阅读短文,回答问题
清洗机是利用高压水清洗车辆表面污垢的机器(如图).有一种无锡生产的CC5020型清洗机的铭牌如表所示.清洗机工作时,利用外加电力所产生的压强将水从水管中压出.其对水的压力可用压强与水管横截面积之积得出,而清洗机对水所做的功就是此力所为,详情见“信息快递”.信息快递:
怎样计算清洗机对水所做的功?
设压力F作用在水上,使水在F的方向(可以认为是沿着水管方向)上移动距离为L,则F对水做的功为:
W=FL,而F=PS,所以 W=FL=PSL=…
注:P的单位为Pa,S为水管横截面积,单位为m2
清洗机的铭牌
| 型号 | CC5020 | 额定 压力 | 5×106Pa |
| 电源 | 220V/50Hz | 额定 流量 | 20L/min |
| 额定功率 | 2.2kW | 防护 等级 | IP25 |
(2)从物理学的角度看,铭牌中有一个物理量名称与单位不一致,请你指出这个物理量名称并说明如何更正.错的物理量名称是________,应当改为________
(3)清洗机正常工作时,通过清洗机的电流是________A.若清洗一辆汽车平均耗时10min,则清洗一辆汽车平均用水________kg,需要消耗电能________J.
(4)清洗机正常工作10min,清洗机对水做多少功?
(5)该清洗机正常工作时的效率是多少?(保留一位小数)
试题答案
解:(1)该题中已提示“清洗机工作时,利用外加电力所产生的压强将水从水管中压出”,故需要消耗电能,即是利用电动机来工作的,其是利用通电导线在磁场中受力的作用的原理制成的;
(2)铭牌中的“额定压力”与单位“pa”不一致,应改为“额定压强”;
(3))∵清洗机正常工作,
∴P=2.2kW=2200W,
又∵P=UI,
∴清洗机正常工作时通过的电流:I===10A;
∵清洗机正常工作,
清洗一辆汽车需要水的体积V=20L/min×10min=200L;
∴清洗一辆汽车需要水的质量是m=ρV=1000kg/m3×200×10-3m3=200kg;
此时消耗的电能是:W=Pt=2200W×10×60s=1320000J=1.32×106J.
(4)此时清洗机正常工作10min对水做功为:W=pV=5×106Pa×0.02m3/min×10min=1.0×106J;
(5)η==×100%=75.8%;
故答案为:(1)电动机; 磁场;(2)铭牌中的“额定压力”与单位“pa”不一致;应改为“额定压强”(3)10;200;1.32×106;(4)清洗机对水做功1.0×106J;(5)其机械效率是75.8%.
试题解析
(1)热机需要消耗燃料,即需要消耗汽油或柴油;而电动机需要消耗电能,产生机械能,其是利用通电导线在磁场中受力的作用的原理制成的;
(2)压力(力)的单位是牛顿,符号N,可见额定压力与单位不符;
(3)清洗机正常工作时,清洗机的电功率为额定功率,又知道工作电压,利用公式P=UI求清洗机正常工作时通过的电流;知道每天清洗时间、清洗机的额定流量,可求一天需要用水的体积;知道清洗时间和清洗机的电功率,利用公式W=Pt求消耗的电能.
(4)据题目中所提示的信息:W=FL,而F=PS,可得,W=FL=PSL=PV,故带上公式计算即可得出10min清洗机对水做 的功.
(5)机械效率就是有用功所占总功的百分数,在这里对水所做的功是有用功,而消耗的电能是总功,故据机械效率的计算公式计算可得结果.
点评:本题考查压力单位、电流、体积、消耗电能的计算,关键是公式及其变形的灵活运用,要学会从题目所给信息中找到有用的数据,解题过程中要注意单位的换算.
