初中物理能量试题

某兴趣小组为检测操场上的风力等级，设计了一台简易风速仪，其工作原理如图甲所示。装有挡风板和滑片 $P$的轻质滑块与轻质弹簧套在滑杆 $\mathit{MN}$上，滑杆上的摩擦力忽略不计，弹簧左端固定，右端与滑块相连。挡风板的挡风面积为0.2米 ${}^2$，均匀电阻丝 $\mathit{AB}$长为30厘米，阻值为15欧，电源电压 $U$恒为9伏，保护电阻 $R_0$为3欧，电压表量程 $0~3$伏。弹簧弹力 $F$与弹簧长度改变量 $x$的关系如图乙所示。无风时，滑片 $P$在 $A$处，有风时，滑块移动，稳定后读出电压表示数，计算并查阅如表数据可知风速及风级。

风级	一级	二级	三级	四级	五级	六级
风速 $v$（米 $/$秒）	$0.3~1.5$	$1.6~3.3$	$3.4~5.4$	$5.5~7.9$	$8.0~10.7$	$10.8~13.8$
风压 $p$（帕 $)$	$0.055~1.4$	$1.6~6.8$	$7.2~18$	$18.9~39$	$40~72$	$72.9~119$

（1）无风时，求通过 $R_0$的电流；

（2）为保护电路安全，求出风速仪所测最大风力等级为几级；

（3）某日从天气预报得知，第二天风力等级将会达到五级，风速 $v$预计为 $10m/s$，在原有电路元件和电路基本连接方式均不变的基础上，电路将如何改进，在图丙的虚线框内将电路补充完整。小组成员还想计算出电路改进后电压表的示数，经查阅资料后得知，该挡风板所受的风压与风速的平方成正比，其关系式为 $p=k{v}^2$，（其中 $k$为常量，数值为 $0.6)$，假设你为该小组成员，请你计算出风速为 $10m/s$时，改进后的电路中电压表的示数。

小明同学想探究“一段电路中的电流与电阻的关系”，设计了图甲所示的电路图。

（1）根据小明设计的甲图，请用笔画线将乙图实物图连接完整。

（2）小明将第一次实验得到的数据填入了下面的表格中，然后将 $E$、 $F$两点的电阻由 $10\Omega$更换为 $20\Omega$，之后他调节变阻器滑片向 　　（填“ $A$”或“ $B$” $)$移动，直到电压表示数为 　　 $V$为止。此时电流表示数如图丙所示，示数为 　　 $A$。

实验序号	电压 $/V$	电阻 $/\Omega$	电流 $/A$
1	4	10	0.4
2		20

（3）若实验中电压表损坏，但是已有一个已知阻值为 $R_0$的定值电阻，小明利用以上器材想测出未知电阻 $R_x$的阻值，实验电路如图丁所示（电源电压未知且恒定），请根据以下实验步骤完成实验：

①闭合开关 $S_1$，断开开关 $S_2$，记录电流表示数 $I_1$；

②同时闭合开关 $S_1$、 $S_2$，记录电流表示数 $I_2$；

③则待测电阻的表达式为 $R_x=$　　（用已知量和测量量符号表示）

如图甲所示的电路中，闭合开关后，当滑动变阻器的滑片 $P$ 从 $a$ 端移动到 $b$ 端的过程中，电流表示数 $I$ 与电压表示数 $U$ 的变化关系如图乙所示，则下列判断正确的是 $($ 　　 $)$

A．	电源的电压为 $9V$
B．	定值电阻 $R_0$ 的阻值为 $10\Omega$
C．	$R_0$ 的最大功率为 $0.4W$
D．	当滑片在 $b$ 端时，电路的总功率为 $1.2W$

中国茶文化源远流长，如图甲是某款工夫茶保温碟。电路原理如图乙所示，电阻 为发热体，它的额定电功率为 且电阻不变。电流通过发热体加热底板使茶汤保温； 为电功率忽略不计的电源指示灯。求：

（1）发热体正常工作时的电流；

（2）当实际电压为 时，发热体工作 消耗的电能；

（3）为了适应不同品种茶汤的保温需求，小杨对电路进行重新设计（如图丙），移动滑片可以连续调节发热体的电功率，最低可调至额定功率的四分之一。若发热体产生的热量全部被茶汤吸收，该电路电能利用率的范围是多少。（电能利用率

小杨同学找到一盏标有" "字样的小灯泡，其额定电功率已模糊不清。她选用如图所示器材测量额定电功率，电源电压恒为 。

（1）图甲所示的实验电路有2段导线未连接，请你用笔画线代替导线将电路补画完整（要求：连线不交叉，滑片 向 端移动时灯泡发光变亮）。

（2）小杨连接电路并检查后。将滑动变阻器的电阻调到最大，再闭合 　　，缓慢移动滑片 ，发现电流表示数有明显变化但电压表无示数，此故障的原因可能是灯泡 　　（选填"短路"或"断路" 。

（3）排除故障后，眼睛注视着电压表和灯泡，移动滑片 逐次改变小灯泡两端的电压，并将测得的数据记录在表中。当电压表的示数为 时应向 　　（选填" "或" " 端移动滑片 ；当电压表的示数为 时电流表的示数如图乙所示，小灯泡的额定电功率为 　　 ；细心的小杨通过分析数据还发现通过小灯泡的电流与两端的电压不成正比，其原因可能是 　　。

数据序号	1	2	3	4	5
电压	0.5	1.0	1.5	2.0	2.5
电流	0.16	0.20	0.22	0.25

（4）同组的小会同学在此基础上继续探究电流跟电阻的关系，她又增加了五个阻值分别为 、 、 、 、 的定值电阻，其余器材不变。用定值电阻分别更换图甲中的小灯泡，通过实验得到如图丙所示的电流随定值电阻变化的图像，则实验中所用滑动变阻器的最大阻值至少是 　　（选填下列选项前的字母）。

A．
B．
C．
D．

如图甲所示，小勇同学设计了一个汽车落水安全装置并进行了试验，在汽车的四个门板外侧分别安装一个气囊，气囊的触发由图乙所示电路中 $a$ 、 $b$ 间的电压来控制，压敏电阻 $R_1$ 水平安装在汽车底部 $A$ 处， $R_1$ 的阻值随其表面水的压力的变化如图丙所示。某次试验时：汽车入水前把 $R_2$ 的滑片调到合适位置不动，闭合开关 $S$ ，电压表的示数为 $3V$ ，再把汽车吊入足够高的长方体水池中缓慢下沉，直到 $a$ 、 $b$ 间的电压等于或大于 $3V$ 时，气囊就充气打开，使汽车漂浮在水中，试验装置相关参数如表所示。

电源电压	$4.5V$
$R_1$ 接触水的面积	$15c{m}^2$
长方体水池底面积	$20m^2$

（1）求汽车入水前电路中的电流；

（2）当汽车漂浮时，测得水池的水位比汽车入水前上升了 $8\mathit{cm}$ （水未进入车内），求汽车受到的重力；

（3）求气囊充气打开时汽车 $A$ 处浸入水中的深度。

如图甲所示的电路中， $R_1$ 是定值电阻，电流表量程为 $0~0.6A$ ，图乙是电阻箱 $R_2$ 的电功率与其电阻大小变化关系的部分图像，则下列说法正确的是 $($ 　　 $)$

A．	电源电压为 $6V$
B．	$R_1$ 的阻值为 $20\Omega$
C．	$R_2$ 能安全连入电路中的最小电阻值为 $10\Omega$
D．	$R_2$ 为 $20\Omega$ 时，整个电路通电 $10s$ 耗电 $32J$

"工夫茶"是融精神、礼仪、沏泡技艺为一体的茶道形式，如图是泡"工夫茶"用的电茶炉，在电路中用 $R_1$ 和 $R_2$ 代表消毒锅和煮水壶，当闭合开关 $S$ 后， $R_1$ 和 $R_2$ 才能工作，但不能同时加热，选项的电路中符合要求的是 $($ 　　 $)$

A．
B．
C．
D．

便携式无线加湿器，让你随时随地实现加湿自由。某品牌便携式无线加湿器，通过旋转开关 $S$ 接触不同触点，实现高、低两个挡位的转换，其简化的工作电路如图所示，铭牌上的部分参数如下表：

项目	参数
工作电压     $\left(V\right)$	20
低挡位功率     $\left(W\right)$	5
高挡位功率     $\left(W\right)$	10

完成下列问题：

（1）旋转开关 $S$ 接触" $\mathit{bc}$ "两触点时，加湿器处于 　　挡位；

（2）加湿器低挡位工作时，电路通过的电流多大？

（3）加湿器高挡位工作6小时，将消耗多少电能？

学习了电学知识后，某科学兴趣小组开展制作"电热水壶"的项目化学习。

【项目任务】制作一款电热水壶。经过小组同学讨论后确定电热水壶的要求如下：

容积： $1L$ ；

功能：①加热：②保温；

性能：能在7分钟内将 $1L$ 水从 ${20}^{°}\text{C}$ 加热到 ${100}^{°}\text{C}$ （不计热量损失）。

【方案设计】为实现上述功能，同学们利用两个不同阻值的电阻 $(R_1<R_2)$ 进行设计，其中方案一如图所示。利用方案一中的器材，请将方案二的电路补充完整。

【器材选择】若该壶是按照方案一设计的，根据项目任务中的性能要求，选择的加热电阻阻值最大为多少欧姆？ $[Q_{吸}=\mathit{cm}\left(t-t_0\right)$ ， $c_{水}=4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{\circ }\text{C}}\right)]$

【方案反思】有同学认为电器设计还应考虑使用安全，从安全角度提出一条设计建议 　　。

【项目制作】 $\dots \dots$

小萍同学想利用如图甲所示电路研究通过小灯泡（额定电压为3伏）的电流与它两端电压的关系。她根据图甲完成图乙的部分连接，待连接完整后，移动滑动变阻器滑片，记录了多组数据，作出了图像 $a$ ，还作出了电流大小与电源电压大小的关系图像 $b$ （如图丙所示）。（已知滑动变阻器最大阻值为20欧）。

（1）根据图甲将图乙中的实物图连接完整。（要求：滑动变阻器滑片向右移动，小灯泡变亮）

（2）根据图像 $a$ ，描述通过小灯泡的电流与小灯泡两端电压的关系。 　　

（3）当电流表示数为 $0.12A$ 时，电压表的示数为多少？

（4）图丙阴影部分的面积表示 　　。

交通安全要求广大司机"开车不喝酒，喝酒不开车"，酒后驾驶存在许多安全隐患。某科技兴趣小组设计了一种简易的酒精检测仪，其电路原理如图2甲所示。电源电压为 $12V$ ， $R_1$ 是气敏电阻，其阻值随呼气酒精浓度 $K$ 的变化关系如图2乙所示， $R_2$ 为滑动变阻器。检测前对检测仪进行"调零"，即调节滑动变阻器使电流表的示数为 $0.1A$ ，调零后变阻器滑片位置保持不变。查阅到相关资料如图1。

（1）求"调零"后变阻器 $R_2$ 接入电路的阻值；

（2）检测前 $R_2$ 工作 $10s$ 消耗的电能；

（3）对某司机进行检测时，电流表示数为 $0.16A$ ，依据信息窗资料，通过计算判断该司机属于非酒驾、酒驾还是醉驾。

用如图甲所示的电路探究"通过导体的电流与电压的关系"，电源电压为 $3V$ ，定值电阻 $R$ 的阻值为 $10\Omega$ ，滑动变阻器 $R\text{'}$ 的最大阻值为 $20\Omega$ 。

（1）用笔画线代替导线把图乙所示的实物图连接完整，要求滑片 $P$ 向右移动时电流表示数变小。

（2）闭合开关前将滑动变阻器的滑片调至 $B$ 端的目的是 　　。闭合开关，移动滑片，发现电流表无示数，电压表示数接近电源电压。若电路仅有一处故障，故障是 　　。

（3）排除故障后，调节滑动变阻器，记录数据如表。请在图丙所示的坐标纸中把未标出的两个点描出来并画出 $I-U$ 图像。

序号	1	2	3	4	5
电压     $U/V$	1.2	2.0	2.2	2.4	2.8
电流     $I/A$	0.12	0.20	0.22	0.24	0.28

分析图像可得：电阻一定时，通过导体的电流与导体两端的电压成正比。

（4）若探究"通过导体的电流与电阻的关系"，需要用到阻值为 $5\Omega$ 、 $10\Omega$ 、 $15\Omega$ 、 $20\Omega$ 、 $25\Omega$ 的电阻。将 $10\Omega$ 的电阻换成 $15\Omega$ 后，若保持电压表的示数为 $1.5V$ 不变，应将滑动变阻器的滑片向 　　端移动。换用 $25\Omega$ 的电阻进行实验时，发现无论怎样移动滑片，都无法使电压表的示数达到 $1.5V$ ，原因是滑动变阻器的最大阻值 　　（选填"过大"或"过小" $)$ 。

如图所示，灯泡 $L_1$ 标有" $6\mathit{V}2W$ "、 标有" $6V2W$ "字样，电源电压 $6V$ 恒定不变。闭合开关 $S$ ，忽略温度对灯丝电阻的影响，则甲、乙两电路中流过 $L_1$ 的电流 $I_1:I_1\text{'}=$ 　　， $L_2$ 消耗的实际功率 $P_2$ 　　 $P_2\text{'}$ （选填" $>$ "、" $=$ "或" $<$ " $)$ 。

如图甲所示，用动滑轮将正方体物块从装有水的容器底部缓慢匀速提起，拉力 $F$ 随提升高度 $h$ 变化的关系如图乙所示。物块完全离开水面后，动滑轮的机械效率为 $87.5\%$ ，绳重和摩擦忽略不计。下列选项正确的是 $($ 　　 $)$

A．	物块的边长为 $0.6m$
B．	动滑轮重为 $300N$
C．	提升物块完全离开水面前，动滑轮的机械效率大于 $87.5\%$
D．	将物块提升至上表面与水面相平的过程中拉力 $F$ 做的功为 $1650J$