初中物理能量计算题

可燃冰是一种新型能源，它是水和天然气在高压低温情况下形成的类冰状结晶物质，主要成分是甲烷，其开采是世界难题，据中央电视台2017年5月18日报道，我国可燃冰已试采成功，技术处于世界领先，用燃气锅炉烧水时，把质量为 $500\mathit{kg}$，初温为 ${20}^{°}\text{C}$的水加热到 ${100}^{°}\text{C}$，共燃烧了 $12m^3$天然气，已知水的比热容 $c_{水}=4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{\circ }\text{C}}\right)$，天然气热值 $q=4.2\times {10}^{7}J/m^3$，可燃冰的热值为同体积天然气的160倍，求：

（1）水吸收的热量；

（2）燃气锅炉烧水时的效率；

（3）若换用可燃冰，应使用多少 $m^3$可燃冰。

如图是用动滑轮提升货物 $A$的示意图。用 $300N$竖直向上的拉力 $F$使重 $500N$的货物 $A$在 $10s$的时间内匀速竖直上升了 $2m$。求：

（1）提升货物所做的有用功 $W_{有}$；

（2）拉力通过的距离及拉力的功率 $P$；

（3）动滑轮的机械效率 $\eta$。

如图所示，在水平路面上行驶的汽车通过滑轮组拉着重 $G=9\times {10}^{4}N$的货物 $A$沿斜面向上匀速运动。货物 $A$的速度为 $v=2m/s$，经过 $t=10s$，货物 $A$竖直升高 $h=10m$。已知汽车对绳的拉力 $F$的功率 $P=120\mathit{kW}$，不计绳、滑轮的质量和摩擦，求：

（1） $t$时间内汽车对绳的拉力所做的功；

（2）汽车对绳的拉力大小；

（3）斜面的机械效率。

发生意外的民航客机紧急着陆后，打开紧急出口，狭长的气装会自动充气，生成一条连接出口与地面的斜面，如图所示，人员可沿着斜面滑行到地上。机舱口下沿距地面高度为 $3m$，气囊长为 $6m$。一个质量为 $50\mathit{kg}$的人沿气囊从出口处下滑到地面的平均速度为 $4m/s$， $g=10N/\mathit{kg}$求：

（1）他从出口滑到地面，需要的时间是多少？

（2）他从出口滑到地面，重力做功是多少？

庆祝中国人民解放军海军成立70周年海上阅兵活动在青岛附近海域举行，图中093改进型攻击核潜艇于2019年4月27日公开亮相，进行了战略巡航。该潜艇最大核动力功率为 $2.8\times {10}^4\mathit{kW}$，完全下潜到海面下后的排水量为 $6.8\times {10}^{3}t$（取海水密度 $\rho =1\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$、 $g=10N/\mathit{kg})$。问：

（1）该潜艇悬浮时，其上一面积为 $0.05m^2$的整流罩距海面深度为 $200m$，此时整流罩受到海水的压力为多少？

（2）若最大核动力功率转化为水平推力功率的效率为 $80\%$，该潜艇在海面下以最大核动力功率水平巡航时，受到的水平推力为 $1.6\times {10}^{6}N$，此时潜艇的巡航速度为多少？

（3）该潜艇浮出海面处于漂浮时，露出海面的体积为 $1.5\times {10}^3{m}^3$，此时潜艇的总重量是多少？

小夏利用如图的滑轮组，将重量为 $280N$的物体匀速提升了 $2m$。已知他自身的重量为 $500N$，对绳子施加的拉力 $F=200N$，两脚与地面接触的总面积 $S=400c{m}^2$．求此过程中：

（1）小夏对地面的压强；

（2）拉力 $F$做的功；

（3）该滑轮组的机械效率。

如图所示，不计绳重及绳与滑轮的摩擦，铁块重 $79N$，被匀速提升 $2m$，拉力 $F$做功 $200J({\rho }_{铁}=7.9\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$， $g=10N/\mathit{kg})$，求：

（1）此时滑轮组的机械效率？

（2）若该铁块 $G$浸没在水中时，铁块所受到的浮力是多少？

（3）将铁块浸没在足够深的水中时，用此滑轮组把铁块从水中匀速向上提升，当绳自由端的拉力做功为 $135J$时，铁块被提升了多少米（不计水的阻力）？

如图所示，图甲是使用滑轮组从水中打捞一正方体物体的简化示意图，在打捞过程中物体始终以 $0.1m/s$的速度匀速竖直上升，物体未露出水面前滑轮组的机械效率为 $75\%$，图乙是打捞过程中拉力 $F$随时间 $t$变化的图像。（不计绳重，忽略摩擦和水的阻力， $g$取 $10N/\mathit{kg})$求：

（1）物体的边长；

（2）物体浸没在水中时受到的浮力；

（3）物体的重力。

如图所示，工人准备用一根最多能承受 $400N$力的绳子（若超过绳子将断裂）绕成的滑轮组先后打捞水中材料相同、体积不同的实心物体 $A$和 $B$．完全露出水面的物体 $A$被此装置匀速提起时绳子达到最大拉力。已知动滑轮的质量为 $20\mathit{kg}$（绳的质量、绳与滑轮的摩擦、滑轮与轴的摩擦以及水的阻力均不计，连接动滑轮与物体间的钢绳

不会断裂， $g=10N/\mathit{kg})$。求：

（1）物体 $A$完全露出水面后以 $0.5m/s$的速度匀速上升时，物体 $A$的重力和工人拉力的功率分别是多少。

（2）在物体 $A$浸没在水中匀速上升的过程中，滑轮组的机械效率为 $75\%$，物体 $A$的密度是多少。

（3）若用该滑轮组打捞体积为 $50d{m}^3$的物体 $B$时，物体 $B$最多露出多少体积时绳子将断裂。

“绿水青山就是金山银山”，为了保护环境，我国大力发展电动汽车车替代传统燃油汽车。表中是某种电动汽车的部分参数，假设车上只有司机一人，质量为 $60\mathit{kg}$，汽车匀速行驶时所受阻力为总重力的0.04倍，电动汽车充满电后以节电模式匀速行驶 $20\mathit{km}$，电池剩余容量为 $38\mathit{kW}·h$． $(g=10N/\mathit{kg})$

空车质量	$1380\mathit{kg}$
轮胎与地面总接触面积	$320c{m}^2$
电池容量	$42\mathit{kW}·h$
最高时速	$120\mathit{km}/h$
最大功率	$100\mathit{kW}$
最大续航里程	$260\mathit{km}$

求：（1）电动汽车对水平地面的压强

（2）电动汽车匀速行驶 $20\mathit{km}$，牵引力所做的功

（3）电动汽车电能转化为机械能的转化效率

步行是一种简易方便的健身运动，人正常步行时，步距（指步行一步的距离）变化不大，步距还可作为身体上的一把“尺子”。小东测出自己的步距为 $0.5m$，他正常步行 $1\mathit{min}$走了180步。小东根据自己的腿长和步距画出了如图所示的步行示意图，对步行时重心的变化进行了分析，当两脚一前一后着地时重心降低，而单脚着地迈步时重心升高，因此每走一步都要克服重力做功。

（已知小东的腿长是 $65\mathit{cm}$，质量是 $50\mathit{kg}\left)\right(g$取 $10N/\mathit{kg})$求：

（1）小东正常步行的速度是多少？

（2）小东每走一步克服重力所做的功是多少？

（3）小东正常步行克服重力做功的功率是多少？

如图所示，长 $L_1=1m$的薄壁正方体容器 $A$放置在水平地面上，顶部有小孔 $C$与空气相通，长 $L_2=0.2m$的正方体木块 $B$静止在容器 $A$底面。通过细管 $D$缓慢向容器 $A$内注水，直到注满容器 $A$，木块 $B$上浮过程中上下表面始终水平，木块 $B$与容器 $A$底面和顶部都不会紧密接触。已知水的密度 ${\rho }_{水}=1.0\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$，木块的密度 ${\rho }_{木}=0.5\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$， $g$取 $10N/\mathit{kg}$。求：

（1）注水前，木块 $B$对容器 $A$底面的压强

（2）木块 $B$对容器 $A$底面压力刚好为0时，容器 $A$内水的深度

（3）水注满容器后，容器 $A$顶部对木块 $B$的压力大小

（4）整个过程，浮力对木块所做的功

空难事故发生后，为了找到事故原因，救援人员到现场后，总会寻找被誉为“空难见证人”的黑匣子。某架飞机的黑匣子质量 $30\mathit{kg}$，是一个长 $0.5m$，宽 $0.1m$，高 $0.2m$的长方体，现沉在距海面 $30m$的海底（黑匣子未与海底紧密接触），搜救人员将其匀速托出海面后依然完好，为破解事故真相提供了最有力的证据。根据以上信息请计算 $({\rho }_{\mathit{海水}}$近似取 $1.0\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$， $g$取 $10N/\mathit{kg})$

（1）黑匣子在海底时下表面受海水的压强是多少？

（2）黑匣子在海水中浸没时受到的浮力是多大？

（3）搜救人员在海水中托起黑匣子上升到上表面与海平面相平做了多少功？

成都正在大力发展包括无人机在内的高新技术产业，快递行业的一些公司积极尝试无人机送货，如图所示。一架无人机载着货物沿竖直方向匀速上升 $5m$，该货物质量为 $3.6\mathit{kg}$、体积为 $2.4\times {10}^{-3}{m}^3$． $g$取 $10N/\mathit{kg}$。

求：（1）货物的密度；（2）提升货物所做的功。

如图所示， $A$物体受到的重力是 $100N$，在拉力 $F$的作用下，能以 $0.2m/s$的速度在水平地面上向左匀速直线运动。已知拉力 $F=5N$，滑轮组的机械效率为 $80\%$，试问：

（1） $5s$内拉力 $F$所做功的大小是多少？

（2）物体 $A$受到水平地面的摩擦力大小是多少？