初中物理能量计算题

学校新进了一批实验器材准备实验操作考试，同学们帮忙搬运，小明背着 $10\mathit{kg}$的实验器材从一楼走到三楼的实验室。已知小明自身质量为 $50\mathit{kg}$，每只脚与地面的接触面积为 $150c{m}^2$，每层楼高为 $3m$。 $(g$取 $10N/\mathit{kg})$求：

（1）小明背着实验器材站立时对水平地面的压强。

（2）小明搬运实验器材做功的效率（精确到 $1\%)$。

如图所示是简化的智能灯电路原理图。灯 $L$标有“ $12V3W$”字样，当滑动变阻器的滑片 $P$在最左端 $a$时，灯 $L$正常发光。若电源电压不变，不考虑温度对灯丝电阻的影响，求：

（1）电源电压 $U$；

（2）当滑动变阻器接入电路中的电阻是 $12\Omega$时，灯 $L$消耗的实际功率；

（3）当滑片 $P$位于中点 $b$和最右端 $c$时，灯 $L$两端电压之比为 $3:2$，则滑动变阻器的最大阻值是多少？

港珠澳大桥海底隧道是世界上最长的公路沉管隧道，全长 $5.6\mathit{km}$，由33节沉管和“最终接头”组成。33节沉管已经全部成功安装，只剩 $E29$和 $E30$之间留有十多米的空隙，这就是“最终接头”的位置。“最终接头”质量约为 $6.0\times {10}^6\mathit{kg}$，虽然和之前的沉管相比小了很多倍，但入水后受洋流、浮动等因素影响，姿态会发生变化，安全平稳地把接头吊装到约 $30m$深的海底是十分艰难的过程，记者在现场看到，“最终接头”由“振华30号”吊装船吊装（如图），通过系列平衡调整，从9时整，“最终接头”从距离水面 $20m$高处匀速下放，9时12分，开始入水，完全入水后，吊钩对“最终接头”拉力为 $2.0\times {10}^{7}N$左右，12时，“最终接头”下沉到位，吊装起重机的机械效率约为 $80\%$． $(g$取 $10N/\mathit{kg}$， ${\rho }_{\mathit{海水}}$取 $1.0\times {10}^3\mathit{kg}/m^3)$求：

（1）“最终接头”下沉到位后下表面所受水的压强；

（2）“最终接头”的平均密度；

（3）吊装起重机最大输出功率。

如图所示，斜面长 $s=1.5m$，高 $h=0.3m$。建筑工人将重 $G=500N$的货物箱，用绳子从地面匀速拉到顶端时，沿斜面向上的拉力 $F=150N$．忽略绳子重力。求：

（1）该过程拉力 $F$做的功；

（2）该装置的机械效率；

（3）货物箱在斜面上受的摩擦力大小。

某品牌的电热水壶铭牌如表所示，电热水壶正常工作时，将水壶中的额定容量的水加热至沸腾。已知室温与水的初温皆为 ${20}^{°}\text{C}$，水的比热容 $c_{水}=4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{\circ }\text{C}}\right)$，水的密度 ${\rho }_{水}=1.0\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$。

型号	$\mathit{LL}-8015$
额定电压	$220V~$
额定功率	$1360W$
额定频率	$50\mathit{Hz}$
额定容量	$1.0L$

（1）求水吸收的热量；

（2）通过计算判断，加热时间是否可能为 $200s$。

随着人们生活水平的提高，小汽车已经逐步进入家庭。某品牌小汽车质量是 $1600\mathit{kg}$，车上载有人和物品质量共为 $200\mathit{kg}$，车轮与地面的总接触面积为 $2.0\times {10}^{-2}{m}^2$．若小汽车以输出功率 $60\mathit{kW}$在市区外水平路面上做匀速直线运动，运动速度 $v_1=72\mathit{km}/h$；当汽车将要进入市区时，司机减小了油门，使汽车的输出功率立即减小为 $24\mathit{kW}$并保持该功率继续直线行驶，汽车的速度与时间的关系如图所示，设运动过程中汽车所受阻力不变， $g$取 $10N/\mathit{kg}$。求：

（1）该汽车静止时对水平路面的压强。

（2）汽车运动过程中受到的阻力；

（3） $t_2$时间后汽车运动的速度 $v_2$的大小。

如图是工人利用滑轮组提升重为 $810N$物体的示意图，某段过程中物体匀速上升的速度为 $0.1m/s$，工人拉力 $F$的功率为 $90W$，物体上升 $10s$拉力 $F$克服滑轮组的摩擦做的功是 $60J$，不计绳重。求：

（1）工人拉绳子的速度；

（2）滑轮组的机械效率；

（3）滑轮组中的动滑轮的重力。

我市正在争创全国文明城市，各单位都加大了“创城”工作的力度。为了净化市区空气，环卫工人每天清晨都驾驶洒水车对市区道路洒水（如图）。下表是某洒水车的相关数据。已知水的密度为 $1.0\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$，汽油的燃烧值为 $4.6\times {10}^{7}J/\mathit{kg}$， $g$取 $10N/\mathit{kg}$。请根据题意回答下列问题：

空车质量	水罐容积	装满水时车轮与地面的总接触面积	额定功率
$5t$	$4m^3$	$0.6m^2$	$120\mathit{kW}$

（1）若该洒水车的发动机是汽油发动机，发动机工作时哪个冲程将内能转化为机械能？燃烧 $0.5\mathit{kg}$汽油能产生多少热量？

（2）该洒水车装满水时对地面的压强为多少？

（3）若水罐内有一漂浮的物体浸没在水中的体积为 $1.0\times {10}^{-3}{m}^3$，则该物体受到的浮力为多大？

（4）该洒水车在水平路面上以额定功率匀速行驶 $5000m$用时 $10\mathit{min}$，试计算此过程汽车所受到的阻力大小。

小雨用滑轮组提升重物。每个滑轮等重，不计绳重、摩擦和水的阻力。请画出与解题过程相应的受力分析示意图。

（1）物体 $A$的质量为 $50\mathit{kg}$，求物体 $A$的重力是多少？

（2）如图甲所示，小雨对绳子自由端的拉力为 $150N$时，地面对物体 $A$的支持力是 $100N$． 为了提起物体 $A$，他增加了滑轮个数，组装了如图乙所示的滑轮组，并利用它将物体 $A$在空气中匀速提升了 $2m$，求小雨做的功是多少？

$\left(3\right)$小雨用图乙所示的滑轮组，将另一密度为 $l.5\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$的物体 $B$从某液体中匀速向上拉至空气中，拉力 $F$随时间 $t$变化的图象如图丙所示。已知 $F_2$与 $F_1$之差为 $50N$，在空气中提升 $B$时滑轮组的机械效率为 $75\%$．求液体密度是多少？

在如图所示电路中，电流表量程为 $0~0.6A$，电压表量程为 $0?3V$，电阻 $R_2$的阻值为 $20\Omega$，灯泡 $R_1$的阻值和同一电源的电压均保持不变。请画出该题的各个等效电路图。

（1）只闭合开关 $S_2$、 $S_3$时，电流表示数为 $0.2A$，求电源电压是多少？

（2）只闭合开关 $S_1$、 $S_2$、 $S_3$时， $R_1$正常发光，电路总功率为 $2.4W$，求 $R_1$的阻值是多少？

（3）只闭合开关 $S_1$，滑动变阻器 $R_3$的滑片调至最右端， $R_3$两端的电压为 $U_3$；再将电源更换，保持滑片位置不变， $R_3$两端的电压变为 $U_3\text{'}$，电流表示数为 $0.15A$．已知 $U_3:U_3\text{'}=2:3$．求更换电源后，只闭合开关 $S_1$、 $S_4$时，在不损坏电流表、电压表和灯泡的情况下， $R_3$的阻值变化范围是多少？

2017年1月23日，临沂城区 $\mathit{BRT}$快速公交一号线正式投入运营，该线路共设14对站点（其中北京路站到天津路站面水平，间距为 $0.8\mathit{km})$，配备的专用公交车部分参数如下表。某次运营中，满载的 $\mathit{BRT}$专用公交车以额定功率匀速行驶，从北京路站到天津路站用时 $1\mathit{min}20s$，此过程中车轮受到的滚动阻力为车辆所受总阻力的 $20\%(g$取 $10N/\mathit{kg})$

满载总质量	$28000\mathit{kg}$	发动机额定功率	$280\mathit{kW}$
轮胎总数	10个	单轮触地面积	$500c{m}^2$

（1）公交车从北京路站到天津路站的平均速度；

（2）满载的公交车对水平路面的压强；

（3）车轮的滚动阻力系数 $f$（滚动阻力与车重的比值）

2017年5月18日，中国科学家首次在南海试采可燃冰取得圆满成功，实现了我国天然气水合物开发的历史性突破。可燃冰清洁无污染，储量巨大，是一种非常理想的新型能源。可燃冰的热值很大，是天然气热值的10倍以上，若按15倍计算。 $[c_{水}=4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{\circ }\text{C}}\right)$，天然气的热值 $q=7.0\times {10}^{7}J/m^3]$求：

（1）体积为 $0.01m^3$的可燃冰完全燃烧放出的热量为多少？

（2）若这些热量的 $90\%$被质量为 $100\mathit{kg}$的水吸收，则水升高的温度是多少？

在图甲所示的电路中， $R_0$为定值电阻， $R$为滑动变阻器，电源电压不变。只闭合开关 $S$和 $S_1$，将滑动变阻器的滑片 $P$从 $a$端移动到 $b$端的过程中，电流表示数 $I$与电压表示数 $U$的变化关系如图乙所示。闭合开关 $S$、 $S_1$和 $S_2$，将滑动变阻器的滑片 $P$移到 $b$端时小灯泡正常发光，此时电流表的示数为 $0.8A$．求：

（1）滑动变阻器的最大阻值；

（2）定值电阻 $R_0$的阻值和电源电压；

（3）小灯泡的额定功率。

在一标准大气压下，将 $50L$的水从 ${40}^{°}\text{C}$加热到沸点。求：

（1）水需要吸收的热量；

（2）提供这些热量，需要完全燃烧焦炭的质量 $\left(q_{\mathit{焦炭}}=3.0\times {10}^{7}J/\mathit{kg}\right)$。

如图所示为一辆“东风”运油车，车自身质量 $7000\mathit{kg}$，罐体有效容积 $8m^3$，设计最高时速 $90\mathit{km}/h$，完成一次运输任务后，该车沿平直路面匀速行驶，从距驻地 $45\mathit{km}$处的加油站以最快速度返回，若返回途中运油车受到的牵引力大小是 $1.0\times {10}^{4}N$，运油车全部轮胎与地面的接触面积为 $0.35m^2$，取 $g=10N/\mathit{kg}$，通过计算回答：

（1）该运油车返回驻地用了多少时间？

（2）此时运油车对地面的压强多大？

（3）返回途中牵引力做了多少功？