初中物理能量计算题

随着人们生活水平的提高，小汽车已普遍进入我们的家庭。小明家的小汽车空载总重 $2\times {10}^{4}N$，车轮与地面接触总面积 $0.2m^2$．“五一”节小明和爸爸驾车出去旅游，汽车在一段平直且限速 $120\mathit{km}/h$的高速公路上匀速行驶 $15\mathit{km}$，消耗汽油 $2L$，发动机实际输出功率为 $50.4\mathit{kW}$，汽油机效率为 $35\%$（假如汽油完全燃烧 ${\rho }_{\mathit{汽油}}=0.8\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$； $q_{\mathit{汽油}}=4.5\times {10}^{7}J/\mathit{kg}$； $1L={10}^{-3}{m}^3)$。请你帮小明解决下列问题：

（1）汽车空载静止时对水平地面的压强有多大？

（2） $2L$汽油完全燃烧能放出多少热量？

（3）汽车在这段路面行驶过程中，受到的阻力是多大？小明的爸爸是否在超速驾驶？

如图所示，放在水平桌面上的正方体物块 $A$的密度为 $2.5\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$，边长为 $0.2m$；物体 $B$所受的重力为 $18N$，用水平向左的拉力 $F$匀速拉动物块 $A$，使物体 $B$在 $2s$内竖直向上移动了 $0.4m$。物块 $A$受到的摩擦力为它的重力的0.1倍，动滑轮所受重力为 $4N$，不计绳重及滑轮的摩擦， $g=10N/\mathit{kg}$。求：

（1）物块 $A$的质量；

（2）物体 $A$对桌面的压强；

（3）利用动滑轮提升物体 $B$的机械效率；

（4）拉力 $F$的功率。

一个额定功率为 $2000W$的电热水壶，连续加热 $210s$，可使壶内 $2\mathit{kg}$的水温度升高 ${45}^{°}\text{C}$，已知 $c_{水}=4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{\circ }\text{C}}\right)$，求：

（1）此过程电流所做的功；

（2）此过程电热水壶的热效率。

汽车的发动机工作时，吸入汽缸的汽油和空气的比例，决定了汽车的动力性能和经济性能。某汽车四冲程汽油发动机的汽缸总排量为 $2L$（发动机每个工作循环吸入或排出的流体体积称为汽缸排量），发动机工作时，吸入汽缸的是由汽油和空气所形成的混合物，混合物的密度 $\rho =1.44\mathit{kg}/m^3$，汽油和空气的质量比为 $1:15$，汽油的热值 $q=4.5\times {10}^{7}J/\mathit{kg}$。如果发动机曲轴在 $1\mathit{min}$转动 $3\times {10}^3$转，发动机的效率为 $40\%$，那么，在这种情况下：

（1）汽车在 $1\mathit{min}$做的有用功是多少？

（2）汽车在平直的公路上匀速行驶时受到的阻力为 $f=3\times {10}^{3}N$，汽车行驶的速度是多少？

调光台灯实际上是一个电灯与一个滑动变阻器串联，其原理可简化为如图所示的电路，灯 $L$标有“ $12V12W$”字样，滑片 $P$从 $d$转到 $a$的过程中： $d$点时可断开电路； $c$点时刚好接通电路； $b$点时灯刚好开始发光； $a$点时灯恰好正常发光。电源电压恒定不变，灯丝电阻不变。求：

（1）电源电压及灯丝的电阻各多大？

（2）转动滑片 $P$，使滑动变阻器接入电路的电阻为 $8\Omega$时，灯消耗的实际功率多大？

（3）若 $\mathit{bc}$的长度为 $\mathit{ac}$长的 $\frac{1}{7}$，灯丝电流增大到额定电流的 $\frac{1}{10}$时灯刚好开始发光，则滑动变阻器的最大阻值多大？

某学校教学楼有一额定电压为 $220V$ 的电热水器，它的工作电路如图所示，已知电阻 $R_2=217.8\Omega$，电源电压保持 $220V$不变，当 $S_1$、 $S_2$均闭合时，电热水器处于加热状态，消耗的功率为 $2\mathit{kW}$．只闭合 $S_1$，电热水器处于保温状态。求：

（1）电阻 $R_1$的阻值；

（2）电热水器处于保温状态消耗的功率；

（3）电热水器处于加热状态时，将 $5\mathit{kg}$水从 ${18}^{°}\text{C}$加热到 ${98}^{°}\text{C}$所需的时间 $[$不计热损失，水的比热容为 $4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{·}^{°}\text{C}\right)]$。

同种材料制成的两个实心正方体 $A$、 $B$，密度均为 $\rho$，他们的重力分别为 $G_A$、 $G_B$，如图1放在水平桌面上静止时，两个物体对桌面的压强分别是 $p_A$、 $p_B$；如图2所示，匀速提升浸没在水中的 $A$物体，匀速提升过程中 $A$物体一直没有露出水面，此时滑轮组的机械效率为 $75\%$，已知动滑轮重为 $G$动，且 $G_{动}:G_A:G_B=1:4:32$，滑轮组工作中不计绳子摩擦及绳重。求：

（1）水平桌面压强之比 $p_A:p_B$是多少？

（2）正方体材料的密度是多少？

如图所示的电路图中，电源电压恒为 $9V$，电阻 $R_1=5\Omega$， $R_2=10\Omega$，开关 $S$闭合后，求：

（1）电流表 $A_2$的示数

（2）通过电阻 $R_1$、 $R_2$的电流在 $100s$内做的功

如图所示，某人通过滑轮组将深井中的物体拉至井口。已知物体在 $10s$内被提升了 $2m$，物体所受重力 $G=720N$，人对绳子水平向右的拉力 $F=300N$．求：

（1）物体上升的速度；

（2）人匀速拉动绳子的功率；

（3）人拉起货物时的机械效率。

未来的广元将是全国绿色生态康养城市之一，提倡大家低碳出行，电动汽车比燃油汽车低碳环保并且能源利用率高，是今后交通工具的发展方向。某款新型家用四轮电动汽车质量为 $0.6t$，每个轮胎与地面接触面积为 $20c{m}^2$，汽车蓄电池提供电压 $150V$，电动机正常工作时电流为 $10A$，使汽车获得 $240N$的牵引力，保证汽车以 $18\mathit{km}/h$的速度在水平路面上匀速行驶， $g$取 $10N/\mathit{kg}$，求：

（1）汽车静止时对地面的压强；

（2）汽车匀速行驶 $5\mathit{min}$克服摩擦阻力所做的功；

（3）电动机正常工作时，电能转化为机械能的效率。

小明的奶奶住在农村，她家的过道灯泡在深夜时很容易烧坏。为解决这一问题，小明设计了如图所示的电路，灯泡 $L_1$和 $L_2$都是“ $220V40W$”。（设灯泡的电阻不变，电源电压变化忽略不计）

（1）要使灯泡 $L_1$正常发光，开关 $S$和 $S_1$的闭合情况是怎样的？

（2）断开 $S_1$，闭合 $S$，让两灯都发光，深夜灯泡不容易烧掉，请计算电路的总电阻 $R_L$和此时 $L_1$的实际功率。

家用电磁炉以其高效、节能成为新一代智能灶具，小明在家中关闭其他所有用电器，在只有“ $220V$ $2\mathit{kW}$”的电磁炉正常工作的情况下：

（1）在标准大气压下，给锅内 $5\mathit{kg}$、 ${20}^{°}\text{C}$的水加热到沸腾，水吸收了多少热量？ $\left[c_{水}=4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{\circ }\text{C}}\right)\right]$

（2）假设电磁炉消耗的电能全部转化成水吸收的热量，则把上述水烧开需要多长时间？

如图甲是使用汽车从湖水中打捞重物的示意图。汽车通过定滑轮牵引水下一个圆柱形重物，在整个打捞过程中，汽车以恒定的速度 $v=0.2m/s$向右运动。图乙是此过程中汽车拉动重物的拉力 $F$随时间 $t$变化的图象。设 $t=0$时汽车开始提升重物，忽略水的阻力、绳重和滑轮的摩擦， $g$取 $10N/\mathit{kg}$。求：

（1）重物露出水面前，汽车拉重物的功率；

（2）湖水的深度；（整个过程中，湖水深度不变）

（3）圆柱形重物的密度。

如图所示，定值电阻 $R_0=10\Omega$，滑动变阻器 $R$的最大阻值为 $20\Omega$，灯泡 $L$上标有“ $3V0.6W$”的字样。只闭合开关 $S$、 $S_1$，并把 $R$的滑片移到最右端，电流表的示数为 $0.1A$。

（1）电源电压为多少？

（2）若三个开关都闭合， $R$的滑片移到最左端，此时电路的总功率为多少？

通过《电阻的测量》一节后面的“想想做做”，我们知道小灯泡的电阻会随着小灯泡两端电压的变化而不同，如图甲所示是通过小灯泡 $L$和电阻 $R$的电流随它们两端电压变化的图象，将它们按如图乙所示接入电路中，闭合开关 $S$时，小灯泡的实际功率为 $P_1=1W$，求：

（1）电源电压 $U$；

（2）再闭合开关 $S_1$后电流表的读数 $I_2$；

（3）再闭合开关 $S_1$后电路消耗的总功率 $P$。