初中物理能量计算题

某科技小组探究如图甲所示电路中的滑动变阻器 $R$的电功率 $P$与电流表 $A$的示数 $I$之间的变化关系，得到 $P$与 $I$之间的关系如图乙所示。图甲中 $R_0$为定值电阻，电源电压不变。求：

（1）滑动变阻器 $R$消耗的最大功率为多少；

（2）滑动变阻器 $R$的阻值为多大时，滑动变阻器 $R$消耗的功率最大；

（3）滑动变阻器 $R$两端电压 $U_R$与电流表示数 $I$的关系式。

如图所示，在水平路面上行驶的汽车通过滑轮组拉着重 $G=9\times {10}^{4}N$的货物 $A$沿斜面向上匀速运动。货物 $A$的速度为 $v=2m/s$，经过 $t=10s$，货物 $A$竖直升高 $h=10m$。已知汽车对绳的拉力 $F$的功率 $P=120\mathit{kW}$，不计绳、滑轮的质量和摩擦，求：

（1） $t$时间内汽车对绳的拉力所做的功；

（2）汽车对绳的拉力大小；

（3）斜面的机械效率。

攀枝花市被誉为“阳光花城”，阳光资源丰富。某同学将装有 $0.35\mathit{kg}$、 ${28}^{°}\text{C}$的水的瓶子放在阳光照射的水平地面上。经过一段时间后，测得水温为 ${38}^{°}\text{C}$．已知水面距瓶底的高度为 $0.16m$， ${\rho }_{水}=1.0\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$， $c_{水}=4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{\circ }\text{C}}\right)$， $g$取 $10N/\mathit{kg}$。求：

（1）水对瓶底的压强；

（2）瓶中的水吸收的热量。

如图甲所示，是某科技小组的同学们设计的恒温箱电路图，它包括工作电路和控制电路两部分，用于获得高于室温、控制在一定范围内的“恒温”。工作电路中的加热器正常工作时的电功率为 $1.0\mathit{kW}$；控制电路中的电阻 $R^{\text{'}}$为滑动变阻器， $R$为置于恒温箱内的热敏电阻，它的阻值随温度变化的关系如图乙所示，继电器的电阻 $R_0$为 $10\Omega$．当控制电路的电流达到 $0.04A$时，继电器的衔铁被吸合；当控制电路中的电流减小到 $0.024A$时，衔铁被释放，则：

（1）正常工作时，加热器的电阻值是多少？

（2）当滑动变阻器 $R\text{'}$为 $390\Omega$时，恒温箱内可获得的最高温度为 ${150}^{°}\text{C}$，如果需要将恒温箱内的温度控制在最低温度为 ${50}^{°}\text{C}$那么， $R\text{'}$的阻值为多大？

发生意外的民航客机紧急着陆后，打开紧急出口，狭长的气装会自动充气，生成一条连接出口与地面的斜面，如图所示，人员可沿着斜面滑行到地上。机舱口下沿距地面高度为 $3m$，气囊长为 $6m$。一个质量为 $50\mathit{kg}$的人沿气囊从出口处下滑到地面的平均速度为 $4m/s$， $g=10N/\mathit{kg}$求：

（1）他从出口滑到地面，需要的时间是多少？

（2）他从出口滑到地面，重力做功是多少？

如图，杠杆在水平位置平衡，物体 $M_1$重为 $500N$， $\mathit{OA}:\mathit{OB}=2:3$，每个滑轮重为 $20N$，滑轮组的机械效率为 $80\%$，在拉力 $F$的作用下，物体 $M_2$以 $0.5m/s$速度匀速上升了 $5m$。（杠杆与绳的自重、摩擦均不计）

求：（1）物体 $M_2$的重力；

（2）拉力 $F$的功率；

（3）物体 $M_1$对水平面的压力。

如图，电源电压不变，定值电阻 $R_1=6\Omega$，电流表的量程为 $0~0.6A$，电压表的量程为 $0~3V$，滑动变阻器 $R_2$的规格为“ $40\Omega 1A$”，闭合开关后，当滑片 $P$置于 $M$点时，电流表示数为 $0.3A$，当滑片 $P$置于 $N$点时，电流表示数变化了 $0.1A$，且滑动变阻器连入电路中的阻值 $\frac{R_M}{R_N}=\frac{1}{2}$。

（1）求定值电阻 $R_1$前后两次电功率之比；

（2）求电源电压；

（3）在不损坏元件的情况下，求出滑动变阻器的取值范围。

庆祝中国人民解放军海军成立70周年海上阅兵活动在青岛附近海域举行，图中093改进型攻击核潜艇于2019年4月27日公开亮相，进行了战略巡航。该潜艇最大核动力功率为 $2.8\times {10}^4\mathit{kW}$，完全下潜到海面下后的排水量为 $6.8\times {10}^{3}t$（取海水密度 $\rho =1\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$、 $g=10N/\mathit{kg})$。问：

（1）该潜艇悬浮时，其上一面积为 $0.05m^2$的整流罩距海面深度为 $200m$，此时整流罩受到海水的压力为多少？

（2）若最大核动力功率转化为水平推力功率的效率为 $80\%$，该潜艇在海面下以最大核动力功率水平巡航时，受到的水平推力为 $1.6\times {10}^{6}N$，此时潜艇的巡航速度为多少？

（3）该潜艇浮出海面处于漂浮时，露出海面的体积为 $1.5\times {10}^3{m}^3$，此时潜艇的总重量是多少？

小明家电热水器铭牌标识为“ $220V1000W$”。由于使用了多年，该电热水器中的电热丝明显氧化导致其电阻发生了变化，为准确测量氧化电热丝的实际电阻值，小明在家中把该电热水器单独接入 $220V$的家庭电路中工作 $5\mathit{min}$，发现电能表指示灯闪烁了242次，电能表规格如图所示。问：

（1）小明测得该电热水器的实际电功率是多少？

（2）该电热水器氧化电热丝的实际电阻值是多少？

（3）为恢复该电热水器的铭牌功率，可与氧化电热丝并联一段新的电热丝，则并联的这段电热丝的电阻值为多少？

如图所示，电源电压保持不变，滑动变阻器 $R$最大阻值为 $10\Omega$，小灯泡 $L$标有“ $6V3W$”字样。闭合开关 $S$、 $S_1$、 $S_2$，滑动变阻器滑片 $P$移至最左端时，小灯泡 $L$恰好正常发光。闭合开关 $S$、 $S_1$，断开开关 $S_2$，电压表的示数为 $3.6V$，忽略小灯泡电阻随温度的变化。求：

（1）电源的电压及小灯泡 $L$的电阻；

（2） $R_1$的阻值；

（3）闭合开关 $S$、 $S_2$，断开开关 $S_1$，滑动变阻器消耗的电功率为 $0.72W$时，电流表的示数。

如图所示，用滑轮组匀速提起重 $1000N$的物体，使物体上升 $10m$，所用拉力为 $400N$，若绳重和摩擦不计，求：

（1）滑轮组的机械效率；

（2）若用此装置匀速提起 $1200N$的重物，则拉力又为多少 $N$。

如图， $L$为标有为“ $2.5V0.625W$”的小灯泡，滑动变阻器 $R_2$的最大电阻为 $15\Omega$，电源电压保持恒定。闭合开关 $S_1$、 $S_2$，且 $R_2$阻值为0时，灯泡 $L$正常发光，电流表读数 $I=0.75A$．求：（不考虑温度对灯泡电阻的影响）

（1）电源电压 $U$；

（2）电阻 $R_1$的阻值；

（3）电路接通时的最小功率。

小夏利用如图的滑轮组，将重量为 $280N$的物体匀速提升了 $2m$。已知他自身的重量为 $500N$，对绳子施加的拉力 $F=200N$，两脚与地面接触的总面积 $S=400c{m}^2$．求此过程中：

（1）小夏对地面的压强；

（2）拉力 $F$做的功；

（3）该滑轮组的机械效率。

如图所示，不计绳重及绳与滑轮的摩擦，铁块重 $79N$，被匀速提升 $2m$，拉力 $F$做功 $200J({\rho }_{铁}=7.9\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$， $g=10N/\mathit{kg})$，求：

（1）此时滑轮组的机械效率？

（2）若该铁块 $G$浸没在水中时，铁块所受到的浮力是多少？

（3）将铁块浸没在足够深的水中时，用此滑轮组把铁块从水中匀速向上提升，当绳自由端的拉力做功为 $135J$时，铁块被提升了多少米（不计水的阻力）？

如图所示，图甲是使用滑轮组从水中打捞一正方体物体的简化示意图，在打捞过程中物体始终以 $0.1m/s$的速度匀速竖直上升，物体未露出水面前滑轮组的机械效率为 $75\%$，图乙是打捞过程中拉力 $F$随时间 $t$变化的图像。（不计绳重，忽略摩擦和水的阻力， $g$取 $10N/\mathit{kg})$求：

（1）物体的边长；

（2）物体浸没在水中时受到的浮力；

（3）物体的重力。