初中物理功率的计算计算题

2012年某日，太平洋某海域，“蛟龙号”完成了下潜前的准备，腹部挂好压载铁块；舱内科考队员均就位；舱门封闭如图甲所示，此时“蛟龙号”的工作参数如表格所示 $(g$取 $10N/\mathit{kg})$

状态	满载
整体体积	$22.3m^3$
整体质量	$24.95t$
海水密度	$1.1\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$

问：（1）在海水中 $1.2\mathit{km}$深处完成科考任务后，发现液压系统故障，无法抛掉压载铁块，只得启动“蛟龙号”两侧的螺旋桨，两侧螺旋桨共同作用使“蛟龙号”获得竖直向上的推力 $F_{推}$，帮助“蛟龙号”匀速上升，不计海水对“蛟龙号”的阻力，匀速上升过程中， $F_{推}$有多大？

（2）上升过程耗时 $2h$， $F_{推}$做功的功率多大？

（3）为保障电动机驱动螺旋桨用电，舱内其他用电器都被关闭，仪表显示上升过程中耗电 $2\mathit{kW}·h$，此过程中，电能转化为 $F_{推}$做功的效率有多大

（4）接近水面时，关闭两侧螺旋桨，轮船用滑轮组将“蛟龙号”从水中匀速吊离水面至高处，如图乙、丙所示，已知动滑轮总质量为 $50\mathit{kg}$，不计绳重及轮、轴之间摩擦，此过程中，滑轮组绳端拉力的最大值多大？与之对应的滑轮组机械效率的最大值为多大？

在九年级物理拓展课上，李博同学模拟某建筑工地上塔吊的工作情景，设置了如图所示的滑轮组来提升装修材料，若他用250N的拉力在20s内，将450N的材料提升了10m，（不计绳重和摩擦，g＝10N/kg）。求：

（1）拉力的功率是多少？

（2）提升450N材料时，此滑轮组的机械效率是多少？

（3）若绳子能承受的最大拉力为400N时，此滑轮组的机械效率最大可提高到多少？

跳伞是一项极具挑战的运动，现在越来越受到人们的喜爱。在某次跳伞训练过程中，一体重为 $500N$的运动员从空中悬停的直升机上由静止开始竖直跳下，其速度与时间的关系如图所示，经 $15s$下落 $210m$后，开始做匀速直线运动直至落地，整个过程用时 $30s$，求在这个过程中：

（1）运动员下落的平均速度；

（2）重力做的功；

（3）匀速下降时重力做功的功率。

如图所示，质量为960kg、底面积为0.5m ²的石材A放在水平地面上，利用滑轮组水平拉动A，使其在20s的时间内匀速向墙靠近了4m，水平拉力F＝500N，不计绳、滑轮组的质量以及绳与滑轮组之间的摩擦，g取10N/kg。求：

（1）A对水平地面的压强；

（2）A在运动过程中受到摩擦力的大小；

（3）拉力F的功率。

高速公路已广泛应用 $\mathit{ETC}$收费系统，这种系统是对过往车辆无需停车即能实现收费的电子系统。如图是某高速公路入口处的 $\mathit{ETC}$通道示意图。现有一辆总质量 $M=1500\mathit{kg}$的汽车，在进入 $\mathit{ETC}$收费岛区域前 $s_1=50m$处开始减速，经 $t_1=4s$后运动至 $\mathit{ETC}$收费岛（图中阴影区域）边界，然后再经 $t_2=6s$匀速通过 $\mathit{ETC}$收费岛，其长 $s_2=36m$。不计车长，取 $g=10N/\mathit{kg}$。

（1）求汽车的重力大小；

（2）求汽车从减速开始到离开 $\mathit{ETC}$收费岛全过程的平均速度大小；

（3）若汽车在 $\mathit{ETC}$收费岛匀速行驶所受阻力为车重力的0.2倍，求汽车通过 $\mathit{ETC}$收费岛牵引力所做的功和功率。

小明用如图所示的动滑轮提升重物，将重为200N的物体A以0.1m/s的速度匀速提升了1m（不计摩擦，忽略绳、滑轮的重力）求：

（1）拉力F的大小；（2）拉力F所做的功；（3）拉力F做功的功率。

近年来，十堰市委、政府十分重视精神文明建设，倡导“绿色出行，低碳生活”的生活理念。全市主要公园、游乐场都配备了旅游观光自行车（如图）。小华一行四人在农业观光园游玩时，租借了一辆四人骑联排自行车骑行观光，在某一段平直路面上，他们用时 $50s$匀速骑行了 $150m$。已知他们每个人的质量均为 $50\mathit{kg}$，该自行车自重为 $400N$，绕观光园一圈的路程是 $5.4\mathit{km}$，假定在匀速骑行过程中人和车受到的阻力始终为总重的0.05倍，求：

$(g=10N/\mathit{kg})$

（1）若他们绕观光园骑行的平均速度与平直路面上的速度相同，则绕观光园骑行一圈需要多长时间？

（2）假若骑行时前后轮胎和地面的总接触面积为 $120c{m}^2$，他们骑行时车对水平地面压强。

（3）平直路面上骑行时的功率。

如图所示，是我市著名民营企业生产的力帆 $100E$型电动微型轿车。轿车载着乘客在水平公路上匀速直线行驶 $1\mathit{min}$所通过的路程为 $720m$。已知轿车总质量 $m=600\mathit{kg}$，受到的阻力 $f$大小恒为轿车重量的0.1倍，轮胎与路面接触的总面积 $S=3\times {10}^{-2}{m}^2$． $(g$取 $10N/\mathit{kg})$求：

（1）轿车行驶的速度大小。

（2）轿车对路面产生的压强。

（3）牵引力对轿车做功的功率。

2019年4月23日，在庆祝中国人民解放军海军成立70周年海上阅兵活动中，055大型驱逐舰接受检阅，向世界展示了我国大型驱逐舰的发展规模和强大实力。驱逐舰长 $174m$，宽 $23m$，吃水深度 $8m$，满载排水量 $12300t$，最大航速32节 $(1$节 $=0.5m/s$，海水密度为 $1.03\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$， $g$取 $10N/\mathit{kg})$。求：

（1）驱逐舰行驶到某海域时，舰底受到的海水压强为 $7.21\times {10}^4\mathit{Pa}$，此时舰底所处的深度；

（2）驱逐舰满载时受到的浮力；

（3）驱逐舰满载时，以最大航速匀速直线航行，若所受海水阻力是其总重的0.1倍，它的动力功率。

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？

如图，为迎宾路高架桥的部分路段示意图，水平路面 $\mathit{AB}=200m$、斜坡 $\mathit{BC}=120m$、坡高 $\mathit{CD}=6m$。搭载乘客后总重为 $G=1.5\times {10}^{5}N$的公交车，轮胎与水平路面总接触面积为 $0.4m^2$．当它以恒定功率 $P_1$匀速通过 $\mathit{AB}$段时，用时 $t_1=20s$；以恒定功率 $P_2$匀速通过 $\mathit{BC}$段时，用时 $t_2=16s$。公交车在 $\mathit{AB}$段和 $\mathit{BC}$段行驶时受到的阻力始终是车总重的0.01倍。请完成下列问题：

（1）求出公交车静止在水平地面时对地面的压强，以及通过 $\mathit{BC}$段时的速度。

（2）公交车通过 $\mathit{AB}$段时，牵引力的功率 $P_1$是多少瓦特？

（3）公交车通过 $\mathit{BC}$段时，牵引力的大小为多少牛顿？

某品牌太阳能汽车如图甲，通过安装在车顶和前端的电池板收集太阳能；玻璃采用防太阳辐射的层压玻璃制作而成，车身轻便灵活。

（1）若该车身的材料要求强度高且轻便，则表中最理想的材料是　　；

材料	锰钢	铝合金	钛合金	碳纤维
性能（强度）	强	较弱	较强	强
密度 $/\mathit{kg}\cdot m^{-3}$	$7.9\times {10}^3$	$3.0\times {10}^3$	$4.5\times {10}^3$	$1.6\times {10}^3$

（2）若该车质量是400千克，车上载有人和物品质量共为100千克，车轮与地面的总接触面积为 $2.0\times {10}^{-2}$米 ${}^2$，该汽车对水平地面的压强为多少？

（3）若该汽车以最大输出功率 $P$为800瓦在水平路面上做匀速直线运动，一段时间后再将功率减小到 $P_1$，并保持此功率做匀速直线运动。上述运动过程的速度 $-$时间图像如图乙，设运动过程中汽车所受阻力不变，则汽车受到的阻力是　　牛， $P_1$为多少？

根据《电动自行车安全技术规范》，交管部门规定自2019年5月1日起未申领临时标识的“非标”电动自行车不得上路行驶。如图是小明家新购买的电动自行车，整车质量为 $40\mathit{kg}$。小明爸爸以 $18\mathit{km}/h$的速度匀速骑行 $9\mathit{km}$的过程中，电动机两端的电压恒为 $48V$，通过的电流是 $6.25A$，车轮与地面的总接触面积为 $200c{m}^2$．小明爸爸的质量是 $60\mathit{kg}$， $g$取 $10N/\mathit{kg}$。求本次骑行过程中：

（1）骑行所用时间。

（2）车对地面的压强。

（3）电动机的功率。

“骑泥马”是一种海涂趣味运动（如图），小金双手握住“泥马”上的横档，一只脚跪在“泥马”上，另一只脚用力蹬海涂，“泥马”就在海涂上“疾行如飞”，已知小金质量为 $62\mathit{kg}$，“泥马”的质量为 $10\mathit{kg}$。（不考虑运动泥对“泥马”和人质量的影响）

（1）小金以他所骑行的“泥马”为参照物，他的运动状态是　　。

（2）小金在运动过程中的某一时刻，一只脚跪在水平“泥马”上，另一只脚悬在空中，“泥马”对海涂压力的受力面积是 $0.4m^2$，求此时“泥马”对海涂的压强。

（3）运动结束后，小金从地面将“泥马”抬到距地面高为 $1.2m$的架子上，用时 $2s$，求此过程中，他克服“泥马”重力做功的功率。

港珠澳大桥海底隧道是世界上最长的公路沉管隧道，全长 $5.6\mathit{km}$，由33节沉管和“最终接头”组成。33节沉管已经全部成功安装，只剩 $E29$和 $E30$之间留有十多米的空隙，这就是“最终接头”的位置。“最终接头”质量约为 $6.0\times {10}^6\mathit{kg}$，虽然和之前的沉管相比小了很多倍，但入水后受洋流、浮动等因素影响，姿态会发生变化，安全平稳地把接头吊装到约 $30m$深的海底是十分艰难的过程，记者在现场看到，“最终接头”由“振华30号”吊装船吊装（如图），通过系列平衡调整，从9时整，“最终接头”从距离水面 $20m$高处匀速下放，9时12分，开始入水，完全入水后，吊钩对“最终接头”拉力为 $2.0\times {10}^{7}N$左右，12时，“最终接头”下沉到位，吊装起重机的机械效率约为 $80\%$． $(g$取 $10N/\mathit{kg}$， ${\rho }_{\mathit{海水}}$取 $1.0\times {10}^3\mathit{kg}/m^3)$求：

（1）“最终接头”下沉到位后下表面所受水的压强；

（2）“最终接头”的平均密度；

（3）吊装起重机最大输出功率。