初中物理能量计算题

小明携带质量为 $10\mathit{kg}$ 的行李箱从太原到运城，选择了尾气零排放的动车组 $D2503$ 次列车出行。经查询， $D2503$ 次列车时刻表如下。若该动车组列车全程匀速行驶在平直的轨道上，牵引力恒为 $2.8\times {10}^{5}N$ ，供电电路输入动车组列车的电功率恒为 $2\times {10}^{7}W$ ．

站次	站名	到达时间	开车时间	运行里程
1	太原南	$-$	$8:25$	0
2	运城北	$10:10$	$10:12$	$360\mathit{km}$
3	西安北	$11:22$	$-$	$556\mathit{km}$

请你根据以上信息，解决下列问题：

问题一：若小明的行李箱底部与列车行李架的接触面积约为 $0.2m^2$ ，求此行李箱对水平行李架的压强。 $(g$ 取 $10N/\mathit{kg})$

问题二：求该动车组列车从太原南站到运城北站牵引力所做的功。

问题三：求该动车组列车从太原南站到运城北站将电能转化为机械能的效率。

问题四：若大型客运燃油汽车运行中做的功与该动车组列车从太原南站至运城北站牵引力所做的功相等，求该燃油汽车排放气态污染物的质量。（大型客运燃油汽车每做1焦耳的功排放气态污染物 $5\times {10}^{-6}g)$

据统计，全国发生的车祸中有超过半数以上是超速、超载引起的。我市加大了道路交通安全监控管理力度，将“区间测速”座位判断是否超速的依据之一。所谓的“区间测速”，就是测算出汽车在某一区间行驶的平均速度，如果超过了该路段的最高限速即被判为超速。若监测点 $A$、 $B$相距 $18\mathit{km}$，全程限速 $40\mathit{km}/h$，由“电子眼”抓拍到装有沙子的某型号货车通过监测点 $A$、 $B$的速度分别为 $30\mathit{km}/h$和 $456\mathit{km}/h$，通过 $A$、 $B$两个监测点的时间为 $20\mathit{min}$。问：

（1）按“区间测速”标准判断该货车在 $\mathit{AB}$段行驶是否超速？

（2）按照规定，载货车车轮对地面的压强超过 $7\times {10}^5\mathit{Pa}$即被判为超载。该型号货车部分参数如表所示。其中表中参数计算，该货车在不超载的情况下，在水平路面上运动时最多能装沙子的体积为多少？ $({\rho }_{沙}=2.0\times {10}^3\mathit{km}/m^3$，取 $g=10N/\mathit{kg})$

（3）该货车在某路段平直公路上运动 $60s$的速度 $-$时间图像如图所示，这段时间内发动机完全燃烧柴油 $0.2\mathit{kg}$，已知发动机的效率 $\eta =40\%$，柴油的热值 $q=4.5\times {10}^{7}J/\mathit{kg}$，则货车在这段时间内运动受到的阻力为多大？

货车自重	$5\times {10}^{4}N$
轮胎触地总面积	$0.3m^2$
车厢容积	$10m^3$

在物理综合实践活动中，小明和小亮合作测量电磁灶的加热效率。他们关闭家中的其他用电器，只让电磁灶接入电路中烧水，水的质量为 $2\mathit{kg}$ 。小明负责观察电能表（如图），小亮负责用温度计测量水的温度。 $5\mathit{min}$ 电能表上的转盘转了 $200r$ ，水的温度恰好升高了 ${50}^{°}\text{C}$ ．求解下列问题：

（1）水吸收的热量是多少？ $[c_{水}=4.2\times {10}^{3}J/(\mathit{kg}{\cdot }^{\circ }\text{C}}\left)\right]$

（2）电磁灶的实际功率是多少

（3）电磁灶烧水的效率是多少？

某一电饭锅，内部电路如图9所示。R₁是加热电阻，阻值为48.4Ω；R₂是限流电阻，阻值为484Ω。煮饭时，接通电源(220V，50Hz)、闭合手动开关S_l，电饭锅处在加热状态。当锅内食物温度达到103℃时，开关S₁会自动断开，断开后若无外力作用则不会自动闭合。S₂是一个自动温控开关，当锅内食物温度达到80℃时会自动断开，温度低于70℃时会自动闭合。则

(1)若接通电源后没有闭合开关S₁，那么电饭锅能将饭煮熟吗？为什么？
(2)在一个标准大气压下若用这种电饭锅烧水，则开关S₁的自动断电功能不起作用，这是为什么？
(3)在加热和保温两种情况下，电饭锅消耗的电功率之比是多少？
（4）若电饭锅电能转化为内能的效率为84％，那么在一个标准大气压下将温度为20℃、质量为2.5kg的水烧开，至少需要多长时间？

如图所示，长 $1m$，重 $5N$的匀质杠杆 $\mathit{OB}$连接在竖直墙壁的0点，在杠杆的中点 $A$处悬挂 $45N$的重物。固定在 $A$点的绳子跨过定滑轮，在拉力 $F$作用下使杠杆在水平位置平衡，此时 $\angle \mathit{OAC}=45°$．不计绳子重力和转动部分的摩擦，求

（1）缓慢地将杠杆从水平位置转动到竖直位置的过程中，拉力做的功；

（2）杠杆从水平位置逆时针缓慢转动多大角度后，绳子拉力开始小于 $50N$。

如图，一卡车车厢距地面1.5m高，小明把一块长3m的钢板AB搭在车厢底板上构成一个斜面。他通过这个斜面用600N的力把一个大木箱由B处推倒A处，已知木箱重1000N。

（1）小明把木箱从B推到A用了30s的时间，求木箱的运动速度。
（2）小明推木箱做了多少功？
（3）小明推木箱做功的功率？
（4）这个过程中，斜面的机械效率是多少？（结果保留一位小数）

阅读短文，回答问题
清洗机是利用高压水清洗车辆表面污垢的机器。有一种无锡生产的CC5020型清洗机的铭牌如下表所示。清洗机工作时，利用外加电力所产生的压强将水从水管中压出。其对水的压力可用压强与水管横截面积之积得出，而清洗机对水所做的功就是此力所为，详情见“信息快递”。

(1)你认为该清洗机动力设备的主要原理下图中的(    )

(2)若清洗一辆汽车平均耗时10min，则清洗一辆汽车平均用水       kg，需要消耗电能          J 。
(3)清洗机正常工作10min，清洗机对水做的功是______________ J 
(4)该清洗机正常工作时的效率是__________________

如图所示，长 $1m$，重 $5N$的匀质杠杆 $\mathit{OB}$连接在竖直墙壁的0点，在杠杆的中点 $A$处悬挂 $45N$的重物。固定在 $A$点的绳子跨过定滑轮，在拉力 $F$作用下使杠杆在水平位置平衡，此时 $\angle \mathit{OAC}=45°$．不计绳子重力和转动部分的摩擦，求

（1）缓慢地将杠杆从水平位置转动到竖直位置的过程中，拉力做的功；

（2）杠杆从水平位置逆时针缓慢转动多大角度后，绳子拉力开始小于 $50N$。

如图，是利用潮汐发电的原理图．左方为陆地和海湾，中间为水坝，其下有通道，无论涨潮或落潮，水流经过通道均可带动发电机发电．一昼夜中两次涨、落潮，四次发电．涨潮时，堵住通道，潮水涨至最高水位时打开通道，进水发电，如图甲所示；当海湾水位涨至最高时，堵住通道，如图乙所示；落潮至最低水位时，打开通道放水发电，如图丙所示．（取g=10N/kg，海水的密度1.0×10³kg/m³）以下是某小型潮汐发电站的一组数据，据此回答下列问题：

水坝高度	15m	海湾面积	4.5×10^6m^2
涨潮海湾最高水位	10m	发电机日平均发电量	4.4×10^4kW•h
退潮海湾最低水位	6m	水轮发电机总效率	10%

（1）当海湾水位涨至最高时，海湾底部所受水的压强是多少？
（2）每次涨潮（或落潮）经过通道水的质量为多少？
（3）试计算每日水流对水轮发电机做了多少功？
（4）若某次落潮过程中经过通道的水的平均流量为3.6×10⁶m³/h，试求这次落潮过程中水流对水轮发电机做功的平均功率．

(9分)图是一台常用的电热饮水机，下表是它的铭牌数据，右图是它的电路原理图，其中S是温控开关，R₁是定值电阻，R₂是加热电阻．当S闭合时，饮水机处于加热状态；当S断开时，饮水机处于保温状态。

（1）在加热状态下，饮水机正常工作时电路中的电流是多大?
（2）饮水机正常工作时，将热水箱中的水从20℃加热到90℃，需用时15min
[水的比热容为4.2×10³J/(kg·℃)]。求此加热过程中：
①水吸收的热量；  ②饮水机的加热效率。
（3）求电阻R₁的阻值(保温功率是指整个电路消耗的功率)。

电动自行车越来越受到人们的青睐，不少人用电动自行车替代了摩托车．电动自行车使用前要先对车上的蓄电池充电，骑行时，蓄电池对车上的电动车供电，电动机为车提供动力．下表是某品牌电动自行车的一些主要技术参数：

最高车速	≤30 km/h	一次充电连续行驶里程	50 km
蓄电池工作电压	36 V	充电时间	8 h
一次充电耗电量	0.6 kW·h	电动机效率	75%
质量	40 kg	最大骑行噪声	≤62 dB

若质量是60 kg的人骑电动自行车在水平路面上以6 m/s的速度匀速行驶时，受到的阻力是人与车总重的0.02倍，取g＝10 N/kg，求：
(1)行驶10分钟，电动机对自行车做的功．
(2)通过电动机线圈的电流．
(3)若摩托车百公里耗油2.5 L，每升油4.65元，照明用电每度0.52元，试比较说明使用电动自行车与摩托车哪种更经济．

圆柱形容器置于水平地面（容器重忽略不计），容器的底面积为 $0.2m^2$，内盛 $30\mathit{cm}$深的水。现将一个底面积 $400c{m}^2$、体积 $4000c{m}^3$均匀实心圆柱体放入其中。如图甲所示，物体漂浮在水面，其浸入水中的深度为 $5\mathit{cm}$；当再给物体施加一个竖直向下大小不变的力 $F$以后，物体最终恰好浸没于水中静止，如图乙所示。 ${\rho }_{水}=1.0\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$， $g$取 $10N/\mathit{kg})$则：

（1）物体受到的重力是多少？

（2）物体浸没水中静止时容器对地面的压强是多少？

（3）从物体漂浮水面到浸没水中静止的过程中压力 $F$做了多少功？

如图所示，长 $1m$，重 $5N$的匀质杠杆 $\mathit{OB}$连接在竖直墙壁的0点，在杠杆的中点 $A$处悬挂 $45N$的重物。固定在 $A$点的绳子跨过定滑轮，在拉力 $F$作用下使杠杆在水平位置平衡，此时 $\angle \mathit{OAC}=45°$．不计绳子重力和转动部分的摩擦，求

（1）缓慢地将杠杆从水平位置转动到竖直位置的过程中，拉力做的功；

（2）杠杆从水平位置逆时针缓慢转动多大角度后，绳子拉力开始小于 $50N$。

苏州金龙汽车有限公司是一家大型客车生产基地．该公司某型号客车在车型测试时，其在一段平直的公路上匀速行驶5.6km，受到的阻力是3.0×10³N，消耗燃油1.2kg（假设燃油完全燃烧）．若燃油的热值q＝4×10⁷J/kg，求：
（1）客车在这段公路上匀速行驶时克服阻力所做的功．
（2）已知热机效率η＝（式中W为热机在某段时间内对外所做的功，Q为它在这段时间内所消耗的燃油完全燃烧所产生的热量），则该车的热机效率是多少？

如图 $-1$为一款陶瓷电煎药壶，工作电路简化为图 $-2$所示，它在工作时，有高火加热、文火萃取和小功率保温三个过程。已知正常工作时，高火加热功率为 $500W$，文火萃取功率为 $100W$．若壶中药液的总质量为 $1\mathit{kg}$，且在额定电压下煎药时，药液的温度与工作时间的关系图像如图 $-3$。

（1）观察图像中高火加热过程可知：电煎药壶在前半段比后半段时间的加热效率　　，上述高火加热过程中， $1\mathit{kg}$药液所吸收的热量是多少？ $\left[c_{\mathit{药液}}=4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{\circ }\text{C}}\right)\right]$

（2）分析电路可知：当 $S_a$接2，同时 $S_b$　　时，电路处于文火萃取阶段，电路中的电阻　　在工作。

（3）已知电阻 $R_2=484\Omega$，求 $R_1$的阻值是多少？电煎药壶的额定保温功率是多少瓦？