初中物理能量计算题

利用轮船上的电动机和缆绳从水库底竖直打捞出一长方体物体，下图P-t图像中表示了电动机输出的机械功率P与物体上升时间t的关系。已知0～80s时间内，物体始终以的速度匀速上升，当时，物体底部恰好平稳的放在轮船的水平甲板上。已知电动机的电压是200V，物体上升过程中的摩擦阻力不计，g取10N/kg。求：
（1）湖水的深度h₁，甲板离水面距离h₂ 。
（2）物体的质量m，长度，体积V 。
（3）若电动机电能转换为机械能的效率为80%，求在0～50s内，电动机线圈中电流的大小。
 

在如图所示的电路中，电源电压和各灯泡的阻值均保持不变。电流表的量程为0 3A，灯泡L₁的电阻R₁=10Ω.请画出该题的各个等效电路图。
(1)只闭合开关S₁、S₄时，电流表的示数为1A。当将滑动变阻器滑片拨至中点处，再将S₂闭合时，电流表的示数为1.5A，则在不损坏电流表的情况下，滑动变阻器可以消耗的最大功率与最小功率之比为多少?
(2)只闭合S₃时，电路消耗的最大功率为P1;只闭合S₄、 S₅时，电路消耗的最小功率为P₂；只闭合S₂、S₃、S₅时，电路消耗的最小功率为P₃。已知P₁:P₂:P₃=42:35:30,则R₂、R₃的限值各为多少?

刘爽对风力发电进行研究，了解到当地的风速在v₂和v₄之间，风车可以带动发电机发电，某段时间内甲、乙、丙、丁四个风力发电站风速与时间关系如图所示。

（1）根据图像请判断该段时间内哪个风力发电站效能最大？
（2）如图所示为风力发电机的控制电路，只有发电机与风车离合器有电流通过时，风车才能带动发电机发电，当风速为v₁、v₂、v₃、v₄时，挡风板带动金属滑片p分别和下金属轨及AE滑道上的A、B、C、D点接触，求：
①判断AE滑道哪段导电并简单说明理由？
②完成下列控制电路图。

(3) 丙发电站有N台风车，每台风车车叶转动时可形成半径为r的圆面，当风速在v₂和v₄之间时，风车每平方米叶片在to时间内接收到的风能为Wo，如果风车能将10%的风能转变成电能，求：①每台发电机的平均功率Po；②发电站在0-t₁时间内总发电量W。

如图所示，底面积为200cm²的容器底部有一固定轻质弹簧，弹簧上方连有一边长为10cm的正方体木块A，容器侧面的底部有一个由阀门B控制的出水口，当容器中水深为20cm时，木块A有的体积浸在水中，此时弹簧恰好处于自然状态，没有发生形变．（不计弹簧受到的浮力，g取10N/kg）   

求：（1）此时容器底部受到的水的压强；
（2）木块A的密度；
（3）向容器内缓慢加水，直至木块A刚好完全浸没水中，立即停止加水，弹簧伸长了3cm，求此时弹簧对木块A的作用力F₁是多大？容器底部受到水的压强变化了多少？

图1所示是小明的调光灯电路图，他将粗细均匀的电阻丝AB通过滑片P连人电路，小灯泡的额定电压为6V。闭合开关S后，滑片P从最左端A滑到最右端B的过程中，小灯泡的I—U关系图像如图2所示。（电阻丝AB的阻值不随温度变化）

求：（1）小灯泡的额定功率； （2）电阻丝AB的阻值；
（3）当AB连人电路的阻值R₁=2.5Ω时，灯泡消耗的功率为3.2W，此时灯丝的阻值为多少。

如图所示，重物A是体积为10dm³，密度为7.9×10³kg/m³的实心金属块，将它完全浸没在水中，始终未提出水面。若不计磨擦和动滑轮重，要保持平衡。（g=10N/kg）求：
 
（1）重物A受到的浮力为多少？
（2）作用于绳端的拉力F是多少？
（3）若缓慢将重物A提升2m，拉力做的功是多少？
（4）若实际所用拉力为300N，此时该滑轮的效率是多少？

两个实心正方体A、B由密度均为ρ的同种材料制成，它们的重力分别是G _A、G _B，将A、B均放置在水平桌面上时，如图甲所示，两物体对桌面的压强分别是p_A、p_B，且p_A:p_B=1:2；当用甲、乙两滑轮组分别匀速提升A、B两物体，如图乙所示，两动滑轮重均为G_动，此时两滑轮组的机械效率之比为33:40；若将A物体浸没在水中，用甲滑轮组匀速提升，如图丙所示，匀速提升过程A物体一直没露出水面，此时甲滑轮组的机械效率为75%。不计绳重和摩擦，ρ_水=1.0×10³kg/m³，求:

（1）A、B两物体的重力之比G _A:G _B是多少？
（2）滑轮组中的动滑轮重力G_动是A物体重力G _A的多少倍？
（3）A、B两个实心正方体的材料密度ρ是多少kg/m³？

图是液压汽车起重机从水中打捞重物的示意图。A是动滑轮，B是定滑轮，C是卷扬机，D是油缸，E是柱塞。卷扬机转动使钢丝绳带动动滑轮上升，同时提升重物。被打捞的重物体积是，若在本次打捞前，起重机对地面的压强 p₀＝2.0×10⁷Pa，当物体在水中匀速上升时起重机对地面的压强p₁＝2.375×10⁷Pa，物体全部出水面后起重机对地面的压强p₂＝2.5×10⁷Pa，假设起重时柱塞沿竖直方向，物体出水前、后柱塞对吊臂的支撑力分别为N₁和N₂，N₁与N₂之比为19：24。重物出水后上升的速度，吊臂、定滑轮、钢丝绳的重以及轮与绳的摩擦不计。（g取10N/kg）求：

（1）被打捞物体的密度；
（2）若被打捞物体在水中匀速上升时滑轮组AB 的机械效率为，物体全部露出水面在空气中匀速上升时，滑轮组AB 的机械效率为，求 
（3）重物出水后，卷扬机牵引力的功率。

图是液压汽车起重机从水中打捞重物的示意图。C是卷扬机，E是液压机的柱塞，能够竖直向上支撑起重臂OMB。在起重臂的两端分别固定有定滑轮，图中虚线框内是悬挂在起重臂B端的滑轮组（未画完整，其中A是定滑轮），卷扬机经O点和B点的定滑轮拉动滑轮组的钢丝绳自由端K，使重物始终以恒定的速度匀速上升。当重物完全浸没在水中上升的过程中，地面对起重机的支持力N₁为1.225×10⁵N，柱塞E对起重臂的支撑力为F₁，卷扬机对钢丝绳自由端K的拉力T₁为6.25×10³N，滑轮组的机械效率为η；重物被完全拉出水面后上升的过程中，地面对起重机的支持力N₂为1.375×10⁵N，柱塞E对起重臂的支撑力为F₂，卷扬机的输出功率P₂为5kW，对钢丝绳自由端K的拉力为T₂。已知定滑轮A的质量m_A为200kg，虚线框内动滑轮的总质量m_D为250kg，F₁：F₂=9：14。若不计起重臂、钢丝绳的质量及滑轮组的摩擦，g取10N/kg，求：

（1）被打捞的重物浸没在水中时受到的浮力F_浮；
（2）滑轮组的机械效率η；
（3）卷扬机拉动钢丝绳的速度v。

图是某科研小组设计的在岸边打捞水中物品的装置示意图。O为杠杆BC的支点，CO:OB=1:4。配重E通过绳子竖直拉着杠杆C端，其质量m_E=644kg。定滑轮和动滑轮的质量均为m₀。人拉动绳子，通过滑轮组提升浸没在水中的物品。当物体A在水面下，小明以拉力F₁匀速竖直拉动绳子，滑轮组的机械效率为η₁，配重E对地面的压力为N₁；当物体A完全离开水面，小明以拉力F₂匀速竖直拉动绳子，滑轮组的机械效率为η₂，配重E对地面的压力为N₂。已知：G_A=950N，η₂=95%，N₁:N₂=6:1，绳和杠杆的质量、滑轮与轴及杠杆支点处的摩擦、水对物体A的阻力均可忽略不计，g取10N/kg。求：

(1)物体在水面下受到的浮力；
(2)F₁:F₂的值
(3) η₁的大小。

如图甲所示是某生产流水线上的产品输送及计数装置示意图。已知计数器电路的电源电压恒为6V，其中S为一激光源，R₁为光敏电阻（有光照射时，阻值较小；无光照射时，阻值较大），R₂为定值保护电阻，其阻值为20Ω，a、b间接一“示波器”（示波器的接入不影响电路）。光敏电阻两端的电压随时间变化的图象可由示波器显示出来。水平传送带匀速前进，每当产品从传送带上通过S与R₁之间时，射向光敏电阻的光线会被产品挡住。若运送边长为0.1m的均匀正方体产品时，示波器显示的电压随时间变化的图象如图乙所示。求：

（1）正方形产品随传送带运动的速度是多少？
（2）光敏电阻在有光照状态下的电阻是多少？
（3）整个电路工作1h消耗的电能是多少？

如图所示，电源电压U=12V，R₁为定值电阻，阻值为100Ω，R为滑动变阻器，R的最大阻值为50Ω，电流表量程为“0～0.6A”, 电压表量程为“0～15V”，小灯泡上标有“6V 3W”字样，小灯泡的U—I关系如右图所示，求：

（1）灯泡正常工作时通过灯丝的电流是多少？
（2）S闭合，S₁、S₂都断开时调节滑动变阻器，当小灯泡两端的电压为4V时，滑动变阻器
接入电路中的阻值为多大？
（3）S、S₁、S₂都闭合时，移动滑片P，当滑动变阻器接入电路的阻值为多少时，整个电路
消耗的总功率最大？最大总功率是多少？

油电混合动力汽车是新型节能汽车之一。这种汽车启动时内燃机并不工作，由动力蓄电池组通过驱动电机向车轮输送能量；当以高速匀速行驶或动力蓄电池组储存电能过低时，内燃机启动，此时在向车轮输送能量的同时也给动力蓄电池组充电；若车辆需要全力加速时，内燃机和动力蓄电池组同时向车轮输送能量。下表是某型号混合动力汽车所用的动力蓄电池组的部分参数，其中容量“100Ah”是指：当蓄电池以1A的电流供电时能持续工作100h。
若测试人员驾驶该车在平直公路上以90km/h的测试车速匀速行驶0.5h，内燃机消耗燃油3.5kg，蓄电池组的电能增加了最大电能（容量）的10%；从汽车的使用说明书中知道，汽车行驶时所受阻力f和车速v的关系如图所示。则该汽车内燃机的效率是多大？
（计算结果保留一位小数）（燃油的热值：4.6×10⁷J/kg）

工作电压/V	300
功率/kW	30
容量/Ah	100
质量/kg	320

在课外科技活动中，小宇设想了两种饮水机加热电路的方案．

额定电压	220V
加热功率	880W
保温功率	88 W
最高温度	95℃
加热效率	90%

方案1：如图甲，R₁、R₂为电加热管，都安装在加热水槽内；
方案2：如图乙，R₁是电加热管，安装在加热水槽内，R₂为定值电阻，安装在加热水槽外面．
电路中S是一个温控开关，当水槽内水温低于80℃时，它位于加热端，饮水机处于加热状态，水被迅速加热，温度达到95℃时，S自动切换到另一端，让饮水机处于保温状态．
小宇为它设计的饮水机制作了铭牌，铭牌上的主要技术参数如表所示．
回答问题：（1）请对两个电路进行评估．设计合理的电路是_______（甲/乙）．简述其理由．理由：____________________________________________________________________________
（2）如果饮水机的结构如图乙，从开始通电到水温升到最高，所用时间10min．则消耗的电能为_________J，水的内能增加了_______J．
（3）如果饮水机的结构如图甲．加热管R₁的电阻是多大？加热管R₂的阻值是多大？
（4）为了显示是加热还是保温，小宇在图中的适当位置串联了两个指针灯，用红色表示正在对水加热，绿色表示保温．请你在甲图安装绿灯的位置处，画出灯泡的符号．

随着经济水平的不断提高，小汽车越来越多地走进了我市普通家庭。下表为小军家小汽车的相关数据：

水箱装满水后总质量：1600kg	额定功率：100kW
车轮与地面的总接触面积：8.0×10^-2m^2	水箱容量：5L

（1）汽车发动机是汽油机，从能源可否再生角度来看，汽油是          能源。
（2）汽车启动时，需将钥匙插入钥匙孔内并旋转（相当于闭合开关），请你用笔画线代替导线将轿车的启动原理图连接完整。

（3）汽车上的散热器用水作为冷却剂，这是利用了水的        较大的性质，当水箱装满水，水温升高20℃时，求水吸收的热量。（c_水=4.2×10³J/（kg℃））
（4）该车静止在水平地面上时，求对地面的压强。（g=10N/kg）
（5）假若该车在水平路面上以40 kW的功率匀速行驶10min，消耗汽油1.5 kg，求小汽车发动机的效率。（q_汽油=4.6×10⁷J/kg）