初中物理能量计算题

在“探究水沸腾时温度变化的特点”实验中，用酒精灯给烧杯中的水加热，烧杯中盛有 ${20}^{°}\text{C}$、质量为 $100g$的水，在一个标准大气压下加热至沸腾，假如完全燃烧酒精 $3g$。 $[$水的比热容为 $4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{·}^{°}\text{C}\right)$，酒精的热值为 $3.0\times {10}^{7}J/\mathit{kg}]$求：

（1）水吸收的热量是多少？

（2）此过程中酒精灯烧水的热效率。

（3）科学研究表明： $1g{100}^{°}\text{C}$的水汽化成同温度的水蒸气需要吸收 $2.26\times {10}^{3}J$的热量。水开始沸腾后持续观察沸腾现象，同时发现水的质量减少了 $5g$，求此过程水汽化成水蒸气所吸收的热量。

如图所示，水平桌面上放置一圆柱形容器，其内底面积为 $200c{m}^2$，容器侧面靠近底部的位置有一个由阀门 $K$控制的出水口，物体 $A$是边长为 $10\mathit{cm}$的正方体，用不可伸长的轻质细线悬挂放入水中静止，此时有 $\frac{1}{5}$的体积露出水面，细线受到的拉力为 $12N$，容器中水深为 $18\mathit{cm}$。已知，细线能承受的最大拉力为 $15N$，细线断裂后物体 $A$下落过程不翻转，物体 $A$不吸水， $g$取 $10N/\mathit{kg}$。

（1）求物体 $A$的密度；

（2）打开阀门 $K$，使水缓慢流出，问放出大于多少 $\mathit{kg}$水时细线刚好断裂？

（3）细线断裂后立即关闭阀门 $K$，关闭阀门 $K$时水流损失不计，物体 $A$下落到容器底部稳定后，求水对容器底部的压强；

（4）从细线断裂到物体 $A$下落到容器底部的过程中，求重力对物体 $A$所做的功。

某科技兴趣小组设计了一个简易保温箱，电路原理如图甲所示，虚线框内为加热电路部分，闭合开关 $S$，加热电路给保温箱加热， $R_1$为定值电阻， $R_2$为可变电阻（可变电阻是阻值可以调整的电阻器，其阻值可在0和最大阻值之间调节）； $L$是电阻不计的温度传感器，作用相当于一个温控开关，当温度高于某一设定值时，传感器发出信号，电源断开，停止加热：当温度低于某一设定值时，传感器发出信号，接通电源加热，从而使箱内温度保持在一定范围内。已知，电源电压恒为 $24V$，保温箱工作时加热电路的最大功率为 $144W$，最小功率为 $24W$。

（1）求 $R_1$的阻值；

（2）在某探究活动中，需要利用保温箱把 $3\mathit{kg}$干泥土从 ${20}^{°}\text{C}$加热到 ${28}^{°}\text{C}$．已知加热电路释放的热量有 $20\%$被干泥土吸收，干泥土的比热容 $c=0.84\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{°}\text{C}\right)$，求加热所需要的最短时间；

（3）调节可变电阻 $R_2$为某一阻值，闭合开关一段时间后，观察发现加热电路工作 $20s$后温度传感器会切断电源，停止工作 $10s$后，温度传感器又接通电源加热，如此反复工作程序如图乙所示，在此工作程序下， $5\mathit{min}$内保温箱消耗电能 $9600J$，求可变电阻 $R_2$的阻值。

将电阻 $R_1$、 $R_2$串联后接在电路中。如图所示，在 $a$、 $b$间接一根导线时，电路中的电功率将变为原来的4倍；在 $a$、 $b$间接电压表时。其示数为 $3V$，在 $a$、 $b$间接电流表时，其示数为 $1A$．求：

（1）电压 $U$；

（2） $R_1$的阻值；

（3）电路的总功率。

如图所示电路中，灯泡 $L$上标有“ $12V0.2A$”字样， $R$为定值电阻。闭合开关 $S$后，灯泡 $L$恰好正常发光，电压表的示数为 $3V$，通过计算回答：

（1）灯泡 $L$的额定功率是多少瓦？

（2）定值电阻 $R$的阻值是多少欧？

（3）整个电路在 $5\mathit{min}$内消耗的电能是多少焦？

如图所示是一次研学活动中，某校师生乘坐的一辆新能源汽车。汽车和师生的总质量为 $1.5\times {10}^4\mathit{kg}$，汽车轮胎与地面总接触面积是 $0.3m^2$．这辆汽车从学校出发，沿平直公路以 $15m/s$的速度匀速行驶了 $40\mathit{min}$到达研学基地，汽车发动机的功率是 $50\mathit{kW}$．取 $g=10N/\mathit{kg}$。通过计算回答：

（1）这辆汽车对地面的压强多大？

（2）这次的研学基地离学校多远？

（3）这辆汽车从学校到研学基地途中，发动机做了多少功？

市场上有一种暖手鼠标垫，技术参数如图所示，鼠标垫内有两个 $10\Omega$的发热电阻，通过控制两个发热电阻的接连方式就能实现多挡位的调节功能。请解答下列问题：

（1）鼠标垫内两个电阻串联时总电阻是多少？

（2）在额定电压下，鼠标垫内两个电阻并联时电路中的电流是多少？

（3）在额定电压下，鼠标垫工作8小时，最多消耗多少电能？

小东积极投入到“绿色环保、低碳出行”的新潮流中，他尽量减少驾驶机动车辆外出，坚持骑自行车上下班。小东和自行车的总质量是 $80\mathit{kg}$。当小东以 $5m/s$的速度在平直的公路上骑行时，自行车着地面积为 $0.01m^2$，所受阻力是其总重的0.02倍 $(g=10N/\mathit{kg})$。求：

（1）正常行驶的自行车对路面的压强；

（2）自行车行驶1000米动力所做的功；

（3）自行车行驶的功率。

多功能养生壶具有精细烹饪、营养量化等功能，深受市场认可和欢迎。图乙是某品牌养生壶简化电路图。 $({\rho }_{水}=1\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$， $c_{水}=4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{\circ }\text{C}}\right)$， $g=10N/\mathit{kg})$

（1）开关 $S_1$、 $S_2$处于什么状态，养生壶为高温挡，说明判断依据；

（2）求 $R_1$的阻值；

项目	参数
电源电压 $\left(V\right)$	220
低温挡功率 $\left(W\right)$	275
中温挡功率 $\left(W\right)$	550
高温挡功率 $\left(W\right)$	1100
容积 $\left(L\right)$	1

（3）养生壶处于低温挡工作时，求电路中的电流大小；

（4）在标准大气压下，使用高温挡将初温是 ${12}^{°}\text{C}$的一壶水烧开，若养生壶高温挡加热效率为 $80\%$，求水吸收的热量和烧开一壶水需要的时间。

如图所示，某施工队利用滑轮组从水中提取物体，上升过程中物体始终不接触水底。已知物体质量为 $4t$，体积为 $1m^3$。 $\left(g=10N/\mathit{kg},{\rho }_{水}=1\times {10}^3\mathit{kg}/m^3\right)$

（1）物体完全浸没在水中时，求物体所受浮力的大小；

（2）物体下表面与水面距离为 $3m$时，求物体下表面所受水的压强；

（3）若不计动滑轮的自重、绳重和摩擦，当浸没在水中的物体被匀速提升时，求电动机对绳子的拉力；

（4）物体离开水面后，在电动机作用下匀速上升，若电动机功率为 $9\mathit{kW}$、对绳子的拉力为 $1.5\times {10}^{4}N$，求物体上升的速度和滑轮组的机械效率（机械效率精确到 $0.1\%)$。

实验小组的同学设计了如图 $a$所示的电路，已知电源电压不变，闭合开关 $S$，调节滑动变阻器滑片 $P$的位置，根据电路中电压表和电流表的数据描绘了如图 $b$所示的两条 $U-I$图线。其中利用电压表 $V_1$和电流表 $A$的数据描绘出甲图线，利用电压表 $V_2$和电流表 $A$的数据描绘出乙图线。求：

（1）定值电阻 $R_2$的阻值；

（2）电源电压的大小及定值电阻 $R_1$的阻值。

（3） $R_2$消耗的最大功率。

我国首款大型水陆两栖飞机“鲲龙” $\mathit{AG}600$如图所示，该飞机蓄满水后总质量 $53.5t$。为检测飞机性能，先后进行了模拟灭火和水面滑行测试。在灭火测试中：飞机盘悬在火场上方 $150m$处，将所蓄水分次投下，每次投水 $200\mathit{kg}$，用时 $20s$到达地面。在水面滑行测试中：飞机在水平面上以 $10m/s$的速度沿直线匀速滑行了 $60s$，若飞机发动机牵引力的总功率始终保持 $2.5\times {10}^{6}W$． $({\rho }_{水}=1.0\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$， $g=10N/\mathit{kg})$

求

（1）飞机蓄满水静止在水面上时排开水的体积；

（2）每次投下的水在下落过程中重力做功的平均功率；

（3）飞机在水面沿直线匀速滑行时，飞机所受的牵引力。

在一个标准大气压下，用炉子将 $10\mathit{kg}$的水从 ${20}^{°}\text{C}$加热至沸腾，燃烧了 $0.5\mathit{kg}$的焦炭，已知水的比热容为 $4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{·}^{°}\text{C}\right)$，焦炭的热值为 $3.0\times {10}^{7}J/\mathit{kg}$。求：

（1）水吸收的热量；

（2） $0.5\mathit{kg}$焦炭完全燃烧释放的热量；

（3）炉子烧水的效率。

图甲是一家用电暖器，有“低温”，“中温”，“高温”三挡，铭牌见下表 $($ “高温”挡功率空出），图乙为其简化的电路原理图， $S$是自我保护开关，电暖器跌倒时， $S$自动断开，切断电源，保证安全，闭合 $S_1$为“低温”挡。请完成下列问题：

$\times \times$牌电暖器
额定电压		$220V$
额定功率	低温挡	$550W$
	中温挡	$1100W$
	高温挡
频率		$50\mathit{Hz}$

（1）“低温”挡正常工作时的电阻是多少？

（2）“高温”挡正常工作时的总电流是多少？

（3）若某房间内空气质量为 $60\mathit{kg}$，空气温度为 ${10}^{°}\text{C}$，设定空气的比热容为 $1.1\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{·}^{°}\text{C}\right)$且保持不变，用该电暖器的“高温”挡正常工作20分钟，放出热量的 $50\%$被房间内的空气吸收，那么可使此房间的空气温度升高多少 ${}^{°}\text{C}$？

如图甲所示的电路中，电源电压不变，定值电阻 $R_0=10\Omega$、滑动变阻器 $R$最大阻值为 $10\Omega$，灯泡标有“ $6V4.8W$”，灯泡的信息图象如图乙。当只闭开关 $S$、 $S_1$，滑动变阻器滑片位于最右端时，灯泡 $L$的实际功率为 $1.2W$，求：

（1）电源电压是多少？

（2）只闭合开关 $S$、 $S_2$，电路消耗的最小电功率是多少？