初中物理能量计算题

图甲是芳芳家某型号电热加湿器的原理图，下表为其部分技术参数。 $R_1$、 $R_2$为发热电阻，不考虑温度对电阻的影响，且 $R_2=3R_1$， $S$为旋转型开关，1、2、3、4为触点，通过旋转开关 $S$可实现“关”“低档”“高档”之间的切换（低档为小功率加热，高档为大功率加热）。

（1）求加湿器处于低挡位置时的发热功率；

（2）某次使用加温器工作时，加湿器注水仓中加注冷水已达到最大注水量。如图乙所示是该次使用加湿器工作 $30\mathit{min}$的图象，请计算加湿器在高档正常工作时消耗的电能。如果电阻 $R_1$在此次高档加热时产生的热量全部被水吸收，可以使注水仓中冷水的温度升高多少 ${}^{°}\text{C}$？ $[$计算结果保留整数，水的比热容为 $4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{·}^{°}\text{C}\right))$

（3）一天，芳芳断开家中其他所有用电器，只接通加湿器在低挡加热，发现家中如图丙所示的电能表的转盘在 $5\mathit{min}$内转了27圈，求此时电阻 $R_2$的实际加热功率是多少？

我市为了净化市区空气，环卫工人每天定时驾驶洒水车对市区道路洒水（如图）。下表是该洒水车的相关数据。已知水的密度为 $1.0\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$， $g$取 $10N/\mathit{kg}$，请根据题意回答下列问题：

空车质量	水罐容积	装满水时车轮与地面的总接触面积	额定功率
$6t$	$3m^3$	$0.6m^2$	$100\mathit{kW}$

（1）该洒水车装满水时对地面的压强为多少？

（2）若水罐内有一漂浮的物体，浸入水中的体积为 $1.5\times {10}^{-2}{m}^3$，则该物体受到的浮力和重力各为多大？

（3）该洒水车在水平路面上以额定功率匀速行驶 $2000m$用时 $4\mathit{min}$，试计算此过程汽车所受到的牵引力大小。

如图甲所示，已知电源电压为 $60V$且保持不变，电阻 $R_1$标有“ $35V245W$”的字样， $R_2$是一个最大阻值为 $70\Omega$的滑动变阻器，电阻 $R_3$的额定电流为 $7A$（不计温度对电阻的影响）。求：

（1） $R_1$的阻值；

（2） $R_1$正常工作 $100s$消耗的电能；

（3）闭合 $S$，当 $R_2$的阻值为 $R_m$时， $V_1$的示数为 $U_1$， $V_2$的示数为 $U_2$；当 $R_2$的阻值为 $R_0$时， $V_1$的示数为 $U{\text{'}}_1$， $V_2$的示数为 $U{\text{'}}_2$；已知 $U{\text{'}}_1=\frac{3}{4}{U}_1$， $U{\text{'}}_2=\frac{9}{10}{U}_2$， $U_1=\frac{4}{5}{U}_2$，求 $R_3$的阻值；

（4）在电路安全的前提下，小天同学用以上器材组成一个如乙图所示的电路：在 $R_1$、 $R_2$和 $R_3$中任选两个电阻分别连入电路的“ $\mathit{AB}$”和“ $\mathit{CD}$”处，组成不同的电路，在同一电路中两个电阻的功率之差如果超过 $200W$，电路外的检测装置将自动报警，请通过计算和推导，判断哪些电路始终不会导致检测装置报警，哪些电路会导致检测装置报警，并计算报警时 $R_2$的取值范围。

如图是建筑工人用滑轮组提升建筑材料的场景，在 $10s$的时间内，工人师傅用竖直向上的拉力将建筑材料匀速提升了 $1m$，已知拉力 $F$为 $400N$，建筑材料的重力 $G$为 $900N$，求这个过程中：

（1）绳子自由端移动的距离；

（2）此滑轮组的机械效率；

（3）拉力 $F$的功率。

如图是某种电加热器的电路工作原理图。有总控开关 $S_1$，温控开关 $S_2$，两个加热电阻丝 $R_1$， $R_2$（阻值不变）。该加热器部分参数，已知：额定电压 $220V$，加热功率为 $4840W$，保温功率为 $400W$．求：

（1）当 $S_1$， $S_2$都闭合，该加热器处于　       　（选填“加热”或”保温”）状态时，电路中的总电流；

（2）傍晚用电高峰期，若实际电压只有 $200V$时，加热器保温状态下的实际功率。（保留整数）

如图所示，用甲、乙两种滑轮组，分别匀速竖直向上提升同一重物，从相同位置开始提升至同一高度处，求：

（1）若不计绳重，滑轮重及摩擦，两次拉力 $F_1$和 $F_2$之比；

（2）若不计绳重及摩擦，重物质量为 $400g$，动滑轮质量为 $100g$，匀速拉动过程中甲、乙两装置的机械效率。

一个彩色灯泡上标有“ $36V7.2W$“的字样（忽略温度对灯丝电阻的影响）

求：（1）该灯泡正常工作时的电流和灯丝的电阻；

（2）若接在 $220V$的照明电路中使用，至少需要串联多少个这种灯泡才行。

养生壶是一种用于养生保健的烹饮容器，采用新型电加热材料，通电后产生热量把壶内的水加热。如图是某款养生壶及其铭牌，求：

（1）养生壶正常工作时的电阻；

（2）若正常工作时，养生壶加热效率为 $91\%$，将 $1\mathit{kg}$水从 ${20}^{°}\text{C}$加热到 ${85}^{°}\text{C}$需要多长时间；【 c 水 = 4 . 2 × 10 3 J / kg ⋅ ∘ C} 】

（3）用电高峰期，家中只有液晶电视机和养生壶工作时，养生壶将 $1\mathit{kg}$水从 ${20}^{°}\text{C}$加热到 ${85}^{°}\text{C}$，实际用时 $363s$，通过电能表测得此过程共耗电 $3.726\times {10}^{5}J$，此时养生壶两端的电压和通过液晶电视机的电流多大。（设养生壶的电阻和加热效率不变）。

型号	$\mathit{CH}-M16$
额定电压	$220V$
频率	$50\mathit{Hz}$
额定功率	$1000W$
容量	$1.2L$

如图所示为模拟调光灯电路，电路中电源电压不变，灯泡 $L$标有“ $6V3W$”字样，且灯丝电阻随温度的变化而变化，定值电阻 $R_1$的阻值为 $6\Omega$，将滑动变阻器 $R_2$的滑片 $P$置于最右端，闭合开关，电压表和电流表示数分别为 $6V$和 $0.2A$；移动滑片 $P$至某一位置，电压表和电流表示数分别为 $3V$和 $0.5A$．求：

（1）灯泡 $L$正常发光时的电阻多大？

（2）当 $R_2$的滑片 $P$在最右端时，闭合开关，灯泡 $L$的实际功率是多少？

（3）为使灯泡安全工作， $R_2$的滑片能自由滑动，且滑片 $P$滑到某一端时灯泡能正常发光，应采取怎样的保护措施？请计算说明。

我国自主研制的第三代常规动力潜艇具备先进的通讯设备、武器、导航等系统和隐蔽性强，噪声低、安全可靠等优异性能，主要技术参数如下表（海水的密度近似为 $1.0\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$， $g=10N/\mathit{kg})$。求：

排水量	水上 $2250t$，水下 $3000t$	最大潜水深度	$300m$
最大航速	水上 $30\mathit{km}/h$，水下 $36\mathit{km}/h$	最大输出功率（水下）	$3000\mathit{kW}$

（1）潜艇在水上航行时受到的浮力是多少？在水下行驶时排开水的体积是多少？

（2）潜艇由水下某位置下潜到最大潜水深度处，潜艇上一个面积是 $400c{m}^2$的观察口受到海水的压力增大了 $4\times {10}^{4}N$，则潜艇原来位置的深度是多少？

（3）潜艇在水下以最大输出功率匀速行驶 $1h$，发动机输出的能量是多少？若发动机以最大输出功率工作时螺旋桨推进器效率为 $80\%$，潜艇以最大航速匀速行驶时受到水的平均阻力 $f$是多少？

如图所示的电路中，定值电阻 $R_1=150\Omega$、 $R_2=300\Omega$．闭合开关 $S$后，电流表 $A_2$的示数为 $5\mathit{mA}$．求：

（1）电阻 $R_1$两端的电压为多少

（2）电流表 $A_1$的示数为多少

（3）电路工作 $5\mathit{min}$， $R_1$产生的焦耳热是多少。

跳伞是一项极具挑战的运动，现在越来越受到人们的喜爱。在某次跳伞训练过程中，一体重为 $500N$的运动员从空中悬停的直升机上由静止开始竖直跳下，其速度与时间的关系如图所示，经 $15s$下落 $210m$后，开始做匀速直线运动直至落地，整个过程用时 $30s$，求在这个过程中：

（1）运动员下落的平均速度；

（2）重力做的功；

（3）匀速下降时重力做功的功率。

如图甲所示，灯泡 $L$标有“ $6V3W$”的字样，电源电压及灯丝电阻保持不变，滑动变阻器最大阻值为 $100\Omega$，电流表的量程为 $0~0.6A$，电压表的量程为 $0~15V$．只闭合开关 $S$、 $S_2$，移动滑片 $P$的过程中，电流表示数与滑动变阻器连入电路的阻值变化关系如图乙所示，当滑片 $P$在某一位置时，电流表的示数为 $I_1$，电压表示数为 $3V$；只闭合开关 $S$、 $S_1$，滑片 $P$移动到另一位置时，电流表示数比 $I_1$减小了 $0.2A$，滑动变阻器连入电路的阻值是定值电阻 $R_0$阻值的 $\frac{8}{5}$倍，求：

（1）灯泡正常工作时的电阻；

（2）电流表示数 $I_1$；

（3）电源电压；

（4）只闭合开关 $S$、 $S_1$，在保证电流表、电压表和灯泡都安全的情况下，求滑动变阻器连入电路中的阻值变化范围。

一辆水陆两栖坦克总重 $3\times {10}^{5}N$，它的发动机是一台新型内燃机，两条履带与地面接触的总面积为 $5m^2$． $\left({\rho }_{水}=1.0\times {10}^3\mathit{kg}/m^{3}g=10N/\mathit{kg}\right)$

（1）该坦克要从水平冰面上经过，冰层能承受的最大压强为 $7\times {10}^4\mathit{Pa}$，请用计算说明坦克能否安全通过？

（2）该坦克涉水过河漂浮在水面上时，求它排开水的体积是多大？

（3）一次执行任务时，该坦克在平直公路上匀速行驶 $1200m$，用时 $2\mathit{min}$，发动机牵引力的功率保持 $600\mathit{kW}$恒定不变，发动机消耗了 $4.5\mathit{kg}$的燃料（燃料的热值为 $4.0\times {10}^{7}J/\mathit{kg})$，求发动机提供的牵引力是多大？发动机的效率是多大？

硫化镉 $\left(\mathit{CdS}\right)$是一种光敏材料，其电阻值 $R$随光照强度 $E(E$越大表示光照越强，其国际单位为 $\mathit{cd})$的变化如图2所示。某展览厅（如图1所示）为保护展品。采用这种材料设置了调光天窗。当外界光照较强时，启动电动卷帘适时调整进光量；当外界光照较弱时，自动启动节能灯给予补光。调光天窗的电路原理如图3所示， $R_0$为定值电阻， $R$为 $\mathit{CdS}$电阻， $P$为电磁铁，其线圈电阻 $R_P$为 $10\Omega$，当电流达到 $0.06A$时能吸合衔铁。已知电源电压 $U_1=12V$， $U_2=220V$，则：

（1）图2中 $R$随光照强度 $E$变大而　　（选填“增大”或“减小” $)$。

（2）图3中的 $L$代表的是并联安装在展厅内的10盏“ $220V10W$”节能灯，这些节能灯同时正常工作4小时，共消耗电能　　 $\mathit{kW}·h$。

（3）若要缩短节能灯点亮的时间，可换用阻值较　　（选填“大”或“小” $)$的 $R_0$。

（4）当外界光照强度达到 $1\mathit{cd}$时，电动卷帘便开始工作，求 $R_0$的阻值。