初中物理能量计算题

某同学为学校草坪设计了一个自动注水喷淋系统，其电路设计如图甲，控制电路电源电压 $U_1=12$伏， $R_0$为定值电阻， $R_p$为压敏电阻，电磁铁线圈电阻忽略不计，压敏电阻 $R_P$放置于水箱底部（如图乙），其阻值与压力有关，阻值随水位变化关系如表，工作电路包括注水系统和喷淋系统，其电源电压 $U_2=220$伏。圆柱体水箱底面 $S=0.4$米 ${}^2$，当水箱内的水位上升到2米时，通过电磁铁线圈的电流 $I_{水}=0.1$安，衔铁恰好被吸下，注水系统停止工作，此时电流表示数 $I_1=1$安，当水位下降到1米时，衔铁恰好被拉起，注水系统开始给水箱注水，此时电流表示数 $I_2=2$安。

水位（米 $)$	0.25	0.50	0.75	1.00	1.25	1.50	1.75	2.00	2.25
压敏电阻 $R_p$的阻值（欧 $)$	300	200	125	90	70	65	62	60	59

（1）当水箱内水位达到2米时，控制电路中压敏电阻 $R_p$的功率为　　瓦。

（2）当水箱内水位下降到1米时，通电电磁铁线圈的电流 $I_b$为多少安？

（3）已知喷淋系统一直给草坪喷水，每秒钟喷水恒为0.001米 ${}^3$，注水系统工作时，每秒钟给水箱注水恒为0.005米 ${}^3$，求相邻两次开始给水箱注水的这段时间内，工作电路消耗的电能。

如图所示，电源电压和灯泡电阻不变，灯 $L$ 标有" $2.5V1.25W$ "字样，定值电阻 $R_1=10\Omega$ ，滑动变阻器 $R_0$ 标有"？ $\Omega 1A$ "字样，电流表量程为 $0~3A$ 。当闭合开关 $S$ 、 $S_3$ ，断开 $S_1$ 、 $S_2$ ，滑动变阻器滑片 $P$ 从最右端移动到某一位置时，灯泡恰好正常发光， $R_0$ 连入的电阻减小了 $9\Omega$ ，电压表示数变化了 $0.5V$ 。求：

（1）灯泡的电阻。

（2） $R_0$ 的最大阻值和电源电压。

（3）在保证电路安全的情况下，电路消耗的最大功率是多少？

如图所示，电源电压不变， $L$是标有“ $12V$， $6W$”的小灯泡，且其电阻不随温度变化， $R_1=16\Omega$，滑动变阻器 $R_2$的最大电阻值为 $24\Omega$，只闭合 $S$， $S_2$时灯 $L$恰能正常发光。

求：

（1）电源电压。

（2）同时闭合开关 $S$、 $S_1$、 $S_2$且滑片 $P$位于最下端 $B$时，电流表的示数。

（3）当闭合开关 $S$时，电路的最小总功率和此时电压表的示数。

如图所示的电路中，电源电压恒为 $6V$，小灯泡 $L$上标有“ $6V$， $3W$”的字样，电阻 $R_1$的阻值为 $8\Omega$，滑动变阻器 $R_2$上标有“ $10\Omega$， $2A$”的字样。求：

（1）小灯泡 $L$正常工作时的电阻；

（2）开关 $S_1$与 $S_2$都断开， $S$闭合时， $R_1$在 $10\mathit{min}$内产生的热量；

（3）当开关 $S_1$、 $S_2$、 $S$都闭合，电流表的示数为 $1.5A$时， $R_2$消耗的电功率。

在如图所示的电路中，电源电压U＝6V，小灯泡L标有“4V 1.6W”的字样（电源电压和小灯泡的阻值均保持不变），R₁为定值电阻，滑动变阻器标有“20Ω 1A”的字样，电流表A的量程为0～0.6A。求：

（1）小灯泡L的电阻R_L；

（2）当开关S₁闭合S₂断开时，电压表的示数为4V，R₁工作5分钟消耗的电能；

（3）当开关S₁断开S₂闭合时，在电路安全的情况下，小灯泡电功率的变化范围。

美国一家公司研制出了“会飞的汽车”（如图），这款车的车身和一般汽车相似，但车门多了两个可折叠的翅膀。在陆地行驶时，翅膀折叠，在空中飞行时，翅膀张开。从汽车到“飞机”的变形在30秒内完成，驾驶员在车内即可完成操作。该车已获准可在美国的空中飞行和公路行驶，是允许上路的第一辆飞行和地面行驶混合车。 $(g$取 $10N/\mathit{kg})$。以下是该车的一些信息：

汽车质量	$600\mathit{kg}$	发动机功率	$75\mathit{kW}$
空中最大飞行速度	$200\mathit{km}/h$	最大飞行距离	$800\mathit{km}$
地面最大飞行速度	$150\mathit{km}/h$	轮胎与地面接触面积	$4\times 0.03m^2$

（1）该车的重力是多大？

（2）该车停在水平地面上时，对地面的压强是多少？

（3）该车以最大飞行速度飞行了 $800\mathit{km}$，则汽车发动机做功多少？

如图所示，电源电压保持不变，小灯泡 $L$标有“ $6V3W$”的字样，滑动变阻器 $R_1$的阻值变化范围为 $0~36\Omega$，当 $S_1$、 $S_2$和 $S_3$都闭合，滑动变阻器的滑片滑到 $a$端时，小灯泡 $L$刚好正常发光，电流表示数为 $0.75A$．（不考虑温度对灯泡电阻的影响）求：

（1）电源电压；

（2） $R_2$的阻值；

（3）在功率不为0的情况下，电路中最小功率与最大功率之比。

如图所示，滑动变阻器 $R_2$上标有“ $40\Omega 1A$”字样，只闭合开关 $S_1$，将变阻器滑片 $P$移到中点时，电流 $A_1$示数为 $0.2A$，灯泡 $L$的实际功率为 $1.6W$；同时闭合开关 $S_1$、 $S_2$，且将变阻器滑片 $P$移到 $a$端时，灯泡正常发光，此时电流表 $A_2$的示数为 $0.1A$．（电源电压不变，忽略温度对灯泡电阻影响）则：

（1）只闭合开关 $S_1$时，电压表示数是多少？电源电压是多少？

（2）同时闭合开关 $S_1$、 $S_2$，且将变阻器滑片 $P$移到 $a$端时，电流表 $A_1$的示数是多少？灯泡 $L$的额定功率是多少？

表为一台饮水机的铭牌，其内部简化电路如图所示， $R_1$和 $R_2$均为电热丝且阻值不变。

$\mathit{XX}$牌饮水机
额定电压	$220V$
额定功率	加热	$1000W$
	保温	$22W$
加热效率	$80\%$

（1）该饮水机处于加热状态时，正常工作 $3\mathit{min}$，在1标准大气压下能否把 $0.5\mathit{kg}$的水从 ${20}^{°}\text{C}$加热至沸腾？【 c 水 = 4 . 2 × 10 3 J / kg ⋅ ∘ C 】

（2）保温功率是指 $S$断开时电路消耗的总功率。该饮水机正常保温时， $R_1$实际消耗的电功率是多少？

如图甲所示，是测量高于警戒水位的装置原理图。在横截面积为 $S=5\times {10}^{-3}{m}^2$的长方体绝缘容器的内部边缘左右两正对面，竖直插有两块薄金属板（电阻不计）并与外部电路连接，容器底部有一个小孔与湖水相通，容器的底部与警戒水位相平。电源电压 $U=8V$，小灯泡 $L$标有“ $4V2W$”的字样（假设小灯泡的电阻不变），湖水的密度为 $\rho =1.0\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$．两金属板间的湖水电阻 $R$与容器内水柱的高度 $h$的倒数的变化关系如图乙所示。则：

（1）湖水水位比警戒水位高出多少时，小灯泡正常发光？

（2）当进入容器内的水达到 $m=5\mathit{kg}$时，容器内的湖水消耗的电功率是多大？

鲲龙 $\mathit{AG}600$水陆两栖飞机是我国自主研制的“三个大飞机”（运 $-20$、 $\mathit{AG}600$和 $C919)$之一，被誉为国之重器。 $\mathit{AG}600$主要用于大型灭火和水上救援，可以从地面起飞和降落，也可以从水面起飞和降落，2017年2月13日，实现全部四台发动机试车成功，之后又进行了系列测试。 $\mathit{AG}600$空载时质量为 $41.5t$，最多可储水 $12t$。（取 $g=10N/\mathit{kg}$， ${\rho }_{水}=1.0\times {10}^3\mathit{kg}/m^3)$

①某次试飞前， $\mathit{AG}600$蓄满水后静止在某湖面上，求其排开湖水的体积。

②在水面滑行测试中， $\mathit{AG}600$蓄一定质量的水，发动机牵引力的实际总功率为 $2500\mathit{kW}$，飞机在水面上以 $36\mathit{km}/h$的速度匀速滑行了 $1\mathit{min}$，滑行过程中所受阻力为总重的0.5倍。求所蓄水的质量。

③在一次灭火演习测试中， $\mathit{AG}600$蓄水后以最大巡航速度飞往假象火场并盘悬在火场上方 $155m$处，分次将所蓄水投下，每次投水 $100\mathit{kg}$，投下的水下落过程中由于重力和空气阻力的作用，先加速运动后匀速运动，匀速运动的速度是 $10m/s$，运动时间是 $14s$，加速过程的平均速度是匀速运动速度的0.25倍。求一次所投的水在下落过程中重力做功的平均功率。

如图甲、乙所示，物体 $M$ 先后浸没在水和浓盐水中 $({\rho }_{\mathit{盐水}}>{\rho }_{水})$ ，用同一滑轮组从两种液体中将物体 $M$ 匀速提出水面，拉力 $F$ 和 $F\text{'}$ 随时间 $t$ 变化的图像如图丙所示。不计绳重、摩擦及水的阻力，物体 $M$ 不吸水、不沾水， $g=10N/\mathit{kg}$ 。

（1）图丙中 　　（选填" $A$ "" $B$ " $)$ 曲线表示拉力 $F$ 随时间 $t$ 变化的图像。

（2）求物体 $M$ 浸没在水中受到的浮力。

（3）如果物体 $M$ 浸没在水中滑轮组的机械效率为 ${\eta }_1$ ，完全拉出水面滑轮组的机械效率为 ${\eta }_0$ ，浸没在浓盐水中滑轮组的机械效率为 ${\eta }_2$ ，已知 ${\eta }_0:{\eta }_1=25:24$ ， ${\eta }_0:{\eta }_2=20:19$ ，求物体 $M$ 浸没在盐水中的浮力。

如图所示电路，电源电压 $U=6V$ ，定值电阻 $R_1=10\Omega$ 。

（1）当开关 $S_1$ 闭合、 $S_2$ 断开，滑动变阻器 $R_2$ 的滑片位于 $a$ 端时，电流表的示数为 $0.2A$ 。求此时定值电阻 $R_3$ 的电功率。

（2）当开关 $S_1$ 、 $S_2$ 都闭合，滑动变阻器 $R_2$ 的滑片位于中点时，电流表的示数为 $0.3A$ 。求滑动变阻器 $R_2$ 的滑片从 $a$ 端移至 $b$ 端的过程中，电压表示数的变化范围。

小军家里有一款高、低温两档电烤炉，他查看使用说明书，收集到一些信息如下：额定电压 $220V$，低温挡电功率 $880W$，高温挡电功率 $1980W$，电路原理图如图所示， $R_1$， $R_2$代表两根电热丝， $S_2$为温控开关，根据上述信息，解答下列问题：

（1）在高温挡正常工作时，电路的总电流多大？

（2）在低温挡正常工作 $1.5h$消耗多少度电能？电热丝 $R_1$的电阻多大？

（3）若电热丝 $R_2$烧毁了，要使电路恢复正常工作，小军用两根“ $220V550W$”的相同电热丝替代 $R_2$，你认为小军的做法能否满足要求（请你用计算结果回答）。

2017年4月1日，中国四川省川南临港自由贸易试验区揭牌仪式在成都举行，标志着四川航运第一大港 $--$泸州港称为重要区域性综合交通枢纽。如图所示是泸州港口的轨道式龙门吊设备的简化机械示意图。图中在货船水平甲板上被吊起的集装箱体积是 $24m^3$，底面积 $4m^2$，平均密度 $1.5\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$，图中每个滑轮的重力均为 $1.0\times {10}^{4}N$，在绳子自由端拉力 $F$的作用下，集装箱以 $0.2m/s$的速度在空中匀速竖直上升（绳重和摩擦不计，取 $g=10N/\mathit{kg})$。求：

（1）该集装箱的重力；

（2）绳子自由端拉力 $F$的功率；

（3）在开始起吊集装箱的过程中，当绳子自由端的拉力为 $F\text{'}=1.45\times {10}^{5}N$时，集装箱对水平甲板的压强。