初中物理能量计算题

2016年5月15日，“环塔拉力赛”从新疆塔城市发车，一辆质量为 $2\times {10}^3\mathit{kg}$的越野车在一段平直的沙石路面上以 $10m/s$的速度匀速行驶，在行驶过程中受到的阻力等于车重的0.1倍，轮胎与地面的总接触面积为 $0.4m^2$．求：

（1）越野车所受的重力。

（2）越野车静止在水平地面上时对地面的压强。

（3）越野车的牵引力在 $1\mathit{min}$内做的功。

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？

某款油电混合动力小汽车，具有省油、能量利用率高等特点，其相关信息如表。在某次水平道路测试中，该车以中速匀速行驶 $170\mathit{km}$，共消耗汽油 $10L$．测试过程中，内燃机既向车轮提供能量，又向蓄电池充电，同时蓄电池又将部分能量通过电动机向车轮输送，此时，内燃机和电动机共同驱动车辆前进。之后，工作人员又进行了制动测试，描绘出了制动距离（从刹车开始到车停止的距离）与制动时的速度关系图象，如图所示。

驱动模式	纯电动	启动、低速
	油电混动	中速
	纯燃油	高速
汽车质量	$1200\mathit{kg}$
车轮与地面总接触面积	$0.096m^2$

（1）由图象可知，车速越　　，制动距离越长。

（2）该车空载静止时，对水平地面的压强是多少？ $(g$取 $10N/\mathit{kg})$

（3）在水平道路中速匀速行驶测试中，若平均阻力为 $1000N$，牵引力做的功是多少？

（4）在水平道路中速匀速行驶测试中，若该车内燃机的效率为 $53\%$，此过程最终使蓄电池增加了多少能量？（忽略蓄电池和电动机的热损失， ${\rho }_{\mathit{汽油}}$取 $0.7\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$， $q_{\mathit{汽油}}=4.6\times {10}^{7}J/\mathit{kg})$

冬天打出来的果汁太凉，不宜直接饮用。如图所示，是小丽制作的“能加热的榨汁杯”及其内部电路简化结构示意图，该榨汁杯的部分参数如表所示。求：

榨汁杯部分参数表
额定电压	$220V$
加热功率	$300W$
保温功率	$80W$
榨汁功率	$66W$
容量	$300\mathit{mL}$

（1）仅榨汁时的正常工作电流；

（2） $R_2$的阻值；

（3）已知该榨汁杯正常工作时的加热效率为 $90\%$，给杯子盛满果汁并加热，使其温度升高 ${30}^{°}\text{C}$，需要加热多长时间。 $[c_{\mathit{果汁}}=4\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{\circ }\text{C}}\right)$， ${\rho }_{\mathit{果汁}}=1.2\times {10}^3\mathit{kg}/m^3]$

如图1所示，是小姬妈妈为宝宝准备的暖奶器及其内部电路的结构示意图和铭牌。暖奶器具有加热、保温双重功能，当双触点开关连接触点1和2时为关闭状态，连接触点2和3时为保温状态，连接触点3和4时为加热状态。（温馨提示：最适合宝宝饮用的牛奶温度为 ${40}^{°}\text{C})$

（1）求电阻 $R_2$的阻值；

（2）把 $400g$牛奶从 ${20}^{°}\text{C}$加热到 ${40}^{°}\text{C}$，求牛奶所吸收的热量。 $\left[c_{\mathit{牛奶}}=4.0\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{\circ }\text{C}}\right)\right]$

（3）如图2所示，是暖奶器正常加热和保温过程中温度随时间变化的图象，求暖奶器在加热过程中的热效率。（结果保留到小数点后一位）

如图所示，是某型号的爆米花机的电路图，该爆米花机具有制作和保温功能。只闭合开关 $S_1$时， $R_1$加热，电动机搅拌，开始制作爆米花；只闭合开关 $S_2$时， $R_2$保温，防止爆米花变凉；爆米花机的铭牌如表所示。 $\left[c_{\mathit{玉米}}=1.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{Kg}{\cdot }^{\circ }\text{C}}\right)\right]$

额定电压	$220V$
加热功率	$200W$
保温功率	$22W$
电动机功率	$40W$

（1）将 $100g$、 ${20}^{°}\text{C}$的玉米加热到 ${300}^{°}\text{C}$成为爆米花时，求玉米粒需要吸收的热量；

（2）电阻 $R_1$发热，把 $100g$、 ${20}^{°}\text{C}$的玉米粒加热成为爆米花，需要用时 $5\mathit{min}$，求 $R_1$的加热效率。

（3）求保温电阻 $R_2$的阻值。

如图甲所示，是一则公益广告，浓浓的孝心渗透着社会主义核心价值观。小明给爷爷网购了一台电热足浴盆，其铭牌部分参数如图乙所示。

（1）他为爷爷往足浴盆里加入初温为 ${22}^{°}\text{C}$的水，使之达到最大允许注水量，开始正常加热。控制面板如图丙所示，当温度达到显示温度时，完成加热。求此过程中水所吸收到热量。 $\left[c_{水}=4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{\circ }\text{C}\right)\right]$

（2）此次加热过程耗时 $10\mathit{min}$，求此过程足浴盆的电热效率。

（3）求此次加热时足浴盆的工作电流和加热电阻阻值。（保留1位小数）

（4）加热后，爷爷换成 $300W$挡位，泡脚 $20\mathit{min}$，问此次加热和泡脚总共消耗多少电能。

钓鱼岛自古以来就是中国固有领土，早在1373年我国渔民就已经发现了钓鱼岛，如图所示是我国一艘装备精良的现代化综合公务船正在钓鱼岛附近巡航。

（海水密度取 $1.02\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$， $g$取 $10N/\mathit{kg}$）

（1）若该船的声呐探头距海面深度为 $10m$，则该声呐探头受到海水的压强是多少？

（2）该船满载时排开海水体积为 $3000m^3$，此时船受到的浮力和重力各是多少？

（3）该公务船以 $36\mathit{km}/h$的速度匀速航行 $5h$，若航行时受到阻力为船重的0.05倍，则这一过程中动力所做的功是多少？

工人用杠杆将重为 $180N$的物体匀速提升 $0.5m$，做了 $100J$的功。求：

（1）提升物体做的有用功；

（2）杠杆的机械效率。

如图，使用杠杆提升重物，拉力 $F$竖直向下，重物匀速缓慢上升，相关数据如表：

物重 $G/N$	拉力 $F/N$	时间 $t/s$	$A$端上升的竖 直距离 $h/m$	$B$端下降的竖 直距离 $s/m$
200	500	0.5	0.4	0.2

求：

（1）拉力所做的功。

（2）拉力做功的功率。

（3）此过程中，该杠杆的机械效率。

如图所示，利用动滑轮提升货物在竖直向上大小为 $250N$的拉力 $F$作用下，重为 $400N$的货物在 $20s$的时间内匀速上升 $5m$求：

（1）有用功 $W_{有}$；

（2）拉力 $F$的功率 $P$；

（3）此过程中动滑轮的机械效率 $\eta$。

如图所示是一种塔式起重机，它将 $600\mathit{kg}$的建筑材料匀速吊起时，对绳子的拉力为 $2500N$，在建筑材料上升 $5m$高度过程中，绳端移动的距离为 $15m$， $g$取 $10N/\mathit{kg}$，求：

（1）建筑材料所受的重力；

（2）起重机对绳拉力做的功；

（3）塔式起重机的机械效率。

工人师傅要将质量 $100\mathit{kg}$的木箱搬到 $1.5m$高的车厢里，他将一块 $5m$长的长板搁在地面与车厢之间构成斜面，然后站在车上用 $400N$的拉力在 $10s$内将物体从斜面底端匀速拉到车厢里，如图所示， $(g=10N/\mathit{kg})$求：

（1）工人所做的有用功；

（2）工人做功的功率；

（3）斜面的机械效率。

如图是某家用电热水器的简化电路图，温控开关 $S$可根据水温自动切换加热和保温两种状态， $R_1$、 $R_2$是发热电阻，热水器主要参数如下表。 $[$水的比热容为 $4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{·}^{°}\text{C}\right)]$

额定电压	$220V$	容积	$30L$
加热功率	$2000W$	保温功率	$800W$

（1）开关 $S$跳至　　触点位置时，热水器进入保温状态，水箱内装满水时，水的质量为　　 $\mathit{kg}$。

（2） $R_2$的阻值为多大？

（3）水箱中装满初温为 ${25}^{°}\text{C}$的水，加热使温度升高到 ${55}^{°}\text{C}$，水需要吸收多少热量？

（4）在上述加热状态下，热水器正常工作 $35\mathit{min}$需消耗多少电能？加热效率是多少？

阅读短文，回答问题。

客机 $C919$

如图甲，我国研制的大客机 $C919$于5月5日首飞成功。

$C919$机舱内覆有一层高孔率”超细航空级玻璃棉“，能很好地保温与吸收噪音，其单丝纤维直径只有 $3~5\mathit{\mu m}$， $1m^3$的质量为 $5\mathit{kg}$。

机舱内先进的”呼吸系统“，使飞机在气压只有 $2.5\times {10}^4\mathit{Pa}$左右的万米高空时，能将机外 $-{50}^{°}\text{C}$以下的冷空气不断压缩，导致送入舱内的空气温度达到 ${50}^{°}\text{C}$以上，同时系统依靠传感器的自动控制，使舱内气压和温度达到舒适值。

该机有较大的翼载，翼载指飞机的最大起飞质量与机翼面积的比值；机上搭载的新一代涡扇发动机的热效率和推进效率比一般客机高，所谓热效率是指发动机获得的机械能与燃料完全燃烧产生的内能之比，而推进效率则是指发动机传递给飞机的推进功（推力所做的功）与其获得的机械能之比，下表是飞机的部分技术参数。

最大起飞质量	$72.5t$	客舱内气压	$8.0\times {10}^4\mathit{Pa}$
巡航速度	$920\mathit{km}/h$	发动机巡航推力	$3.6\times {10}^{4}N$

（1）阳光下，飞机尾翼呈现绿色，是因为尾翼　　绿光；若飞机的翼载是 $500\mathit{kg}/m^2$，则机翼面积为　　 $m^2$。

（2）下列关于”超细航空级玻璃棉“性质的描述中，不正确的是　　。

$A$．单丝纤维比头发细                   $B$．密度与玻璃差不多

$C$．隔音性能相对较好                   $D$．导热能力相对较弱

（3）在万米高空，机体 $1m^2$面积上承受内外气压的压力差约为　　 $N$；为确保机舱内的温度维持体感舒适值，机上空调需要不断　　（选填”加热“或”制冷“ $)$。

（4）飞机水平匀速巡航时，受到的阻力为　　 $N$；若飞机以巡航速度飞行 $0.5h$的过程中，耗油 $1500\mathit{kg}$，发动机的热效率为 $40\%$，则此过程中发动机的推进效率为　　 $\%$．（燃油热值 $q$取 $4.6\times {10}^{7}J/\mathit{kg})$

（5）如图乙是模拟空调温控装置原理的简化电路，电源电压为 $6V$， $R_1$为电阻箱， $L$为阻值不计的线圈， $R_2$是热敏电阻，其阻值随温度的升高而减小，当控制电路中的电流大于等于某一值时，接通受控电路使空调工作。

①若要在较低温度下接通受控电路，应将 $R_1$的阻值适当　　（选填“增大”或“减小” $)$

②当电阻 $R_1$调到 $1\mathit{k\Omega }$时，能接通受控电路。已知热敏电阻的电流随电压变化的 $I-U$图象如图丙，则此时控制电路中的电流为　　 $A$。