初中物理能量计算题

太阳能热水器是把太阳能转化为内能的设备之一。某品牌太阳能热水器每小时平均接收 $4.2\times {10}^{6}J$的太阳能，在5小时的有效照射时间内，将热水器中质量为 $100\mathit{kg}$、初温为 ${26}^{°}\text{C}$的水，温度升高到 ${46}^{°}\text{C}$．求：

（1）热水器中的水吸收的热量 $Q_{吸}$； $[$水的比热容 $c=4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{·}^{°}\text{C}\right)]$

（2）热水器5小时有效照射内接收到的太阳能 $E$；

（3）热水器5小时有效照射内接收到的太阳能，相当于完全燃烧多少 $m^3$的天然气放出的热量？（天然气的热值 $q=7\times {10}^{7}J/m^3)$

太阳能具有环保、可再生等优点，某品牌太阳能热水器在一天的有效照射时间内，将热水器中质量为 $50\mathit{kg}$、初温为 ${15}^{°}\text{C}$的水升高到 ${55}^{°}\text{C}$。（水的比热容 $c_{水}=4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{\circ }\text{C}}\right))$求：

（1）热水器中水吸收的热量 $Q$；

（2）若改用焦炭来加热这些水，需要完全燃烧多少千克焦炭？（焦炭的热值 $q=3\times {10}^{7}J/\mathit{kg}$，设焦炭放出的热量全部被水吸收）

贾庄至卧虎山水库输水工程是南水北调东线济南续建配套工程的重点工程，是创建水生态文明市的重要组成部分，该工程自济南干渠贾庄分水闸引水，经贾庄提水泵站，罗面庄泵站和寨面头泵站加压后通过近 $30\mathit{km}$的输水管道，送达卧虎山水库，按照泵站的设计要求，每天可以将 $3\times {10}^5{m}^3$的水提高 $60m$，如果泵站每天工作 $5h$，取 $g=10N/\mathit{kg}$，通过计算回答：

（1）每天最多可向卧虎山水库输水多少千克？

（2）泵站每天提水要做多少焦的功？

（3）泵站的总功率至少应是多少瓦？

“五一”期间，小明一家驱车外出旅游，如图所示，当车经过高速路段 $A$点路标时，时间是8点15分；当车经过高速路段 $B$点路标时，时间是8点45分。假设汽车在上述行驶过程中做匀速直线运动，受到的阻力为 $1150N$，消耗的汽油为 $3\mathit{kg}$。（汽油的热值为 $4.6\times {10}^{7}J/\mathit{kg})$求：

（1）汽车在 $\mathit{AB}$之间的速度；

（2）汽车在行驶过程中牵引力做的功；

（3）汽车发动机的效率。

近日，我国新型战略核潜艇（如图所示）为保障国家安全，进行了战略巡航。下表是核潜艇的部分性能参数

水下排水量	11500吨	水下最大航速	36节
水面排水量	9000吨	水下巡航速度	20节
艇长	135米	最大潜深	350米
艇宽	13米	发电机最大功率	25000千瓦

求：

（1）核潜艇以水下最大航速行驶，到距离 $2700\mathit{km}$外的某海域执行任务所用的时间； $(1$节 $\approx 0.5m/s)$

（2）核潜艇在水面航行时受到的浮力；下潜到最大深度时受到水的压强； $\left(g=10N/\mathit{kg},{\rho }_{\mathit{海水}}=1.03\times {10}^3\mathit{kg}/m^3\right)$

（3）若核潜艇在水下巡航时，做水平匀速直线运动，所受阻力与速度的关系如图乙所示，它的动力功率是多少？

如图所示，工人准备用一根最多能承受 $400N$力的绳子（若超过绳子将断裂）绕成的滑轮组先后打捞水中材料相同、体积不同的实心物体 $A$和 $B$．完全露出水面的物体 $A$被此装置匀速提起时绳子达到最大拉力。已知动滑轮的质量为 $20\mathit{kg}$（绳的质量、绳与滑轮的摩擦、滑轮与轴的摩擦以及水的阻力均不计，连接动滑轮与物体间的钢绳

不会断裂， $g=10N/\mathit{kg})$。求：

（1）物体 $A$完全露出水面后以 $0.5m/s$的速度匀速上升时，物体 $A$的重力和工人拉力的功率分别是多少。

（2）在物体 $A$浸没在水中匀速上升的过程中，滑轮组的机械效率为 $75\%$，物体 $A$的密度是多少。

（3）若用该滑轮组打捞体积为 $50d{m}^3$的物体 $B$时，物体 $B$最多露出多少体积时绳子将断裂。

如图所示，小汽车通过滑轮组从竖直矿井中提升矿石，矿石以 $1m/s$的速度匀速上升 $8m$，已知矿石重 $2700N$，动滑轮重 $300N$，不计绳的重力及滑轮摩擦，求该过程中：

（1）汽车拉力的大小；

（2）汽车拉力的功率；

（3）滑轮组的机械效率。

小宇家购置一款用来煎烤食物的双面电饼铛，上下盘既可以同时加热，也可以把上盘掀开，使用下盘单独加热。电饼铛简化的内部电路如图甲所示，闭合开关 $S_1$，温控开关 $S_2$接接线柱“2”时，下盘加热。再闭合开关 $S_3$，上盘也开始加热。当温度超过设定温度时，温控开关 $S_2$自动转接接线柱“1”，电饼铛进入保温状态。电饼

铛部分参数如图乙。（忽略温度对电阻阻值的影响： $L_1$、 $L_2$、 $L_3$为指示灯，不计指示灯消耗的电能）求：

（1）下盘加热电阻 $R_1$的阻值和保温时电路中的额定电流；

（2）某次电饼铛在额定电压下煎烤食物时，指示灯 $L_1$、 $L_2$发光时间分别为 $10\mathit{min}$、 $5\mathit{min}$，电饼铛消耗的电能是多少？

（3）用电高峰时，小宇关闭家中其他用电器，用电饼铛下盘煎烤食物 $10\mathit{min}$，电能表（如图丙）的转盘转过500转，则电饼铛的实际电压是多大？

酒驾、醉驾会给交通安全带来巨大隐患，便携式酒精测试仪给交警执法带来了极大的便利。如图所示，是便携式酒精测试仪的原理图，电源电压恒为3V，R _p是酒精气体传感器，其阻值随酒精气体浓度变化的规律如图象所示，R ₀是报警器，其电阻值恒定为50Ω。问：

（1）当气体中酒精浓度为0时，电路中的电流是多少？通电10s电流产生的热量是多少？

（2）我国法律规定，当每100ml的气体中酒精浓度大于或等于20mg小于80mg为酒驾，大于或等于80mg为醉驾。在对某司机的检测中，电压表的示数为2V，通过计算分析该司机属于酒驾还是醉驾。

如图甲所示，是小乔同学从废弃的电热器上拆下的加热部件，该部件由阻值不变的两根电阻丝 $R_1$ 、 $R_2$ 构成，小乔设计了图乙的电路对该部件进行检测，其中 $R_0=22\Omega$ ， $M$ 、 $N$ 为接线柱。

（1）用导线把 $M$ 和 $N$ 连接，只闭合开关 $S_1$ ，电流表示数为 $1A$ ，求电源电压；

（2）把 $M$ 接 $A$ ， $N$ 接 $B$ ，只闭合开关 $S_1$ ，电流表示数为 $0.5A$ ，求 $R_1$ 的阻值；

（3）用导线把 $B$ 和 $C$ 连接，然后将 $M$ 接 $A$ ， $N$ 接 $B$ ，闭合开关 $S_1$ 和 $S_2$ ，电流表示数为 $1.5A$ ；检测结束后，小乔利用该部件重新组装一个加热器，求新加热器接入 $220V$ 电路中能达到的最大电功率。

中国首次火星探索任务"天问一号"探测器的成功发射，是我国综合国力和创新能力提升的重要标志。如图所示是某火箭发射时的场景，目前运载火箭一般使用液态氢作为燃料、液态氧作为助燃剂。火箭燃料的发展如表1所示，表2是一些燃料的热值。

表1

	第1代	第2代	第3代	第4代
燃料	氧气和汽油混合	偏二甲肼	煤油	液态氢
氧化剂		四氧化二氮	液态氧	液态氧

表2

燃料	热值	燃料	热值
汽油	$4.6\times {10}^{7}J/\mathit{kg}$	煤油	$4.6\times {10}^{7}J/\mathit{kg}$
柴油	$4.3\times {10}^{7}J/\mathit{kg}$	氢	$1.4\times {10}^{8}J/\mathit{kg}$

（1）使用氢作为燃料的主要优点是： 　　和 　　。

（2）某火箭发射时携带了 $3\times {10}^4\mathit{kg}$ 液态氢燃料，这些燃料完全燃烧最多能将多少千克初温为 ${20}^{°}\text{C}$ 的水加热至沸腾？ $[c_{水}=4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{\circ }\text{C}\right)$ ，当地大气压为1标准大气压 $]$

（3）氢能源车的发动机工作时将液态氢转化为氢气在气缸中燃烧。某次测试中，一辆氢能源车以 $70\mathit{kW}$ 的功率匀速行驶 $0.5h$ ，消耗了 $2\mathit{kg}$ 燃料，求该发动机的效率。

小明学习了燃料的热值后，很想知道家中使用的天然气的热值是多少？但在教材的燃料热值表中没有查阅到。于是，他在家里将装有2kg水的水壶放到天然气灶上去烧，用温度计测量水从20℃加热至80℃的过程中，观察到天然气表的数字变化了0.035m ³。他通过上网查阅得知天然气灶的效率约为36%，已知水的比热容c _水＝4.2×10 ³J/（kg•℃）。求：

（1）在这个过程中水吸收了多少热量？

（2）请你帮小明算出天然气的热值。

已知大山同学的质量为60kg，每只鞋底与地面的接触面积为0.015m²。大山在10s内用20N的水平拉力拉重为100N的物体沿拉力方向在水平地面上匀速前进了13m。（g取10N/kg）求：

（1）物体受到摩擦力的大小；

（2）大山前进的速度；

（3）拉力做功的功率；

（4）大山在水平地面上立正时对地面的压强。

如图所示，某公司研发的智能服务机器人，它具有净化室内空气、陪伴老人聊天散步等功能。若它在 $50N$的牵引力作用下，以 $0.5m/s$的速度在水平地面匀速直线行驶 $60s$，求：

（1）它行驶的路程；

（2）此过程中牵引力所做的功。

同种材料制成的两个实心正方体 $A$、 $B$，密度均为 $\rho$，他们的重力分别为 $G_A$、 $G_B$，如图1放在水平桌面上静止时，两个物体对桌面的压强分别是 $p_A$、 $p_B$；如图2所示，匀速提升浸没在水中的 $A$物体，匀速提升过程中 $A$物体一直没有露出水面，此时滑轮组的机械效率为 $75\%$，已知动滑轮重为 $G$动，且 $G_{动}:G_A:G_B=1:4:32$，滑轮组工作中不计绳子摩擦及绳重。求：

（1）水平桌面压强之比 $p_A:p_B$是多少？

（2）正方体材料的密度是多少？