初中物理能量计算题

空气净化器能有效改善室内空气质量，如图是某四层塔式空气净化器的原理图。相关参数如下表所示：

产品名称	某某空气净化器
额定电压	$220V~50\mathit{Hz}$
工作挡位	待机	1档	2档	3档	4档	5档	6档
功率 $\left(W\right)$	0.9	23	44	75	103	123	148
净化空气量 $(m^3/h)$	$-$	120	240	360	500	610	760
噪音 $\left(\mathit{dB}\right)/$声压级	$-$	23	32	39	47	49	55

请回答下列问题：

（1）该净化器在2档正常工作时的电流为多少？

（2）该净化器在4档正常工作时，净化 $45m^3$的空气需要多长时间？

（3）晚上可将净化器调至1档，以减弱噪音对睡眠质量的影响，请计算该净化器在1档连续正常工作8小时共消耗多少电能？

最近我市出现了许多共享电动汽车，这种新型低碳的交通工具，深受市民的喜爱。某品牌电动汽车的部分参数如表所示。请回答：

电池容量 $(\mathit{kW}·h)$	22
车载充电器输入电压 $\left(V\right)$	220
车载充电器输入电流（A）	16
电能转化为机械能的效率	$70\%$

（1）如图1所示，租车时，租赁者只要将租车卡靠近电动汽车上的感应器，感应器即能读取卡中的信息，将车解锁。刷卡所用的原理是　　。

（2）某次启动后，汽车显示屏上出现了如图2所示的输出电压与电流，求此时电动汽车的输出功率为多少瓦？

（3）根据表中的数据，将已经耗完电能的电池充满，理论上需要多少时间？充满电后，该车在水平地面上匀速行驶的最大距离为140千米，则行驶时该车受到的阻力为多少牛。

图甲为热敏电阻的 $R-t$图象，图乙为用此热敏电阻 $R$和继电器组成的恒温箱的简单温控电路，继电器线圈的电阻为150欧，当线圈中电流大于或等于28毫安时，继电器的衔铁被吸合，为继电器线圈供电的电池的电压为6伏，图中的“电源”是恒温箱加热器的电源。

（1）从图甲中可得 ${50}^{°}\text{C}$时热敏电阻的阻值为　　欧。

（2）恒温箱的加热器应接在 $A$、 $B$端还是 $C$、 $D$端？

（3）若恒温箱内的温度达到 ${100}^{°}\text{C}$时，通过计算分析恒温箱加热器是否处于工作状态？

（4）若在原控制电路中，串联接入一个可变电阻，当该电阻增大时，所控制的恒温箱内的最高温度将　　（选填“变大”“不变”或“变小” $)$。

某水底打捞作业中，需将一长方体石柱从水底匀速打捞出水，如图是吊车钢丝绳拉力 $F$随石柱下表面距水底深度 $h$变化的图象，（水的阻力忽略不计， ${\rho }_{水}=1.0\times {10}^3\mathit{kg}/m^3)$求：

（1）石柱浸没在水中受到的浮力；

（2）石柱未露出水面前，在水中上升 $2m$钢丝绳拉力所做的功；

（3）在水底时石柱上表面受到的水的压强。

可燃冰是一种新型能源，它是水和天然气在高压低温情况下形成的类冰状结晶物质，主要成分是甲烷，其开采是世界难题，据中央电视台2017年5月18日报道，我国可燃冰已试采成功，技术处于世界领先，用燃气锅炉烧水时，把质量为 $500\mathit{kg}$，初温为 ${20}^{°}\text{C}$的水加热到 ${100}^{°}\text{C}$，共燃烧了 $12m^3$天然气，已知水的比热容 $c_{水}=4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{\circ }\text{C}}\right)$，天然气热值 $q=4.2\times {10}^{7}J/m^3$，可燃冰的热值为同体积天然气的160倍，求：

（1）水吸收的热量；

（2）燃气锅炉烧水时的效率；

（3）若换用可燃冰，应使用多少 $m^3$可燃冰。

某品牌轿车的质量为 $M$（含驾乘人员），车的钢质外壳密度为 ${\rho }_1$、质量为 $m$，发动机的效率为 ${\eta }_1$．若该车在平直道路上匀速行驶受到地面的摩擦力为车总重的 $k$倍 $(k<1$，为常数），受到的空气阻力为 $f$，忽略其他摩擦阻力。经过技术革新，厂家将车外壳换成了等体积，密度为 ${\rho }_2$的新材料 $({\rho }_2<{\rho }_1)$，并对车子的流线型进行了优化，使车子受到的空气阻力降低了 $2\%$，还将车子的发动机效率提高到了 ${\eta }_2$．改进后汽车以相同的速度匀速行驶，求改进后汽车的耗油量 $m_2$与改进前的耗油量 $m_1$的比。（设改进前后汽车行驶的路况、路程、驾乘人员相同。不带单位计算）

图13是小邦同学设计的调光灯电路， $R_0$为定值电阻， $S$为选择开关，当 $S$接触 $a$点时，小灯泡正常发光但不能调光，当 $S$接触 $b$点时，电路断开，当 $S$接触 $c$点时，电路可连续调光。已知滑动变阻器 $R$的规格为“ $10\Omega 2A$”，灯泡 $L$上标着“ $10V12W$”的字样，电源电压恒为 $16V$。

（1）求定值电阻 $R_0$的阻值；

（2）当 $S$接触 $c$点时，调节 $R$的滑片至中点位置，电路中的电流为 $1A$，求此时灯泡的实际功率。

如图所示电路中，已知电源电压保持不变，小灯泡 $L$的规格为“ $6V3W$”，滑动变阻器 $R$的最大阻值为 $30\Omega$， $R_0$为定值电阻。

（1）小灯泡 $L$正常发光时的电流为多少？

（2）只闭合开关 $S_1$和 $S_2$，将变阻器滑片从最左端 $a$向右滑动，当变阻器接入电路的阻值为 $4\Omega$时，小灯泡 $L$恰好正常发光，则电源电压是多少？

（3）只闭合开关 $S_1$和 $S_3$，当滑片置于 $a$时，电压表示数为 $6V$，电流表示数为 $0.2A$，此时滑动变阻器消耗的电功率为 $1.2W$，当滑片向右滑动到另外某个位置时，变阻器消耗的电功率仍然为 $1.2W$，试求在这个位置时电流表的示数 $I$。

如图所示电路，电源电压恒定，滑动变阻器的规格为“ $30\Omega ??1A$”。在 $A$、 $B?$间接入规格为“ $12V?12W$”的灯泡 $L$，闭合开关，当变阻器连入电路的阻值为 $6\Omega$时，灯泡正常发光。求：

（1）灯泡 $L$正常工作时电阻；

（2）电源电压；

（3）取下灯泡 $L$，在 $A$、 $B$间接入一个电阻 $R_0$，要求 $R_0$接入电路后，闭合开关，调节滑动变阻器 $R$能使电流表示数达到 $0.4A$，求 $R_0$的取值范围。（提示：太大或太小会导致无论如何调节滑动变阻器电路中电流均不能达到 $0.4A)$。

如图是某同学设计的调光台灯电路图，电源电压高于灯泡 $L$额定电压且恒定不变，灯泡 $L$上标有“ $6V9W$”的字样，当 $S$闭合， $S_1$拨至“1”位置时， $L$正常发光， $R_0$在 $10s$内产生的热量是 $45J$；当 $S$闭合， $S_1$拨至“2”位置，调节滑片 $P$使滑动变阻器接入电阻为滑动变阻器总阻值的 $\frac{1}{3}$时，灯泡 $L$的实际功率为 $3.24W$．不考虑灯丝电阻受温度的影响求：

（1）小灯泡 $L$的额定电流。

（2）电源电压。

（3）滑动变阻器的最大阻值。

（4）小灯泡 $L$能调节到的最小电功率。

某科技小组探究如图甲所示电路中的滑动变阻器 $R$的电功率 $P$与电流表 $A$的示数 $I$之间的变化关系，得到 $P$与 $I$之间的关系如图乙所示。图甲中 $R_0$为定值电阻，电源电压不变。求：

（1）滑动变阻器 $R$消耗的最大功率为多少；

（2）滑动变阻器 $R$的阻值为多大时，滑动变阻器 $R$消耗的功率最大；

（3）滑动变阻器 $R$两端电压 $U_R$与电流表示数 $I$的关系式。

如图甲所示，是某科技小组的同学们设计的恒温箱电路图，它包括工作电路和控制电路两部分，用于获得高于室温、控制在一定范围内的“恒温”。工作电路中的加热器正常工作时的电功率为 $1.0\mathit{kW}$；控制电路中的电阻 $R^{\text{'}}$为滑动变阻器， $R$为置于恒温箱内的热敏电阻，它的阻值随温度变化的关系如图乙所示，继电器的电阻 $R_0$为 $10\Omega$．当控制电路的电流达到 $0.04A$时，继电器的衔铁被吸合；当控制电路中的电流减小到 $0.024A$时，衔铁被释放，则：

（1）正常工作时，加热器的电阻值是多少？

（2）当滑动变阻器 $R\text{'}$为 $390\Omega$时，恒温箱内可获得的最高温度为 ${150}^{°}\text{C}$，如果需要将恒温箱内的温度控制在最低温度为 ${50}^{°}\text{C}$那么， $R\text{'}$的阻值为多大？

如图，杠杆在水平位置平衡，物体 $M_1$重为 $500N$， $\mathit{OA}:\mathit{OB}=2:3$，每个滑轮重为 $20N$，滑轮组的机械效率为 $80\%$，在拉力 $F$的作用下，物体 $M_2$以 $0.5m/s$速度匀速上升了 $5m$。（杠杆与绳的自重、摩擦均不计）

求：（1）物体 $M_2$的重力；

（2）拉力 $F$的功率；

（3）物体 $M_1$对水平面的压力。

庆祝中国人民解放军海军成立70周年海上阅兵活动在青岛附近海域举行，图中093改进型攻击核潜艇于2019年4月27日公开亮相，进行了战略巡航。该潜艇最大核动力功率为 $2.8\times {10}^4\mathit{kW}$，完全下潜到海面下后的排水量为 $6.8\times {10}^{3}t$（取海水密度 $\rho =1\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$、 $g=10N/\mathit{kg})$。问：

（1）该潜艇悬浮时，其上一面积为 $0.05m^2$的整流罩距海面深度为 $200m$，此时整流罩受到海水的压力为多少？

（2）若最大核动力功率转化为水平推力功率的效率为 $80\%$，该潜艇在海面下以最大核动力功率水平巡航时，受到的水平推力为 $1.6\times {10}^{6}N$，此时潜艇的巡航速度为多少？

（3）该潜艇浮出海面处于漂浮时，露出海面的体积为 $1.5\times {10}^3{m}^3$，此时潜艇的总重量是多少？

如图所示，电源电压保持不变，滑动变阻器 $R$最大阻值为 $10\Omega$，小灯泡 $L$标有“ $6V3W$”字样。闭合开关 $S$、 $S_1$、 $S_2$，滑动变阻器滑片 $P$移至最左端时，小灯泡 $L$恰好正常发光。闭合开关 $S$、 $S_1$，断开开关 $S_2$，电压表的示数为 $3.6V$，忽略小灯泡电阻随温度的变化。求：

（1）电源的电压及小灯泡 $L$的电阻；

（2） $R_1$的阻值；

（3）闭合开关 $S$、 $S_2$，断开开关 $S_1$，滑动变阻器消耗的电功率为 $0.72W$时，电流表的示数。