初中物理能量计算题

火锅是人们比较喜欢的一种饮食方式，如图为小明家使用的一款电火锅工作电路的原理图。它有高、中、低三个加热挡位，旋钮开关可以分别置于“0和1“、“1和2”、“2和3”或“3和4”接线柱。正常工作时，低温挡功率为高温挡功率的 $\frac{1}{5}$， $R_1$为 $242\Omega$， $R_2$为 $60.5\Omega$．（忽略温度对电阻的影响）

（1）请指出开关置于什么接线柱时，火锅处于低温挡？

（2） $R_3$的阻值是多少欧姆？电火锅处于低温挡正常工作时，在1分钟内产生的热量是多少焦耳？

（3）小明关闭家中的其他用电器，只让电火锅独立工作，用高温挡加热汤液2分钟，电能表的表盘转了81转。请通过计算判断此时电火锅是否正常工作？ $[$电能表的铭牌上标有 $3000r/(\mathit{kW}·h)]$

小明家有一艘玻璃钢海钓船，底部平直，其参数如表所示（柴油热值 $q=4.3\times {10}^{7}J/\mathit{kg}$， $g=10N/\mathit{kg})$。

（1）不出海时，空船放置在水平沙滩上，船底与沙滩的接触面积为 $2m^2$，求船对沙滩的压强。

（2）小明一家人某次出海钓鱼，人员和钓鱼装备共 $300\mathit{kg}$，船匀速直线行驶 $4.3\mathit{km}$，船受到的阻力为总重力的0.5倍，发动机的实际输出功率为 $12\mathit{kW}$、消耗柴油 $1\mathit{kg}$（假设柴油完全燃烧）。求：船行驶的速度和发动机的效率。

某电热水器具有加热和保温功能，其工作原理如图甲所示。其中控制电路中的电磁铁线圈电阻不计， $R$为热敏电阻，热敏电阻中允许通过的最大电流 $\mathit{Ig}=15\mathit{mA}$，其阻值 $R$随温度变化的规律图像如图乙所示，电源电压 $U_1$为 $6V$，当电磁铁线圈中的电流 $I>8\mathit{mA}$时，电磁铁的衔铁被吸下，继电器下方触点 $a$、 $b$接触，加热电路接通：当电磁铁线圈中的电流 $I⩽8\mathit{mA}$时，继电器上方触点 $c$接触，保温电路接通，热敏电阻 $R$和工作电路中的三只电阻丝 $R_1$、 $R_2$、 $R_3$，均置于储水箱中， $U_2=220V$，加热时的功率 $P_{\mathit{加热}}=2200W$，保温时的功率 $P_{\mathit{保温}}=110W$，加热效率 $\eta =90\%$， $R_2=2R_1$，水的比热容 $c_{水}=4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{\circ }\text{C}}\right)$，水箱内最低温度为 $0^{°}\text{C}$。

（1）为使控制电路正常工作，保护电阻 $R_0$的阻值至少为多大？若 $R_0$为该值，试求热水器刚开始保温时水的温度。

（2）电阻丝 $R_1$、 $R_2$、 $R_3$的阻值分别为多少欧姆？

（3）该热水器在加热状态下，将 $44\mathit{kg}$、 ${20}^{°}\text{C}$的水加热到 ${50}^{°}\text{C}$需要多少时间？

如图所示，人的重力为 $850N$，双脚与地面接触面积为 $250c{m}^2$，用滑轮组拉着重 $210N$的物体沿竖直方向以 $0.1m/s$的速度匀速向上运动了 $5s$。人对绳子竖直向下的拉力为 $100N$，求：

（1）物体上升的高度；

（2）滑轮组的机械效率；

（3）人对地面的压强。

吴丽设计了一个内有水箱的孵化箱。利用图甲所示电路，对水箱内的水加热。电路中 $R$是阻值恒为 $40\Omega$的发热电阻， $R_0$是阻值恒为 $160\Omega$的调控电阻； $S$为温控开关，当温度等于或低于 ${37}^{°}\text{C}$时闭合，温度等于或高于 ${42}^{°}\text{C}$时断开，使箱内温度维持在 ${37}^{°}\text{C}$到 ${42}^{°}\text{C}$之间；额定电压为 $220V$．请完成下列问题：

（1）在额定电压下，发热电阻 $R$工作的最大发热功率和最小发热功率各为多少瓦特？

（2）设计完成后，吴丽对孵化箱进行了工作测试。从孵化箱温度刚刚变为 ${42}^{°}\text{C}$开始计时，电路中的电流随时间变化的图象如图乙。

ⅰ．测试时的实际电压为多少伏特？

ⅱ．工作测试一个小时，电路消耗的电能为多少度？

ⅲ．已知水的比热容为 $4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{·}^{°}\text{C}\right)$。假设升温过程中，发热电阻发出的热量全部被水吸收，不考虑热量散失，则测试时水箱内水的质量为多少千克？（本小问结果可用分数表示）

如图，为迎宾路高架桥的部分路段示意图，水平路面 $\mathit{AB}=200m$、斜坡 $\mathit{BC}=120m$、坡高 $\mathit{CD}=6m$。搭载乘客后总重为 $G=1.5\times {10}^{5}N$的公交车，轮胎与水平路面总接触面积为 $0.4m^2$．当它以恒定功率 $P_1$匀速通过 $\mathit{AB}$段时，用时 $t_1=20s$；以恒定功率 $P_2$匀速通过 $\mathit{BC}$段时，用时 $t_2=16s$。公交车在 $\mathit{AB}$段和 $\mathit{BC}$段行驶时受到的阻力始终是车总重的0.01倍。请完成下列问题：

（1）求出公交车静止在水平地面时对地面的压强，以及通过 $\mathit{BC}$段时的速度。

（2）公交车通过 $\mathit{AB}$段时，牵引力的功率 $P_1$是多少瓦特？

（3）公交车通过 $\mathit{BC}$段时，牵引力的大小为多少牛顿？

如图电路，电源电压 $12V$保持不变，定值电阻 $R_1$为 $10\Omega$，当滑动变阻器 $R_2$滑片处于某位置时，电流表的示数为 $1.6A$．求此时滑动变阻器接入电路的电阻。

如图是质量为 $100g$的某物质温度随加热时间的变化图象，前 $10\mathit{min}$它吸收的热量是 $7.2\times {10}^{3}J$．求该物质的比热容。

图甲是小明家安装的即热式热水器，其具有高、低温两档加热功能，低温挡功率为 $5500W$，内部等效电路如图乙所示， $R_1$和 $R_2$是两个电热丝。某次小明用高温挡淋浴时，水的初温是 ${20}^{°}\text{C}$，淋浴头的出水温度为 ${40}^{°}\text{C}$，淋浴 $20\mathit{min}$共用水 $100L$．假设热水器电热丝正常工作且产生的热量全部被水吸收【 c 水 = 4 . 2 × 10 3 J / kg ⋅ ∘ C 】求：

（1）电热丝 $R_1$的阻值。

（2）该热水器高温挡功率。

根据《电动自行车安全技术规范》，交管部门规定自2019年5月1日起未申领临时标识的“非标”电动自行车不得上路行驶。如图是小明家新购买的电动自行车，整车质量为 $40\mathit{kg}$。小明爸爸以 $18\mathit{km}/h$的速度匀速骑行 $9\mathit{km}$的过程中，电动机两端的电压恒为 $48V$，通过的电流是 $6.25A$，车轮与地面的总接触面积为 $200c{m}^2$．小明爸爸的质量是 $60\mathit{kg}$， $g$取 $10N/\mathit{kg}$。求本次骑行过程中：

（1）骑行所用时间。

（2）车对地面的压强。

（3）电动机的功率。

如图所示，电源电压恒为 $12V$，小灯泡上标有“ $6V3.6W$“字样且灯丝电阻保持不变，当只闭合 $S$、 $S_1$时，小灯泡正常发光；当所有开关都闭合，滑动变阻器的滑片滑到最右端时，电流表 $A$的示数是 $1.8A$．求：

（1）定值电阻 $R_1$的阻值；

（2）滑动变阻器 $R_2$的最大阻值；

（3）小灯泡通电时消耗的最小电功率。

2019年5月6日，聊城首批30辆氢燃料新能源公交车投放使用。氢燃料具有清洁无污染、效率高等优点，被认为是21世纪最理想的能源， $[c_{水}=4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{\circ }\text{C}\right)$； $q_{氢}=1.4\times {10}^{8}J/\mathit{kg})$求：

（1）质量为 $0.3\mathit{kg}$的氢燃料完全燃烧放出的热量；

（2）若这些热量全部被质量为 $200\mathit{kg}$，温度为 ${15}^{°}\text{C}$的水吸收，则水升高的温度；

（3）某氢能源公交车以 $140\mathit{kW}$的恒定功率做匀速行驶，如果 $0.3\mathit{kg}$的氢燃料完全燃烧获得热量的焦耳数和公交车所做的功相等，则这些热量能让该公交车匀速行驶多长时间。

如图所示，电路中的电源电压不变。只用一根导线连接 $b$、 $c$时，电阻 $R$上的电压为 $9.6V$，通过灯泡 $L$的电流为 $0.2A$；用一根导线连接 $a$、 $b$，一根导线连接 $c$、 $d$时，电阻 $R$与灯泡 $L$的电功率之比为 $1:4$，灯泡 $L$正常发光（灯泡电阻不随温度变化而变化）。求：

（1）电阻 $R$的阻值；

（2）灯泡 $L$的额定电压；

（3）只用一根导线连接 $c$、 $d$时电路消耗的总功率。

如图甲所示电路中，定值电阻 $R$的阻值为 $20\Omega$，电源电压保持不变。闭合开关 $S$后，整个电路正常工作，两电流表的表盘均如图乙所示。求：

（1）通过灯泡 $L$的电流是多少安？

（2）电源两端的电压是多少伏？

（3）灯泡 $L$消耗的电功率是多少瓦？

（4）整个电路工作 $10s$消耗了多少焦的电能？

近年来，济南市城乡绿化部门围绕城市生态绿化的提升，在小区门口、街边路口新建了很多小巧精致、环境优美的“口袋公园”。如图所示的“口袋公园”里，一块体积为 $3m^3$的花岗岩雕塑放置在水平地面上，雕塑与地面的接触面积为 $1.5m^2$．已知花岗岩的密度 $\rho =2.6\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$，取 $g=10N/\mathit{kg}$，求：

（1）这块花岗岩雕塑的质量是多少千克？

（2）这块花岗岩雕塑对地面的压强是多少帕？

（3）为放置这块花岗岩雕塑，工作人员用吊车把它从运输车上匀速提高 $1m$后，放置在指定位置。吊车把花岗岩雕塑提起的过程中，对它做了多少焦的功？