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某山区有一小型水电站，每分钟有60m3的水从高处落下冲击水轮机．水轮机与上游水位的落差是50m．请问：（1）水从高处落下时，重力每分钟做了多少功？（g取10N/kg）（2）若水的机械能有7-物理
[db:作者]  2020-05-30 00:00:00  互联网

题文

某山区有一小型水电站，每分钟有60m3的水从高处落下冲击水轮机．水轮机与上游水位的落差是50m．请问：
（1）水从高处落下时，重力每分钟做了多少功？（g取10N/kg）
（2）若水的机械能有70%转化为电能，水电站的发电功率是多少？
（3）若输电电压为10000V，求输电电流是多少？若输电线的总电阻为0.5?，则输电线上每分钟产生的热量是多少？
题型：问答题  难度：中档

答案

（1）每分钟下落水的重力：G=mg=ρVg=1×103kg/m3×60m3×10N/kg=6×105N，
每分钟重力做的功：W=Gh=6×105N×50m=3×107J．
（2）每分钟得到的电能：W有=Wη=3×107J×70%=2.1×107J，
水电站的发电功率：P=
W有
t
=
2.1×107J
60s
=3.5×105W．
（3）输电电流：I=
P
U
=
3.5×105W
10000V
=35A，
输电线每分钟产生的热量：Q=I2Rt=（35A）2×0.5?×60s=36750J．
答：（1）水从高处落下时，重力每分钟做了3×107J的功．
（2）水电站的发电功率是3.5×105W．
（3）输电电流是35A，输电线上每分钟产生的热量是36750J．

据专家权威分析，试题“某山区有一小型水电站，每分钟有60m3的水从高处落下冲击水轮机．水..”主要考查你对  功的计算，功率的计算，电功率的计算，焦耳定律及计算公式，重力的计算  等考点的理解。关于这些考点的“档案”如下：

功的计算功率的计算电功率的计算焦耳定律及计算公式重力的计算

考点名称：功的计算

  • 功的计算公式：
    功（W）等于力（F）跟物体在力的方向上通过的距离（s）的乘积。（功=力×距离），W=FS。

    单位：
    国际单位制中，力的单位是N，距离的单位是m，功的单位是N·m，它有一个专用名称叫做焦耳，简称焦，用符号J表示，1J=1N·m。

  • 在利用该公式进行计算时的注意点：
    (1)力与物体移动的距离在方向上必须一致；

    (2)力与物体移动的距离必须对应于同一物体；

    (3)力与物体移动的距离必须对应于同一段时间。

考点名称：功率的计算

  • 功率的计算公式：
    （1）P=W/t，其中P代表功率，单位为W，W代表功，单位为J；t代表时间，单位为s。
    （2）因为P=W/t，W=Fs，v=s/t，所以P=W/t=Fs/t=Fv，P=Fv是功率的又一表达式。

  • 公式法计算功率：
         运用时一定要注意三个量的对应关系。“W”一定是对应“t”完成的，不能张冠李戴。单位要统一，P、W、t的单位分别为瓦、焦、秒。
    例1 如图所示，铁明同学向上跳台阶进行晨练，铁明重500N，在10s内匀速连跳12个台阶，每个台阶的高度为0．2m。在这个过程中，已知铁明克服摩擦做功为2800J，求出此过程中：

    (1)铁明竖直向上跳的平均速率多大?
    (2)铁明克服重力做功是多少?
    (3)铁明做功的总功率多大?
    解析：竖直向上跳的平均速度可以通过向上跳的总高度与所用时间利用速度公式求出，克服重力做功等于重力与高度的乘积，即，总功率可以通过所做的总功和时间利用功率公式求得。
    （1）0.24m/s
    （2）
    （3）

    例2在打捞海底沉船时，常用水下机器人潜入水下打捞船上物品，已知ρ海水=1．03×103kg／m3。
    (1)机器人在水下70m处受到海水产生的压强是多大?
    (2)某时刻机器人在水下用竖直向上的力举着体积为0.02m3，密度为2.7×103kg/m3的物体静止不动，求该力的大小。
    (3)若机器人在水下运动时，所受海水阻力与速度的关系如图所示，求机器人在水下以0．5m／s的水平速度匀速运动时，机器人水平推进力的功率。

    解析：（1）由液体压强公式得，，
    （2）物体在水下受平衡力的作用，则
    则
    （3）由题图可知，海水阻力与机器人的运动速度成正比，当机器人运动速度为0．5m/s时，f=175N 机器人匀速前进时，机器人水平推进力F=f
    P=Fv=175N×0．5m/s=87．5W
    答案：（1）7.21×105Pa（2）334N（3）87.5W

考点名称：电功率的计算

  • 电功率的计算公式：
    1. 定义式：P=W/t

    2. 常用公式：P=W/t=UIt/t=UI，即P=UI

  • 并、串联电路的总功率：
    1．并联电路的总功率
    因为P1=I1U，P2=I2U
    P=IU=（I1+I2）U=I1U+I2U，所以P=P1+P2
    即并联电路的总功率等于各并联用电器的电功率之和。
    并联电路电功率的分配：
    因为P1=I1U，P2=I2U，
    所以
    又因为，所以
    即并联电路中，电功率的分配跟电阻成反比。

    2. 串联电路的总功率
    因为P1=I1U，P2=I2U
    P=IU=（I1+I2）U=I1U+I2U，所以P=P1+P2
    即串联电路中总功率等于各串联电器的电功率之和。
    串联电路电功率的分配：
    因为P1=I1U，P2=I2U
    所以
    又因为，所以

  • 灯泡铭牌问题
      “铭牌问题”是电功率知识与实际生活相结合的热点问题，做这类题目时，首先要读懂用电器的“铭牌”。
    如图：灯泡上的铭牌。“PZ”是“普通照明灯泡”中 “普”和“照”的汉语拼音的第一个字母，表示灯泡的型号。另外可知：U额=220V，P额=25W。

    例：甲、乙两灯泡分别标有“220V 40W”和 “110V 40W”字样，将它们串联起来接入220V电路中，比较两灯的亮度，则(  )
    A．甲灯亮B．乙灯亮 C．一样亮D．无法判断

    解析：灯的亮度决定于灯的实际功率，串联时电流相同，根据P=I2R，电阻大的实际功率大，灯更亮一些。根据有。，R乙=，所以，甲灯更亮一些。


    公式法计算电功率：
    1.
         这是电功率的定义式，此公式适用于各种用电器和电路。
    2. P=UI
         这是电功率的决定式，即电功率是由用电器两端的电压和通过它的电流之积来决定的。此公式适用于所有电路，它是“伏安法”测小灯泡电功率的理论依据。该公式表明，用电器的实际功率等于实际电压与实际电流的乘积。常常借助于用电器的铭牌用此公式来计算用电器的额定电流，进而计算用电器的电阻；当然这个公式的最大用处还是用来计算各类用电器实际消耗的电功率或电路的总功率。

考点名称：焦耳定律及计算公式

  • 焦耳定律：
    1. 定义：电流通过导体时所产生的热量Q，跟电流的平方成正比，跟导体的电阻成正比，跟通电的时间成正比。

    2. 公式：Q=I2Rt，适用范围：任何电路。

  • 探究方法：
    控制变量法：
    (1)控制电流和电阻相同，研究电热与通电时间的关系
    (2)控制通电时间和电阻不变，改变电流的大小，研究电热与电流的关系
    (3)控制通电时间和电流不变，改变电阻大小，研究电热与电阻的关系

    串并联电路电热关系：
    串联电路中，电热之比等于电阻之比，
    即（根据Q=I2Rt）
    并联电路中，电热之比等于电阻的反比（或倒数比），即（根据：）

  • “焦耳定律”中的控制变量法：
         焦耳定律的实验运用了控制变量法，当两段电阻串联时，控制电流和通电时间相同，得出电流产生的热量与电阻大小有关，当两电阻并联时，控制电阻和通电时问不变，得出电流产生的热量与电流大小有关。
    例：小宇和小刚想利用如图所示的装置来探究 “导体产生的热量与其电阻大小的关系”。两只相同的烧瓶中装有适量的煤油，烧瓶A中浸泡着一段铜丝，电阻较小；烧瓶B中浸泡着一段镍铬合金丝，电阻较大，温度计显示煤油的温度。

    (1)为保证实验科学合理，两个烧瓶中所装煤油的质量应该____。
    (2)实验中，小字和小刚发现B烧瓶中温度计的示数升高得快。这表明：在电流和通电时间相同的情况下，导体的电阻越大，产生的热量______。

    解析：(1)利用控制变量法在探究“导体产生的热量与其电阻大小的关系”时应控制其他因素不变，如煤油的质量，相同的烧瓶，相同的温度计等。
    (2)B瓶中温度计升高得快，说明相同时间内煤油吸收的热量多，由于镍铬合金丝电阻大于铜丝电阻，所以在电流和通电时间相同时，导体电阻越大，产生的热量越多。

    答案(1)相同(或相等或一样)(2)越大(或越多)

  • 为什么电炉工作时“电炉丝热得发红而导线却不怎么热” ：
          由于电炉丝和导线串联在电路中，通过它们的电流相等，而电炉丝的电阻比导线的电阻大得多，根据 “在电流相等的条件下，电能转化成热时的功率跟电阻成正比”，Q=I2Rt可知，在通电时间相同时，电流通过电炉产生的热量比电流通过导线产生的热量要多得多．所以电炉丝热得发红，而导线却不怎么热。

考点名称：重力的计算

  • 重力的计算公式：
    物体所受的重力跟它的质量成正比，g=，G=mg。（g=9.8N/g）

  • 重力与质量的区别和联系：
    质量 重力
    区别 概念 物体所含物质的多少 由于地球吸引而使物体受到的力
    符号 m G
    量性 只有大小，没有方向 既有大小，又有方向
    单位 千克（kg） 牛顿（N）
    与地理位置的关系 与位置无关 与位置有关
    公式 m=ρV G=mg
    测量工具 天平 测力计
    联系 重力与质量的关系是G=mg（g=9.8N/kg）

  • 重力加速度：
         重力加速度g的方向总是竖直向下的。在同一地区的同一高度，任何物体的重力加速度都是相同的。重力加速度的数值随海拔高度增大而减小。当物体距地面高度远远小于地球半径时，g变化不大。而离地面高度较大时，重力加速度g数值显著减小，此时不能认为g为常数。
         距离地面同一高度的重力加速度，也会随着纬度的升高而变大。由于重力是万有引力的一个分力，万有引力的另一个分力提供了物体绕地轴作圆周运动所需要的向心力。物体所处的地理位置纬度越高，圆周运动轨道半径越小，需要的向心力也越小，重力将随之增大，重力加速度也变大。地理南北两极处的圆周运动轨道半径为0，需要的向心力也为0，重力等于万有引力，此时的重力加速度也达到最大。
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