初中物理能量计算题

小蕊同学在学习了电学知识后，观察到生活中的许多电热器都有多个挡位，于是他利用电压恒为 $10V$的电源和两个阻值不同的定值电阻，设计了如图所示的电路来探究电热器的多挡位问题。已知 $R_1=20\Omega$、 $R_2=30\Omega$，请计算：

（1） $S_2$闭合， $S_1$、 $S_3$断开时，电路中的电流；

（2） $S_3$断开， $S_1$、 $S_2$闭合时，通电 $5\mathit{min}$电路消耗的电能；

（3）该电路的最大功率和最小功率之比。

太阳能具有环保、可再生等优点，某品牌太阳能热水器在一天的有效照射时间内，将热水器中质量为 $50\mathit{kg}$、初温为 ${15}^{°}\text{C}$的水升高到 ${55}^{°}\text{C}$。（水的比热容 $c_{水}=4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{\circ }\text{C}}\right))$求：

（1）热水器中水吸收的热量 $Q$；

（2）若改用焦炭来加热这些水，需要完全燃烧多少千克焦炭？（焦炭的热值 $q=3\times {10}^{7}J/\mathit{kg}$，设焦炭放出的热量全部被水吸收）

如图甲，电源电压保持不变，小灯泡上标有“ $8V$”字样，电流表的量程为 $0~1.2A$，如图乙是小灯泡的电流随电压变化的图象。滑动变阻器 $R_1$的最大阻值为 $20\Omega$，定值电阻 $R_2$的阻值为 $9\Omega$，当闭合 $S$和 $S_2$、断开 $S_1$、滑动变阻器的滑片移到中点时，小灯泡恰好正常发光。求：

（1）电源电压是多少？

（2）闭合 $S$和 $S_1$、断开 $S_2$，为保证电流表的安全，滑动变阻器的取值范围为多少？

（3）闭合 $S$和 $S_2$、断开 $S_1$，当滑动变阻器的阻值调到 $17.5\Omega$时，这时小灯泡的功率为 $3.2W$，此时电流表的读数为多少？

汽车尾气是大气的重要污染源，而动车组可实现零排放。假设德阳与成都相距 $60\mathit{km}$，一动车组从德阳站由静止启动后做直线运动，先加速运动 $2\mathit{min}$，然后以恒定速度匀速运动 $21\mathit{min}$，最后做减速运动 $2\mathit{min}$到达成都站停住。

（1）动车组从德阳站到成都站的平均速度是多少 $m/s$？

（2）若动车组的平均牵引力为 $2.8\times {10}^{5}N$，则从德阳到成都动车组的牵引力的平均功率是多少 $W$？

（3）如果燃油公共汽车与动车组从德阳站到成都站牵引力所做的功相同，则公共汽车排放气体污染物的质量是多少 $\mathit{kg}$。（燃油公共汽车每做 $1J$功排放气体污染物 $3\times {10}^{-6}g)$

如图所示，电源电压保持不变， $R_2$为定值电阻，小灯泡 $L$上标有“ $6V3W$”字样（不考虑温度对灯丝电阻的影响），滑动变阻器 $R_1$的最大阻值为 $20\Omega$．只闭合 $S_1$，将滑动变阻器的滑片 $P$移动到 $A$端时， $L$正常发光；闭合所有开关时整个电路 $1\mathit{min}$消耗的电能为 $540J$．已知电流表的量程为 $0~0.6A$，电压表的量程为 $0~3V$．求：

（1）电源电压。

（2） $R_2$的阻值。

（3）在保证电路安全的前提下，只闭合 $S_1$时移动滑片 $P$使电路消耗的功率最小，若此时电路的最小功率为

$P_1$；只闭合 $S_2$时移动滑片 $P$使电路消耗的功率最大，若此时电路的最大功率为 $P_2$．则 $P_1$和 $P_2$的比是多少。

如图所示，工人准备用一根最多能承受 $400N$力的绳子（若超过绳子将断裂）绕成的滑轮组先后打捞水中材料相同、体积不同的实心物体 $A$和 $B$．完全露出水面的物体 $A$被此装置匀速提起时绳子达到最大拉力。已知动滑轮的质量为 $20\mathit{kg}$（绳的质量、绳与滑轮的摩擦、滑轮与轴的摩擦以及水的阻力均不计，连接动滑轮与物体间的钢绳

不会断裂， $g=10N/\mathit{kg})$。求：

（1）物体 $A$完全露出水面后以 $0.5m/s$的速度匀速上升时，物体 $A$的重力和工人拉力的功率分别是多少。

（2）在物体 $A$浸没在水中匀速上升的过程中，滑轮组的机械效率为 $75\%$，物体 $A$的密度是多少。

（3）若用该滑轮组打捞体积为 $50d{m}^3$的物体 $B$时，物体 $B$最多露出多少体积时绳子将断裂。

如图所示，电源电压保持不变， $R_2$为定值电阻，小灯泡 $L$上标有“ $6V3W$”字样（不考虑温度对灯丝电阻的影响），滑动变阻器 $R_1$的最大阻值为 $20\Omega$．只闭合 $S_1$，将滑动变阻器的滑片 $P$移动到 $A$端时， $L$正常发光；闭合所有开关时整个电路 $1\mathit{min}$消耗的电能为 $540J$．已知电流表的量程为 $0~0.6A$，电压表的量程为 $0~3V$．求：

（1）电源电压。

（2） $R_2$的阻值。

（3）在保证电路安全的前提下，只闭合 $S_1$时移动滑片 $P$使电路消耗的功率最小，若此时电路的最小功率为

$P_1$；只闭合 $S_2$时移动滑片 $P$使电路消耗的功率最大，若此时电路的最大功率为 $P_2$．则 $P_1$和 $P_2$的比是多少。

如图所示，工人准备用一根最多能承受 $400N$力的绳子（若超过绳子将断裂）绕成的滑轮组先后打捞水中材料相同、体积不同的实心物体 $A$和 $B$．完全露出水面的物体 $A$被此装置匀速提起时绳子达到最大拉力。已知动滑轮的质量为 $20\mathit{kg}$（绳的质量、绳与滑轮的摩擦、滑轮与轴的摩擦以及水的阻力均不计，连接动滑轮与物体间的钢绳

不会断裂， $g=10N/\mathit{kg})$。求：

（1）物体 $A$完全露出水面后以 $0.5m/s$的速度匀速上升时，物体 $A$的重力和工人拉力的功率分别是多少。

（2）在物体 $A$浸没在水中匀速上升的过程中，滑轮组的机械效率为 $75\%$，物体 $A$的密度是多少。

（3）若用该滑轮组打捞体积为 $50d{m}^3$的物体 $B$时，物体 $B$最多露出多少体积时绳子将断裂。

在如图甲所示的电路中，电源电压恒定不变， $R_1$、 $R_2$为定值电阻，已知电灯 $L$的伏安特性曲线（即电流随两端电压的变化图象）如图乙所示，当开关 $S_1$、 $S_3$闭合， $S_2$断开时，电流表的示数为 $0.26A$；当开关 $S_2$、 $S_3$闭合， $S_1$断开时，电流表的示数为 $1.25A$；当开关 $S_3$闭合， $S_1$、 $S_2$断开时，电流表的示数为 $0.2A$．求：

（1）当开关 $S_1$， $S_3$闭合， $S_2$断开， $5\mathit{min}$内电路消耗的电能是多少？

（2）当开关 $S_3$闭合， $S_1$、 $S_2$断开， $R_2$消耗的电功率是多大？

如图所示，某品牌智能电火锅的铭牌，（不计温度对电阻的影响）。求：

（1）该电火锅锅正常加热30分钟时所消耗的电能为多少 $\mathit{kW}·h$？

（2）某天用电高峰期，只使用电火锅加热 $10\mathit{min}$，家用电能表 $(1200r/\mathit{kW}$． $h)$的转盘转了200转，此时电火锅的实际功率是多少？

（3）如图乙所示是电火锅的简化电路图，其中 $R_1$、 $R_2$均为发热电阻， $S_2$为加热保温自动切换开关，求 $R_2$的电阻是多少？

$\mathit{XX}$牌智能电火锅
型号	$\mathit{ZDF}-215$
额定电压	$220V$
加热功率	$1210W$
保温功率	$484W$
频率	$50\mathit{Hz}$

利用如图所示的滑轮组，将一边长为 $0.2m$，密度为 $2.5\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$的正方体石块，匀速从水中提起，已知动滑轮重力为 $40N$，（不计纯重、摩擦和水的阻力）。求：

（1）物体浸没在水中时所受到的浮力大小；

（2）物体浸没在水中匀速上升时，动滑轮下端挂钩处绳对物体的拉力 $F_0$的大小；

（3）物体完全离开水面后，继续匀速向上提升，此时滑轮组的机械效率大小。（计算结果保留一位小数）

如图所示的电路中，电源电压为 $6V$并保持不变，电压表的量程为 $0~3V$，电流表的量程为 $0~0.6A$，滑动变阻器的规格为“ $20\Omega$　 $1A$”，灯泡标有“ $5V$　 $2.5W$ “字样。闭合开关，将滑动变阻器的滑片移到最左端的位置，这时通过灯泡的电流为多少？若要求两电表的示数均不超过所选量程，灯泡两端电压不允许超过额定值，则该电路消耗的最大功率为多少？（不考虑灯丝电阻的变化）

如图甲所示是某品牌汽车油量表工作原理图，电源电压 $U=24V$， $R_0$为保护电阻，为油量表（实际是由量程为 $0~0.6A$的电流表改装而成的）， $R$为处于油箱下方的压敏电阻，其阻值随所受压力 $F$变化的图象如图乙所示，它与油箱的接触面积 $S=0.01m^2$．长方体油箱装满油时深度 $h=0.4m$。若忽略油箱重量，汽油密度 $\rho =0.7\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$， $g$取 $10N/\mathit{kg}$，求：

（1）汽车加满油时压敏电阻上表面受到的压力 $F$和压强 $p$。

（2）保护电阻 $R_0$的阻值。

（3）油量表“0”刻度对应的电流 $I_0$。

小刚同学家有一台电热水器，铭牌如下表所示。

小天鹅“蓝金刚” $\mathit{XCD}--50B$型全自动电热水器
额定功率 $\left(\mathit{kW}\right)$	2	加热方式	电加热器
额定电压 $\left(V\right)$	220	类别	防触电保护 $--$类
温度设定范围 ${(}^{°}\text{C})$	$20~90$	净重 $\left(\mathit{kg}\right)$	20
容量 $\left(L\right)$	50	整机外形尺寸 $\left(\mathit{mm}\right)$	$530\times \phi 400$
出厂时间	2005年3月2日

根据铭牌所提供的信息，求：

（1）该电热水器电热丝正常工作时的电阻是多大？

（2）电热水器正常工作持续 $45\mathit{min}$产生的电热是多少焦？

（3）若夏天用电高峰时家庭电路的实际电压只有 $198V$，不考虑电热丝电阻随温度的变化，则电热水器在用电高峰时的实际功率为多少？

新能源汽车可以提供“油”“电”两种驱动模式。“电动”模式以蓄电池为车上的电动机供电，电动机为汽车提供动力。某品牌新能源汽车的质量 $M=1.15\times {10}^3\mathit{kg}$，电动机功率 $P=45\mathit{kW}$，驾驶员质量 $m=50\mathit{kg}$，当汽车在水平路面以 $v=20m/s$的速度匀速行驶时，汽车所受阻力 $f$为总重力的 $k=0.15$倍。 $g$取 $10N/\mathit{kg}$。求：

（1）汽车通过 $l=1.5\mathit{km}$长的桥梁所用的时间 $t$。

（2）电动机工作的机械效率 $\eta$。