初中物理能量计算题

如图甲为常用的电热饮水机，其电路原理如图乙所示，该饮水机的额定电压为220V，加热电功率为1100W，保温电功率为44W，R₁、R₂均为电热丝 （R₁、R₂的电阻不随温度变化）。请问：

（1）当S闭合时，饮水机处于　　（选填“加热”或“保温”）状态，此时电路中的电流是多大？

（2）电热丝R₁的电阻是多大？

（3）饮水机加热工作时，将0.5千克初温为20℃的水加热到97℃，需要多长时间？（假设电能全部转化为水的内能）

学习了电功率的知识后，小亮想利用家中的电能表（如图所示）测量电水壶的电功率和热效率。他把质量为1kg温度是20℃的冷水倒入电水壶中，然后把家中的用电器都与电源断开，仅让电水壶工作，在5分钟内将这壶水烧开（在标准气压下），他观察到电能表转盘转了70转。试求：

（1）将这壶水烧开，水吸收的热量是多少？

（2）电水壶的电功率为多少？

（3）电水壶的热效率为多少？

如图是小明家电热水壶的铭牌，小明把电热水壶灌满20℃冷水，然后把电热水壶接入家庭电路中，正常工作8分钟将这壶水烧开（在标准气压下）。

（1）电热水壶装满水时，水的质量为多少？

（2）将这壶水烧开，水吸收的热量是多少？

（3）电热水壶的热效率为多少？（保留一位小数）

如图所示，一种小型手提式蒸汽挂烫机，它的铭牌如表所示。在水箱中加入20℃额定容量的水，额定电压下工作1分40秒，水箱中的水沸腾，产生的大量的高温蒸汽会从喷嘴喷出来。然后，连续使用10分钟，水箱中的水会烧干，温控开关自动断开，挂烫机就完成了一次工作。[标准大气压，水的密度为1.0×10³kg/m³，水的比热容为4.2×10³J/（kg•℃）]

型号	ST2370
额定电压	220V
额定功率	800W
额定容量	200mL

（1）水箱中加入20℃额定容量的水，加热到沸腾，水吸收的热量是多少？

（2）额定电压下，水箱中加入20℃额定容量的水，挂烫机从给水加热到完成一次工作消耗的电能是多少？

（3）挂烫机在使用中应注意什么问题？请说出一条。

某课外活动小组在社会实践活动中获得：

（1）某工厂用电电压U＝380V，电流I＝500A，则该工程1h可消耗多少kW•h的电能？

（2）某水力发电站（如图甲）的部分信息：

①发电站供电功率P₁＝2×10⁶kW，而用户用电功率为P₂＝1.2×10⁶kW，出现了多余的电能被全部浪费掉的现象，若平均每天供电、用电时间均为5h，则平均每天浪费多少kW•h电能？

②该发电站经过改进，能回收原来每天浪费的全部电能，并经转化可再次发电，再次发电的电能与回收的电能之间的关系如图乙所示，如果6×10³kg的水从该电站上游落下可发电1kW•h，则改进后的发电站每天回收后再发电的电能相当于多少质量的水所发的电？

如图所示，设电源电压U恒定不变，R为定值电阻，R′为滑动变阻器。闭合开关，移动滑动变阻器滑片改变变阻器阻值，记录多组电压表和电流表的示数分别为U₁和I₁，然后输入计算机绘制出U₁﹣I₁，图象如下，结合电路和U₁﹣I₁图象。

求：（1）电源电压U和定值电阻R的阻值。

（2）调节滑动变阻器R′，当R′的阻值多大时，变阻器R′消耗的功率最大，最大值是多少。

如图所示，电源电压为 $12V$ 且保持不变，灯泡 $L$ 标有" $6V$ ， $3W$ "的字样，滑动变阻器的最大阻值为 $50\Omega$ ，闭合开关 $S_1$ ， $S_2$ ，调节滑片 $P$ ：当滑动变阻器接入电路的阻值为 $R_1$ 时，电压表的示数为 $U_1$ ， $R_0$ 的功率为 $P_{01}$ ，当变阻器接入电路的阻值为 $R_2$ 时，电压表的示数为 $U_2$ ， $R_0$ 的电功率为 $P_{02}$ ，已知 $U_1:U_2=1:2$ ， $R_1:R_2=3$ ；1， $P_{01}+P_{02}=4.5W$ ．求：

（1） $S_1$ 闭合， $S_2$ 断开，灯泡 $L$ 正常发光时，电路的总功率；

（2） $S_1$ 、 $S_2$ 闭合时，电阻 $R_0$ 的电功率 $P_{01}$ 和 $P_{02}$ ；

（3）电阻 $R_0$ 的阻值。

某段输电线由铝绞线组成，为避免冰雪天时因附着冰块变粗变重，造成断线危险，附着在线上的冰重与铝绞线重之比达到 $8:3$ 时，就必须进行除冰作业。已知该铝绞线的直径 $D_0=9\mathit{mm}$ ， ${\rho }_{铝}=2.7\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$ ， ${\rho }_{冰}=0.9\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$ ，每公里铝绞线的电阻 $R=0.56\Omega$ ．铝绞线变粗前后横截面均看作圆，如图所示。

（1）求需要除冰时冰冻变粗铝绞线的直径 $D$ 。

（2）有一种除冰方法叫"短路熔冰"。即短时间内输电线不经用电器直接通电，利用导线本身发热熔冰。若短路熔冰时通过铝绞线的电流是 $600A$ ，每千克冰熔化吸热 $3.36\times {10}^{5}J$ ，熔冰效率为 $80\%$ ，则每公里铝绞线每秒钟可熔冰多少千克？

如图1所示是某型号电热加湿器的原理图，如表为其部分技术参数。 $R_1$ 、 $R_2$ 为发热电阻，且 $R_2=3R_1$ ， $S$ 为旋转型开关，1、2、3、4为触点，通过旋转开关 $S$ 可实现"关"、"低档"、"高档"之间的转换（低档为小功率加热，高档为大功率加热）。

额定电压	$220V$
高档发热功率	$400W$
水箱容积	$3L$
适用面积	$20~40m^2$

（1）加湿器需在高档加热，开关 $S$ 应旋转至触点 　 　（选填："1、2"、"2、3"或"3、4" $)$ 位置；

（2）电阻 $R_1$ 的阻值；

（3）加湿器处于低档位置时的发热功率；

（4）如图2所示是某次使用加湿器工作 $30\mathit{min}$ 的图象，请计算加湿器消耗的总电能。

位于龙沿的福建新龙马公司近期推出高性价比的新能源纯电动车，它充满电后纯电最高续航里程到达 $214\mathit{km}$ ，远越同级车。

若这种电车满载时总重 $G$ 为 $2.0\times {10}^{4}N$ ，正常匀速行驶时，电车受到的平均阻力 $f$ 为车重的0.02倍，当电车以 $10m/s$ 的速度正常匀速行驶 $200\mathit{km}$ 时，求：

（1）电车所做的功 $W$ 和功率 $P$ 。

（2）电车消耗的电能 $E$ 和效率 $\eta$ ；（已知：电车每行驶 $100\mathit{km}$ 耗电 $15\mathit{kW}·h)$ 。

（3）若电价按0.5元 $/\mathit{kW}·h$ 来计算，则行驶 $200\mathit{km}$ 需电费多少元？与之同样功能的燃油车每行驶 $200\mathit{km}$ 油耗为 $13.4L$ ，燃油价格按6.0元 $/L$ 计算，则同样行驶 $200\mathit{km}$ 需燃油费多少元？

如图是用动滑轮提升货物 $A$ 的示意图。在竖直向上的拉力 $F$ 的作用下，使重 $450N$ 的货物 $A$ 在 $50s$ 的时间里，匀速竖直上升了 $10m$ 。在这个过程中，拉力 $F$ 做的功为 $5000J$ ．求：

（1）有用功 $W_{有}$ ；

（2）拉力 $F$ 的功率 $P$ ；

（3）动滑轮的机械效率 $\eta$ 。

如图是用动滑轮运送建筑材料 $A$ 的示意图，在卷扬机对绳子的拉力作用下，使重 $800N$ 的建筑材料 $A$ 在 $50s$ 的时间里，匀速竖直上升了 $10m$ 。在这个过程中，动滑轮提升建筑材料 $A$ 所做的有用功为 $W_{有}$ ，卷扬机对绳子的拉力 $F$ 做功的功率为 $200W$ ．绳重可忽略不计。求：

（1）有用功 $W_{有}$ ；

（2）额外功 $W_{额}$ ；

（3）动滑轮匀速提升建筑材料 $A$ 的机械效率 $\eta$ 。

如图为"研究小灯泡灯丝的阻值变化特点"的电路图。实验所选用的器材均能符合实验要求，其中部分器材的规格如下：（小灯泡额定电压 $3.8V$ ，额定电流 $0.32A)$ ；电压表（量程 $3V$ ，内阻 $3000\Omega )$ ；电流表（量程 $500\mathit{mA}$ ，内阻 $0.5\Omega )$ ，定值电阻 $R_0$ （限值 $1000\Omega )$ 。按电路图连接好电路，闭合开关，调节滑动变阻器的滑片至某一位置时，发现电压表的示数为 $2.7V$ ，电流表的示数为 $315\mathit{mA}$ ．求此时：

（1）小灯泡两端的电压；

（2）通过小灯泡的电流；

（3）小灯泡灯丝的阻值。

现一只满偏电流 $I_g=3\mathit{mA}$ 的电流计 $G$ ，已知其电阻 $R_g=100\Omega$ ，现在需要把它改装成一只量程 $I_c=3A$ 的电流表，如图 $a$ 所示。

求：

（1）电阻 $R_x$ 的阻值；

（2）求改装后的电流表电阻 $R_c$ 的阻值；

（3）如图 $b$ 所示，将改装后的电流表接入电路中。已知电源电压 $U=10V$ ，电阻 $R_1=5\Omega$ ．闭合开关 $S$ ，移动滑动变阻器的滑片 $P$ ，使电流表的示数 $I=1.0A$ ．求此时滑动变阻器接入电路中的阻值 $R_2$ ，以及通过原电流计 $G$ 的电流 $I_1$ 。

小明携带质量为 $10\mathit{kg}$ 的行李箱从太原到运城，选择了尾气零排放的动车组 $D2503$ 次列车出行。经查询， $D2503$ 次列车时刻表如下。若该动车组列车全程匀速行驶在平直的轨道上，牵引力恒为 $2.8\times {10}^{5}N$ ，供电电路输入动车组列车的电功率恒为 $2\times {10}^{7}W$ ．

站次	站名	到达时间	开车时间	运行里程
1	太原南	$-$	$8:25$	0
2	运城北	$10:10$	$10:12$	$360\mathit{km}$
3	西安北	$11:22$	$-$	$556\mathit{km}$

请你根据以上信息，解决下列问题：

问题一：若小明的行李箱底部与列车行李架的接触面积约为 $0.2m^2$ ，求此行李箱对水平行李架的压强。 $(g$ 取 $10N/\mathit{kg})$

问题二：求该动车组列车从太原南站到运城北站牵引力所做的功。

问题三：求该动车组列车从太原南站到运城北站将电能转化为机械能的效率。

问题四：若大型客运燃油汽车运行中做的功与该动车组列车从太原南站至运城北站牵引力所做的功相等，求该燃油汽车排放气态污染物的质量。（大型客运燃油汽车每做1焦耳的功排放气态污染物 $5\times {10}^{-6}g)$