杠杆平衡时，动力F1大小为20N，动力臂l1为0.8m，阻力-优题课

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 $10 N / kg)$

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

问：（1）在海水中 $1.2 km$ 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 $2 h$ ， $F_{推}$ 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 $2 kW \cdot h$ ，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 $50 kg$ ，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？

如图甲所示，1标准大气压下，普通煤炉把壶内 $20^{°} C$ ， $5 kg$ 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 $10 kg$ 水从 $20^{°} C$ 加热至 $40^{°} C$ ， $q_{煤} = 3 \times 10^{7} J / kg$ ， $c_{水} = 4.2 \times 10^{3} J / (kg \cdot^{\circ} C})$ ，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？

小明用天平、空杯，水测量酱油的密度，实验过程如图所示。 $(ρ_{水} = 1.0 \times 10^{3} kg / m^{3})$

问：（1）玻璃瓶的容积有多大？

（2）酱油的密度多大？

张老师向同学们展示了一只具有高、低温两挡调节功能的自制电加热器，并告知其内部电路由电阻丝 $R_{1}$ 、 $R_{2}$ 、和开关 $S_{1}$ 三个元件组成，两根电阻丝允许通过的最大电流均为 $1 A$ ， $R_{1} = 10 Ω$ ，在不拆解加热器的情况下，小军用图1电路对其进行探究：他先闭合 $S_{2}$ ，电流表的示数为 $0.24 A$ ；再闭合 $S_{1}$ ，电流表的示数变为 $0.84 A$ ，所用电源电压为 $6 V$ ．

（1）电阻丝 $R_{2}$ 的阻值为　　 $Ω$ ；

（2）若电源电压可调，闭合 $S_{1}$ 和 $S_{2}$ 后，为保证电路安全，求此电加热器允许消耗的最大电功率；

（3）张老师指导小军仅利用原有元件对该电加热器的内部电路进行改装，要求改装后的电加热器须同时满足下列两个条件：

①具备高、低温两挡调节功能；

②在 $6 V$ 电源电压下，用高温挡给 $0.1 kg$ 的水加热 $14 \min$ ，可使水温升高 ${7.2}^{°} C$ ，设电加热器消耗的电能全部转化为水的内能。

请在图2虚线框中画出内部改装电路图，并通过计算说明。

最近，一项“中国原创”重大发明成为世界关注的焦点！它被称为“空中奔跑的巴士”（又称巴铁），预计今年7月进行测试，其模型如图所示，巴铁依靠电力驱动在钢轨上行驶，相当于40辆柴油公交车的运量，若1辆柴油公交车日常行驶时发动机的平均输出功率为 $60 kW$ ，发动机的效率为 $30 %$ ，每消耗 $1 kg$ 柴油排放二氧化碳约为 $3 kg$ ，柴油的热值近似取 $q = 4.0 \times 10^{7} J / kg$ 。

（1）若巴铁在 $100 s$ 内沿直线行驶了 $1500 m$ ，求这段时间内巴铁的平均速度；

（2）按柴油公交车每日行驶 $10 h$ 计算，镇江若引进1辆巴铁取代40辆柴油公交车，则每日可减少二氧化碳排放量多少千克？

（3）巴铁车内电器每天需消耗 $60 kW \cdot h$ 的电能，若这些电能全部由车顶上的太阳能电池板来提供，已知该太阳能电池板 $1 m^{2}$ 面积上接收到的太阳平均辐射功率为 $1 kW$ ，光电转化效率为 $20 %$ ，每天日照时间按 $6 h$ 计算，求需太阳能电池板的最小面积。