初中物理能源与可持续发展计算题

有一质量m=0.1kg，容积V＝1×10^－3m³，横截面积S＝2.5×10^－3m²的圆筒形薄壁容器B（壁厚忽略不计），现注入体积为1/3V的某种液体A后，将其封闭放入水中，且保持竖直漂浮状态，如图甲所示，此时水对容器底部的压强p＝2.8×10³Pa，（容器B内空气质量不计，g取10N/kg）求：

（1）液体A的密度；
（2）若要使容器B恰好竖直悬浮在水中（如图乙所示）注入液体A的体积是多少？

如图所示，将一个体积为1.0×10^-3m³、重6N的木块用细线系在底面积为400cm²的圆柱形容器的底部。当容器中倒入足够的水使木块被浸没时，求：

（1）木块浸没在水中受到的浮力
（2）剪断细线后，木块处于静止时，木块露出水面的体积多大
（3）木块露出水面处于静止后，容器底部所受水的压强减小了多少

将质量为3kg的木块，放入盛有水的水槽中，如图20所示，待木块静止时，其下表面距水面0.06m（g=10N/kg），求：

（1）木块下表面受到的水的压强是多少？
（2）木块受到的浮力是多少？

归纳式探究 $--$探究小球沿过山车轨道的运动

小雨观察到游乐场的过山车可以底朝上在圆形轨道上运动，游客却不会掉下来。他想探索其中的奥秘，做了以下两个探究：

（1）探究一：如图甲所示，小球由 $A$点沿光滑轨道自由运动到 $B$点，小球到达 $B$点的速度 $v$与高度 $h$和小球质量 $m$的关系，数据如表一。

表一：

实验次数	$h/m$	$m/\mathit{kg}$	$v^2/(m^2·s^{-2})$
1	0.2	$2.0\times {10}^{-2}$	4.0
2	0.4	$2.0\times {10}^{-2}$	8.0
3	0.4	$3.0\times {10}^{-2}$	8.0
4	0.8	$2.5\times {10}^{-2}$	16.0

则小球到达 $B$点的速度 $v$与　　有关，且 $v^2=k_1$　　。

探究二：如图乙所示，小球以一定速度从 $B$点沿光滑的竖直圆形轨道运动，恰好通过最高点 $C$．小球在 $B$点的速度 $v$与轨道半径 $r$的关系，数据如表二。

实验次数	$r/m$	$v^2/(m^2·s^{-2})$
1	0.15	7.5
2	0.30	15.0
3	0.45	22.5

则小球在 $B$点的速度 $v$与轨道半径 $r$的关系式为　　。

（3）如图丙所示，将甲、乙两轨道组合后，小球从 $A$点沿光滑轨道自由运动，若 $r=0.4m$，要使小球经过 $B$点后能恰好通过 $C$点，则 $h=$　　。

如图所示，将质量为2kg的正方形物块，放入盛有水的水槽内，待物块静止时，其下表面距水面6cm。求：

（1）物块受到水的浮力大小；
（2）水对物体下表面的压强大小。

密度是0.6×10³kg/m³的木块，体积是2×10^-3m³，把它放入水中处于平衡状态（g取10N/kg）。求：
(1)木块的质量；
(2)木块受到的浮力。

如图甲所示，有一种圆柱形薄壁烧杯，它的底面积为50cm²，烧杯自重1.2N，置于水平桌面上，在烧杯内倒入200mL的盐水时，杯底所受盐水的压强为440pa。（g=10N/kg）。求：

（1）烧杯内盐水的密度；
（2）烧杯对桌面的压强；
（3）如图乙所示，把一个鸡蛋轻轻放入盐水中，鸡蛋刚好悬浮，液面上升到250mL刻线处，求鸡蛋的重力。

"共享单车"普及后。王老师由原来开汽车上班改成骑"共享单车"上班，如图所示的"共享单车"，它具有GPS定位功能，方便人们用手机寻找到附近"共享单车"的具体位置，它的前货仓底板是一个太阳能电池板，为GPS功能供电。

（1）太阳能电池板工作时，把光能转化为 　 　能。GPS工作是靠 　 　来实现定位的。

（2）王老师上班骑车的平均速度为15km/h，骑行时间为20min，比以前开汽车走相同的路上班要减少二氧化碳排放多少千克？（王老师开汽车上班的油耗为10L/100km，燃烧IL汽油要排放二氧化碳2.4kg。）

如图所示，已知重为10N的长方体木块静止在水面上，浸入在水中的体积占木块总体积的4/5（g取10N/kg）。

（1）求木块所受到的浮力大小；
（2）若木块下表面所处的深度为0.2米，求木块下表面受到水的压强；
（3）若要将木块全部浸没水中，求至少需要施加多大的压力。

太阳能热水器深受广大用户的青睐，如图是雅典牌太阳能热水器．问：

（1）与其它形式的能量相比，太阳能具有哪些优点？（写出两点即可）
（2）该热水器注满水时，水的总质量是140kg，如果这些水吸收了2.94×10⁷J的太阳能，它的温度会升高多少摄氏度？[C_水=4.2×10³J/（kg•℃）]．

当今太阳能热水器已经在广安城乡用得非常普遍了，如图所示。已知某太阳能热水器在冬季有效日照时段里，能将 $8^{°}\text{C}$、 $100L$水加热到 ${38}^{°}\text{C}$．请解答： $[$水的比热容为 $4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{·}^{°}\text{C}\right)$，水的密度为 $1.0\times {10}^3\mathit{kg}/m^3]$

（1）太阳能属于　　能源？（选填“一次”或“二次” $)$

（2）热水器中水的质量是多少？

（3）在此过程中，水吸收了多少热量？

（4）若此期间太阳辐射到热水器的热量为 $4.2\times {10}^{7}J$，则该热水器的效率是多少？

某地区利用当地丰富的太阳能资源发电，供生产生活使用。

（1）太阳能发电有很多优点，但也存在一些不足，请写出一个不足之处。

（2）小明家将太阳能转化的电能储存到电源中，给热水壶和电暖气供电。开关 $S$控制电路中所有用电器，开关 $S_1$控制热水壶的加热电阻 $R_1$、 $($“ $220V484W$” $)$，开关 $S_2$控制电暖气的加热电阻 $R_2($“ $220V2420W$” $)$。闭合所有开关， $R_l$、 $R_2$同时工作， $R_1$每分钟放出 $2.4\times {10}^{4}J$的热量，求 $R_2$的实际功率。 $(R_1$和 $R_2$的阻值不随温度变化）

（3）已知在一段时间内，垂直于太阳光的 $1m^2$面积上每1秒接收的太阳能为 $500J$；如图所示，太阳光与水平面夹角为 $60°$，面积为 $4m^2$时的太阳能电池板竖直放置。太阳能电池板将太阳能直接转化为电能的效率为 $20\%$．求1分钟内通过该太阳能电池板获得的电能。

用同种金属制成质量相等的实心金属球和金属盒各一个，把球放在封闭的盒内，它们恰好悬浮在水中，若把球与盒用细线相连，在水中静止时仍有的体积露出水面，此时绳的拉力为20N．求：
（1）金属的密度；
（2）空心金属盒的体积；
（3）剪断绳子，静止时金属盒露出水面的体积是多少？

如图所示，不计外壁厚度且足够高的柱形容器置于水平桌面上，容器的底面积为150cm²．现将一边长为0.1m、质地均匀的正方体物块放在容器底部，当缓慢持续地向容器中注入400cm³的水时，物块对容器底部的压力恰好为零．求：

（1）水对容器底部的压强是多少？
（2）物块受到水的浮力是多少？
（3）再次向容器中缓慢注水，当容器中水的深度达到12cm时停止注水，第二次注入水的质量是多少？

2014年10月为黄石市“中小学科技体育艺术月”，某中学九年级兴趣小组进行了三项物理实践，请根据所给的条件进行计算。
（1）小红同学想估测自己站立时对地面的压强，她双脚站立在一放方格纸上，整个脚印范围都与纸面接触，其中一只鞋底的轮廓如图甲所示，已知图中方格的变成为2cm，小红同学的质量为40kg，g取10N/kg，请估算小红同学站立时对地面的压强。

（2）小明同学想测量自己快速上楼时克服重力做功的功率，他快速的从一楼到到五楼，共用时21S，已知小明同学的质量为50kg，每层楼高为3cm，g取9.8N/kg，请计算小明同学快速上楼过程中克服重力做功的功率。
（3）大鹏同学想研究浮力问题，如图乙，一只粗细均匀的圆柱体蜡烛，长度L为17cm，底部粘有小石块，将它竖直放入水中静止，露出水面的长度h为1cm，现点燃蜡烛。问：蜡烛是否能够烧完，若能，请说明理由；若不能，请求出最后剩余的长度。（已知ρ_蜡=0.9×10³kg/m³，ρ_水=1.0×10³kg/m³）