×104W； s/km 1.2 2.4 3.6 4.8 6.0 t/min 1 2 3 4 5 ××型汽车 总质量（kg） 1300 储能效率（%） 65 （3）小华还查到该型号轿车的行驶速度与对应的制动距离（即从操纵制动刹车到车停下来的距离），数据如表格所示：根据表中数据所反映的规律可知，当轿车速度为120km/h时对应的制动距离是0.072 km。（4）制动距离是衡量汽车安全性能的重要参数之一。图丙中所示的图线分别为甲、乙两不同品牌汽车在同一路面上紧急刹车过程中的实际制动距离s与刹车前的车速v的关系图像。图中甲（选填“甲”或“乙”）车的刹车性能差。 （5）一个汽车在平直的公路上某一阶段行驶时的路程和时间关系如右表；为节约能源，某型号汽车在关闭发动机后，通过小型发电机将减速运动时的部分动能转化为电能储存在蓄电池中。右表中所示是该型号汽车的部分技术参数，其中储能效率是指汽车正常行驶时关闭发动机，直至汽车停止的过程中，通过发电机将动能转化为电能的效率；测试中，先让汽车正常行驶，然后关闭发动机，分别测出开启和关闭发电机两种情况下，汽车通过的路程s与对应的速度大小v，计算出动能Ek，作出Ek-s图像，如图所示。请你根据表中的数据，在如图所示的坐标系中作出s随t变化的关系图像。 （6）测试时，汽车在大小为800N的牵引力作用下，以25m/s的速度正常行驶1000m。此过程中，汽车 ； A.行驶的时间为40s B.受到的阻力为1.2×104N C.牵引力做的功为3.2×108J D.地面对车的支持力和车对地面的压力是一对平衡力 （7）由图像可知，表示开启发电机进行测试的图线是图丁中的②（选填“①”或“②”）； （8）若汽车正常行驶时的动能Ek0=6×105J，某时刻关闭发动机，同时发电机开始工作，最终有2.1×105J的动能转化为内能。 22．某油电混合动力汽车沿平直公路以的速度匀速行驶，从A处到B处用时lh，此过程中汽油燃烧释放热量的30%用于驱动汽车匀速行驶。汽车行驶过程中所受阻力恒为1000N。设汽油在汽缸内完全燃烧，且热值近似取5×107J/kg。 （1）求A、B两地间的距离。 （2）求在上述行驶过程中： ①牵引力对汽车所做的功。 ②消耗的汽油质量。 （3）从B处开始，司机关闭发动机，汽车滑行至C处停止。在此过程中，汽车通过动能回收装置将动能减少量的60%转化为电能。若这些电能可供功率为1000W的用电器持续工作3分钟。求汽车在B处时的动能。 解：（1）A、B两地间的距离s=vt=72km/h×lh=72km （2）①汽车匀速行驶，汽车受到的牵引力等于阻力，即F=f=1000N 牵引力所做的功W1=Fs=1000N×72×1000m=7.2×107J ②汽油燃烧放出的热量 Q放=W1/30%=7.2×107J/30%=2.4×108J 消耗的汽油质量m= Q放/q=2.4×108J/5×107J/kg=4.8kg （3）用电器消耗的电能W2=Pt=1000W×3×60s=1.8×105J 汽车在B处时的动能E=W2/60%=1.8×105J/60%=3×105J 23．重庆市大多数学校都安装了直饮机—无内胆饮水机，电路原理如图所示，电热丝 R1、R0绕在出水管上， 水经过出水管时被加热，通过改变“温、开水选择开关”S的状态（S“断开”或 S“闭合”），可以选择出温水或开水。该饮水机的额定电压是220V，开水加热电功率是2200W，温水加热电功率是1100W。[已知电热丝R1、R0电阻不随温度变化，水的比热容c水＝4.2×103J/（kg℃），水的密度ρ水＝1×103kg/m3 ，求： （1）饮水机正常工作，出开水时电热丝中的电流是多少？ （2）通过计算分析，说明开关S的状态（“断开”或“闭合”）与出开水、温水的对应关系？ （3）现在需要一标准大气压下100℃的开水 500mL，已知水的初温是20℃，若饮水机正常工作时，烧开这些水需要多少时间？（饮水机电能转化为水内能的效率是80%，计算结果保留一位小数） 解：（1）饮水机正常工作，出开水时电热丝中的电流I热=P热/U=2200W/220V=10A （2）当S闭合时，R被短路，R0单独工作，电路中电阻最小，由P=U2/R可知，电功率较大，处于加热状态，即开水档。当开关S断开时，电阻R1和R0串联接入电路，电路中的电阻最大，由P=U2/R可知，此时饮水机的功率最小，处于保温状态，即温水档。 （3）500mL水的质量m=p水V=1g/cm3×500cm3=500g=0.5kg 水需要吸收的热量Q吸=cm(t-t0)=4.2×103/(kg℃)×0.5kg×(100℃-20℃)=1.68×105J 消耗的电能W电=Q吸/η=1.68×105J/80%=2.1×105J 加热时间t=W电/P热=2.1×105J/2200W=95.5s 24．我国成功研制新款自供电心脏起搏器，结构示意图如图甲所示。起搏器正常工作电压为1.2V、电流为1.0×10-2A，每一次起搏器脉冲工作时间5×10-4s。人体心脏每一次跳动，“能量再生模块”能捕获2.0×10-3J的机械能，并将捕获机械能中的24%转化为电能供给下一次起搏使用，实现终身无需额外电池供电。求： （1）每一次起搏器脉冲消耗的电能； （2）起搏器每一次工作时，其能量流向如图乙所示，其他耗电模块还需消耗3.2×10-4J的电能，请通过计算说明该装置为何能实现无额外电池供电； （3）图丙为心脏输送血液的简化示意图，心脏对血液的平均推力F等于输送血液平均压强p与血管内横截面积S的乘积。若某患者心脏输送血液一次平均压强为1.3×104Pa，血管横截面积为1.0×10-4m2，单次输送血液体积为7×10-5m3。 ①请计算该患者心脏跳动一次对血液做的功； ②若患者平静时心率低于40次/min需要安装起搏器。该患者的心脏每分钟对血液做的总功为32.76J，通过计算判断该患者是否需要安装心脏起搏器。 解：（1）根据电功公式W=UIt,可得每一次起搏器脉冲消耗的电能为 W1=UIt=1.2V×1.0×10-2A×5×10-4s=6×10-6J （2）已知捕获的机械能E机=2.0×10-3J，转化效率η=24%，根据效率公式，可得转化的电能为 E电=ηE机=24%×2.0×10-3J=4.8×10-4J。 已知其他耗电模块消耗电能W2=3.2×10-4J,计算总消耗电能为W消=W1+W2=6×10-6J+3.2×10-4J=3.26×10-4J因为E电>W消，转化得到的电能满足消耗需求，因此可以实现无额外电池供电。 （3）①由题意得，推力F=pS，单次输送血液体积V=SL，可得血液移动距离L=V/S，代入功的公式W=FL，推导得W=FL=pSL=pV，代入数据,得W=pV=1.3×104Pa×7×10-5m3=0.91J ②已知每分钟心脏总做功W总=32.76J，计算每分钟心跳次数n=W总/W=32.76J/0.91J=36，即36次/min 因为36次/min<40次/min，心率低于标准，因此该患者需要安装心脏起搏器。 学科网（北京）股份有限公司 $ 九上科学专题辅导二十：电能转化为机械能和内能的综合计算（答案版） ◆经典题型 题型一、电动机综合题（非纯电阻电路） 例1： 解析： （1）总功率：P总=UI=220V×5A=1100W （2）发热功率：P热=I2R=(5A)2×2Ω=50W （3）机械功率：根据能量守恒，P机=P总-P热=1100W-50W=1050W （4）效率：η=P机/P总×100%=1050W/1100W×100%=95.5% 点评：此题是电动机模型最经典的题目，没有复杂的电路图，没有多挡位开关，没有图像表格，而是直接给出 U、I、R三个核心参数。其核心就在于非纯电阻电路的能量分配。要回到“能量守恒”的基本逻辑，而不是死记硬背公式。它是检验学生是否真正理解“非纯电阻电路”的试金石。要区分总功率、发热功率和机械功率，它不遵守欧姆定律。 模型二、电热器综合题（纯电阻电路） 例2： 解析： （1）水吸收的热量：Q吸=cm(t-t0)=4．2×103J/(kg℃)×2kg×(100℃-20℃)=6.72×105J （2）消耗的电能：根据η=Q吸/W电，可得W电1=Q吸/η1=6.72×105J/80%=8.4×105J 工作时间：因为电热水壶正常工作，实际功率等于额定功率，所以t1=W电1/P额=8.4×105J/1000W=840s （3）若实际电压200V、效率75%时的加热时间。此时，有两个变量：电压变了⇒功率变了（必须先求电阻R）。效率变了⇒必须用新效率75%（千万别惯性用80%） 第一步：求电阻R （电阻是导体属性，不变） R=U额2/P额=(220V)2/1000W=48.4Ω 第二步：求实际功率 P实=U实2/R=(200V)2/48.4Ω=W=826.45W 第三步：求新消耗的电能 W电2=Q吸/η2=6.72×105J/750%=8.96×105J 第四步：求实际时间 t2=W电2/P实=8.96×105J/W=1084.16s 点评：此题将三个问题融为一体的综合题，堪称电热综合计算题的“黄金模板”。它完美复刻了中考压轴题的命题逻辑，从基础热学到额定电功率，再到非额定状态的动态分析，难度呈阶梯式上升。解题时，要牢记“电阻不变”和“能量守恒”这两条底线，万变不离其宗。 ◆强化训练 1-5 B C B B D 6-10 C C D C B 11-15 B B B C C 16．（1）未发生 守恒 （2）具有 3.15×108 2.6×107 （3）1×105 15 17．长 0.25 50 18．440 10 19．210 87.5 20．热效应 半导体 LED灯 20 77.8 21．（1）增大 （2）3×105 6×104 （3）0.072 （4）甲 （5）图见右。（6）A （7）② （8）2.1×105 22．解：（1）A、B两地间的距离s=vt=72km/h×lh=72km （2）①汽车匀速行驶，汽车受到的牵引力等于阻力，即F=f=1000N 牵引力所做的功W1=Fs=1000N×72×1000m=7.2×107J ②汽油燃烧放出的热量 Q放=W1/30%=7.2×107J/30%=2.4×108J 消耗的汽油质量m= Q放/q=2.4×108J/5×107J/kg=4.8kg （3）用电器消耗的电能W2=Pt=1000W×3×60s=1.8×105J 汽车在B处时的动能E=W2/60%=1.8×105J/60%=3×105J 23．解：（1）饮水机正常工作，出开水时电热丝中的电流I热=P热/U=2200W/220V=10A （2）当S闭合时，R被短路，R0单独工作，电路中电阻最小，由P=U2/R可知，电功率较大，处于加热状态，即开水档。当开关S断开时，电阻R1和R0串联接入电路，电路中的电阻最大，由P=U2/R可知，此时饮水机的功率最小，处于保温状态，即温水档。 （3）500mL水的质量m=p水V=1g/cm3×500cm3=500g=0.5kg 水需要吸收的热量Q吸=cm(t-t0)=4.2×103/(kg℃)×0.5kg×(100℃-20℃)=1.68×105J 消耗的电能W电=Q吸/η=1.68×105J/80%=2.1×105J 加热时间t=W电/P热=2.1×105J/2200W=95.5s 24．解：（1）根据电功公式W=UIt,可得每一次起搏器脉冲消耗的电能为 W1=UIt=1.2V×1.0×10-2A×5×10-4s=6×10-6J （2）已知捕获的机械能E机=2.0×10-3J，转化效率η=24%，根据效率公式，可得转化的电能为 E电=ηE机=24%×2.0×10-3J=4.8×10-4J。 已知其他耗电模块消耗电能W2=3.2×10-4J,计算总消耗电能为W消=W1+W2=6×10-6J+3.2×10-4J=3.26×10-4J因为E电>W消，转化得到的电能满足消耗需求，因此可以实现无额外电池供电。 （3）①由题意得，推力F=pS，单次输送血液体积V=SL，可得血液移动距离L=V/S，代入功的公式W=FL，推导得W=FL=pSL=pV，代入数据,得W=pV=1.3×104Pa×7×10-5m3=0.91J ②已知每分钟心脏总做功W总=32.76J，计算每分钟心跳次数n=W总/W=32.76J/0.91J=36，即36次/min 因为36次/min<40次/min，心率低于标准，因此该患者需要安装心脏起搏器。 学科网（北京）股份有限公司 $