初中物理能量计算题

某次旅游，密闭大巴内坐满了游客，司机忘了打开换气设备，时间一久，车内二氧化碳浓度上升，令人头晕脑胀。为此，小明设计了车载自动换气设备

（一 $)$小明找来二氧化碳气敏电阻 $R_x$，其电阻值与空气中二氧化碳浓度关系如表格所示，其中二氧化碳浓度为0时， $R_x$阻值模糊不清，他对该电阻阻值进行测量

二氧化碳浓度 $/\%$	0	5	10	15	20	25	30
$R_x/\Omega$		28	22	17	13	10	8

小明把空气通过氢氧化钠溶液，得到二氧化碳浓度为0的空气，并收集于集气瓶中，再将 $R_x$置于其中

（1）图甲电源电压恒为 $6V$，请以笔画导线完成电路图剩余部分的连接。要求，滑片 $P$向 $B$端移动时，电压表、电流表的示数都变大

（2）开关 $S$闭合前，滑片 $P$应移至　　（选填“ $A$”或“ $B$” $)$端。

（3）闭合开关 $S$，发现电流表无示数，电压表有示数。电路某一故障可能为　　。

$A$、 $S$断路 $B$、 $R^{\text{'}}$断路 $C$、 $R_x$短路 $D$、 $R_x$断路

（4）排除故障后，移动滑片 $P$，电压表、电流表示数如图乙所示，二氧化碳为0时， $R_x$的阻值为　　 $\Omega$

（5）请在丙图中画出 $R_x$阻值与空气中二氧化碳浓度的关系图像

（二 $)$小明利用电磁继电器设计车载自动换气设备，如图丁所示，控制电路，恒为 $6V$的蓄电池，开关 $S$，定值电阻 $R_0$，二氧化碳气敏电阻 $R_x$，电磁继电器的线圈电阻不计，线圈电流大于 $0.1A$时衔铁被吸下，线圈电流小于 $0.1A$衔铁被弹回，受控电路包括，恒为 $24V$的蓄电池，额定电压均为 $24V$的绿灯、红灯、换气扇。

（6）请以笔画线完成电路连接，要求：闭合开关 $S$，周围空气中二氧化碳浓度小于 $8\%$时，绿灯亮；大于 $8\%$时，红灯亮且换气扇正常工作。

（7）定值电阻 $R_0$的阻值应为　　 $\Omega$。

2012年某日，太平洋某海域，“蛟龙号”完成了下潜前的准备，腹部挂好压载铁块；舱内科考队员均就位；舱门封闭如图甲所示，此时“蛟龙号”的工作参数如表格所示 $(g$取 $10N/\mathit{kg})$

状态	满载
整体体积	$22.3m^3$
整体质量	$24.95t$
海水密度	$1.1\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$

问：（1）在海水中 $1.2\mathit{km}$深处完成科考任务后，发现液压系统故障，无法抛掉压载铁块，只得启动“蛟龙号”两侧的螺旋桨，两侧螺旋桨共同作用使“蛟龙号”获得竖直向上的推力 $F_{推}$，帮助“蛟龙号”匀速上升，不计海水对“蛟龙号”的阻力，匀速上升过程中， $F_{推}$有多大？

（2）上升过程耗时 $2h$， $F_{推}$做功的功率多大？

（3）为保障电动机驱动螺旋桨用电，舱内其他用电器都被关闭，仪表显示上升过程中耗电 $2\mathit{kW}·h$，此过程中，电能转化为 $F_{推}$做功的效率有多大

（4）接近水面时，关闭两侧螺旋桨，轮船用滑轮组将“蛟龙号”从水中匀速吊离水面至高处，如图乙、丙所示，已知动滑轮总质量为 $50\mathit{kg}$，不计绳重及轮、轴之间摩擦，此过程中，滑轮组绳端拉力的最大值多大？与之对应的滑轮组机械效率的最大值为多大？

如图甲所示，1标准大气压下，普通煤炉把壶内 ${20}^{°}\text{C}$， $5\mathit{kg}$水烧开需完全燃烧一定质量的煤，此过程中，烧水效率为 $28\%$，为提高煤炉效率，浙江大学创意小组设计了双加热煤炉，如图乙所示，在消耗等量煤烧开壶内初温相同，等量水的过程中，还可额外把炉壁间 $10\mathit{kg}$水从 ${20}^{°}\text{C}$加热至 ${40}^{°}\text{C}$， $q_{煤}=3\times {10}^{7}J/\mathit{kg}$， $c_{水}=4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{\circ }\text{C}}\right)$，以上过程中，

问：（1）普通煤炉完全燃烧煤的质量有多大？

（2）双加热煤炉的烧水效率有多大？

随着电动自行车的大量普及，涉及电动自行车的交通事故也逐年上升，为此国家制定了《电动自行车安全技术规范》（以下简称《规范》 $)$，宜昌市公安局宣布，从2019年5月1日起，凡违反《规范》规定的车辆不允许生产和销售。《规范》对电动自行车的最大质量、最高速度、电池电压及电机功率作出了限制。小明家电动自行车的电机额定输出功率为 $380W$，质量为 $50\mathit{kg}$。

（1）《规范》中对整车质量及最高车速作出限制，是因为这两个因素直接影响电动自行车的　　能。

（2）小明自身质量也为 $50\mathit{kg}$，当他骑着家里的电动自行车在水平路面上行驶时，轮胎接地总面积为 $50c{m}^2$，则车轮对地面的压强是多大？ $(g=10N/\mathit{kg})$

（3）小明日常骑行要经过一段上坡路面，在一次骑行经过该路段时，小明发现当电机满负荷运转时（额定输出功率为 $380W)$，速度表显示的数据是 $9\mathit{km}/h$，从坡底到达坡顶用时刚好1分钟，则该上坡路面的长度是多少？此时电机产生的向前的牵引力是多少？

近年来，宜昌市着力打造生态能源示范村，新增太阳能热水器4000多台。如图所示某太阳能热水器接收太阳能的有效面积为 $3m^2$，假设某天有效光照时间为 $6h$，每平方米太阳的平均辐射功率为 $2.4\times {10}^{6}J/h$，将热水器内初温为 ${15}^{°}\text{C}$的水温度升高到 ${70}^{°}\text{C}$．（太阳能热水器的工作效率为 $50\%)$

（1）家用燃气热水器的工作效率为 $60\%$，把相同质量的水从 ${15}^{°}\text{C}$加热到 ${70}^{°}\text{C}$，使用太阳能热水器可节约多少千克液化石油气？（液化石油气的热值为 $4\times {10}^{7}J/\mathit{kg})$

（2）人们利用太阳能，除了转化为内能之外，还有“光电转换”，即利用　　将太阳能转化为电能；还有“光化转换”，即通过　　将太阳能转化为化学能。

一辆厢式小货车某次运货，满载后总质量是 $5.0\times {10}^3\mathit{kg}$，在平直的公路上匀速行驶 $100\mathit{km}$，耗油 $10\mathit{kg}$，货车受到的阻力是总重力的0.05倍，发动机的牵引功率是 $50\mathit{kW}$（油的热值是 $5.0\times {10}^{7}J/\mathit{kg}$， $g=10N/\mathit{kg})$，求：

（1）货车受到的牵引力；

（2）货车匀速行驶的速度；

（3）货车发动机的效率。

我国常规动力核潜艇具备先进的通讯设备、武器、导航等系统和隐蔽性强、噪声低、安全可靠等优异性能，如图是某型号常规动力核潜艇，主要技术参数如下表（海水密度近似为 $1.0\times {10}^3\mathit{kg}/m^3)$。

排水量	水上运动 $2250t$，水下运动 $3000t$	最大潜水深度	$300m$
最大航速	水上 $30\mathit{km}/h$，水下 $36\mathit{km}/h$	水下最大输出功率	$3000\mathit{kW}$

（1）核潜艇在深海中匀速潜行时，如果遭遇海水密度突变造成的“断崖”险情，潜艇会急速掉向数千米深的海底，潜艇突遇“断崖”险情是因为遇到海水的密度突然　　（选填“变大”、“变小”或“不变” $)$造成的，此时应立即将潜艇水舱中的水全部排出，使潜艇受到的重力　　（选填“大于”或“小于” $)$它的浮力。

（2）该潜艇由水下某位置下潜到最大潜水深度处，潜艇上面积为 $2m^2$的舱盖受到海水的压力增大了 $6\times {10}^{5}N$，则潜艇原来位置的深度 $h$是多少？

（3）该潜艇在水下以最大输出功率巡航，当达到最大速度匀速运动时，受到海水的平均阻力 $f$是多少？

随州的冬季不像北方有集中供暖，所以本地居民常选用一些小型电暖器越冬。如图甲电暖器有“高温、中温、低温”三档，铭牌见下表 $($ “中温”档功率空出），其电路原理如图乙， $S$是自我保护开关，当电暖器倾倒时 $S$自动断开，切断电源保证安全。当 $S$、 $S_1$闭合， $S_2$断开时电暖器为“低温”档。 $(R_1>R_2)$

$\mathit{XX}$牌电暖器
额定电压		$220V$
额定功率	低温挡	$440W$
	中温挡
	高温挡	$1650W$
频率		$50\mathit{Hz}$

求：（1） $R_1$的阻值；

（2）“中温”档正常工作时电路中的电流；

（3）若室内空气质量为 $50\mathit{kg}$，用该电暖器的“高温”档正常工作 $10\mathit{min}$，放出热量的 $50\%$被室内空气吸收，那么可使室内气温升高多少？（假设空气的比热容为 $1.1\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{·}^{°}\text{C}\right))$

近年来，十堰市委、政府十分重视精神文明建设，倡导“绿色出行，低碳生活”的生活理念。全市主要公园、游乐场都配备了旅游观光自行车（如图）。小华一行四人在农业观光园游玩时，租借了一辆四人骑联排自行车骑行观光，在某一段平直路面上，他们用时 $50s$匀速骑行了 $150m$。已知他们每个人的质量均为 $50\mathit{kg}$，该自行车自重为 $400N$，绕观光园一圈的路程是 $5.4\mathit{km}$，假定在匀速骑行过程中人和车受到的阻力始终为总重的0.05倍，求：

$(g=10N/\mathit{kg})$

（1）若他们绕观光园骑行的平均速度与平直路面上的速度相同，则绕观光园骑行一圈需要多长时间？

（2）假若骑行时前后轮胎和地面的总接触面积为 $120c{m}^2$，他们骑行时车对水平地面压强。

（3）平直路面上骑行时的功率。

如图所示， $R_1=10\Omega$， $R_2=20\Omega$， $R_3$的最大阻值为 $50\Omega$．当 $S_1$闭合， $S_2$断开，滑片移到最左端时，电压表的示数为 $2V$．求：

（1）电源电压。

（2）通电 $10s$内 $R_2$消耗的电能。

（3）现同时闭合 $S_1$、 $S_2$，求电路的最小功率。

为了发展文化旅游事业，荆州市正在兴建华强方特文化主题园，建成后将通过最新的 $\mathit{VR}$技术展示包括楚文化和三国文化在内的五千年华夏文明。园区建设中需把重 $1200N$的木箱 $A$搬到高 $ℎ=2m$，长 $L=10m$的斜面顶端。如图所示，工人站在斜面顶端，沿斜面向上用时 $50s$将木箱 $A$匀速直线从斜面底端拉到斜面顶端，已知拉力 $F$的功率为 $80W$．求：

（1）拉力 $F$的大小；

（2）该斜面的机械效率是多少；

（3）木箱 $A$在斜面上匀速直线运动时受到的摩擦力是多大。

如图为一个电吹风的简易电路， $R_1$、 $R_2$为发热用的电阻丝， $M$为带动风扇转动的电动机，开关 $S_2$上扇形的金属片可与触点1、2、3、4接通。只接通 $S_1$时，风扇吹冷风，此时回路中电流为 $0.1A$；在保持 $S_1$接通的情况下，转动 $S_2$，若使 $S_2$与2、3接通，风扇吹暖风；若使 $S_2$与3、4接通，风扇吹热风。

$\left(I\right)$求吹冷风时，电路消耗的电功率；

（2）吹暖风时，电阻丝的热功率为吹冷风时电吹风电功率的5.5倍；吹热风时，电阻丝的热功率为吹暖风时电阻丝热功率的10倍，求 $R_1$、 $R_2$的阻值。

圆柱形容器内有未知液体，一个边长为 $10\mathit{cm}$的实心正方体金属块，用绳子系住，静止在容器底部，此时容器底部液体压强为 $6400\mathit{Pa}$，液面距底部高度 $h$为 $40\mathit{cm}$，如图所示，用力竖直向上以 $2\mathit{cm}/s$的速度匀速提起金属块。 $(g$取 $10N/\mathit{kg}$不计液体阻力）

（1）未知液体的密度？

（2）金属块未露出液面前，金属块所受浮力。

（3）若金属块重 $66N$，在匀速提升 $5s$过程中拉力所做的功。

具有中国自主知识产权的、亚洲超大重型自航绞吸船“天鲲号”（图甲），可用于挖掘水下泥土、砂石等。其长 $140m$、宽 $27.8m$，满载排水量为 $17000t$。作业时，输送系统将水下挖掘的泥石等，通过输送管输送到指定地方。已知水的密度为 $1.0\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$， $g$取 $10N/\mathit{kg}$。

（1）水面下 $4m$处的船体上受到水的压强是多少？

（2）若“天鲲号”漂浮在水面时排开水的体积为 $1.2\times {10}^4{m}^3$，则它受到的总重力是多少？

（3）某次作业时，水下重为 $G$的泥沙沿着输送管匀速运动，泥沙运动的高度与时间的关系如图乙所示。设输送系统的总功率为 $P$，效率为 $\eta$，泥沙在水平运动时受到输送管的阻力为 $f$。请推导在水平运动过程中，泥沙速度的表达式。

如图所示为“无人机”（多功能飞行器），它具有4个旋翼，可通过无线电进行操控，其在拍摄调查、无人配送等方面具有广阔的前景。

（1）起飞时，增大四个旋翼的转速，使吹向下方的风量增加，无人机就会上升，这是因为力的作用是　　。在空中飞行时，只要增加　　侧两个旋翼的转速，就能使无人机右侧抬升，向左倾斜飞行。

（2）若该机在30秒内匀速竖直上升120米进行空中拍摄，则它飞行的速度是多少米 $/$秒？

（3）该机一个旋翼的电动机额定功率为30瓦，额定电压为15伏，电动机正常工作时，通过的电流为多少安？

（4）该机所需的能量是由一块输出电压为15伏，容量为 $5000\mathit{mA}·h$的电池提供，若电能的 $80\%$用于飞行，飞行时的实际功率为 $100W$，则该机最多能飞行多少时间？