初中物理能量计算题

用如图甲所示的滑轮组提升浸没在水中的实心圆柱形物体，已知物体的高度为 $1m$，底面积为 $0.12m^2$，质量为 $200\mathit{kg}$，物体始终以 $0.5m/s$的速度匀速上升，物体浸没在水中匀速上升时，作用在绳端的拉力 $F$所做的功随时间的变化关系如图乙所示。（不计绳重、摩擦及水的阻力。 $\rho =1.0\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$， $g=10N/\mathit{kg})$求：

（1）当物体的上表面刚好与水面相平时，其底部受到水的压强；

（2）物体浸没在水中时受到的浮力；

（3）物体浸没在水中匀速上升时绳端受到的拉力；

（4）物体浸没在水中匀速上升时，滑轮组的机械效率；

（5）物体出水后绳端拉力的功率。

某兴趣小组设计了一种智能化的电热水器，如图所示，它主要由工作电路和控制电路两部分组成，工作电路可以在保温和加热两档之间切换，当磁控开关 $L$线圈中的电流等于或大于 $20\mathit{mA}$时，磁控开关 $L$的簧片吸合（簧片与线圈电阻不计），当线圈中的电流小于 $20\mathit{mA}$时簧片断开，光敏电阻 $R$随光照强度 $E$（表示光照射强弱的物理量，单位是坎德拉，符号 $\mathit{cd})$变化的关系如下表所示，当开关 $S$闭合时：

光照强度 $E/\mathit{cd}$	1	2	3	4	5
光敏电阻 $R/\Omega$	18	9	6	4.5	3

（1）若控制电路中 $R_0=82\Omega$， $U_2=2V$，当光强 $E$达到多少时，磁控开关的簧片恰好吸合？

（2）当线圈中的电流等于 $20\mathit{mA}$时，工作电路处于何种挡位？将质量为 $2\mathit{kg}$的水由 ${50}^{°}\text{C}$加热至 ${100}^{°}\text{C}$需吸收多少热量？

（3）若工作电路在加热和保温两种状态时 $R_1$的功率之比为 $25:9$，求 $R_1$与 $R_2$的比值。

养生壶是一种用于养生保健的可以烹饮的容器，类似于电水壶，其最大的特点是采用一种新型的电加热材料，通过高温把电热膜电子浆料（金属化合物）喷涂在玻璃表面形成面状电阻，在两端制作银电极，通电后产生热量把壶内的水加热。小明家买了一个养生壶（图甲），其铭牌如表所示。

型号	$\mathit{HX}-201504$
额定电压	$220V$
频率	$50\mathit{Hz}$
额定功率	$1210W$

（1）该养生壶正常工作时，面状电阻的阻值多少？

（2）若壶内装有 $2L$温度为 ${20}^{°}\text{C}$的水，在一个标准大气压下，将水烧开，此过程中水吸收的热量是多少？ $[c_{水}=4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{\circ }\text{C}\right)$， $1L=1\times {10}^{-3}{m}^3]$

（3）小明关闭了家中的其他所有用电器，只用该壶在加热过程中家用电能表（图乙）的转盘 $5\mathit{min}$内转了300转，此过程中养生壶消耗的电能和实际电功率各是多少？

钓鱼岛自古以来就是中国固有领土，早在1373年我国渔民就已经发现了钓鱼岛，如图所示是我国一艘装备精良的现代化综合公务船正在钓鱼岛附近巡航。

（海水密度取 $1.02\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$， $g$取 $10N/\mathit{kg}$）

（1）若该船的声呐探头距海面深度为 $10m$，则该声呐探头受到海水的压强是多少？

（2）该船满载时排开海水体积为 $3000m^3$，此时船受到的浮力和重力各是多少？

（3）该公务船以 $36\mathit{km}/h$的速度匀速航行 $5h$，若航行时受到阻力为船重的0.05倍，则这一过程中动力所做的功是多少？

某校师生自制了一台多功率电烘箱，电路结构如图所示，所选两根电热丝 $R_1$， $R_2$的阻值分别为 $75\Omega$、 $150\Omega$，由于电路电压不足，实际工作电压为 $200V$，求：

（1）这台电烘箱以最大功率工作时，通过电烘箱的电流；

（2）这台电烘箱以最大功率工作 $5\mathit{min}$，电热丝产生的热量；

（3）这台电烘箱以最大功率工作 $5h$，消耗多少度电。

把分别标有“ $220V40W$”和“ $36V40W$”的两只白炽灯 $L_1$和 $L_2$，串联接在电压恒为 $220V$的照明电路中，且两灯电阻不变，求：

（1）两只灯泡的电阻；

（2）两只灯泡实际功率之比。

2015年3月9日，全球最大太阳能飞机“阳光动力2号”（如图所示）从阿联酋首都阿布扎比起程，开始环球飞行。将用时四到五个月穿越海洋陆地，完成人类史上首次太阳能环球飞行计划。“阳光动力2号”的机身和机翼均采用极轻的碳纤维材料。它的翼展达到 $72m$，比波音 $747-8$型的翼展还要宽 $3.5m$；机长 $22.4m$，接近一个篮球场的长度；而质量仅有 $2300\mathit{kg}$，跟一辆中型轿车相差无几。它的起飞速度为 $35\mathit{km}/h$，最大速度约 $140\mathit{km}/h$。“阳光动力2号”的机翼、机身和水平尾翼上共贴敷了17248片 $135\mathit{\mu m}$厚的单晶硅薄膜太阳能电池。这些电池可以产生最大 $70\mathit{kW}$的功率，这些电力可以输出给四台单台功率 $13.5\mathit{kW}$的电动机带动四扇 $4m$直径的双叶螺旋桨给飞机提供动力。“阳光动力2号”白天会爬升到 $9000m$的高度以避开气流并最大化利用太阳能，此时的温度急剧升高，而夜晚则半滑翔飞行，逐渐降低到 $1500m$高度，其速度并不大，因此夜里对能源的需求也大大减少。

（1）“阳光动力2号”的机身和机翼均采用极轻的碳纤维材料。“极轻”的物理含义是　        　。

（2）“阳光动力2号”吸收　     　能转化为电能，电能转化为飞机需要的其他形式能。

（3）在狭小的机舱内，两名瑞士飞行员将轮流驾驶，每次连续飞行5个昼夜，速度按 $80\mathit{km}/h$计算，每次连续飞行的距离是　      　 $\mathit{km}$。

（4）阳光动力2号从夜晚航行转为白天航行过程中，飞机的重力势能逐渐　     　。

小明的爸爸在“淘宝”上购买了一款新型“电烤箱”（如图甲所示），其原理是利用热空气流加热食物。工作电路图如图乙，工作时，当电烤箱内温度高于预设温度时，温控开关自动断开，电热管停止加热，当电烤箱内温度低于预设温度时，温控开关自动闭合，电热管重新开始加热，循环工作保障箱内温度维持为预设温度。已知电风扇的功率为 $50W$，电热管的电阻 $R_0$为 $44\Omega$．求：

（1）正常工作时电热管的功率；

（2）用这个“电烤箱”在一次焙烤鸡翅的过程中，定时开关设定为15分钟，电热管正常循环工作时， $P-t$图象如图丙所示，本次烤鸡翅共消耗多少电能？

如图所示，小灯泡 $L$上标有“ $2.0V$、 $0.25A$”字样，假设小灯泡的电阻不随温度变化。电源电压为 $3V$，当电压表的示数为 $2.4V$时。则：

（1）电流表的示数为多少？

（2）小灯泡的实际功率为多少？

（3）滑动变阻器接入电路的电阻为多少？

（4）调节滑动变阻器，使小灯泡正常工作，若电源能提供的能量为 $7.5\times {10}^{3}J$，电源能供电多长时间？

一个边长为 $1m$，重为 $2000N$的正方体箱子静止在水平，地面上。如图所示，某人利用滑轮组以 $0.2m/s$的速度，匀速把箱子提高了 $4m$。则：

（1）箱子放在水平地面上静止时，它对地面的压强为多大？

（2）提起箱子的过程中，绳子自由端向下拉动的速度大小为多少？

（3）滑轮组的机械效率为 $80\%$，作用在绳子自由端的拉力 $F$的功率为多少？

如图所示，某家用电器具有加热、保温的功能。用电器发热电阻 $R$的额定电压为 $220V$，额定功率为 $605W$．加热时，按下温控开关 $S$与 $a$、 $b$接触，此时红色指示灯亮；当达到一定温度时，温控开关 $S$自动跳接到 $c$，使用电器处于保温状态，此时绿色指示灯亮。红灯标有“ $6V1.5W$”、绿灯标有“ $12V3W$”的字样，用电器工作时两灯均正常发光（虚线框内为用电器的加热和保温装置）。请根据以上信息解答下列问题：

（1）电阻 $R_1$的作用。

（2）当用电器处于加热状态时，加热装置 $1\mathit{min}$消耗的电能。

（3）该用电器在保温状态时，保温装置的发热功率和电阻 $R_2$的阻值。

如图甲所示的电路中，电源电压为 $5V$且保持不变，电流表量程为 $0~0.6A$，电压表量程为 $0~3V$， $R_1$为滑动变阻器，由实验得到定值电阻 $R_0$的电流与电压关系的图像如图乙所示，定值电阻 $R_2$的阻值为20欧，在仪表安全工作的情况下：

（1） $R_0$的阻值是多少？

（2）当开关 $S_1$闭合， $S_2$和 $S_3$都断开，调节滑动变阻器 $R_1$使电压表示数为 $3V$时，滑动变阻器 $R_1$接入电路的阻值是多少？

（3）当开关 $S_1$断开， $S_2$和 $S_3$都闭合时，调节滑动变阻器 $R_1$消耗的最大功率是多少？

（4）若更换电源且电源电压恒定，当 $S_1$和 $S_2$都断开， $S_3$闭合时，调节滑动变阻器 $R_1$使电流表示数为 $0.3A$，保持滑动变阻器 $R_1$的阻值不变， $S_1$闭合， $S_2$和 $S_3$都断开时，电压表示数为 $0.5V$，则 $R_1$的阻值是多少？电源电压是多少？

科学家乘科学考察船前往北冰洋进行科学研究，在船的甲板上安装了一台起重机用来吊装科学探测器材。某次起重机用钢丝绳吊着质量为 $50\mathit{kg}$的探测仪，将它浸没在水中对北冰洋的水体进行研究。 $({\rho }_{水}=1.0\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$， $g=10N/\mathit{kg})$

（1）探测仪受到的重力是多少？

（2）先将探测仪放入水面下 $30m$处，探测仪受到水的压强是多大？然后用钢丝绳施加 $300N$的拉力在 $60s$内将探测仪沿竖直方向向上匀速拉到水面下 $10m$处，拉力的功率是多少？

（3）探测仪在使用过程中体积不变，此探测仪的体积是多少？

（4）实验完毕后，起重机将探测仪回收，起重机的起重臂可以简化成粗细均匀、自身重力不计的杠杆，如图所示是探测仪出水后（探测仪出水前后的质量不变）在空中处于静止状态的情景，在液压顶作用下，起重臂 $\mathit{OA}$与水平方向成 $60°$夹角， $O$为支点， $\mathit{OA}$长 $5.4m$，液压顶施加的力 $F$作用于 $B$点并与起重臂垂直， $\mathit{OB}$长 $1.5m$，此时液压顶对起重臂的作用力 $F$是多大？

如图所示是一种自动测定油面高度的装置，电源电压 $U$为 $6V$， $R_1$是最大电阻为 $30\Omega$的滑动变阻器，它的金属滑片 $P$连在杠杆一端， $R_2$是定值电阻，油量表是用量程为 $0~0.6A$的电流表改装而成。 $(\mathit{ABCD}$四点表示四个接线柱，电磁继电器线圈电阻忽略不计）

（1）当油面上升时，电流表示数变大，则导线 $M$应与　　接线柱相连；当油量下降到预设位置时，警示灯亮，滑片 $P$刚好在 $B$处，则导线 $N$应与　　接线柱相连。

（2）当油箱加满油时，滑片 $P$刚好在 $A$处，电流表的示数达到最大值，求电阻 $R_2$的阻值。

（3）在滑片滑动的过程中，求滑动变阻器 $R_1$的最大功率。

新型电饭锅在煮饭时采用“高温”和“低温”两种方式交替加热，其内部电路

如图所示， $R_1$和 $R_2$均为电热丝， $S_1$是温度自动控制开关，高、低温挡的额定功率见下表。煮饭时，闭合开关 $S$，电饭锅正常工作 $30\mathit{min}$消耗的电能为 $0.44\mathit{kW}·h$，求：

（1）煮饭时通过 $R_1$的电流。

（2）电热丝 $R_2$的电阻。

（3） $30\mathit{min}$内 $R_2$消耗的电能。

额定电压		$220V$
额定 功率	低温挡	$440W$
	高温挡	$1100W$