初中物理能量计算题

科技小组的同学设计了如图甲所示的恒温水箱温控电路（设环境温度不高于 ${20}^{°}\text{C})$，由工作电路和控制电路组成。工作电路中的电热器上标有“ $220V1000W$”的字样；控制电路电源电压 $U=30V$，热敏电阻 $R_t$作为感应器探测水温，置于恒温水箱内，其阻值随温度变化的关系如图乙所示， $R_1$为滑动变阻器。闭合开关 $S$，电磁铁产生的吸引力 $F$与控制电路中电流 $I$的关系如图丙所示，衔接只有在不小于 $3N$吸引力的作用下才能被吸下，工作电路断开（不计继电器线圈的电阻， $c_{水}=4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{\circ }\text{C}}\right))$。求：

（1）电热器正常工作时的电阻；

（2）电热器正常工作时，给恒温箱中 $100\mathit{kg}$的水加热，已知电热器的加热效率为 $70\%$，当水温由 ${30}^{°}\text{C}$升高到 ${40}^{°}\text{C}$时，电热器的加热时间；

（3）为了把温度控制在 ${40}^{°}\text{C}$左右，设定在水温低于 ${40}^{°}\text{C}$时自动加热，在水温达到 ${40}^{°}\text{C}$时停止加热，求此时滑动变阻器 $R_1$消耗的电功率。

已知电源电压 $9V$， $R_1=15\Omega$，电路连接如图所示，将滑动变阻器的滑片 $P$移到图中位置，使变阻器电阻 $R_{\mathit{ap}}=\frac{1}{5}{R}_2$，此时电压表的示数为 $4.8V$．保持原电路不变，如果将电压表换成电流表，求：

（1）电流表的示数。

（2）若移动滑片 $P$到某一点，使滑动变阻器消耗的电功率为 $1.2W$，通过 $R_1$的电流。

我市经济建设中用到大量机械设备，某种起重机结构如图所示，起重机的吊臂 $\mathit{OAB}$可以看作杠杆，吊臂前段用钢绳连着滑轮，立柱 $\mathit{CA}$竖直， $\mathit{OB}:\mathit{OA}=6:1$．用该起重机将浸没在水中的长方体石墩提起，放在水平地面上，石墩质量为 $1.5\times {10}^4\mathit{kg}$、底面积为 $3m^2$、高为 $2m(g$取 $10N/\mathit{kg}$， ${\rho }_{水}=1.0\times {10}^3\mathit{kg}/m^3)$

（1）浸没在水中的石墩（石墩的底部未浸入淤泥中），受到浮力是多少？

（2）石墩放在水平地面上时，起重机未对石墩施力，则石墩对底面的压强是多少？

（3）石墩完全离开水面被提升的过程中，测得每根钢绳的拉力为 $1.0\times {10}^{5}N$，此时动滑轮的机械效率是多少？

（4）当石墩被提起且仍浸没在水中时，若忽略动滑轮、钢绳和吊臂的重力及各种摩擦，起重机立柱 $\mathit{CA}$对吊臂 $A$点竖直向上的作用力是多少？

在如图甲所示的电路中， $R_0$为定值电阻， $R$为滑动变阻器，电源电压不变，闭合开关 $S$后，调节滑片 $P$从 $a$端移动到 $b$端过程中，电流表示数 $I$与电压表示数 $U$的变化关系如图乙所示。

求：

（1）电路中电流最小时， $1\mathit{min}$内电流通过电阻 $R$做的功；

（2）电源电压和定值电阻 $R_0$；

（3）若电压表量程为 $0~15V$，电流表量程为 $0~3A$，为保证电表正常工作，定值电阻 $R_0$消耗的功率范围。

有一只电热水壶，其铭牌上标有“ $220V1210W$”的字样，不考虑温度对电阻的影响，水的比热容 $4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{·}^{°}\text{C}\right)$， $g$取 $10N/\mathit{kg}$。求：

（1）它正常工作时通过电阻丝的电流有多大？

（2）它正常工作时电阻丝的电阻有多大？

（3）当实际电压为 $200V$时，该电热水壶的效率为 $80\%$，在一标准大气压下将壶内 $1\mathit{kg}$的水由 ${20}^{°}\text{C}$加热至沸腾，需要加热多少分钟？

图甲是一款紫砂电饭锅，其简化电路如图乙所示， $R_1$、 $R_2$是电热丝， $R_1$的阻值为 $110\Omega$，通过单独或同时闭合 $S_1$、 $S_2$实现低温、中温、高温三个挡位间的切换，其铭牌如下表所示，求：

（1）低温挡加热时电流的大小；

（2）电热丝 $R_2$的阻值；

（3）已知粥的比热容 $c_{粥}=4.0\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{\circ }\text{C}}\right)$，将 $2.2\mathit{kg}$的粥用高温挡从 ${20}^{°}\text{C}$加热到 ${74}^{°}\text{C}$需要的时间。

在如图所示的电路中，电源电压为 $12V$，滑动变阻器的阻值范围在0至 $50\Omega$之间，闭合开关 $S$，调节滑动变阻器，当滑片 $P$置于滑动变阻器的中点时，电流表的示数为 $0.3A$．求：

（1）定值电阻 $R_1$的阻值；

（2）当滑动变阻器的滑片 $P$置于阻值最大处时，电路的总功率是多少？（得数保留1位小数）

（3）电流表接入电路中的量程是0至 $0.6A$，在不改变电流表量程的情况下，为了保证电流表的安全，滑动变阻器接入电路中的最小阻值是多少？

小明观察到高速公路进出口处设有测量货车重力的检测装置，他利用学过的物理知识设计了一套测量货车重力的模拟装置，其工作原理如图甲所示。 $\mathit{OAB}$为水平杠杆， $\mathit{OB}$长 $1m$， $O$为支点， $\mathit{OA}:\mathit{AB}=1:4$，平板上物体所受重力大小通过电流表读数显示。已知定值电阻 $R_0$的阻值为 $10\Omega$，压力传感器 $R$固定放置， $R$的阻值随所受压力 $F$变化的关系如图乙所示。平板、压杆和杠杆的质量均忽略不计。

（1）当电池组电压 $U_0=12V$，平板上物体所受重力分别是 $80N$和 $100N$时，闭合开关 $S$，分别求出电流表的读数。

（2）电池组用久后电压变小为 $U_1$，这时平板上物体重 $100N$时，电流表读数为 $0.3A$，求 $U_1$的大小。

（3）在第（2）问情况中，电池组电压大小为 $U_1$，要求平板上重为 $100N$的物体对应的电流表读数和电池组电压 $U_0=12V$的情况下相同，小明采取了两种解决办法：

①其它条件不变，只更换电阻 $R_0$，试求出更换后的 $R_0\text{'}$的大小。

②其它条件不变，只水平调节杠杆上触点 $A$的位置，试判断并计算触点 $A$应向哪个方向移动？移动多少厘米？

图甲是某品牌家用蛋糕机，该蛋糕机配有很多卡通模型，可以做出多种多样的创意小蛋糕，图乙是该蛋糕机的简化电路图，可以实现蛋糕机的低、中、高三挡加热功能。单独闭合开关 $S_1$时，蛋糕机处于 $440W$的低温挡加热状态；单独闭合开关 $S_2$时，阻值为 $55\Omega$的电阻 $R_2$让蛋糕机处于中温挡加热状态。求蛋糕机正常工作时：

（1）低温挡加热电流；

（2）中温挡加热功率；

（3）高温挡加热 $5\mathit{min}$消耗的电能。

某同学设计了一个利用如图1所示的电路来测量海水的深度，其中 $R_1=2\Omega$是一个定值电阻， $R_2$是一个压敏电阻，它的阻值随所受液体压力 $F$的变化关系如图2所示，电源电压保持 $6V$不变，将此压敏电阻用绝缘薄膜包好后放在一个硬质凹形绝缘盒中，放入海水中保持受力面水平，且只有一个面积为 $0.02m^2$的面承受海水压力。（设海水的密度 ${\rho }_{水}=1.0\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$， $g$取 $10N/\mathit{kg})$

（1）当电流表示数为 $0.2A$时，求压敏电阻 $R_2$的阻值；

（2）如图2所示，当压敏电阻 $R_2$的阻值为 $20\Omega$时，求此时压敏电阻 $R_2$所在深度处的海水压强；

（3）若电流表的最大测量值为 $0.6A$，则使用此方法能测出海水的最大深度是多少？

如图所示，电源电压保持不变，闭合开关 $S_1$、 $S_2$，将滑动变阻器的滑片 $P$移到 $a$端时，灯泡正常发光，电压表 $V$的示数为 $6V$，电流表 $A_2$的示数为 $0.4A$，只闭合开关 $S_1$，将滑动变阻器的滑片 $P$移到 $b$端时，电流表 $A_1$的示数为 $0.2A$，灯泡的实际功率为 $0.4W$（不考虑温度对灯丝电阻的影响）。求：

（1）电阻 $R_1$的阻值；

（2）灯泡 $L$的额定功率；

（3）滑动变阻器 $R_2$的最大阻值。

额定电压为 $9V$的小灯泡的 $I-U$图像如图（a）所示。将小灯泡接入图（b）所示的电路中，电源电压恒定。将滑动变阻器的滑片移至最右端，闭合开关 $S$和 $S_1$，小灯泡正常发光，电流表示数为 $0.4A$．求：

（1）小灯泡的额定功率；

（2）定值电阻 $R$的阻值；

（3）只闭合开关 $S$，将滑动变阻器的滑片由右端逐渐向左移动，求滑动变阻器允许接入电路的最大阻值。

如图所示电路中，电源电压保持恒定，电阻 $R_1$的阻值为 $10\Omega$，电阻 $R_2$的阻值为 $40\Omega$，只闭合开关 $S$和 $S_1$，将滑动变阻器 $R$的滑动触头从最左端移到最右端的过程中，电流表的示数为 $0.2A$逐渐增大到 $0.6A$，求：

（1）电源的电压 $U$；

（2）滑动变阻器 $R$的最大阻值；

（3）要使整个电路消耗的电功率为最大，请写出开关 $S_1$、 $S_2$的开闭状态和滑动变阻器滑片 $R$的滑动触头所在位置，并计算出电功率的最大值。

空气炸锅，因其烹制食物脂防含量低，美味酥脆，无油烟味，深受广大市民青睐。如图甲所示，为某品牌空气炸锅，其发热元件为两个电阻。 $R_1=50\Omega$， $R_2=200\Omega$．额定工作电压为 $220V$，内部电路可简化为图乙所示电路，当开关 $S_1$闭合，开关 $S$接 $b$端时为高温挡；开关 $S_1$闭合，开关 $S$断开时为中温挡。

（1）中温挡正常工作时，求流过电阻 $R_2$的电流。

（2）高温挡正常工作时，求电阻 $R_1$、 $R_2$消耗的总功率。

（3）若用此空气炸锅加工薯条，原料薯条温度为 ${20}^{°}\text{C}$，炸熟至少需要达到 ${170}^{°}\text{C}$，求一次炸熟 $200g$薯条需要吸收的热量。 $c_{\mathit{薯条}}$取 $3.63\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{°}\text{C}\right)$

（4）若使用空气炸锅高温挡完成以上烹制，空气炸锅电能转化为热能效率为 $75\%$，求烹制一次薯条需要的时间。

如图甲所示，电源电压保持不变，小灯泡 $L$正常发光时的电阻为 $6\Omega$，闭合开关 $S$，调节滑动变阻器的滑片 $P$，从最上端 $a$滑至最下端 $b$的过程中，电流表示数与两电压表示数的关系图像如图乙所示。

求：（1）小灯泡的额定功率和定值电阻 $R_0$的阻值；

（2）滑动变阻器的最大阻值；

（3）电路总功率的变化范围。