初中物理能量解答题

我国从今年4月15日起，正式实施电动自行车新国标。李强购置了一辆符合新国标的电动车，其整车质量为 $50\mathit{kg}$，最高速度为 $25\mathit{km}/h$。 $g$取 $10N/\mathit{kg}$。试问：

（1）对蓄电池充电时，电能转化为　 　能；行驶时，电动机提供动力，其工作原理是　　。

（2）当蓄电池的电全部耗完后，若充电功率为 $100W$，充满电需要 $5h$，不计能量损失，则充满电后蓄电池储存的电能为多少？

（3）蓄电池充满电后，其储存电能的 $75\%$用于车克服阻力做功，当质量为 $70\mathit{kg}$的李强在水平路面上骑着车，以最高速度匀速电动行驶时，所受阻力为总重的 $\frac{1}{40}$，则车最多能行驶多少小时？

（4）新国标对电动车的整车质量、最高速度都进行了限制，这样做主要是为了防止车的　　较大，以减小行车危险。

如图甲所示，是一则公益广告，浓浓的孝心透着社会主义核心价值观。小明的爷爷网购了一台电热足浴器，其铭牌的部分参数如图乙（甲部分）所示，电热足浴器某次正常工作时控制面板显示如图乙（乙部分）所示，求：

（1）此时足浴器的工作电流。（计算结果保留一位小数）

（2）足浴器装入最大容量初温为 ${22}^{°}\text{C}$的水，当水温达到控制面板上显示的温度时水所吸收的热量。

（3）上述加热过程耗时 $16\mathit{min}$，该足浴器的热电效率。

豆浆机主要由电动机和电热管组成。下表为某型号豆浆机的主要技术参数。如图是用豆浆机在额定电压下做一次豆浆的过程中电热管和电动机的 $P-t$图象。

额定容量	$1L$
额定电压	$220V$
电动机的额定功率	$120W$
电热管的额定功率	$1000W$
频率	$50\mathit{Hz}$

（1）豆浆机中电热管和电动机是　并联　（选填“串联”或“并联” $)$关系，电动机将电能转化为　　能。

（2）豆浆机正常工作时，通过电热管的电流是多少？（结果保留两位小数）

（3）豆浆机正常工作，做一次豆浆消耗的电能是多少？

（4）豆浆机正常工作时，若在第一个加热阶段消耗的电能有 $87.5\%$被豆浆吸收，则能使额定容量的豆浆温度升

高多少？ $[$豆浆的比热容取 $4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{·}^{°}\text{C}\right)$，密度与水相同， ${\rho }_{水}=1.0\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$． $]$

已知天然气的热值为 $4.2\times {10}^{7}J/m^3$，水的比热容为 $4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{·}^{°}\text{C}\right)$。

（1）完全燃烧0.04 $m^3$天然气可放出热量为　　 $J$。

（2）某天然气灶烧水的效率为 $50\%$，完全燃烧0.04 $m^3$天然气可使常温下 $5\mathit{kg}$的水温度升高　　 ${}^{°}\text{C}$。

一台起重机在 $10s$内将重为 $3600N$的货物匀速提高了 $4m$，起重机做的有用功是　 $1.44\times {10}^{4}J$　。若起重机做的额外功是 $9600J$，则机械效率是　　，起重机的总功率是　　 $W$。

在这次新冠肺炎抗疫战中，中医药为诊疗发挥了积极作用，成为抗疫“中国方法”的重要组成部分。小明对家里的电中药壶进行观察，并用水替代中药进行了相关研究。收集和记录数据如下表。请你结合他的调查研究，完成下列问题。

观察对象	观察记录	研究记录
电中药壶	成分：紫砂 电源： $220V/50\mathit{Hz}$ 容积： $2L$ 挡位：高温 $\left(1100W\right)$ 低温	①水的质量 $m=2\mathit{kg}$，水的初温 $t={20}^{°}\text{C}$ ②用高温挡加热 $5\mathit{min}$，水的末温 $t={50}^{°}\text{C}$ ③壶内加热体由两个相同的发热电阻组成 ④ $c_{水}=4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{\circ }\text{C}}\right)$

（1）请在虚线框内画出电中药壶内部的电路图；

（2）求电中药壶内部一个发热电阻的阻值；

（3）求高温加热时，电中药壶的加热效率。

某跳伞运动员从飞机上跳下，沿竖直方向降落，一段时间后打开降落伞，最后安全着地。已知运动员和跳伞设备的总重力为700牛，跳伞过程中下降的速度与时间的关系如图甲所示。

（1）图甲中曲线 $\mathit{OA}$段速度越来越大的原因是　　。

（2）图乙是跳伞过程中部分阶段的情景及受力示意图，其中与图甲曲线中 $\mathit{CD}$阶段对应的是　　。

（3）计算运动员和跳伞设备的总重力在 $\mathit{AB}$段所做的功。

如图所示是正在航拍的无人机。起飞前，放在地面上要确保四脚着地；启动后，利用遥控器可控制它运动和工作。无人机的参数如下表，求： $(g$取 $10N/\mathit{kg})$

（1）无人机从地面飞到离地 $20m$高处，至少要多长时间？

（2）无人机从 $20m$高处降落到地面，重力做功是多少？

（3）无人机停放在水平地面上时对地面的压强是多少？

（4）无人机的突出问题是飞行时间短，请提出一个解决问题的合理建议。

机身质量 $/\mathit{kg}$	2.4	四脚着地总面积 $/c{m}^2$	10
电池充满后储存电能 $/J$	36000	最大水平速度 $/(m·s^{-1})$	5
机身尺寸 $/\mathit{mm}$	$400\times 300\times 200$	最大上升速度 $/(m·s^{-1})$	1

在更换家用轿车的轮胎时，剪式千斤顶是一种常用工具。图甲是某型号剪式千斤顶的结构示意图。使用时，将底部支撑台置于水平地面，保持千斤顶竖直，将顶升置于汽车车身下，用手摇动扳手使扳手绕 $O$点不断旋转，带动丝杆转动，通过丝杆水平拉动左端铰链，使支架向内收缩，顶升升高，从而将汽车车身顶起。丝杆上刻有梯形扣，图乙是梯形的实物图。

（1）该型号的剪式千斤顶是由一些简单机械组合而成的。在顶起车身的过程中，丝杆上的梯形扣属于下列哪一种简单机械？　　。

$A$．滑轮 $B$．滑轮组   $C$．杠杆   $D$．斜面

（2）现使用该剪式千斤顶更换轮胎，顶起汽车车身后，若顶升受到车身竖直向下的压力大小始终为 $10000N$，且等于顶升对车身的支持力，千斤顶自身重量忽略不计。

①若底部支撑台与地面接触面积为 $0.04m^2$，顶起汽车车身后手不再用力，则千斤顶对地面产生的压强是多大？

②顶起汽车车身后，为了方便更换轮胎，需要继续摇动扳手，使顶升继续升高一段距离。若人摇动扳手使顶升在 $1\mathit{min}$内升高 $12\mathit{cm}$，用千斤顶顶起车身时的机械效率为 $80\%$，则人做功的功率是多大？

在修建天水市体育中心的施工过程中，起重机在 $4s$内将质量为 $5\times {10}^3\mathit{kg}$的钢材沿竖直方向匀速提升了 $2m$，而它的电动机做的功是 $2\times {10}^{5}J$． $(g$取 $10N/\mathit{kg})$求：

（1）钢材上升过程中的速度。

（2）起重机对钢材所做的有用功。

（3）起重机的机械效率。

在拓展课上，小泉同学模拟某建筑工地上拉动工件的情景，设置了如图所示的滑轮组。他用该滑轮组在4秒内将一个重为100牛的物体，沿着水平地面匀速拉动了2米。人的拉力为18牛，物体移动时受到地面的摩擦力为物重的0.35倍，不计绳重及机械的摩擦。求：

（1）人的拉力所做的功。

（2）人的拉力做功的功率。

（3）动滑轮受到的重力。

“暴走”是一种快速的徒步运动方式。观察分析人走路情形，可以将人的脚视为一根杠杆，如图所示，行走时人的脚掌前端是支点，人体受到的重力是阻力，小腿肌肉施加的力是动力。已知某人的质量为 $80\mathit{kg}$， $g=10N/\mathit{kg}$。

运动方式	散步	快走	慢跑	快跑
消耗能量 $E/\mathit{kJ}$	315	1165.5	1260	1764

（1）请画出小腿肌肉施加的拉力 $F$的力臂 $L_1$。

（2）根据图片，估算小腿肌肉产生的拉力是　　 $N$。

（3）人向前走一步的过程中，重心升高约 $4\mathit{cm}$，人克服自身重力约做了　　 $J$的功。

（4）通过查阅资料：人以不同方式徒步运动半小时，消耗人体内的能量如上表所示。请你从能量角度分析“暴走”能健身的原因：　　。

甲、乙两位同学对“雨滴的下落速度是否跟雨滴的大小有关”持有不同的意见，于是他们对此展开研究。他们从网上查到，雨滴在下落过程中接近地面时受到的空气阻力与雨滴的横截面积 $S$成正比，与雨滴下落速度 $v$的平方成正比，即 $f=\mathit{kS}{v}^2$（其中 $k$为比例系数，是个定值），雨滴接近地面时可看做匀速直线运动。把雨滴看做球形，其半径为 $r$，密度为 $\rho$，比热为 $c$，球的体积为 $V=\frac{4}{3}\pi r^3$．（注 $:$所有结果均用字母表示）

（1）半径为 $r$的雨滴重力为　　。

（2）在接近地面时，大雨滴的下落速度　　小雨滴的下落速度（选填“大于”“等于”“小于” $)$，写出推理过程。

（3）假设半径为 $r$的雨滴在近地面下落 $h$高度的过程中，重力对它所做的功全部转化为雨滴的内能，则雨滴的温度升高了多少？

如图甲所示，水平放置的方形容器里有一个重为 $8N$ 、边长为 $10\mathit{cm}$ 的立方体物块 $M$ ， $M$ 与容器底部不密合。以 $5\mathit{mL}/s$ 的恒定水流向容器内注水，容器中水的深度 $h$ 随时间 $t$ 的变化关系如图乙所示。请解答下列问题：

（1）当 $t=140s$ 时，物块 $M$ 在水中处于 　　（填"沉底""悬浮"或"漂浮" $)$ 状态。

（2）当 $t=140s$ 时，水对容器底部的压力大小是多少？

（3）图乙中 $a$ 的值是多少？

（4）在 $0-40s$ 和 $40s-140s$ 两个阶段，浮力对物体做功分别是多少？

图中小朋友在玩滑梯游戏，小朋友坐在滑梯顶端，用手轻推滑梯，沿着滑梯开始下滑，且速度越来越大，同时感觉屁股发烫，到达底端时还会滑出一段距离，请说出其中蕴含的科学道理。