初中物理能量计算题

如图甲所示，将边长都为 $10\mathit{cm}$的正方体物块 $A$和 $B$用细线（质量忽略不计）连接在一起，放在水中， $A$和 $B$恰好悬浮在水中某一位置，此时容器中水的深度为 $40\mathit{cm}$， $B$下表面距容器底 $6\mathit{cm}$。当把细线轻轻剪断后，物块 $A$上升，物块 $B$下沉，最后 $A$漂浮在水面上静止，且 $A$露出水面的体积是它自身体积的 $\frac{2}{5}$， $B$沉到容器底后静止（物块 $B$与容器底不会紧密接触），如图乙所示。 $(A$和 $B$都不吸水， ${\rho }_{水}=1.0\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$， $g$取 $10N/\mathit{kg})$求：

（1）甲图中物块 $B$下表面受到水的压强；

（2）物块 $A$的密度；

（3）图乙中物块 $B$对容器底部的压强；

（4）物块 $B$从图甲位置下落到图乙位置的过程中重力对物块 $B$做的功。

小华将滑动变阻器和小灯泡串联组成了如图甲所示的调光电路，其电源电压为 $6V$，灯泡的额定电压为 $2.5V$．调节滑动变阻器的滑片，从 $a$端开始向 $b$端移动到某一位置的过程中，测出了多组电流和电压值，并绘制了如图乙所示的图象。求：

（1）滑动变阻器的最大阻值；

（2）小灯泡的额定功率；

（3）小灯泡正常发光 $10\mathit{min}$所消耗的电能；

（4）小华手边还有一只额定电压为 $1.5V$，正常工作时电阻为 $7.5\Omega$的灯泡，若将此灯泡替代甲图中的灯泡，请你通过计算说明该灯泡能否在这个电路中正常发光。

人类探索太空的奥秘的过程中产生了大量垃圾，为探究太空垃圾对飞行器造成的危害，科学家做了一个模拟太空实验：用质量约为 $1g$的塑料圆柱体代替垃圾碎片，用固定不动的大块铝板代替飞行器，当塑料圆柱体以 $6700m/s$的速度撞击铝板时，在铝板上形成一个比塑料圆柱体直径大好多倍且表面光滑的圆形大坑，如图所示，请你解释铝板上光滑圆形大坑的形成原因。（物体的动能 $E=\frac{1}{2}m{v}^2)$。

如图所示，一个质量 $600\mathit{kg}$、体积 $0.2m^3$的箱子沉入 $5m$深的水底，水面距离地面 $2m$，若利用滑轮组和电动机组成的打捞机械，以 $0.5m/s$的速度将箱子从水底匀速提到地面，每个滑轮重 $100N$（不计绳重、摩擦和水的阻力， ${\rho }_{水}=1.0\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$， $g=10N/\mathit{kg})$。求：

（1）箱子在水底时，箱子下表面受到的水的压强；

（2）箱子全部浸没在水中时，箱子受到的浮力；

（3）物体完全露出水面后，继续上升到地面的过程中，滑轮组的

机械效率；

（4）整个打捞过程中请你分析哪个阶段电动机的输出功率最大，并计算出这个最大值。

如图所示，将标有“ $2.5V0.625W$”字样的小灯泡接入电源电压 $4.5V$（电压保持不变）电路中，为调节灯泡亮度，在电路中串联一个滑动变阻器，两个电压表的量程都是 $3V$。

（1）移动滑动变阻器滑片，使小灯泡正常发光，灯泡正常发光时的电阻是多大？

（2）在小灯泡正常发光的情况下，通电5分钟，滑动变阻器消耗的电能是多少？

（3）为保证两个电压表两端的电压不超过 $3V$，小灯泡两端的电压不超过额定电压的情况下，滑动变阻器允许的取值范围是多少？（假定灯丝电阻保持不变）

3月12日，我国自主研发建造的“天鲲号”绞吸挖泥船正式投产首航，其智能化水平以及挖掘系统、输送系统的高功率配置均为世界之最。 $(g$取 $10N/\mathit{kg}$， ${\rho }_{水}$取 $1.0\times {10}^3\mathit{kg}/m^3)$主要参数如下表。

项目	参数
总长度 $\left(m\right)$	140
宽度 $\left(m\right)$	27.8
吸 $/$排管径 $\left(\mathit{mm}\right)$	$1000/1000$
满载排水量 $\left(t\right)$	$1.7\times {10}^4$
满载吃水深度 $\left(m\right)$	6.5
泥泵输送功率 $\left(W\right)$	$1.7\times {10}^7$

（1）满载时，求“天鲲号”受到水的浮力是多少？

（2）满载时，求“天鲲号”底部受到水的压强是多少？若船底需要安装探测仪器，其面积为 $40c{m}^2$，求探测仪器受到水的压力是多少？

（3）“天鲲号”去某水域执行任务，其工作量相当于将 $1.36\times {10}^{4}t$的淤泥输送至 $15m$高的台田上。假设“天鲲号”绞吸挖泥船泥泵的机械效率为 $30\%$，求完成此任务需要的时间是多少？

图甲为新型风暖浴霸，因其安全性能好、发热柔和，深受大家喜爱。它是利用电动机鼓动空气流动，通过加热元件加热冷空气带动室内升温。图乙是某型号风暖浴霸的简化电路图，其发热元件是两根阻值不变的电热丝 $R_1$、 $R_2$．主要参数如下表。

项目	参数
额定电压 $\left(V\right)$	220
$R_1$额定功率 $\left(W\right)$	1936
$R_2$额定功率 $\left(W\right)$	968
电动机功率 $\left(W\right)$	44
适用面积 $\left(m^2\right)$	10

（1）开关均闭合，求浴霸正常工作时的干路电流是多少？

（2）正常工作时，求 $R_1$的阻值是多少？

（3）实际电压为 $200V$时，求 $R_2$的实际功率是多少？

（4）浴霸正常工作时，使容积为 $20m^3$的房间空气温度升高 ${20}^{°}\text{C}$，求室内空气吸收的热量是多少？ $({\rho }_{\mathit{空气}}$取 $1.2\mathit{kg}/m^3$， $c_{\mathit{空气}}$取 $1.0\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{°}\text{C}\right)$，不考虑其他因素影响）

如图（a）所示电路，电源电压保持不变。小灯泡 $L$标有“ $4V0.5A$”字样，电流表量程 $0~0.6A$，电压表量程 $0~3V$，滑动变阻器 $R_1$的最大阻值 $20\Omega$，只闭合开关 $S$、 $S_1$，调节滑动变阻器滑片 $P$，得到电流表与电压表示数关系如图（b）所示。

求：

（1）小灯泡的额定功率；

（2）电源电压及定值电阻 $R_2$的阻值；

（3）只闭合开关 $S$和 $S_2$，移动滑动变阻器的滑片 $P$，小灯泡 $L$的 $I-U$图象如图（c）所示，在保证各元件安全工作的情况下，滑动变阻器 $R_1$允许的取值范围。

2018年10月24日，港珠澳大桥正式建成通车。如图所示，一辆汽车行驶在其中一段长 $15\mathit{km}$的直桥上，已知：汽车的总质量为 $1.5t$（包括车、车上的人和物品等），轮胎与地面的总接触面积为 $0.2m^2$，汽车以 $90\mathit{km}/h$的速度匀速通过大桥的这一段路段，行驶过程中受到的阻力为 $900N$． $(g$取 $10N/\mathit{kg})$，求：

（1）汽车静止在水平地面时对地面的压强；

（2）此过程中汽车牵引力所做的功；

（3）此过程中汽车牵引力做功的功率。

小强用如图所示装置在 $10s$内将重为 $450N$的货物匀速提升 $2m$，此过程中拉力 $F$的功率为 $120W$。

求：

（1）提升装置所做的有用功；

（2）拉力 $F$做的功；

（3）该滑轮组的机械效率。

如图所示，电源电压 $8V$保持不变，电流表的量程为 $0~0.6A$，电压表的量程为 $0~3V$，灯泡 $L$标有“ $6V3W$”字样，滑动变阻器 $R_2$标有“ $20\Omega 1A$”字样。只闭合开关 $S$和 $S_2$，调节滑动变阻器滑片 $P$，使电压表示数为 $3V$时，电流表的示数为 $0.5A$，不考虑灯丝电阻的变化。求：

（1）灯泡正常工作时的电流和 $60s$所做的功。

（2）电阻 $R_1$的阻值。

（3）只闭合开关 $S$和 $S_1$，在保证电路安全的条件下，滑动变阻器的功率变化范围。

如图所示，小灯泡 $L$标有“ $2.5V1.5W$”的字样，电源电压 $6V$保持不变， $R_2$为定值电阻。

（1）开关 $S$、 $S_1$、 $S_2$都闭合时， $R_2$消耗的电功率为 $3W$，求 $R_2$的阻值；

（2）闭合 $S$，断开 $S_1$、 $S_2$，移动滑动变阻器的滑片 $P$使小灯泡正常发光，求此时滑动变阻器接入电路的电阻值（计算结果保留整数）。

如图甲所示是某压力测力计的电路原理示意图，图中电源电压为 $6V$（保持不变）；定值电阻 $R_0$的规格是“ $520\Omega 0.01A$”，起保护电路的作用；测力显示器是由电流表改装成的（电阻忽略不计）， $R$是一种新型电子元件，其阻值 $R$随压力 $F$大小变化的关系如图乙所示。求：

（1） $R_0$允许消耗的最大功率是多少？

（2）通过分析图乙，请直接写出电子元件的阻值 $R$随压力 $F$变化的关系式。

（3）该测力计所能测量的最大压力是多少？

（4）若要增大该测力计所能测量的最大压力，请写出一种改进方法。

质量为 $2.5t$的小型载重汽车，额定功率为 $100\mathit{kW}$，车上装有 $5t$的砂石，已知汽车在平直公路上匀速行驶时所受阻力是汽车总重的0.1倍，汽车先以 $10m/s$的速度在平直公路上匀速行驶到山坡底，消耗汽油 $2\mathit{kg}$，然后又以额定功率行驶 $100s$的时间，将砂石从坡底运送到 $50m$高的坡顶施工现场 $(g=10N/\mathit{kg})$，求：

（1） $2\mathit{kg}$的汽油完全燃烧放出多少热量？（汽油的热值取 $4.5\times {10}^{7}J/\mathit{kg})$

（2）汽车在平直公路上匀速行驶的功率为多少？

（3）汽车从坡底向坡顶运送砂石的机械效率是多少？

图甲为自动调温电熨斗，图乙为其简化的电路图，图丙为温控开关，温控开关是由长和宽都相同的铜片和铁片紧紧地铆在一起做成的，受热时，由于铜片膨胀得比铁片大，双金属片便向铁片那边弯曲，温度越高弯曲得越明显。双金属片触点 $A$与弹性钢片上的触点 $B$原来是相通的，通电后，指示灯 $L$亮 $(R$为限流电阻），发热板发热，使金属底板温度升高。当温度升高到设定温度时， $A$、 $B$触点分离，电路断开，底板的温度不在升高，随着温度的降低，双金属片逐渐恢复原状， $A$、 $B$触点又重新接触，电路再次接通，底板的温度又开始升高，从而实现自动控温的目的。

（1）该电熨斗的温控开关是依据什么物理知识制成的？

（2）不同织物需要不同的熨烫温度，若需要较高的熨烫温度应如何调节调温旋钮？

（3）若指示灯 $L$采用“ $3V0.03W$”的小灯泡，那么限流电阻 $R$多大才能使小灯泡正常工作？

（4）发热板的额定功率为 $1000W$，则发热板的电阻多大？若要使金属底板的温度由 ${20}^{°}\text{C}$升高到 ${220}^{°}\text{C}$至少需要多长时间？（金属底板的质量为 $1\mathit{kg}$，比热容为 $0.4\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{·}^{°}\text{C}\right)$，不计热量损失）