初中物理能量计算题

圆柱形容器内有未知液体，一个边长为 $10\mathit{cm}$的实心正方体金属块，用绳子系住，静止在容器底部，此时容器底部液体压强为 $6400\mathit{Pa}$，液面距底部高度 $h$为 $40\mathit{cm}$，如图所示，用力竖直向上以 $2\mathit{cm}/s$的速度匀速提起金属块。 $(g$取 $10N/\mathit{kg}$不计液体阻力）

（1）未知液体的密度？

（2）金属块未露出液面前，金属块所受浮力。

（3）若金属块重 $66N$，在匀速提升 $5s$过程中拉力所做的功。

某型号电热水瓶具有加热、保温、电动出水及干烧断电功能。其简化电路如图所示。 $S_1$是壶底温控开关，通常闭合，当壶底发热盘的温度达到 ${120}^{°}\text{C}$自动断开。 $S_2$是壶壁温控开关，按下时对水加热，水烧开后自动断开，电热水瓶处于保温状态。 $S_3$是电动出水开关，按下时闭合，电磁泵将水抽出。已知电热水瓶保温功率为 $50W$，加热功率为 $1000W$。

（1）电热水瓶处于保温状态且不抽水时，电路中的电阻是多大？

（2）闭合 $S_3$，电磁泵两端电压为 $12V$．已知 $R_3$阻值为 $200\Omega$，求电磁泵的电功率。

（3）若水烧开后， $S_2$没有自动断开，则瓶里的水烧干后，经过多长时间， $S_1$才会断开？已知发热盘质量为 $0.5\mathit{kg}$，比热容为 $0.5\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{·}^{°}\text{C}\right)$。设水烧干瞬间，发热盘的温度为 ${110}^{°}\text{C}$，不计热损失。

具有中国自主知识产权的、亚洲超大重型自航绞吸船“天鲲号”（图甲），可用于挖掘水下泥土、砂石等。其长 $140m$、宽 $27.8m$，满载排水量为 $17000t$。作业时，输送系统将水下挖掘的泥石等，通过输送管输送到指定地方。已知水的密度为 $1.0\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$， $g$取 $10N/\mathit{kg}$。

（1）水面下 $4m$处的船体上受到水的压强是多少？

（2）若“天鲲号”漂浮在水面时排开水的体积为 $1.2\times {10}^4{m}^3$，则它受到的总重力是多少？

（3）某次作业时，水下重为 $G$的泥沙沿着输送管匀速运动，泥沙运动的高度与时间的关系如图乙所示。设输送系统的总功率为 $P$，效率为 $\eta$，泥沙在水平运动时受到输送管的阻力为 $f$。请推导在水平运动过程中，泥沙速度的表达式。

某体育运动中心为了研究蹦床运动员的训练情况，在蹦床上接入压力传感器，压力传感器所在电路如图甲。已知某运动员质量为 $50\mathit{kg}$，某次从距离蹦床一定高度处跳下的过程中，研究得到电路中两个电压表读数与电路中电流之间的关系如图乙所示，压力传感器的电阻与所受压力之间关系如图丙。试计算：

（1）定值电阻 $R_1$的阻值。

（2）电源电压和定值电阻 $R_2$的阻值。

（3）当电路中电流达到最大时，运动员受到的合力为多少 $N$？

如图甲为塔式起重机简易示意图，塔式起重机主要用于房屋建筑中材料的输送及建筑构件的安装。（动滑轮重、绳重及摩擦均不计， $g$取10牛 $/$千克）

（1）为保持平衡，起重臂的长度越长的塔式起重机，配备的平衡重的质量应越　　。

（2）图乙为起重机钢丝绳穿绳简化示意图，滑轮 $a$的作用是　　。若钢丝绳能承受的最大拉力为 $3\times {10}^4$牛，则能吊起货物的质量不能超过多少千克？

（3）若将重为 $1.2\times {10}^4$牛的货物由地面沿竖直方向匀速提升30米，再沿水平方向移动20米，则此过程中克服货物重力做功多少焦？

（4）若该起升电动机的效率为 $90\%$，将重为 $1.2\times {10}^4$牛的货物提升到30米的高度，用时50秒，则该起升电动机的实际功率是多少瓦？

如图所示为“无人机”（多功能飞行器），它具有4个旋翼，可通过无线电进行操控，其在拍摄调查、无人配送等方面具有广阔的前景。

（1）起飞时，增大四个旋翼的转速，使吹向下方的风量增加，无人机就会上升，这是因为力的作用是　　。在空中飞行时，只要增加　　侧两个旋翼的转速，就能使无人机右侧抬升，向左倾斜飞行。

（2）若该机在30秒内匀速竖直上升120米进行空中拍摄，则它飞行的速度是多少米 $/$秒？

（3）该机一个旋翼的电动机额定功率为30瓦，额定电压为15伏，电动机正常工作时，通过的电流为多少安？

（4）该机所需的能量是由一块输出电压为15伏，容量为 $5000\mathit{mA}·h$的电池提供，若电能的 $80\%$用于飞行，飞行时的实际功率为 $100W$，则该机最多能飞行多少时间？

如图甲是小明制作的防盗报警装置示意图，其中工作电路电源电压 $U_1=6$伏，指示灯 $L$的额定电压 $U_L=2.5$伏，定值电阻 $R_0=350$欧；控制电路电源电压 $U_2=1.5$伏，磁敏电阻 $R_x$的阻值随其所处位置磁场强度的变化关系如图乙所示，当窗户分别处在轨道 $A$、 $B$、 $C$处时，磁敏电阻 $R_x$所处位置的磁场强度分别为 $a$、 $b$、 $c$，闭合开关 $S_1$和 $S_2$后，当窗户关闭时，指示灯亮，蜂鸣器不工作；当窗户打开一定程度时，指示灯熄灭，蜂鸣器发出警报声。

（1）将窗户移至 $A$点时，窗户关闭，闭合开关 $S_1$，指示灯 $L$正常发光，求此时指示灯 $L$消耗的电功率。（写出计算过程）

（2）已知电磁铁线圈中的电流达到3毫安时，电磁铁的衔铁刚好被吸下，指示灯 $L$熄灭，蜂鸣器开始报警。现移动滑动变阻器 $R_P$的滑片，使其接入电路的阻值为其最大阻值的 $\frac{2}{3}$，当窗户移至轨道 $B$点位置时，蜂鸣器恰好开始报警。若要求窗户移至轨道 $C$点位置时蜂鸣器才开始报警，此时能否通过调节滑动变阻器的阻值来实现？请通过计算加以说明。（写出计算过程，电磁铁线圈电阻忽略不计）

桥式起重机在工业生产上有广泛应用。如图是某桥式起重机的示意图，水平横梁 $\mathit{MN}$架在轨道 $A$和 $B$上，电动机 $D$可沿横梁左右移动。横梁、电动机、挂钩、滑轮、钢索、导线的质量以及滑轮上的摩擦均不计。

（1）电动机通过滑轮组，将质量为600千克的零件，以0.4米 $/$秒的速度匀速吊高4米。求：电动机对零件做的功为多少焦？电动机的功率至少为多少瓦？ $(g$取10牛 $/$千克）

（2）已知横梁长度为 $L$，零件质量为 $m$，电动机吊着零件从 $M$点出发并开始计时，以水平速度 $v$匀速运动到 $N$点，横梁对轨道 $A$的压力 $F$与时间 $t$的关系式为： $F=$　　。

小晨以某种 $\mathit{PTC}$电阻作为发热部件，制作了一个恒温孵化箱。图甲是恒温孵化箱的电路图， $R_1$、 $R_2$是两个相同的 $\mathit{PTC}$电阻，电源电压220伏。图乙为单个这种 $\mathit{PTC}$电阻与温度变化的关系图。

（1）当温度为 ${40}^{°}\text{C}$时，电路中的电流为多少安？

（2）恒温孵化箱的最大发热功率是多少瓦？

（3）当温度保持 ${40}^{°}\text{C}$不变时，恒温孵化箱的产热和散热达到了　　关系。如果仅仅从产热方面分析，当温度超过 ${40}^{°}\text{C}$时，恒温孵化箱是怎样自动实现温度下降的？　　。

绍兴市获得2015年度全省“五水共治”工作优秀市并被授予大禹鼎，“五水共治”是指治污水、防洪水、排涝水、保洪水、抓节水，还社会一个蓝天碧水，为百姓创造美好的生活环境。

修建山区水库既可以防洪水，还能发电和灌溉，其发电过程简化如图。

①水库大坝修建时，下部 $B$比上部 $A$宽的原因是　　。

②汛期时，开闸排水，水的流量是60米 ${}^3/$秒，每小时排水　　吨。

③汛期时，开闸排出的水冲击水轮机，使发电机组发电，若此时每秒钟释放的机械能为 $1.2\times {10}^6$焦，能量利用的效率为 $25\%$，该水库发电机的发电功率多大？

随着国家经济的发展，人民生活水平不断提高，越来越多的电器设备进入老百姓家中，极大地方便了人们的日常生活。次仁同学发现家中电饭煲的铭牌信息模糊不清，如下表所示，简化电路图如图（甲 $)$所示，当饭做好后电饭煲自动进入保温状态，他想利用在学校学到的物理知识对电饭煲进行研究。

品牌	$\mathit{XXX}$牌电饭锅
额定电压	$220V$
加热功率	$880W$
保温功率	$\mathit{XXX}$
频率	$50\mathit{Hz}$

（1）根据电路图分析，开关断开时，电饭煲处于　（选填“保温”或“加热” $)$状态；

（2）求电饭煲保温时的电功率；　　

（3）电饭煲接通电源即开始加热， $10\mathit{min}$后进入保温状态。图（乙 $)$为次仁家的电能表，那么电能表转动100转所提供的电能可以让电饭煲正常工作多长时间？　　。

为了丰富学生的课余生活，某学校开设了“实验拓展课”。如图（甲 $)$是某一学习小组设计的“测量滑轮组机械效率”的实验装置图，图（乙 $)$是物体上升高度 $h$随时间 $t$变化的关系图象，已知物体的重力 $G=36N$，不计绳重及摩擦，手对绳自由端施加的拉力 $F=20N$，求：

（1） $0~2s$内，滑轮组所做的有用功；

（2）该滑轮组的机械效率；

（3） $0~2s$内，拉力 $F$的功率。

拉萨素有“日光城”之称，太阳灶得到广泛使用，如图所示。周末，扎西在家用太阳灶烧水，水壶里装有 $5\mathit{kg}$的水，经过一段时间后，水温从 ${10}^{°}\text{C}$升高到 ${90}^{°}\text{C}$，假设这段时间太阳灶共吸收了 $4.2\times {10}^{6}J$的热量。 $\left[c_{水}=4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{\circ }\text{C}}\right)\right]$

（1）太阳能属于　　能源（选填“可再生”或“不可再生” $)$；

（2）求水吸收的热量；

（3）求太阳灶的效率。

如图所示，是创新小组设计的汽车油量显示仪的电路原理图，其中电源电压恒为 $6V$，定值电阻 $R_0$为 $5\Omega$，油量表实质上是量程为 $0~3V$的电压表。 $R$为压敏电阻，其电阻值与油箱中油量的关系如表所示。求：

油量 $V/L$	0	10	20	30	40	50
压敏电阻 $R/\Omega$	25	20	15	10	5	2.5

（1）分析表格可知，压敏电阻 $R$的阻值随油箱中油量的增多而　　；

（2）当油箱油量为 $20L$时，整个电路在 $10s$内消耗的总电能是多少？

（3）当电压表示数为 $2V$时，油箱中的油量为多少？

用如图所示的滑轮组，将一重为 $450N$的物体以 $0.1m/s$的速度匀速向上提起 $2m$，拉力 $F$为 $200N$．求：

（1）滑轮组的机械效率；

（2）拉力 $F$的功率。