初中物理能量计算题

如图甲所示，1标准大气压下，普通煤炉把壶内 ${20}^{°}\text{C}$， $5\mathit{kg}$水烧开需完全燃烧一定质量的煤，此过程中，烧水效率为 $28\%$，为提高煤炉效率，浙江大学创意小组设计了双加热煤炉，如图乙所示，在消耗等量煤烧开壶内初温相同，等量水的过程中，还可额外把炉壁间 $10\mathit{kg}$水从 ${20}^{°}\text{C}$加热至 ${40}^{°}\text{C}$， $q_{煤}=3\times {10}^{7}J/\mathit{kg}$， $c_{水}=4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{\circ }\text{C}}\right)$，以上过程中，

问：（1）普通煤炉完全燃烧煤的质量有多大？

（2）双加热煤炉的烧水效率有多大？

用如图所示的滑轮组将重 $90N$的货物匀速提升 $1m$的过程中，所用拉力 $F=50N$，不计绳重及滑轮与轴之间的摩擦。

（1）求上述过程中的有用功 $W_{\mathit{有用}}$；

（2）求上述过程中的总功 $W_{总}$；

（3）求滑轮组的机械效率 $\eta$。

小明的质量为 $50\mathit{kg}$，每只鞋与地面接触面积为 $250c{m}^2$． $g$取 $10N/\mathit{kg}$。

（1）求小明的重力大小；

（2）求小明单脚站立时对地面的压强；

（3）小明从教学楼1楼走到5楼，估算他上楼时做的功。

阅读短文，回答问题。

智能洁具

智能洁具（智能马桶、全自动洗碗机、智能浴缸等），具有温水洗净、暖风烘干、杀菌等功能，已进入百姓家庭。

某智能洁具为确保安全，插头带漏电保护装置，工作原理如图甲，连接洁具的火线与零线穿过环形铁芯，正常工作时，两线中的电流相等；若火线与零线中的电流不等，绕在铁芯上的线圈会产生电流，经放大后通过电磁铁吸起铁质开关 $S$切断电源。

这种洁具装有红外线感应装置，当人靠近时，感应装置自动升起洁具盖子；启动洗净功能，加热器将水快速加热至温控装置预设的温度，水泵喷水实施清洗，喷水杆采用纳米银（直径为纳米级的银单质）材料，杀菌效果好；清洗结束，暖风烘干机自动开启烘干功能。表一为该洁具的部分参数，表二为水泵的性能测试参数（表中流量指单位时间内水泵抽送水的体积；扬程指水泵能将水提升的高度）。

表一

额定电压	$220V$	清洗喷水量	$0.8L/\mathit{min}~1.2L/\mathit{min}$
烘干机额定功率	$180W$	加热器额定功率	$2100W$

表二

流量 $Q/(\times {10}^{-4}{m}^3\cdot s^{-1})$	0.5	0.6	0.8	1.0	1.2
扬程 $H/m$	1.25	1.80		5.00	7.20

（1）该智能洁具应选用　　线插头。当图甲电磁铁线圈中电流从 $a$流向 $b$时，电磁铁下端是　　极。

（2）下列说法正确的是　　。

$A$．红外线感应装置利用超声波进行工作

$B$．暖风烘干是靠增大面积来加快水的汽化

$C$．纳米银是银分子，喷水杆材料具有良好的导电性

$D$．漏电保护装置内的火线与零线短路时，开关 $S$不会被吸起

（3）洁具正常工作，按最大喷水量用设定为 ${38}^{°}\text{C}$的温水清洗，加热器的效率为　　 $\%$；清洗结束，暖风烘干机工作 $40s$，消耗的电能会使标有“ $3000\mathit{imp}/(\mathit{kW}\cdot h)$”的电能表指示灯闪烁　　次。 $[$水的比热容 $c=4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{°}\text{C}\right)$，室温为 ${18}^{°}\text{C}]$

（4）分析表二数据可得，当该水泵的流量为 $0.8\times {10}^{-4}{m}^3/s$时，其扬程为　　 $m$；当水泵的流量为 $1.0\times {10}^{-4}{m}^3/s$时，输出的水达到对应的扬程，此过程中水泵克服水重力做功的功率 $P=$　　 $W$． $(g$取 $10N/\mathit{kg})$

（5）图乙为洁具的温控装置原理图。 $R_1$是滑动变阻器， $R_2$是热敏电阻，其阻值随温度升高而减小。当 $R_1$两端电压 $U_1$增大到一定值时，控制电路将切断加热电路实现对水温的控制。

①适当　　（填“增大”或“减小” $)$电源电压，可使控制水温的预设值升高；

②电源电压设定为 $10V$，当 $R_1$接入电路的阻值为 $6\Omega$时， $R_2$的电功率为 $4W$，此时加热电路恰好被切断。若预设的水温相对较高，则控制电压 $U_1$是　　 $V$。

2016年5月，中国首批“电电气”新能源公交汽车在常州使用。它既可以用充电桩充电，也可以用车辆顶部的太阳能电池板为车辆辅助充电，还可以使用天然气，当蓄电池电力储存不够时，就用燃气发动机为汽车提供动力，太阳能电池板每天能向着蓄电池充入 $10\mathit{kW}·h~20\mathit{kW}·h$的电能。已知蓄电池消耗的电能有 $90\%$转化为汽车前进所做的功，天然气完全燃烧时产生的内能有 $30\%$转化为汽车前进所做的功，天然气热值为 $4.5\times {10}^{7}J/\mathit{kg}$，该车行驶时受到的阻力为 $3.6\times {10}^{3}N$。

（1）当车辆以 $72\mathit{km}/h$匀速行驶时，牵引力的功率为多少？

（2）太阳能电池板提供的电能每天最少能让汽车匀速行驶多少距离？

（3）若汽车使用太阳能电池板提供的电能，则每天最多可以节约天然气的质量为多少？

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？

晾衣架（如图）给日常生活带来许多方便，转动手摇器能使横杆上升或下降。

（1）安装在天花板上虚线框内的简单机械应是　　。

（2）使用一段时间后，对手摇器的转轴添加润滑剂，目的是　　。

（3）将挂在晾衣架上重为20牛的衣服升高1.5米，至少对衣服做多少功？

（4）由于使用不当，造成晾衣架右侧钢丝绳受损，最多只能承受15牛的力，左侧钢丝绳能正常使用。晾衣架的横杆上有11个小孔，相邻两孔间的距离均为20厘米。现准备将重为20牛的一件衣服挂到水平横杆的小孔进行晾晒，通过计算说明挂在哪些编号的小孔，右侧钢丝绳会断裂（横杆、衣架和钢丝绳等自重不计）。

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？

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？

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？

如图所示，是一辆汽车通过滑轮组将深井中的物体拉至井口的装置图，已知井深 $10m$，物体重 $G=4\times {10}^{3}N$，汽车重 $G_{车}=3\times {10}^{4}N$，汽车匀速拉绳子时的拉力 $F=2\times {10}^{3}N$，汽车受到的阻力为车重的0.05倍。请计算：

（1）若汽车运动的速度为 $1.2m/s$，则将物体由井底拉至井口，需要多长时间？

（2）滑轮组的机械效率是多少？（保留一位小数）

（3）汽车的牵引力是多大？

（4）将物体由井底拉至井口，汽车的牵引力做的功是多少？

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？