初中物理能量计算题

2019年4月15日起正式实施电动自行车新国家标准，小金买了一辆按新国标生产的电动自行车（如图），部分参数如表所示，已知小金质量为60千克，假定电动自行车在水平骑行过程中受到的阻力始终为总重的0.08倍。

项目	参数
最高车速（千来 $/$小时）	25
整车质量（千克）	40
电动自行车最大功率（瓦 $)$	400

（1）车轮上刻花纹的目的是　　；

（2）小金在水平地面骑行时，车轮与地面的总接触面积为50厘米 ${}^2$，则骑行的电动自行车对地面产生的压强是多少帕？

（3）小金在水平公路上骑电动自行车，匀速行驶10千米过程中克服阻力做了多少功？

（4）若小金骑行过程中电动车以最大功率输出，匀速行驶时的车速为多少？

三峡升船机是目前世界上技术最难、规模最大的升船机。过往船只驶入升船机中装满水的船厢后，可以竖直升降，大大缩短船只过坝的时间，为了确保运行的安全性，工程师们建造三峡升船机前设计、比对了多种升降船厢的方式。"水力浮筒式"也是其中一种受到广泛关注的升降船厢方式，下图是它的工作原理图。当进水阀关闭、排水阀打开时，竖井中水位下降，两个相同的浮筒也随之下降，船厢就会上升；反之船厢就会下降。

已知船厢装满水后船厢和水的总质量为1.55×10 ⁷kg，每个浮筒的质量为1.8×10 ⁷kg，求：

（1）若升船机承载着装满水的船厢匀速竖直下行100m，则重力对船厢和船厢里的水做的功共是多少J？

（2）当质量为2×10 ⁶kg的船只驶入装满水的船厢，船厢上升到与上游水位相平时（即图中所示位置），进水阀、排水阀都关闭，此时每个浮筒排开水的体积是多少m ³？（不计钢绳和滑轮的重力及摩擦）。

最近我市出现了许多共享电动汽车，这种新型低碳的交通工具，深受市民的喜爱。某品牌电动汽车的部分参数如表所示。请回答：

电池容量 $(\mathit{kW}·h)$	22
车载充电器输入电压 $\left(V\right)$	220
车载充电器输入电流（A）	16
电能转化为机械能的效率	$70\%$

（1）如图1所示，租车时，租赁者只要将租车卡靠近电动汽车上的感应器，感应器即能读取卡中的信息，将车解锁。刷卡所用的原理是　　。

（2）某次启动后，汽车显示屏上出现了如图2所示的输出电压与电流，求此时电动汽车的输出功率为多少瓦？

（3）根据表中的数据，将已经耗完电能的电池充满，理论上需要多少时间？充满电后，该车在水平地面上匀速行驶的最大距离为140千米，则行驶时该车受到的阻力为多少牛。

如图甲是我市一款按租用时间收费的共享电动汽车。五一期间，小柯一家租用电动汽车去旅游，从租车点到目的地，手机导航显示行驶72千米，共花去租车费45元。如表是该车与某型号燃油汽车部分项目比较表。

项目	电动汽车	某型号燃油汽车
空载质量（吨 $)$	0.8	1.5
每个轮胎与水平地面接触面积（厘米 ${}^2)$	50	80
工作时尾气排放情况	0	燃烧1升汽油排放2.4千克二氧化碳
每百公里油耗	$/$	10升
租车或燃油价格	0.5元 $/$分钟	6.2元 $/$升
续航里程（公里）	200	$500--600$

（1）当该电动汽车空载停在水平地面上时，求汽车对地面的压强

（2）电动汽车载着小柯全家（人和行李共200千克）从一坡底行驶到坡顶，如乙图。求在该过程中，汽车电动机克服重力所做的功。

（3）若小柯全家驾驶表中的燃油汽车行驶72千米，所需油费　　元，汽车排放二氧化碳　　千克

（4）分析（3）题数据，小柯认为他们没有必要租用电动汽车，因为没有给家庭带来经济上的节约。对小柯的这种想法，你如何评价并说明理由。

为节约用水,小华为农场的储水箱设计了一个自动抽水控制装置。如图21,水箱高为1 m,容积为

0.8 m³。在空水箱底部竖直放置一重5 N的长方体，长方体高为1m、底面积为0.02m²，上端通过绝缘轻杆

与控制电路的压敏电阻R接触,此时压敏电阻受到的压力为零。压敏电阻R的阻值随压力F的增大而减

小，部分数据如下表。控制电路电源电压U=12 V,定值电阻R₀为保护电阻。当控制电路的电流I≥0.5 A

时,电磁铁将衔铁吸合,工作电路断开,水泵停止给储水箱抽水。

(1)若水泵的额定功率为440 W,正常工作时通过的电流是多少？

(2)要使储水箱装满水时水泵恰能自动停止工作，R₀应为多少？

(3)从水箱顶部给空水箱注满水的过程中，水的重力所做的功是多少？

压力F/N	180	185	190	195	200
压敏电阻R/Ω	18	17	16	14	12

小华到商厦看到载货电梯后，对其结构和工作原理产生了浓厚的兴趣，他通过查阅资料了解到，电梯是通过电动机带动钢丝绳，利用滑轮组来提升货物，其机械部分结构如图甲所示，某次工作电梯在25s内将质量为500kg的重物匀速提升15m，电动机对钢丝绳的拉力为F＝3×10³N，为了安全，电梯设置有超载自动报警系统，其控制电路工作原理如图乙所示，已知电源电压U＝8V，保护电阻R₁＝100Ω，电阻式压力传感器（压敏电阻）R₂的阻值随压力F大小变化如图丙所示，求：

（1）提升物体的有用功率；

（2）滑轮组的机械效率；

（3）当电流表示数达到20mA时，电梯会发出超载警报声，该电梯承载的物重应小于多少N？

为提高垃圾分类效率，小科设计了如图甲所示的垃圾分类机器人。它捡起垃圾时，会快速从垃圾上取出标准规格的样品。通过机械手上的探针检测样品的电阻大小来识别垃圾的类别，并投入相应的垃圾桶。该机器人检测电路如图乙所示。各类垃圾样品的电阻参考值如下表。

样品电阻值 $/\Omega$	垃圾类别
小于10	金属
$10-30$	餐厨
大于30	其他

（1）机器人通过摄像头获得二维码倒立、缩小的像来识别垃圾桶。下列物体成像原理与其相同的是　。

$A$．平面镜

$B$．照相机

$C$．放大镜

$D$．眼球

（2）机器人从某块垃圾上取样检测时。检测电路电压表读数为1伏，检测时间为0.1秒。

①通过计算说明应将该垃圾放入图丙中哪个垃圾桶。

②该次检测电阻过程中，检测电路消耗的电能为多少？

（3）机器人将重1牛的垃圾举高70厘米后再水平移动3米，放入相应的垃圾桶。该过程中机器人至少对垃圾做了多少功？

十八世纪，瓦特发明的冷凝器蒸汽机，推动了人类第一次工业革命。如图为利用瓦特蒸汽机提升物体的工作示意图，蒸汽机的工作原理为：打开阀门 $A$、关闭阀门 $B$，高压蒸汽进入汽缸，推动活塞上行。当活塞到达汽缸顶部时，关闭阀门 $A$、打开阀门 $B$，蒸汽进入冷凝器，汽缸内压强减小，活塞下降。如此循环往复。

（1）蒸汽推动活塞上行过程中，能量转化是　　。

（2）蒸汽机活塞上行过程与汽油机的　　冲程相似。

（3）蒸汽机工作时，汽缸内部压强为 $1.1\times {10}^6$帕，若活塞面积为0.1米 ${}^2$，则活塞受到蒸气的压力是多少？

（4）蒸汽机活塞往复运动，通过杠杆和定滑轮对重物做功。若物体质量为200千克，活塞每次上升高度为0.6米，则活塞上升一次蒸汽机对物体做了多少有用功？假设活塞每分钟向上运动100次，该蒸汽机对物体做有用功的功率为多少？

小伟家的电热饮水机通过旋钮开关可以实现加热和保温两个挡位的切换。小伟查阅资料得到饮水机的部分信息如表。饮水机正常加热 ，可将质量为 的水从 加热到沸腾（标准大气压），然后转入保温状态。请你结合小伟的调查研究，解决下列问题：

（1）在图中虚线框内画出导线、电阻 和电阻 三个元件的符号，将饮水机的电路图连接完整。（旋钮开关位于 、 点，表示 与 接通）

（2）加热过程中，饮水机的加热效率。 水的比热容

额定电压	220
加热功率	1000
保温功率	100
电阻	435.6
电阻	48.4

图甲为小阳家的电热水瓶，图乙是其电路原理图， $R_1$和 $R_2$为阻值不变的电热丝， $R_1=44\Omega$， $R_2=1166\Omega$， $S_1$为温控开关，可以实现“加热”和“保温”态的转换。为了测量电热水瓶的实际电功率，小阳找来了一块标有“ $2000\mathit{revs}/(\mathit{kW}·h)$”字样的电能表，在电热水瓶中加入 $1L$温度为 ${20}^{°}\text{C}$的水后，把它单独通过电能表接入家庭电路中，将水加热到 ${56}^{°}\text{C}$，用了 $3.5\mathit{min}$。小阳根据电能表的参数和转盘转数，计算出电热水瓶的实际电功率为 $900W$（水的比热容 $c_{水}=4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{\circ }\text{C}}\right))$。

求：（1）水吸收的热量是多少？

（2）电热水瓶正常工作时保温功率是多少？

（3）在给水加热的过程中，电能表的转盘转了多少转？

（4）电热水瓶的加热效率是多少？

多功能养生壶具有精细烹饪、营养量化等功能，深受市场认可和欢迎。图乙是某品牌养生壶简化电路图。 $({\rho }_{水}=1\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$， $c_{水}=4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{\circ }\text{C}}\right)$， $g=10N/\mathit{kg})$

（1）开关 $S_1$、 $S_2$处于什么状态，养生壶为高温挡，说明判断依据；

（2）求 $R_1$的阻值；

项目	参数
电源电压 $\left(V\right)$	220
低温挡功率 $\left(W\right)$	275
中温挡功率 $\left(W\right)$	550
高温挡功率 $\left(W\right)$	1100
容积 $\left(L\right)$	1

（3）养生壶处于低温挡工作时，求电路中的电流大小；

（4）在标准大气压下，使用高温挡将初温是 ${12}^{°}\text{C}$的一壶水烧开，若养生壶高温挡加热效率为 $80\%$，求水吸收的热量和烧开一壶水需要的时间。

一位设计师设计了一种"重力灯"。无论你在地球哪一个角落，无论当地的天气如何，它都可以实现照明。如图甲是这种"重力灯"的结构简化图，当重物下落时拉动绳子，转轴转动时，小灯泡就可以发光。重复以上操作，可以实现长时间照明。现挂上一个质量为 $25\mathit{kg}$ 的重物，该重物恰好可以缓慢匀速下落。在重物下落高度为 $2.4m$ 的过程中，就可以供一个标有" $3.6V1W$ "字样的 $\mathit{LED}$ 灯持续正常发光 $4\mathit{min}$ 。 $(g$ 取 $10N/\mathit{kg})$

（1）甲图虚线框内一定有 　　，它的工作原理是 　　。

（2）求重物下落时，重力做功的功率。

（3）求重物在一次下落过程中，甲图装置能量转化的效率。

（4）取下灯泡，将甲图装置的两个输出端接入乙图中的 $a$ 、 $b$ 两个接线柱进行实验（设该装置在短时间实验过程中可以稳定输出 $3.6V$ 电压）。 $R_0$ 为标有" $5\Omega 0.3A$ "的定值电阻，滑动变阻器 $R_1$ 标有" $50\Omega 1A$ "，电流表选择量程为 $0~0.6A$ ，电压表选择量程为 $0~3V$ 。为了保证电路安全，求滑动变阻器接入电路的阻值变化范围。

空气炸锅，因其烹制食物脂防含量低，美味酥脆，无油烟味，深受广大市民青睐。如图甲所示，为某品牌空气炸锅，其发热元件为两个电阻。 $R_1=50\Omega$， $R_2=200\Omega$．额定工作电压为 $220V$，内部电路可简化为图乙所示电路，当开关 $S_1$闭合，开关 $S$接 $b$端时为高温挡；开关 $S_1$闭合，开关 $S$断开时为中温挡。

（1）中温挡正常工作时，求流过电阻 $R_2$的电流。

（2）高温挡正常工作时，求电阻 $R_1$、 $R_2$消耗的总功率。

（3）若用此空气炸锅加工薯条，原料薯条温度为 ${20}^{°}\text{C}$，炸熟至少需要达到 ${170}^{°}\text{C}$，求一次炸熟 $200g$薯条需要吸收的热量。 $c_{\mathit{薯条}}$取 $3.63\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{°}\text{C}\right)$

（4）若使用空气炸锅高温挡完成以上烹制，空气炸锅电能转化为热能效率为 $75\%$，求烹制一次薯条需要的时间。

图甲是海上打捞平台装置示意图，使用电动机和滑轮组将实心物体 $A$从海底竖直向上始终以 $0.05m/s$的速度匀速吊起，图乙是物体 $A$所受拉力 $F$随时间 $t$变化的图象（不计摩擦、水的阻力及绳重，忽略动滑轮受到的浮力， ${\rho }_{水}=1.0\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$． $g=10N/\mathit{kg})$。请解答下列问题：

（1）物体 $A$的体积是多少？

（2）物体 $A$完全浸没在水中时滑轮组的机械效率为 $80\%$，当物体 $A$完全离开水面后，滑轮组的机械效率是多少？

（3）当物体 $A$完全离开水面后，电动机两端电压为 $380V$，通过的电流为 $5A$，电动机线圈的电阻为多少？（不计电动机内部摩擦）

百善孝为先，我们可以从点点滴滴的小事做起。佳佳将自己的压岁钱省下来给奶奶买了一款足浴盆。这款足浴盆工作时的简化电路如图，它有加热功能和按摩功能。电动机线圈电阻为 $4\Omega$ ，加热电阻正常工作时电功率为 $1\mathit{kW}$ ，电源电压 $220V$ 稳定不变。

（1）启动按摩功能时，电动机启动，通过电动机线圈的电流为 $0.1A$ ，按摩 $20\mathit{min}$ ，电动机线圈产生的热量是多少？

（2）加热电阻正常工作时的电阻是多少？

（3）在足浴盆中加入体积为 $4L$ 、初温为 ${20}^{°}\text{C}$ 的水升高至 ${40}^{°}\text{C}$ ，水吸收的热量为多少？若加热时间为 $420s$ ，它的电加热效率为多少？ $\left[c_{水}=4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{\circ }\text{C}}\right)\right]$