初中物理能量计算题

2018年10月24日，港珠澳大桥正式建成通车。如图所示，一辆汽车行驶在其中一段长 $15\mathit{km}$的直桥上，已知：汽车的总质量为 $1.5t$（包括车、车上的人和物品等），轮胎与地面的总接触面积为 $0.2m^2$，汽车以 $90\mathit{km}/h$的速度匀速通过大桥的这一段路段，行驶过程中受到的阻力为 $900N$． $(g$取 $10N/\mathit{kg})$，求：

（1）汽车静止在水平地面时对地面的压强；

（2）此过程中汽车牵引力所做的功；

（3）此过程中汽车牵引力做功的功率。

小强用如图所示装置在 $10s$内将重为 $450N$的货物匀速提升 $2m$，此过程中拉力 $F$的功率为 $120W$。

求：

（1）提升装置所做的有用功；

（2）拉力 $F$做的功；

（3）该滑轮组的机械效率。

丽水白云森林公园位于市区北面，空气新鲜，风景优美。小科同学经常沿公园内的盘山公路快步行走，锻炼身体。

小科同学重力为500牛，从白云山下步行到离出发点100米高度处，需克服自身重力做多少功？

质量为 $2.5t$的小型载重汽车，额定功率为 $100\mathit{kW}$，车上装有 $5t$的砂石，已知汽车在平直公路上匀速行驶时所受阻力是汽车总重的0.1倍，汽车先以 $10m/s$的速度在平直公路上匀速行驶到山坡底，消耗汽油 $2\mathit{kg}$，然后又以额定功率行驶 $100s$的时间，将砂石从坡底运送到 $50m$高的坡顶施工现场 $(g=10N/\mathit{kg})$，求：

（1） $2\mathit{kg}$的汽油完全燃烧放出多少热量？（汽油的热值取 $4.5\times {10}^{7}J/\mathit{kg})$

（2）汽车在平直公路上匀速行驶的功率为多少？

（3）汽车从坡底向坡顶运送砂石的机械效率是多少？

太阳能是21世纪重点开发利用的能源之一，如今太阳能热水器已走进了千家万户。如图，某家庭太阳能热水器接收太阳能总有效面积为 $2m^2$， $1m^2$面积上 $1h$接收到的太阳能平均为 $2.52\times {10}^{6}J$，若阳光照射该热水器 $5h$，可以使质量为 $80\mathit{kg}$的水温度升高 ${30}^{°}\text{C}$， $[c=4.2\times {10}^{3}J/(\mathit{kg}{·}^{°}\text{C})$， $q_{\mathit{干木柴}}=1.2\times {10}^{7}J/\mathit{kg}]$，求：

（1）水吸收的热量。

（2）若这些水吸收的热量全部由燃烧干木柴来提供，需要完全燃烧多少千克干木柴（假设干木柴完全燃烧放出的热量全部被水吸收）。

（3）该太阳能热水器的效率及开发利用太阳能的优点。

如图所示，斜面长 $s=1.5m$，高 $h=0.3m$。建筑工人将重 $G=500N$的货物箱，用绳子从地面匀速拉到顶端时，沿斜面向上的拉力 $F=150N$．忽略绳子重力。求：

（1）该过程拉力 $F$做的功；

（2）该装置的机械效率；

（3）货物箱在斜面上受的摩擦力大小。

如图是工人利用滑轮组提升重为 $810N$物体的示意图，某段过程中物体匀速上升的速度为 $0.1m/s$，工人拉力 $F$的功率为 $90W$，物体上升 $10s$拉力 $F$克服滑轮组的摩擦做的功是 $60J$，不计绳重。求：

（1）工人拉绳子的速度；

（2）滑轮组的机械效率；

（3）滑轮组中的动滑轮的重力。

小雨用滑轮组提升重物。每个滑轮等重，不计绳重、摩擦和水的阻力。请画出与解题过程相应的受力分析示意图。

（1）物体 $A$的质量为 $50\mathit{kg}$，求物体 $A$的重力是多少？

（2）如图甲所示，小雨对绳子自由端的拉力为 $150N$时，地面对物体 $A$的支持力是 $100N$． 为了提起物体 $A$，他增加了滑轮个数，组装了如图乙所示的滑轮组，并利用它将物体 $A$在空气中匀速提升了 $2m$，求小雨做的功是多少？

$\left(3\right)$小雨用图乙所示的滑轮组，将另一密度为 $l.5\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$的物体 $B$从某液体中匀速向上拉至空气中，拉力 $F$随时间 $t$变化的图象如图丙所示。已知 $F_2$与 $F_1$之差为 $50N$，在空气中提升 $B$时滑轮组的机械效率为 $75\%$．求液体密度是多少？

按照规定，我国载货车辆的轮胎对地面的压强应控制在 $7\times {10}^5\mathit{Pa}$以内。某型号货车部分参数如表所示。王师傅在执行一次运输任务时，开着装满沙子的货车在一段平直的公路上匀速行驶 $15\mathit{km}$。 $(g$取 $10N/\mathit{kg}$，沙子的密度为 $2.4\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$，燃油的热值为 $4.5\times {10}^{7}J/\mathit{kg})$

自重	$6\times {10}^{4}N$
车轮个数	10
每个轮胎触地面积	$3\times {10}^{-2}{m}^2$
车厢容积	$10m^3$

请解答该货车在本次运输过程中的下列问题：

（1）通过计算判断该货车是否超载？

（2）货车在这段公路上行驶时所受阻力为车总重的0.02倍，这段时间内货车牵引力所做的功是多少？

（3）货车在这一过程中消耗燃油 $4\mathit{kg}$，其热机效率是多少？

2017年5月18日，中国科学家首次在南海试采可燃冰取得圆满成功，实现了我国天然气水合物开发的历史性突破。可燃冰清洁无污染，储量巨大，是一种非常理想的新型能源。可燃冰的热值很大，是天然气热值的10倍以上，若按15倍计算。 $[c_{水}=4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{\circ }\text{C}}\right)$，天然气的热值 $q=7.0\times {10}^{7}J/m^3]$求：

（1）体积为 $0.01m^3$的可燃冰完全燃烧放出的热量为多少？

（2）若这些热量的 $90\%$被质量为 $100\mathit{kg}$的水吸收，则水升高的温度是多少？

如图20是某电蒸锅的内部简化电路图,R ₁、R ₂均为发热电阻,R ₁的阻值为484Ω,加热档功率为1200 W。用此电蒸锅对质量为1.2 kg的水加热使其温度升高75℃,需要的时间为375 s,已知c _水=4. 2×10 ³J/(kg●℃)。

求:

(1) 保温档的功率。

(2)电阻R ₂的阻值。

(3)电蒸锅的加热效率。

小明家新买来一台容积为 $80L$的天然气热水器。小明学习了热效率的知识后，尝试估测该热水器的热效率，他把“进水量”设置为 $40L$，“出水温度”设置为 ${40}^{°}\text{C}$后，开始加热。当水温达到 ${40}^{°}\text{C}$时，自动停止加热。已知当时自来水的温度是 ${20}^{°}\text{C}$，加热前天然气表的示数为 $129.96m^3$，停止加热后变为 $130.06m^3$，天然气的热值 $q_{\mathit{天然气}}=4.2\times {10}^{7}J/m^3$，水的比热容 $c_{水}=4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{\circ }\text{C}}\right)$， $1L={10}^{-3}{m}^3$．求：

（1）水箱中水的质量；

（2）水箱中水吸收的热量；

（3）该热水器的热效率。

小雨通过如图甲所示滑轮组将水中物体匀速提升至空中，他所用拉力 $F$与绳子自由端移动的距离 $s$的关系图象如图乙所示。其中物体在空中匀速上升过程中滑轮组的机械效率为 $85\%$．每个滑轮等重，不计绳重、摩擦和水的阻力。求：

（1）物体在空中上升 $1m$，小雨做的功是多少？

（2）每个滑轮的重力是多少？

（3）物体的密度是多少？

如图所示为一辆“东风”运油车，车自身质量 $7000\mathit{kg}$，罐体有效容积 $8m^3$，设计最高时速 $90\mathit{km}/h$，完成一次运输任务后，该车沿平直路面匀速行驶，从距驻地 $45\mathit{km}$处的加油站以最快速度返回，若返回途中运油车受到的牵引力大小是 $1.0\times {10}^{4}N$，运油车全部轮胎与地面的接触面积为 $0.35m^2$，取 $g=10N/\mathit{kg}$，通过计算回答：

（1）该运油车返回驻地用了多少时间？

（2）此时运油车对地面的压强多大？

（3）返回途中牵引力做了多少功？

我国自主研发的“蛟龙4500”深海潜水器的质量是 $2\times {10}^4\mathit{kg}$，长度有8米，高为3.5米，宽度是3米。潜水器被轮船上的机械牵引出水面时的情景如图所示。 $(g=10N/\mathit{kg})$问：潜水器离开水面沿竖直方向匀速上升12米。

（1）牵引机械对潜水器的拉力有多大？

（2）牵引机械对潜水器所做的功是多少？

（3）假如牵引机械提升时间为2分钟，牵引机械的功率应为多少？