Question

1．如圖是預(yù)計(jì)2018年底竣工的光谷廣場綜合體，常年有多部“塔吊”參與工作，從今年3月底開始，由武漢爆破有限公司承擔(dān)的爆破任務(wù)，預(yù)計(jì)總共爆破石方和混凝土共32.5萬立方米，難度堪稱亞洲第一．
（1）爆破施工過程中是化學(xué)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，若石方和混凝土的密度2500kg/m³，則總爆破的石方和混凝土的質(zhì)量是8.125×10⁸kg．
（2）經(jīng)考察發(fā)現(xiàn)“塔吊”的主要組成為電動機(jī)和機(jī)械兩部分，如圖所示．假設(shè)某“塔吊”配置的電動機(jī)銘牌上標(biāo)有：額定電壓380V，額定功率38kW，線圈電阻0.5Ω．在一次起吊中，該“塔吊”電動機(jī)正常工作25s，把質(zhì)量為3t的重物吊起22m（g取10N/kg）．求：
①電動機(jī)吊起重物的過程中消耗的電能．
②電動機(jī)正常工作過程中線圈產(chǎn)生的熱量．
③該次起吊過程中“塔吊”機(jī)械部分的機(jī)械效率．

Answer 1

分析 （1）爆破工程是通過化學(xué)變化將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，又將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的過程；
根據(jù)密度的變形公式即可求出總爆破的石方和混凝土的質(zhì)量；
（2）①已知電動機(jī)的額定功率和工作的時(shí)間，根據(jù)公式W=Pt可求消耗的電能．
②已知電動機(jī)的額定功率和額定電壓，根據(jù)公式I=$\frac{P}{U}$可求電動機(jī)正常工作時(shí)的電流，線圈產(chǎn)生的熱量根據(jù)公式Q=I²Rt可求．
③已知電動機(jī)消耗的電能和產(chǎn)生的熱量，二者之差就是對電能轉(zhuǎn)化成的機(jī)械能，機(jī)械能與消耗電能的比值即為機(jī)械效率．

解答 （1）爆破工程是通過化學(xué)變化將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，又將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的過程，因此爆破施工過程中是化學(xué)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能；
由ρ=$\frac{m}{V}$可得，總爆破的石方和混凝土的質(zhì)量：m=ρV=2500kg/m³×32.5×10⁴m³=8.125×10⁸kg．
（2）①由于電動機(jī)正常工作，消耗的功率等于額定功率，即P=38kW=3.8×10⁴W，工作時(shí)間t=25s，所以電動機(jī)消耗的電能為：W=Pt=3.8×10⁴W×25s=9.5×10⁵J；
②由P=UI可得，電動機(jī)正常作時(shí)的電流：I=$\frac{P}{U}$=$\frac{3.8×1{0}^{4}W}{380V}$=100A；
線圈產(chǎn)生的熱量：Q=I²Rt=（100A）²×0.5Ω×25s=1.25×10⁵J；
③電流產(chǎn)生熱量消耗的電能W₁=Q=8×10⁴J，電能轉(zhuǎn)化為的機(jī)械能：W_機(jī)=W-W₁=9.5×10⁵J-1.25×10⁵J=8.25×10⁵J；
起吊過程中“塔吊”機(jī)械部分的機(jī)械效率：η=$\frac{{W}_{機(jī)}}{W}$×100%=$\frac{8.25×1{0}^{5}J}{9.5×1{0}^{5}J}$×100%≈86.8%．
答：（1）化學(xué)；機(jī)械；8.125×10⁸；
（2）①電動機(jī)吊起重物的過程中消耗的電能為9.5×10⁵J；
②電動機(jī)正常工作過程中線圈產(chǎn)生的熱量為1.25×10⁵J．
③該次起吊過程中“塔吊”機(jī)械部分的機(jī)械效率為86.8%．

點(diǎn)評 本題考查能量轉(zhuǎn)化問題、密度公式的應(yīng)用、消耗電能、產(chǎn)生熱量、機(jī)械效率等的計(jì)算，關(guān)鍵是公式及其變形的靈活運(yùn)用，解題過程中還要注意單位的換算．