初中物理能量计算题

某型号汽车的油量显示电路如图甲所示，其中定值电阻 $R_0=10\Omega$， $R$为压敏电阻（厚度不计），位于油箱底部， $A$表是一量程为 $0~0.6A$的电流表，作为油量指示表。压敏电阻的电阻值随汽油产生的压强的变化而变化，其对应关系如图乙所示。已知加满汽油时油的深度为 $0.4m$， $A$表示数为 $0.6A$，汽油密度 ${\rho }_{油}=0.7\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$， $g$取 $10N/\mathit{kg}$。求：

（1）加满汽油时汽油在油箱底部产生的压强；

（2）电源的电压；

（3）汽油耗尽时电流表的示数。

某地区利用当地丰富的太阳能资源发电，供生产生活使用。

（1）太阳能发电有很多优点，但也存在一些不足，请写出一个不足之处。

（2）小明家将太阳能转化的电能储存到电源中，给热水壶和电暖气供电。开关 $S$控制电路中所有用电器，开关 $S_1$控制热水壶的加热电阻 $R_1$、 $($“ $220V484W$” $)$，开关 $S_2$控制电暖气的加热电阻 $R_2($“ $220V2420W$” $)$。闭合所有开关， $R_l$、 $R_2$同时工作， $R_1$每分钟放出 $2.4\times {10}^{4}J$的热量，求 $R_2$的实际功率。 $(R_1$和 $R_2$的阻值不随温度变化）

（3）已知在一段时间内，垂直于太阳光的 $1m^2$面积上每1秒接收的太阳能为 $500J$；如图所示，太阳光与水平面夹角为 $60°$，面积为 $4m^2$时的太阳能电池板竖直放置。太阳能电池板将太阳能直接转化为电能的效率为 $20\%$．求1分钟内通过该太阳能电池板获得的电能。

采购员小明骑着摩托车外出采购食品。小明质量为 $70\mathit{kg}$，摩托车质量为 $150\mathit{kg}$。 $(g=10N/\mathit{kg})$

（1）小明买食品时，将摩托车停在超市门前的水平地面上，摩托车与地面接触面积为 $150c{m}^2$，求摩托车对地面的压强。

（2）采购食品后，小明将 $80\mathit{kg}$的食品装上车，在限速为 $80\mathit{km}/h$的水平路面上以 $72\mathit{km}/h$的速度匀速行驶 $50s$，行驶时受到的阻力为总重力的0.1倍，若消耗的汽油完全燃烧放出 $1\times {10}^{6}J$的热量，求摩托车发动机的实际输出功率和效率。

在如图所示的电路中，电源电压为 $12V$，滑动变阻器的阻值范围在0至 $50\Omega$之间，闭合开关 $S$，调节滑动变阻器，当滑片 $P$置于滑动变阻器的中点时，电流表的示数为 $0.3A$．求：

（1）定值电阻 $R_1$的阻值；

（2）当滑动变阻器的滑片 $P$置于阻值最大处时，电路的总功率是多少？（得数保留1位小数）

（3）电流表接入电路中的量程是0至 $0.6A$，在不改变电流表量程的情况下，为了保证电流表的安全，滑动变阻器接入电路中的最小阻值是多少？

小明观察到高速公路进出口处设有测量货车重力的检测装置，他利用学过的物理知识设计了一套测量货车重力的模拟装置，其工作原理如图甲所示。 $\mathit{OAB}$为水平杠杆， $\mathit{OB}$长 $1m$， $O$为支点， $\mathit{OA}:\mathit{AB}=1:4$，平板上物体所受重力大小通过电流表读数显示。已知定值电阻 $R_0$的阻值为 $10\Omega$，压力传感器 $R$固定放置， $R$的阻值随所受压力 $F$变化的关系如图乙所示。平板、压杆和杠杆的质量均忽略不计。

（1）当电池组电压 $U_0=12V$，平板上物体所受重力分别是 $80N$和 $100N$时，闭合开关 $S$，分别求出电流表的读数。

（2）电池组用久后电压变小为 $U_1$，这时平板上物体重 $100N$时，电流表读数为 $0.3A$，求 $U_1$的大小。

（3）在第（2）问情况中，电池组电压大小为 $U_1$，要求平板上重为 $100N$的物体对应的电流表读数和电池组电压 $U_0=12V$的情况下相同，小明采取了两种解决办法：

①其它条件不变，只更换电阻 $R_0$，试求出更换后的 $R_0\text{'}$的大小。

②其它条件不变，只水平调节杠杆上触点 $A$的位置，试判断并计算触点 $A$应向哪个方向移动？移动多少厘米？

利用叉车运送货物，已知货物质量为 $500\mathit{kg}$、底面积为 $5m^2$，货物与叉车水平叉臂的接触面积为 $0.8m^2$， $g$取 $10N/\mathit{kg}$。

（1）叉车托着货物匀速水平移动，求货物对叉车水平叉臂的压强；

（2）叉车在 $20s$内将货物匀速举高 $1.8m$，求叉车支持力对货物做功的功率。

某家用电热水壶有加热和保温两档，内部电路简化示意图如图甲所示，其中 $R_1$和 $R_2$均为阻值不变的发热电阻。某次使用该电热水壶烧水过程中，消耗的电功率随时间变化的图象如图乙所示。求：

（1）该电热水壶加热和保温时的电流之比；

（2）电阻 $R_2$的阻值；

（3）给 $1.2\mathit{kg}$的水加热，使水温从 ${20}^{°}\text{C}$升至 ${80}^{°}\text{C}$，热水壶的工作效率为 $90\%$，需要多长加热时间。

在“停课不停学”期间，小明使用手机和 $A4$纸坚持每天线上学习。他观察到给手机充电的移动电源（俗称“充电宝”）有铭牌， $A4$纸的包装上有说明，部分参数如图所示。请解答下列问题：

（1）该移动电源充电后最多储存多少电能？

（2）小明所用的一包 $A4$纸，去掉包装后总重 $21.8N$．将其中一张 $A4$纸平放在水平桌面，它对桌面的压强多大？

如图所示电路，电源电压恒为8V，小灯泡标有“6V 3W“字样。若不考虑温度对灯泡电阻的影响，闭合开关S，求：

（1）小灯泡的额定电流；

（2）小灯泡正常发光时，滑动变阻器R接入电路的阻值。

（3）移动滑动变阻器的滑片，当电压表示数为3V时，小灯泡的实际功率。

图甲是某品牌家用蛋糕机，该蛋糕机配有很多卡通模型，可以做出多种多样的创意小蛋糕，图乙是该蛋糕机的简化电路图，可以实现蛋糕机的低、中、高三挡加热功能。单独闭合开关 $S_1$时，蛋糕机处于 $440W$的低温挡加热状态；单独闭合开关 $S_2$时，阻值为 $55\Omega$的电阻 $R_2$让蛋糕机处于中温挡加热状态。求蛋糕机正常工作时：

（1）低温挡加热电流；

（2）中温挡加热功率；

（3）高温挡加热 $5\mathit{min}$消耗的电能。

新冠肺炎肆虐，武汉封城，全国各地纷纷伸出援助之手。2020年1月29日，我市兰陵县捐赠的首批 $200t$优质大蒜由10辆货车运往武汉（如图），其中一辆货车装满大蒜后总重为 $3.0\times {10}^{5}N$，车轮与地面的总接触面积为 $0.5m^2$，该货车在某段平直高速公路上以 $108\mathit{km}/h$的速度匀速行驶时，受到的阻力为 $5.0\times {10}^{3}N$， $30\mathit{min}$内消耗柴油 $24L$，已知柴油的密度 $\rho =0.85\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$．热值 $q=4.3\times {10}^{7}J/\mathit{kg}$，求：

（1）该货车静止时对水平路面的压强；

（2） $24L$柴油完全燃烧放出的热量；

（3） $30\mathit{min}$内该货车牵引力所做的功。

某同学设计了一个利用如图1所示的电路来测量海水的深度，其中 $R_1=2\Omega$是一个定值电阻， $R_2$是一个压敏电阻，它的阻值随所受液体压力 $F$的变化关系如图2所示，电源电压保持 $6V$不变，将此压敏电阻用绝缘薄膜包好后放在一个硬质凹形绝缘盒中，放入海水中保持受力面水平，且只有一个面积为 $0.02m^2$的面承受海水压力。（设海水的密度 ${\rho }_{水}=1.0\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$， $g$取 $10N/\mathit{kg})$

（1）当电流表示数为 $0.2A$时，求压敏电阻 $R_2$的阻值；

（2）如图2所示，当压敏电阻 $R_2$的阻值为 $20\Omega$时，求此时压敏电阻 $R_2$所在深度处的海水压强；

（3）若电流表的最大测量值为 $0.6A$，则使用此方法能测出海水的最大深度是多少？

如图是某科技小组设计的在岸边打捞水中金属块的装置示意图，每个滑轮重为 $100N$，均匀实心金属块的密度为 $8\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$，金属块的质量为 $80\mathit{kg}$。绳重和摩擦、滑轮与轴的摩擦、水对金属块的阻力均忽略不计，金属块一直匀速上升。（水的密度 ${\rho }_{水}=1.0\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$， $g$取 $10N/\mathit{kg})$

（1）在金属块还未露出水面时，求此时金属块所受到的浮力；

（2）在金属块未露出水面时，求人的拉力 $F$；

（3）金属块在水中匀速上升 $2m$，且金属块未露出水面时，求人的拉力所做的功。

如图所示的电路，电源电压保持不变， $R_1=30\Omega$， $R_2=10\Omega$．当闭合开关 $S_1$、 $S$，断开 $S_2$时，电流表的示数为 $0.4A$。

（1）求电源电压；

（2）当闭合开关 $S_2$、 $S$，断开 $S_1$时，求电流表的示数；

（3）当闭合开关 $S_1$、 $S_2$、 $S$时，通电 $100s$，求整个电路消耗的电能。

如图所示，电源电压保持不变，闭合开关 $S_1$、 $S_2$，将滑动变阻器的滑片 $P$移到 $a$端时，灯泡正常发光，电压表 $V$的示数为 $6V$，电流表 $A_2$的示数为 $0.4A$，只闭合开关 $S_1$，将滑动变阻器的滑片 $P$移到 $b$端时，电流表 $A_1$的示数为 $0.2A$，灯泡的实际功率为 $0.4W$（不考虑温度对灯丝电阻的影响）。求：

（1）电阻 $R_1$的阻值；

（2）灯泡 $L$的额定功率；

（3）滑动变阻器 $R_2$的最大阻值。