初中物理能量计算题

如图是某汽车起重机静止在水平地面上起吊重物的示意图，重物的升降使用的是滑轮组，滑轮组上钢丝绳的收放是由卷扬机来完成的。提升重物前，起重机对地面的压强为 $2\times {10}^5\mathit{Pa}$，某次作业中，将重物甲以 $0.25m/s$的速度匀速提升时，起重机对地面的压强为 $2.3\times {10}^5\mathit{Pa}$；若以相同的功率将重物乙以 $0.2m/s$的速度匀速提升时，起重机对地面的压强为 $2.4\times {10}^5\mathit{Pa}$（不计钢丝绳重和摩擦）

（1）起重机两次提升的重物质量之比。

（2）起重机两次提升重物时，滑轮组的机械效率之比。

（3）提升重物乙时，滑轮组的机械效率是多少？

在某次综合实践活动中，小明利用蓄电池（电压为 $24V)$、电压表（量程为 $0~15V)$校准电阻 $R_0$，滑动变阻器 $R$（最大阻值为 $100\Omega )$等器材，设计了一种测定油箱内油量的方案（图甲），选配合适的校准电阻值，能够使油箱装满汽油，滑动变阻器的触片在某一端时，油量表示数为最大值（即电压表示数达到最大值）油箱中的汽油用完，滑动变阻器的触片在另一端时，油量表示数为零（即电压表示数为零）

（1）校准电阻除了可以校准表盘，还有什么作用？校准电阻的阻值为多少？

（2）整个电路消耗的电功率的变化范围是多少？

（3）另一个小组的小红同学设计了如图乙所示的电路，请你从能耗的角度分析这种方案的优点。

某科技活动小组设计了如图所示的电路。电源电压不变，当 $S_1$闭合、 $S_2$断开，变阻器 $R_2$的滑片 $P$滑到 $a$端时，电流表的示数为 $0.8A$，定值电阻 $R_1$消耗的功率为 $6.4W$；变阻器 $R_2$的滑片 $P$滑到 $b$端时，电流表的示数变为 $0.2A$；当 $S_1$和 $S_2$都闭合，变阻器 $R_2$的滑片 $P$滑到某点时，电流表的示数为 $0.6A$，小灯泡 $L$消耗的功率为 $0.9W$．求：

（1）电源电压；

（2）变阻器 $R_2$的最大阻值；

（3）小灯泡两端电压及此时变阻器 $R_2$连入电路的阻值

如图所示是一种常见的封闭电热水袋，其性能参数如表中所示。已知电热水袋加热效率为 $80\%$，水的比热容 $c=4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{·}^{°}\text{C}\right)$，水的密度 $\rho =1.0\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$．将袋内 ${20}^{°}\text{C}$的水加热到自动断电，求：

（1）袋内水吸收的热量。

（2）需要的加热时间。

额定电压	额定加热功率
$220V$	$400W$
袋内充水	自动断电温度
$1.0L$	${60}^{°}\text{C}$

如图所示，工人用滑轮组提升重为 $400N$的货物所用拉力恒为 $240N$，货物被匀速提升 $10m$。求

（1）工人做的功

（2）滑轮组的机械效率

图甲是海上打捞平台装置示意图，使用电动机和滑轮组将实心物体 $A$从海底竖直向上始终以 $0.05m/s$的速度匀速吊起，图乙是物体 $A$所受拉力 $F$随时间 $t$变化的图象（不计摩擦、水的阻力及绳重，忽略动滑轮受到的浮力， ${\rho }_{水}=1.0\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$． $g=10N/\mathit{kg})$。请解答下列问题：

（1）物体 $A$的体积是多少？

（2）物体 $A$完全浸没在水中时滑轮组的机械效率为 $80\%$，当物体 $A$完全离开水面后，滑轮组的机械效率是多少？

（3）当物体 $A$完全离开水面后，电动机两端电压为 $380V$，通过的电流为 $5A$，电动机线圈的电阻为多少？（不计电动机内部摩擦）

为响应国家“低碳环保，节能减排”的号召，我市新上线一批以天然气为燃料的新型公交汽车，其参数如图所示某次行驶过程中，汽车搭载人员及物品共 $3000\mathit{kg}$所受阻力为总重力的0.01倍。在 $40s$时间内匀速直线行驶 $400m$，共消耗天然气 $0.025\mathit{kg}$（天然气完全燃烧，其热值为 $6.4\times {10}^{7}J/\mathit{kg}$， $g=10N/\mathit{kg})$。针对此次行驶过程，求：

（1）汽车对地面的压强；

（2）汽车的功率；

（3）汽车发动机的效率。

某物理兴趣小组设计了一个压力报警装置，工作原理如图所示。 $\mathit{ABO}$为一水平杠杆， $\mathit{OA}$长 $120\mathit{cm}$， $O$为支点， $\mathit{AB}:\mathit{OB}=5:1$；已知报警器 $R_0$的阻值恒为 $10\Omega$，压力传感器 $R$固定放置， $R$的阻值随所受压力 $F$变化的关系如表所示。闭合开关 $S$，水平踏板空载时，电压表的示数为 $2V$；当水平踏板所受压力增大，电压表示数达到 $5V$时，报警器 $R_0$开始发出报警信号。踏板、压杆和杠杆的质量均忽略不计。求：

$F/N$	0	5	10	15	20	25	30	$\dots$
$R/\Omega$	45	34	24	18	14	12	10	$\dots$

（1）电源电压为多少？

（2）当报警器开始报警时，踏板设定的最大压力值为多少？

（3）若电源电压变为 $14V$，为保证报警器仍在踏板原设定的最大压力值时报警，应在杠杆上水平调节踏板触点 $B$的位置。试计算说明触点 $B$应向哪个方向移动多少厘米？

“匚”式电压力锅简化电路如图甲， $R$为发热电阻， $R_0$为调控电阻，电源电压为 $220V$，开关1、2、 $3\dots$代表不同的功能开关，分别连在调控电阻的不同位置时，发热电阻相应有不同的发热功率。当开关1接通时，发热电阻的功率最大， $P_m=1100W$；开关3接通时，处于保温功能，发热电阻的功率 $P_1=44W$，可认为发热电阻产生的热量等于压力锅散失的热量。已知 $c_{水}=4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{・}^{\circ }\text{C}}\right)$。请完成下列问题：

（1）计算调控电阻的最大阻值及发热电阻的阻值。

（2）假设加热过程中，电热锅热量散失不随温度变化，散失功率恒为 $44W$．用最大发热功率将 ${36}^{°}\text{C}$、 $2.2\mathit{kg}$的水加热到 ${100}^{°}\text{C}$所用的时间有多少秒。

（3）某普通电压力锅工作电路如图乙，该锅只有加热和保温两个功能，其加热功率 $P=1100W$．用该普通电压力锅做米饭，温度达到 ${100}^{°}\text{C}$后，需用加热功能继续加热5分钟，所煮米饭才能达到理想食用效果；而用图甲所示“匚”式电压力锅煮完全相同的米饭，当温度达到 ${100}^{°}\text{C}$后会自动调节为 $P_2=99W$的低功率继续加热5分钟，也能达到相同的食用效果。求这两种锅在这5分钟内，用“匚”式电压力锅比用普通电压力锅节省多少焦耳电能？

如图甲所示，是某打捞船所用起重装置的示意图。在某次打捞作业中，物体在不可伸长的轻绳作用下，从水底以 $0.5m/s$的速度竖直向上匀速运动至离开水面高度 $3m$的位置，此打捞过程中物体受到轻绳的拉力 $F$随时间 $t$变化的图像如图乙所示，物体离开水面后匀速上升 $3m$的过程中，与电动机连接的绳子所受的拉力为 $2\times {10}^{3}N$．已知水的密度为 $1.0\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$，取 $g=10N/\mathit{kg}$。不计水和空气的阻力。求

（1）物体的体积及浸没在水中所受的浮力。

（2）物体的质量和密度。

（3）水底的深度及水对水底的压强。

（4）物体离开水面后匀速上升 $3m$的过程中，滑轮组的机械效率（结果保留一位小数）。

用毫安表测电阻可以用如图甲所示的电路测量电阻， $a$、 $b$为接线柱。已知电源电压恒为 $U$，毫安表量程为 $\mathit{Ig}$、内阻为 $\mathit{Rg}$。

（1）用导线将 $a$、 $b$直接连起来，移动滑动变阻器 $R_1$的滑片 $P$，使毫安表指针正好偏转到满刻度 $\mathit{Ig}$， $\mathit{Ig}$处就可以标为“0欧”，此时变阻器接入电路中的阻值 $R_1=$　 $\frac{U}{I_g}-R_g$　。

（2）保持变阻器 $R_1$接入电路中阻值不变，在 $a$、 $b$间接入被测电阻 $\mathit{Rx}$，毫安表的读数Ⅰ与 $\mathit{Rx}$的关系式为 $I=$　　。

（3）若 $U=1.5V$， $\mathit{Ig}=10\mathit{mA}$，图乙毫安表的表盘上已经标出了 $0\Omega$的位置，请标出 $150\Omega$、 $1100\Omega$的位置。

如图甲所示电路，电源电压恒为 $6V$，小灯泡 $L$的 $I-U$图像如图乙所示。电阻 $R_1$为 $30\Omega$，滑动变阻器 $R_2$的额定电流为 $1A$，电流表的量程为 $0-0.6A$，电压表的量程为 $0~3V$．请画出该题的各个等效电路图。

（1）当开关 $S_1$、 $S_2$、 $S_3$都闭合时， $L$正常发光，此时通过 $R_1$的电流是多少？

（2）只闭合开关 $S_3$，移动滑片 $P$，当 $R_2$接入电路中的阻值为其最大阻值的 $\frac{1}{4}$时，电流表的示数为 $0.2A$，滑动变阻器的最大阻值是多少？

（3）在保证各元件安全的条件下，电路消耗的最大功率和最小功率各是多少？

工人利用如图所示的滑轮组匀速提升重 $600N$的货物，绳子自由端被竖直拉上 $6m$，额外功为 $300J$．求滑轮组的机械效率

小明妈妈为奶奶买了一个电热足浴盆（如图所示），内部由加热系统和按摩系统两部分组成。加热系统的加热电阻额定电压为 $220V$，额定功率 $605W$．问：

（1）小明帮奶奶泡脚时，向足浴盆中加入 $6\mathit{kg}$初温为 ${20}^{°}\text{C}$的水，加热系统的加热电阻正常工作 $15\mathit{min}$将水加热到 ${40}^{°}\text{C}$，此加热过程中水吸收的热量是多少？消耗的电能是多少？ $\left[c_{水}=4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{\circ }\text{C}}\right)\right]$

（2）当小明家的实际电压是 $200V$时，加热电阻工作的实际功率是多少？

（3）足浴盆按摩系统中的电动机工作电压是 $12V$（按摩系统将交流电压转换为 $12V)$，工作电流为 $4A$，其电阻为 $0.5\Omega$，电动机工作中因发热损失的功率是多少？

如图所示电路，电源电压保持不变，定值电阻 $R_1=20\Omega$， $R_2=10\Omega$， $R$是滑动变阻器。当滑动变阻器滑片 $P$移动到最右端，开关 $S_1$闭合，开关 $S_2$断开时，电流表的示数为 $0.3A$；当滑动变阻器滑片 $P$移动到中点时，开关 $S_1$闭合 $S_2$断开时，电压表的示数为 $U_1$，保持滑动变阻器滑片 $P$位置不变，开关 $S_2$闭合 $S_1$断开时，电压表的示数为 $U_2$，且 $U_1:U_2=2:3$，求：

（1）电源电压；

（2）滑动变阻器的最大阻值；

（3）要使整个电路消耗的电功率为最小，请写出：开关 $S_1$、 $S_2$的开闭状态，滑动变阻器滑片 $P$移动到的位置，并计算出最小电功率是多少？