初中物理能量计算题

有一种PTC半导体元件，发热效率很高，且具有自动保温功能，其电阻R_T随温度t的变化曲线如图1所示。某新型智能电蒸锅的发热体就是采用这种材料制成的，图2是它的简化工作电路图，电源电压为220V，R₀是调控电阻（阻值可调但不受温度的影响），R_T是PTC电阻。则：

（1）当R_T的温度从40℃升高到120℃时，R_T的电阻变化是：　 　（选填“先减小后增大”或“先增大后减小”）。

（2）当温度达到100℃时，R_T的阻值是　 　Ω，此时电蒸锅的总功率为880W，则调控电阻R₀的阻值是　 　Ω。

（3）当R₀的阻值调节为10Ω，R_T的温度达到120℃时，电蒸锅的总功率是多少？

在一次车辆故障处置过程中，拖车所用装置简化如图。为了尽快疏通道路，交警只用了30s的时间，指挥拖车在水平路面上将质量是1.5t的故障车匀速拖离了现场。若故障车被拖离的速度是6m/s，绳子自由端的拉力F是500N，该装置的机械效率是80%．求：

（1）故障车在30s内通过的路程；

（2）拉力F在30s内所做的功；

（3）故障车在被拖离过程中受到的阻力。

荣威e950插电式混合动力汽车于今年3月正式上市，百公里平均油耗约1.7升。它有两种动力系统，汽车加速，汽油机提供的动力不足时，蓄电池的电能转化为动能，使汽车加速更快；汽车减速，汽车动能转化为电能，由蓄电池贮存起来，减少能量的消耗。两种动力系统也可独立工作，只有汽油机工作时，与一般的汽车不同：只使用电力时，由电动机提供动力。如表是国产某混合动力汽车蓄电池的铭牌，其中电池容量是蓄电池贮存的最大电能（储存电能的本领是表示电池容量的另一方式），该汽车匀速行驶时受到的阻力为1440N，求：

（1）在家庭电路中对放电完毕的蓄电池充满电要多长时间？

（2）该汽车匀速行驶100km过程中牵引力做的功为多少？

（3）蓄电池充满电后，仅由电动机提供动力，电能转化为机械能的效率为80%，汽车匀速持续行驶的最大距离是多少km？

（4）假设汽车受到的阻力不变，仅由汽油机提供动力，汽油的热值为5.0×10⁷J/L（即焦耳/升），汽油机的效率为24%，汽车匀速行驶100km的油耗是多少升。

电池容量	44kW•h
充电电压	220V
充电电流	20A
输出电压	150V

超声波加湿器通电工作时，雾化片产生每秒170万次的高频率振动，将水抛离水面雾化成大量1μm～5μm的超微粒子（水雾），吹散到空气中使空气湿润，改变空气的湿度。

图甲所示是某型号超声波加湿器，下表为其部分技术参数，其中额定加湿量是指加湿器正常工作1h雾化水的体积；循环风量是指加湿器正常工作1h通过风扇的空气体积；加湿效率是指实际加湿量和实际输入功率的比值。

额定加湿量Q额	15L/h
额定电压U额	220V
额定功率P额	660W
水箱容量V	30L
加湿效率k	≥1.2×10^﹣^2L/（h•W）

（1）水雾化成超微粒子的过程　　（选填是或不是）汽化现象。加湿器正常工作时电流为　　A，加满水后最多能加湿　　h。

（2）在没有其他用电器接入电路的情况下，加湿器工作30min，标有“3000imp/kW•h”的电能表指示灯闪烁了720次，此过程中加湿器的实际功率多少W？加湿器的加湿量Q_实至少为多少L/h？

（3）超声波加湿器内部有一个湿度监测装置，利用湿敏电阻可实现对环境湿度的精确测量。图乙中为该湿度监测装置的电路图，已知电源电压为24V，定值电阻R₀的阻值为120Ω，电流表的量程为0～100mA，电压表的量程为0～15V，湿敏电阻的阻值R₀随湿度RH变化的关系图线如图丙所示，请你根据该电路计算湿度监测装置能够测量的湿度范围。

热熔胶是常用的粘合剂，它在常温下是固体。图甲是热熔胶枪（简称“胶枪”）的外形，其内部有两只相同的PTC加热元件的电阻与温度的变化关系如图丙所示。电路如图乙所示，单只PTC加热元件的电阻与温度的变化关系如图丙所示。胶枪扳机松开时，开关S₁断开，开关S₂的触片与b触点接通，若此时接通电源，胶枪就进入预热状态，约60s后热熔胶熔化成的胶液温度达到正常工作温度（150℃～180℃）。此后，若扣动扳机，胶枪就进入正常工作状态：开关S₁闭合，开关S₂的触片与a触点接通，固体胶条向前挤压，枪口冒出温度为150℃～180℃的胶液。在近似计算时，可以认为胶液的温度与PTC加热元件的温度相同。问：

（1）单只PTC加热元件在预热过程中的最小电阻为多少？

（2）胶枪在预热过程中消耗的最大功率是多少？

（3）接通电源60s后，假设胶枪在恒温为150℃的条件下正常工作100s，它产生热量的60%被胶条吸收，在这过程中胶条吸收了多少热量？

用滑轮组与电动机结合使用可节省人力，提高工作效率。如图所示，是一业余打捞队打捞某密封箱子的示意图，已知电动机工作时拉绳子的功率为1100W保持不变，箱子质量300kg、体积0.1m³，每个滑轮重200N，水深6m，水面离地面4m，将箱子从水底提到地面时，用时间24s（不计绳重、摩擦和水的阻力，取g＝10N/kg）。求：

（1）箱子在水底时下表面受到水的压强。

（2）电动机把箱子提升到地面做的总功。

（3）整个打捞过程中，滑轮组机械效率的最大值。

（4）整个打捞过程中，箱子上升的最大速度。

如图所示，一个底面积为2m²的圆柱状容器，装有适量的水。现将一个底面积为0.5m²、体积为5m³的物体A放入其中，物体A漂浮于水面上。当再给A物体施加一个竖直向下的大小不变的力F以后，A物体最终恰好浸没于水中静止，此时容器底部受到的压强增大了1×10⁴Pa。

则：

（1）A物体浸没水中静止时容器底部所受到的压力增大了多少？

（2）A浸没于水中时受到的浮力为多少？

（3）A物体受到的重力为多少？（g＝10N/kg）

（4）从A物体漂浮水面到浸没水中静止过程中力F做了多少功？

某物理兴趣小组设计了探测湖底未知属性的矿石密度的装置，其部分结构如图甲所示。电源电压为6V，R₀为定值电阻，滑动变阻器R的阻值随弹簧的拉力F变化关系如图乙，T为容器的阀门。某次探测时，水下机器人潜入100m深的湖底取出矿石样品M．返回实验室后，将矿石样品M悬挂于P点放入容器中，保持静止状态。打开阀门T，随着水缓慢注入容器，电压表示数U随容器中水的深度h变化关系如图丙中的实线所示。在电压表示数从2V变为4V的过程中，电流表示数变化值为0.2A（弹簧电阻忽略不计，矿石M不吸水，湖水密度与水相同，g＝10N/kg）。求：

（1）水下机器人在100m深的湖底取样时受到水的压强为多少？

（2）定值电阻R₀的阻值是多少？

（3）矿石M的密度是多少kg/m³？

如图甲是中国自主研制的首列永磁动力单轨列车，其亮点是列车可以小角度转弯，安装有高压细水雾灭火系统和制动发电装置。

（1）当列车转弯时，水平轮胎发生形变，起到导向和稳定作用。如图乙是轮胎与接触面的平面图，请在图乙中画出轮胎对接触面压力的示意图。

（2）当高压细水雾系统中水枪工作时，水对喷孔的压强p＝10MPa，水雾喷出的速度v≥10m/s，若喷孔的总面积S＝5×10^﹣5m²，则水枪的功率至少为多少瓦？（不计大气压强）

（3）列车制动减速的过程中，机械能转化为电能和内能。当列车在平直轨道上制动减速时，电能W₁与内能W₂之比为9：16，如图丙是机械能的变化量△W与速度变化量△v的关系图象。若列车从72km/h开始减速，转化的电能可供总功率为1000W的照明灯正当发光1h，则列车的速度将会减小到多少千米/时？

我国自主研制的第三代常规动力潜艇（如图所示），它具备先进的通讯设备、武器系统、导航系统、水声对抗、隐蔽性强，噪声低、安全可靠等优异性能，主要技术参数如表：

排水量	水上2250吨，水下3000吨	最大潜深度	300m
最航速	水上30km/h，水下36km/h	最大输出功率（水下）	3000kW

求：（海水的密度近似为1.0×10 ³kg/m ³，g＝10N/kg）

（1）因训练任务需要潜艇在水上航行，此时露出水面的体积为多大？

（2）潜艇下潜到200m深处时，潜艇上一个面积是400cm ²的观察窗口受到海水的压力为多大？

（3）潜艇在水下执行巡航任务，以最大航速匀速行驶5h的路程为多少？若潜艇发动机以最大输出功率工作时螺旋桨推进器效率为80%，潜艇以最大航行驶时受到水的平均阻力f为多大？

某物理兴趣小组设计了探测湖底未知属性的矿石密度的装置，其部分结构如图甲所示。电源电压为6V，R₀为定值电阻，滑动变阻器R的阻值随弹簧的拉力F变化关系如图乙，T为容器的阀门。某次探测时，水下机器人潜入100m深的湖底取出矿石样品M．返回实验室后，将矿石样品M悬挂于P点放入容器中，保持静止状态。打开阀门T，随着水缓慢注入容器，电压表示数U随容器中水的深度h变化关系如图丙中的实线所示。在电压表示数从2V变为4V的过程中，电流表示数变化值为0.2A（弹簧电阻忽略不计，矿石M不吸水，湖水密度与水相同，g＝10N/kg）。求：

（1）水下机器人在100m深的湖底取样时受到水的压强为多少？

（2）定值电阻R₀的阻值是多少？

（3）矿石M的密度是多少kg/m³？

如图甲所示，电源电压一定，已知小灯泡L上标有“6V，3W”字样，且灯丝电阻不随温度变化，R₀＝20Ω，滑动变阻器R的最大阻值为100Ω．求：

（1）小灯泡的电阻；

（2）只闭合S、S₁，移动滑动变阻器滑片P，变阻器两端电压与其连入电路的电阻关系如图乙所示；当滑片置于某点a时，电压表示数U_a＝8V．电源电压是多少？

（3）已知电压表量程为0～15V，电流表量程为0～0.6A．在保证电路安全的情况下，只闭合S、S₂时，电路消耗总功率的变化范围是多少？

如图所示为某品牌多功能电热锅简化电路图。温度自动调节器通过调节发热体的电压来调节电热锅的功率及温度。下表是其在不同档位的设定温度值。电热锅在猛火档时发热体的额定功率为1500W，此时发热体两端电压为220V．不计温度对发热体电阻的影响。

（1）制作发热体的材料应具有什么特点？（请写出一点）

（2）求发热体的电阻；

（3）若发光二极管工作时的电压为2V、电流为20mA，求电阻R ₀的阻值；

（4）正常工作时，空的电热锅由20℃达到不同档位的设定温度耗时相同。请计算电热锅发热体在文火档时的功率。不计热损失。

档位	ON	文火	小火	中火	大火	猛火
设定温度（℃）	50	80	110	140	170	200

如图所示，电源电压U＝5V，滑动变阻器R₁的最大阻值为20Ω．当R₁的滑片P在最右端时，电压表示数为4V；当滑动变阻器的滑片P移到a点时，电压表示数为U_a，滑动变阻器的功率为P_a；再移动滑动变阻器的滑片P到b点时，电压表示数为U_b，滑动变阻器的功率为P_b．若U_a：U_b＝4：3，P_a：P_b＝8：9，求：

（1）定值电阻R₀的阻值；

（2）滑动变阻器a、b两点间的电阻。

热风枪常用于工程装修、服装制造等行业。工作时，利用其吹出的热风使材料熔化或软化，从而达到去除旧漆膜、弯曲塑料管。换装瓷砖等目的，图甲是某型号热风枪的简化电路图，其中电热丝R₁的最大功率为2000W，R₂、R₃可分别调节温度和风量，不计温度对R₁阻值的影响，请解答：

（1）图乙中的P、Q处为该型号热风枪的电热丝和电动机预留安装位置，应将电动机安装在　　处，否则　　（说出一点即可）。

（2）当R₂接入电路电阻为30.8Ω时，R₁上消耗的功率是多少？

（3）已知R₁达到最大功率时，从出风口吹出的空气温度升高了400℃，若将R₁的功率调为1500W，则从出风口吹出的空气温度升高了多少？设热效率相同、相同时间内吹出的空气质量相同。