初中物理能量计算题

如图甲所示的电路，在滑动变阻器 $R_2$的滑片 $P$从 $B$向 $A$滑动的过程中，电压表与电流表示数的变化关系如图乙所示。试问：

（1）滑动变阻器的最大阻值是多少？

（2）开关 $S$闭合时，该电路的最小电功率是多少？

如图所示， $A$物体受到的重力是 $100N$，在拉力 $F$的作用下，能以 $0.2m/s$的速度在水平地面上向左匀速直线运动。已知拉力 $F=5N$，滑轮组的机械效率为 $80\%$，试问：

（1） $5s$内拉力 $F$所做功的大小是多少？

（2）物体 $A$受到水平地面的摩擦力大小是多少？

小明家住二楼，喜欢网购的他为了收货方便，在二楼阳台顶部安装了如图甲所示的滑轮组。某次在接收一个重为 $G=100N$的快递包裹时，小明施加的拉力 $F$随时间变化关系如图乙所示，包裹上升的速度 $v$随时间变化的关系如图丙所示。已知吊篮质量为 $m=2\mathit{kg}$，不计动滑轮重量和绳重，忽略绳与轮之间的摩擦，取 $g=10N/\mathit{kg}$。求：

（1）第 $1s$内地面对物体的支持力 $N$；

（2）第 $3s$内拉力 $F$的功率 $P$和滑轮组的机械效率 $\eta$。

如图所示，甲是小聪设计的一种测定风力的装置示意图。一根由绝缘材料制成的轻质弹簧穿在光滑的金属杆上，金属杆左端 $M$通过线连入电路，弹簧右端与迎风板连接，导线接在迎风板上 $N$点并可随迎风板在金属杆上滑动且与金属杆接触良好均匀金属杆的阻值随长度均匀变化，测量时让迎风板止对风吹来的方向，电压表示数会随风力大小而变化。小聪听物理老师讲过电源内部其实是有电阻的，于是他把电源的内部结构剖析成如图乙所示，若已知电源电压 $E=4.5V$，定值电阻 $R=0.5\Omega$，电源内阻 $r=0.5\Omega$，金属杆接入电路中的电阻 $R_2$与迎风板所承受风力 $F$的关系如图丙所示。求

（1）无风时电源内部的发热功率 $\mathit{Pr}$；

（2）若要把电压表改为风力表，电压表为 $U_1=1.5V$刻度处所标风力 $F_1$的值。

如图（甲 $)$所示的电路中，电源电压保持不变，闭合开关 $S$后，滑动变阻器 $R_2$的滑片 $P$由 $a$端移动到 $b$端，测得电阻 $R_1$两端的电压与通过 $R_1$的电流的变化关系如图（乙 $)$所示。求：

（1）电阻 $R_1$的阻值；

（2）变阻器 $R_2$的最大阻值；

（3）电压表 $V_2$的示数变化范围；

（4）变阻器 $R_2$的最大电功率。

高速公路已广泛应用 $\mathit{ETC}$收费系统，这种系统是对过往车辆无需停车即能实现收费的电子系统。如图是某高速公路入口处的 $\mathit{ETC}$通道示意图。现有一辆总质量 $M=1500\mathit{kg}$的汽车，在进入 $\mathit{ETC}$收费岛区域前 $s_1=50m$处开始减速，经 $t_1=4s$后运动至 $\mathit{ETC}$收费岛（图中阴影区域）边界，然后再经 $t_2=6s$匀速通过 $\mathit{ETC}$收费岛，其长 $s_2=36m$。不计车长，取 $g=10N/\mathit{kg}$。

（1）求汽车的重力大小；

（2）求汽车从减速开始到离开 $\mathit{ETC}$收费岛全过程的平均速度大小；

（3）若汽车在 $\mathit{ETC}$收费岛匀速行驶所受阻力为车重力的0.2倍，求汽车通过 $\mathit{ETC}$收费岛牵引力所做的功和功率。

如图甲所示电路，电源电压保持不变，标有“ $5V2.5W$”的小灯泡 $L$两端的电压和通过它的电流关系如图乙所示，定值电阻 $R_1=5\Omega$，滑动变阻器上标有“ $0.5A$”字样。当开关 $S$、 $S_1$、 $S_2$都闭合且滑动变阻器的滑片 $P$位于 $a$端时，小灯泡恰好正常发光；当 $S$、 $S_2$闭合， $S_1$断开，移动滑动变阻器的滑片 $P$到某一位置时，电流表的示数是 $0.4A$，此时滑动变阻器接入电路的阻值 $R_{2^{\text{'}}}$与其最大阻值 $R_2$的比是 $1:4$．求：

（1）小灯泡正常发光时的电阻；

（2）当开关 $S$、 $S_1$、 $S_2$都闭合且滑动变阻器的滑片 $P$位于 $a$端时，通电 $1\mathit{min}$，电流对整个电路做的功；

（3）当开关 $S$、 $S_1$闭合， $S_2$断开，电流表量程选“ $0~0.6A$”， $R_1$两端电压不得超过 $3V$．在保证电路安全的情况下， $R_1$的电功率最大变化量△ $P$。

随着人们生活水平的提高，小汽车已普遍进入我们的家庭。小明家的小汽车空载总重 $2\times {10}^{4}N$，车轮与地面接触总面积 $0.2m^2$．“五一”节小明和爸爸驾车出去旅游，汽车在一段平直且限速 $120\mathit{km}/h$的高速公路上匀速行驶 $15\mathit{km}$，消耗汽油 $2L$，发动机实际输出功率为 $50.4\mathit{kW}$，汽油机效率为 $35\%$（假如汽油完全燃烧 ${\rho }_{\mathit{汽油}}=0.8\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$； $q_{\mathit{汽油}}=4.5\times {10}^{7}J/\mathit{kg}$； $1L={10}^{-3}{m}^3)$。请你帮小明解决下列问题：

（1）汽车空载静止时对水平地面的压强有多大？

（2） $2L$汽油完全燃烧能放出多少热量？

（3）汽车在这段路面行驶过程中，受到的阻力是多大？小明的爸爸是否在超速驾驶？

如图甲所示，电源两端电压保持不变， $L$是标有“ $6V3.6W$”的小灯泡，通过它的电流和它两端的电压关系如图乙所示， $R_0$为定值电阻。当开关 $S$、 $S_1$、 $S_2$都闭合，且滑动变阻器的滑片位于 $a$端时，小灯泡恰好正常发光，此时 $R_0$消耗的功率为 $P_1$；当 $S$、 $S_1$闭合， $S_2$断开，滑动变阻器的滑片滑到中点时，电流表的示数为 $0.5A$；当 $S$、 $S_2$闭合， $S_1$断开，滑动变阻器的滑片滑到 $b$端时， $R_0$消耗的功率为 $P_2$，且 $P_1:P_2=9:4$，求：

（1）小灯泡正常发光时的电阻；

（2）滑动变阻器的最大阻值；

（3）定值电阻 $R_0$的阻值。

如图所示，放在水平桌面上的正方体物块 $A$的密度为 $2.5\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$，边长为 $0.2m$；物体 $B$所受的重力为 $18N$，用水平向左的拉力 $F$匀速拉动物块 $A$，使物体 $B$在 $2s$内竖直向上移动了 $0.4m$。物块 $A$受到的摩擦力为它的重力的0.1倍，动滑轮所受重力为 $4N$，不计绳重及滑轮的摩擦， $g=10N/\mathit{kg}$。求：

（1）物块 $A$的质量；

（2）物体 $A$对桌面的压强；

（3）利用动滑轮提升物体 $B$的机械效率；

（4）拉力 $F$的功率。

一个额定功率为 $2000W$的电热水壶，连续加热 $210s$，可使壶内 $2\mathit{kg}$的水温度升高 ${45}^{°}\text{C}$，已知 $c_{水}=4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{\circ }\text{C}}\right)$，求：

（1）此过程电流所做的功；

（2）此过程电热水壶的热效率。

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？

汽车的发动机工作时，吸入汽缸的汽油和空气的比例，决定了汽车的动力性能和经济性能。某汽车四冲程汽油发动机的汽缸总排量为 $2L$（发动机每个工作循环吸入或排出的流体体积称为汽缸排量），发动机工作时，吸入汽缸的是由汽油和空气所形成的混合物，混合物的密度 $\rho =1.44\mathit{kg}/m^3$，汽油和空气的质量比为 $1:15$，汽油的热值 $q=4.5\times {10}^{7}J/\mathit{kg}$。如果发动机曲轴在 $1\mathit{min}$转动 $3\times {10}^3$转，发动机的效率为 $40\%$，那么，在这种情况下：

（1）汽车在 $1\mathit{min}$做的有用功是多少？

（2）汽车在平直的公路上匀速行驶时受到的阻力为 $f=3\times {10}^{3}N$，汽车行驶的速度是多少？

调光台灯实际上是一个电灯与一个滑动变阻器串联，其原理可简化为如图所示的电路，灯 $L$标有“ $12V12W$”字样，滑片 $P$从 $d$转到 $a$的过程中： $d$点时可断开电路； $c$点时刚好接通电路； $b$点时灯刚好开始发光； $a$点时灯恰好正常发光。电源电压恒定不变，灯丝电阻不变。求：

（1）电源电压及灯丝的电阻各多大？

（2）转动滑片 $P$，使滑动变阻器接入电路的电阻为 $8\Omega$时，灯消耗的实际功率多大？

（3）若 $\mathit{bc}$的长度为 $\mathit{ac}$长的 $\frac{1}{7}$，灯丝电流增大到额定电流的 $\frac{1}{10}$时灯刚好开始发光，则滑动变阻器的最大阻值多大？

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。