初中物理能量计算题

家用电饭锅中自动开关一般由感温铁氧体组成，将电饭锅的自动开关 $S$按下，电饭锅处于加热状态，当感温铁氧体温度达到 ${103}^{°}\text{C}$时失去磁性，被吸铁块由弹簧弹开，使电饭锅进入保温状态。某家用电饭锅内部电路简化示意图如图甲，某次使用该电饭锅在 $220V$的电压下煮饭过程中，通过的电流随时间变化的图象如图乙。

（1）当锅内温度为 ${100}^{°}\text{C}$时，自动开关 $S$与　　（选填“1”或“2” $)$连接，此时电饭锅处于　　（选填“加热“或“保温” $)$状态。

（2）该电饭锅此次工作30分钟消耗的电能为多少？

（3）电阻 $R_1$与 $R_2$的阻值之比为多少？

（4）若要使该电饭锅的加热功率提高到 $1100W$，可以给电阻 $R_1$并联一个阻值为多大的电阻 $R_3$？

图所示的电路中，定值电阻 $R_0$阻值为 $10\Omega$，电源两端电压为 $3V$并保持不变。闭合开关

$S$，调节滑动变阻器 $R_p$，使电压表示数为 $2V$。

（1）画出实物电路所对应的电路图；

（2）求 $R_p$接入电路的阻值；

（3）求 $R_0$的电功率。

如图甲所示，电源电压为 $6V$恒定不变，滑动变阻器的最大阻值是 $20\Omega$．闭合开关，滑动变阻器消耗的电功率 $P$与滑动变阻器接入电路的阻值 $R$之间的关系如图乙所示。

（1）当滑动变阻器滑片从左端移至右端的过程中，电压表的示数　逐渐增大　（选填“逐渐增大”、“先增大后减小”或“逐渐减小” $)$；

（2）结合图乙数据计算定值电阻 $R_0$的阻值；

（3）当滑动变阻器两次消耗的电功率都为 $0.8W$时，对应滑动变阻器接入电路的阻值 $R_1$和 $R_2$分别是多少？

在如图电路中，电源电压不变， $R_2$为滑动变阻器，只闭合开关 $S$，且变阻器的滑片在 $b$端时，额定功率为 $4W$的灯泡 $L$正常发光，电流表的示数为 $0.5A$：再闭合开关 $S_1$，电流表的示数变化了 $0.4A$．只闭合 $S$，变阻器滑片在 $b$端和 $a$端时，灯 $L$消耗的功率之比为 $4:1$，（灯泡的电阻不随温度变化），求：

（1）电源电压；

（2）电阻 $R_1$的阻值；

（3）电路消耗的最大电功率；

（4）滑动变阻器 $R_2$的最大阻值。

江汉平原，雨量充沛。甲地有一小型水电站，每分钟有 $60m^3$的水从高处流下冲击水轮机的叶轮，带动发电机发电，供乙地使用，水轮机与上游水位的落差为 $20m$。甲、乙两地相距 $20\mathit{km}$，两地间沿直线架设了两条输电线，已知每条输电线每千米的电阻为 $0.2\Omega$．为预防灾情发生，工作人员用简易无人机（只能水平或竖直飞行）进行实时监测。该机有 $A$、 $B$两个电动机，它们消耗的电能都由锂电池提供。其中 $A$电动机带动顶部的螺旋桨工作，提供升力； $B$电动机带动尾部的螺旋桨工作，提供水平推力。无人机飞行时的阻力 $f$与飞行速度 $v$的关系为 $f=0.2v^2$．该机的部分参数见表格。

质量 $\left(\mathit{kg}\right)$	1.25
锂电池的电压 $\left(V\right)$	29.4
锂电池的容量 $(\mathit{mA}·h)$	$1.0\times {10}^4$
最大飞行速度 $(m/s)$	5
$A$电动机消耗的最大功率 $\left(W\right)$	80
$B$电动机消耗的最大功率 $\left(W\right)$	40

（1）若水的机械能有 $70\%$转化为电能，求水电站的发电功率。

（2）现输电线在某处发生短路，为确定短路位置，检修员在甲地利用如图所示的电路进行测量。当电压表的示数为 $1.5V$时，电流表的示数为 $0.5A$．短路位置离甲地的距离是多少米？

（3）当无人机保持一定高度以最大速度沿直线飞行时， $B$电动机消耗的功率最大。求此时 $B$电动机的效率。（不计电动机到螺旋桨传动过程中的能量损耗）

如图，电源电压恒为 $4.5V$，灯泡 $L$上标有“ $3V1.5W$”字样，滑动变阻器 $R_2$上标有“ $15\Omega 1A$”字样，定值电阻 $R_1$阻值为 $10\Omega$，电流表量程为 $0~3A$，电压表量程为 $0~3V$，不计温度对灯丝电阻的影响。

求：（1）灯泡正常工作时电阻为多大；

（2）当开关 $S$、 $S_1$、 $S_2$闭合， $S_3$断开时，电路最小总功率为多大；

（3）当开关 $S$、 $S_3$闭合， $S_1$、 $S_2$断开时，在确保电路元件安全的情况下，滑动变阻器 $R_2$的取值范围。

随着社会的发展，家庭汽车越来越普及。已知某型号小汽车总质量 $m=1200\mathit{kg}$，四个车轮与地面接触面积约为 $6\times {10}^{-2}{m}^2$，在水平路面上匀速行驶时所受阻力恒为重力的0.1倍。求：

（1）小汽车对路面的压强；

（2）小汽车以 $20m/s$的速度在水平路面上匀速行驶时牵引力的功率；

（3）为了保障道路交通安全，交警常常用超声波测速仪来监测车辆的速度。固定在平直道路上的超声波测速仪对着迎面匀速驶来的车辆发出第一个超声波信号后，经过时间 $t_1=0.10s$接收到车辆反射回来的信号；测速仪发出第二个超声波信号后，经过时间 $t_2=0.06s$接收到车辆反射回来的信号。已知超声波在空气中传播的速度

为 $v_0=340m/s$，测速仪连续发出两个信号的时间间隔为 $t_0=0.20s$，则车辆匀速行驶的速度 $v$是多少？（结果保留到小数点后一位）

一般热水器由加热系统、测温系统和控水系统组成。某台电热水器铭牌部分信息已经模糊，如表所示，其测温系统可以简化为如图 $a$所示的电路，电源电压为 $9V$恒定电源， $R_1$为 $4\Omega$定值电阻， $R_2$为热敏电阻，其阻值随温度变化的关系如图 $b$所示。

额定功率
额定电压	$220V$
水箱容积	$60L$
建议使用人数	$3~4$

（1）为估算电热水器的额定功率，关闭其它用电器，让热水器正常工作1分钟，观察电能表，如图 $c$所示，转动了150转，消耗电能　 $\mathit{kW}\cdot h$，则该电热水器的额定功率是　　 $W$。

（2）若已装满水的水箱温度显示 ${75}^{°}\text{C}$时突然停电，但不停水。现有4人要洗浴，正值秋冬季节，需用 ${40}^{°}\text{C}$热水洗浴，通过控水系统将 ${10}^{°}\text{C}$冷水和水箱中热水进行调配，请问每人平均用水量是多少 $L$？（不计热损失）

（3）控温系统某时刻电压表示数为 $4V$，此时水箱中水温是多少？

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。

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： $F=$　　。

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？　　。