初中物理计算题

江汉平原，雨量充沛。甲地有一小型水电站，每分钟有 $60m^3$的水从高处流下冲击水轮机的叶轮，带动发电机发电，供乙地使用，水轮机与上游水位的落差为 $20m$。甲、乙两地相距 $20\mathit{km}$，两地间沿直线架设了两条输电线，已知每条输电线每千米的电阻为 $0.2\Omega$．为预防灾情发生，工作人员用简易无人机（只能水平或竖直飞行）进行实时监测。该机有 $A$、 $B$两个电动机，它们消耗的电能都由锂电池提供。其中 $A$电动机带动顶部的螺旋桨工作，提供升力； $B$电动机带动尾部的螺旋桨工作，提供水平推力。无人机飞行时的阻力 $f$与飞行速度 $v$的关系为 $f=0.2v^2$．该机的部分参数见表格。

质量 $\left(\mathit{kg}\right)$	1.25
锂电池的电压 $\left(V\right)$	29.4
锂电池的容量 $(\mathit{mA}·h)$	$1.0\times {10}^4$
最大飞行速度 $(m/s)$	5
$A$电动机消耗的最大功率 $\left(W\right)$	80
$B$电动机消耗的最大功率 $\left(W\right)$	40

（1）若水的机械能有 $70\%$转化为电能，求水电站的发电功率。

（2）现输电线在某处发生短路，为确定短路位置，检修员在甲地利用如图所示的电路进行测量。当电压表的示数为 $1.5V$时，电流表的示数为 $0.5A$．短路位置离甲地的距离是多少米？

（3）当无人机保持一定高度以最大速度沿直线飞行时， $B$电动机消耗的功率最大。求此时 $B$电动机的效率。（不计电动机到螺旋桨传动过程中的能量损耗）

如图，电源电压恒为 $4.5V$，灯泡 $L$上标有“ $3V1.5W$”字样，滑动变阻器 $R_2$上标有“ $15\Omega 1A$”字样，定值电阻 $R_1$阻值为 $10\Omega$，电流表量程为 $0~3A$，电压表量程为 $0~3V$，不计温度对灯丝电阻的影响。

求：（1）灯泡正常工作时电阻为多大；

（2）当开关 $S$、 $S_1$、 $S_2$闭合， $S_3$断开时，电路最小总功率为多大；

（3）当开关 $S$、 $S_3$闭合， $S_1$、 $S_2$断开时，在确保电路元件安全的情况下，滑动变阻器 $R_2$的取值范围。

为了说明分子之间有引力，小明在实验室用两个紧压在一起的铅柱做实验，如图所示，铅柱A和铅柱B所受的重力均为2N，两个铅柱接触面的面积为3cm²，当悬挂重物所受的重力为20N时，两个铅柱没有被拉开。于是，小明认为这个实验说明了分子之间存在引力。小华观测到该实验室的大气压为1×10⁵Pa，于是她认为两个铅柱之所以没被拉开，是因为大气压的作用。请你利用所学知识和上述数据，判断小明做的铅柱实验能否说明分子之间存在引力。请写出计算、推理过程和结论。

在“测量小灯泡的电功率”实验中，实验器材有：电池组 $(3V$不变）、电流表、电压表、小灯泡（额定电压 $2.5V)$、滑动变阻器、开关、导线若干，实物电路如图甲所示。

（1）请用笔画线代替导线，将图甲中的实物电路连接完整。

（2）连接好电路，闭合开关，调节滑动变阻器，发现小灯泡不亮，电压表示数始终为零，电流表示数变化明显。电路故障可能是　　。

（3）排除故障后进行实验，图乙是由实验数据描绘得到的小灯泡的 $I-U$图象，则小灯泡额定功率是　　 $W$．小灯泡正常发光时，滑动变阻器接入电路的阻值是　　 $\Omega$。

（4）分析小灯泡的 $I-U$图象，发现小灯泡灯丝的阻值随电压变化而变化，从本质上讲，引起小灯泡灯丝阻值变化的因素是　　。

我国“华为”公司是当今世界通讯领域的龙头企业，在手机及其它通讯设备的设计制造方面掌握了诸多高新科技成果。以手机为例，华为“ $\mathit{Mate}$ 20 $\mathit{pro}$”不仅采用 $4200\mathit{mAh}$超大容量电池，并且采用“超级快充”技术，不到半小时可把电池充达一半以上，极大方便了人们的使用。已知该电池的部分参数如表所示。

电池名称	锂离子电池
电压	$3.7V$
容量	$4200\mathit{mAh}$

（1）表格中的电池“容量”，是哪几个物理量进行了怎样运算的结果？

（2）如图所示的两个充电器，一个标注“输出 $5V600\mathit{mA}$”，另一个标注“输出 $5V4A$”，其中有一个是快速充电器。假设充电效率为 $90\%$，选用快速充电器将电池从零充满需要多少分钟？

（3）有人发现，超级快充的充电线比普通手机充电线要粗一些，请你从线路安全的角度来分析为什么有这样的区别。

家用电饭锅中自动开关一般由感温铁氧体组成，将电饭锅的自动开关 $S$按下，电饭锅处于加热状态，当感温铁氧体温度达到 ${103}^{°}\text{C}$时失去磁性，被吸铁块由弹簧弹开，使电饭锅进入保温状态。某家用电饭锅内部电路简化示意图如图甲，某次使用该电饭锅在 $220V$的电压下煮饭过程中，通过的电流随时间变化的图象如图乙。

（1）当锅内温度为 ${100}^{°}\text{C}$时，自动开关 $S$与　　（选填“1”或“2” $)$连接，此时电饭锅处于　　（选填“加热“或“保温” $)$状态。

（2）该电饭锅此次工作30分钟消耗的电能为多少？

（3）电阻 $R_1$与 $R_2$的阻值之比为多少？

（4）若要使该电饭锅的加热功率提高到 $1100W$，可以给电阻 $R_1$并联一个阻值为多大的电阻 $R_3$？

已知一根质量分布均匀的圆柱体木料质量为 $60\mathit{kg}$ ，体积为 $0.1m^3$ 。问：

（1）此木料的密度为多少？

（2）如图所示，甲、乙两人分别在 $A$ 点和 $B$ 点共同扛起此木料并恰好水平，其中 $\mathit{AO}=\mathit{BO}$ ， $O$ 为木料的中点。求此时乙对木料的作用力大小。

（3）若在（2）中当乙的作用点从 $B$ 点向 $O$ 点靠近时，请列式分析此过程中甲对木料作用力大小变化情况。

图所示的电路中，定值电阻 $R_0$阻值为 $10\Omega$，电源两端电压为 $3V$并保持不变。闭合开关

$S$，调节滑动变阻器 $R_p$，使电压表示数为 $2V$。

（1）画出实物电路所对应的电路图；

（2）求 $R_p$接入电路的阻值；

（3）求 $R_0$的电功率。

孝顺的芳芳为了让奶奶在冬天方便取暖。她用自己的零用钱为老人家买了个烤火用的电热箱，电热箱的规格如表。求：

额定电压 $\left(V\right)$	220
额定功率 $\left(W\right)$	440
频率 $\left(\mathit{Hz}\right)$	50

（1）电热箱内发热丝的电阻。

（2）正常工作 $0.5h$，电热箱消耗的电能。

（3）一天，芳芳断开家中其他所有用电器，只接通电热箱，发现家中如图所示的电能表表盘在 $5\mathit{min}$内转了100圈，电热箱的实际功率是多少？

如图所示，电源电压 $U$保持不变，定值电阻 $R_1$的阻值是 $30\Omega$，滑动变阻器 $R_2$的最大阻值为 $50\Omega$，当 $S$、 $S_1$闭合， $S_2$断开时，电流表示数为 $0.2A$，当 $S$、 $S_2$闭合， $S_1$断开，且滑片 $P$在 $b$端时，电流表示数为 $0.1A$．（不考虑温度对灯泡电阻的影响），求：

（1）电源电压 $U$；

（2）灯泡的阻值；

（3）电路中消耗的最大总功率与最小总功率之比。

某品牌电热水瓶具有加热和电动出水两种功能，其简化电路如图所示。其中 $R_1$ 是额定功率为 $2000W$ 的电热丝， $R_2$ 是阻值为 $130\Omega$ 的分压电阻，电磁泵的额定电压为 $12V$ 。在1标准大气压下，将初温为 ${20}^{°}\text{C}$ 、质量为 $2.5\mathit{kg}$ 的水装入电热水瓶，正常加热 $8\mathit{min}20s$ 将水烧开，已知水的比热容为 $4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{°}\text{C}\right)$ ，求该电热水瓶：

（1）此次加热水的效率。

（2）电磁泵的额定功率。

如图甲所示，电源电压为 $6V$恒定不变，滑动变阻器的最大阻值是 $20\Omega$．闭合开关，滑动变阻器消耗的电功率 $P$与滑动变阻器接入电路的阻值 $R$之间的关系如图乙所示。

（1）当滑动变阻器滑片从左端移至右端的过程中，电压表的示数　逐渐增大　（选填“逐渐增大”、“先增大后减小”或“逐渐减小” $)$；

（2）结合图乙数据计算定值电阻 $R_0$的阻值；

（3）当滑动变阻器两次消耗的电功率都为 $0.8W$时，对应滑动变阻器接入电路的阻值 $R_1$和 $R_2$分别是多少？

创新科技小组用轻质杆设计制作了测量液体密度的工具 $--$ 密度秤。其中经防腐处理的合金块重 $8N$ ，体积 $100c{m}^3$ ，秤砣重 $2N$ ，秤纽处 $O$ 到 $A$ 端长 $10\mathit{cm}$ 。测量时手提着秤纽将密度秤的合金块浸没在待测液体中（不接触容器），调节秤砣位置使秤杆水平平衡，秤砣悬挂处的刻度值为被测液体密度。请解答下列问题 $(g=10N/\mathit{kg}):$

（1）在底面积为 $100c{m}^2$ 的烧杯内装入 $20\mathit{cm}$ 深的待测液体，测量情况如图，测得 $\mathit{OC}$ 长 $34\mathit{cm}$ 。求秤杆 $A$ 端受到绳子的拉力大小。

（2） $C$ 点刻度表示的待测液体密度多大？

（3）以上过程中合金块放入前后，待测液体对烧杯底部压强变化多少？

（4）请列出秤砣悬挂位置到秤纽 $O$ 点距离 $L$ 与待测液体密度 $\rho$ 的函数关系式，并说明制成的密度秤刻度是否均匀。

某科技活动小组设计了如图所示的电路。电源电压不变，当 $S_1$闭合、 $S_2$断开，变阻器 $R_2$的滑片 $P$滑到 $a$端时，电流表的示数为 $0.8A$，定值电阻 $R_1$消耗的功率为 $6.4W$；变阻器 $R_2$的滑片 $P$滑到 $b$端时，电流表的示数变为 $0.2A$；当 $S_1$和 $S_2$都闭合，变阻器 $R_2$的滑片 $P$滑到某点时，电流表的示数为 $0.6A$，小灯泡 $L$消耗的功率为 $0.9W$．求：

（1）电源电压；

（2）变阻器 $R_2$的最大阻值；

（3）小灯泡两端电压及此时变阻器 $R_2$连入电路的阻值

综合实践活动中，同学们设计了一款可用电流表示数显示拉力大小的测力计模型，电流表示数随拉力的增大而增大。模型电路如图甲所示， $\mathit{ab}$ 为长 $10\mathit{cm}$ 、阻值 $25\Omega$ 的电阻丝，其阻值与长度成正比，滑片 $P$ 左端固定在拉杆上，弹簧处于原长时，滑片 $P$ 位于 $a$ 端，电源电压恒为 $6V$ ，弹簧电阻恒为 $1\Omega$ ， $R_0$ 为 $4\Omega$ ，其余部分电阻不计，电流表量程为 $0~0.6A$ 。忽略弹簧、拉杆和拉环的重力及滑片与电阻丝的摩擦。

（1）虚线框内接线柱"1"应与 　　（选填"2"或"3" $)$ 连接。

（2）闭合开关，弹簧处于原长状态时， $R_0$ 消耗的功率多大？

（3）弹簧的伸长量△ $L$ 与所受拉力 $F$ 之间的关系如图乙所示，则电流表示数最大时显示的拉力多大？

（4）甲图中若去掉电流表，用一只电压表（量程 $0~3V)$ 与 $R_0$ 并联，利用电压表的示数来显示拉力的大小，则与利用电流表相比，电压表所能显示的最大拉力将提升 　　 $\%$ 。

（5）在汇报交流阶段，同学们对模型设计的不足提出了改进措施。如甲图的方案，从电路的安全性考虑，其他条件不变， $R_0$ 的阻值应不小于 　　 $\Omega$ 。