初中物理能量解答题

小明家用铁皮桶制作简易太阳能热水器，替代燃烧木柴的加热方式，小明观测到某日铁皮桶装满水后，经过一天的太阳光照，水温从 ${20}^{°}\text{C}$升高到 ${60}^{°}\text{C}$．已知铁皮桶的容积为 $50L$， $c_{水}=4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{\circ }\text{C}}\right)$， ${\rho }_{水}=1\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$．问：

（1）当日桶内的水吸收的热量有多大？

（2）设用燃烧木柴加热，木柴完全燃烧释放热量的 $28\%$被桶内水吸收，则当日使用该太阳能热水器可节约多少木柴？ $\left(q_{\mathit{木柴}}=1.2\times {10}^{7}J/\mathit{kg}\right)$

2019年4月15日起，新的《电动自行车安全技术规范》正式实施。要求：最大速度 $⩽25\mathit{km}/h$，电动机输出功率 $⩽400W$，质检员小华对某款电动自行车进行测试，沿水平直路从 $A$出发骑行至 $D$结束，如图所示。测试情况如表格所示。

	$\mathit{AB}$	$\mathit{BC}$	$\mathit{CD}$
路程 $/\mathit{km}$	0.6	4.8	0.6
用时 $/h$	0.05	0.2	0.05
速度特点	逐步加速	以最大速度匀速行驶	逐步减速
阻力特点	越来越大	恒为 $60N$	越来越小

（1）测试过程中，小华看到路旁的树木向西，她是以　　（选填“自己”或“地面” $)$为参照物，此时她是向　　（选填“东”或“西” $)$骑行。

（2） $\mathit{BC}$段，电动自行车的速度为　　 $\mathit{km}/h$，　　（选填“符合”或“不符合” $)$新《规范）关于最大速度的要求。

（3） $\mathit{BC}$段，电动自行车的动力做功　　 $J$．电动机的输出功率为　　 $W$，　　（选填“符合”或“不符合” $)$新《规范》关于电动机输出功率的要求。

（4）从 $A$到 $D$全程，电动自行车的平均速度为　　 $\mathit{km}/h$。

某汽车在平直路面上以 $75\mathit{km}/h$的速度匀速行驶 $1h$的过程中，消耗了 $5\mathit{kg}$汽油，汽油燃烧释放能量的 $40\%$随废气通过热电转换装置，如图所示，汽油热值近似取 $q=5\times {10}^{7}J/\mathit{kg}$，设汽油在气缸内完全燃烧。

（1）图示时刻，四冲程汽油机处于　　冲程；若该汽油机每分钟完成7200个冲程，则它每秒钟完成　　个工作循环

（2）若上述过程中汽油燃烧释放能量的 $30\%$用来驱动汽车行驶，求汽车所受的阻力 $f$；

（3）研究表明新材料的出现可将热电转换装置的效率大幅提高到 $15\%$，据此计算，上述过程中随废气排放的能量通过转换装置后可获得多少电能？这些电能可供车内总功率为 $1000W$的用电器持续工作多长时间？

在测量电阻的实验中：

（1）小华设计的测量电路如图1所示，待测电阻 $R_x$约 $10\Omega$。

①在开关闭合前，滑动变阻器的滑片应置于最　　端；

②导线 $A$、 $B$、 $C$、 $D$中有一根连接错误，这根导线是　　；

③改正连接错误并闭合开关后，小华发现无论怎样调节滑动变阻器，电压表示数不为零且保持不变，而电流表示数始终为零，已知导线及各处连接完好，则电路中　　出现了　　故障。

（2）小清设计的测量另一待测电阻 $R_x$阻值的电路如图2所示

①他的测量步骤如下

第1步：将 $R_x$接在电路中 $A$、 $B$两点间，闭合开关 $S$，调节滑动变阻器滑片 $P$至适当位置，此时电压表的示数如图3所示，示数为　　 $V$；断开开关 $S$，移走 $\mathit{Rx}$

第2步：再将电阻箱 $R$接在 $A$、 $B$两点间，闭合开关 $S$，保持滑动变阻器的滑片 $P$位置不变，调节电阻箱使电压表的示数仍如图3所示，此时电阻箱接入电路中阻值 $R=48\Omega$，则小清测得 $R_x$的阻值为　　 $\Omega$

②在第2步中，若小清无意中将滑动变阻器的滑片 $P$向右移了少许，则他测得 $R_x$的阻值将偏　　，设滑片 $P$的右移使滑动变阻器接入电路的阻值增大了 $2\Omega$，则小清测得 $R_x$的值为　　 $\Omega$。

图1是小丽探究动能大小与速度关系时的实验场景：斜面上有两平行轨道，将两小球①、②从轨道上由静止释放，与放置在水平木板上的两个相同木块①、②发生碰撞，两个木块初始位置到斜面底端的距离相等。

（1）为完成实验，应使两个质量　　的小球从轨道上　　高度由静止释放（均选填“相同”或“不同” $)$

（2）由图1场景可知，碰撞木块前瞬间，小球　　的动能较大，两木块通过 $A$、 $B$两点处所受的滑动摩擦力大小分别为 $f_A$、 $f_B$，则 $f_A$　　 $f_B$，滑行中，木块的动能转化成　　能；

（3）图2是某次实验的场景：将两小球从图中 $E$、 $F$处静止释放，最终木块①从水平木板的右端滑出，小丽用质量更大的木块③替换木块①后继续此次实验，将两小球仍从图中 $E$、 $F$处由静止释放，木块③未滑出木板，小丽的实验改进有一处遗漏，它是　　。

“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：　　。

小华用如图甲所示电路测量合金丝电阻，电源电压为 $6V$。

（1）在图甲中用笔画线代替导线将实验电路连接完整，使实验中滑动变阻器的滑片向右移动时电流表示数增大。

（2）闭合开关前应将滑动变阻器的滑片移动到　　端。

（3）闭合开关后，将滑动变阻器的滑片从接入电路电阻最大处移动到另一端过程中，发现电压表和电流表的指针只在图乙所示位置发生很小的变化，由此可以推断：电路中　　（选填图中表示接线柱的数字）间发生了　　（断路 $/$短路）。

（4）在电路故障排除后，调节滑动变阻器，当电压表指针如图丙所示时，电流表读数为 $0.5A$，由此，小华算出接入电路合金丝的电阻为　　 $\Omega$。

（5）为准确地测出合金丝的电阻，对实验应作怎样的改进？答：　　。

如图甲所示，小华用电阻箱和滑动变阻器研究通过导体的电流与电阻的关系。

次数	$R_1/\Omega$	$I/A$
1	3.0
2	6.0	0.33
3	9.0	0.25

（1）图甲中电阻箱 $R_1$和滑动变阻器 $R_2$的连接方式是　　联。

（2）连接电路前，开关应处于　　状态。

（3）第1次实验时，电流表示数如图乙所示，则电流为　　 $A$。

（4）经过3次测量，得到表格中的实验数据，由此总结出电流与电阻的关系，请你指出小华实验过程中存在的问题：　　。

小明和小华测量定额电压为 $2.5V$的小灯泡的额定功率

（1）①图甲是他们连接的部分电路请用笔画线代替导线将电路连接完整。

②闭合开关前，应将滑动变阻器处在最　　（填写“左”或“右” $)$端。

③闭合开关后，发现无论怎样调节滑动变阻器的滑片，灯泡都不亮，电压表和电流表均无示数，小明找来一根完好的导线，一端连在电源负极，另一端触碰接线柱 $A$、 $B$、 $C$，当发现只有触碰接线柱 $C$时，灯泡才发光，若电路中只有一处故障，且各器材，导线均完好，则电路故障可能是　　。

④排除故障后，闭合开关，移动滑动变阻器，当电压表为 $2.5V$时，电流表示数如图乙所示，则小灯泡的额定功率为　　 $W$。

（2）小明和小华观察电流表和电压表均标有电阻值，请教老师后得知这是电表的电阻，为了在接好的图甲中较准确的测量出小灯泡的电功率，他们对电压表的负接线柱应该接在 $C$处还是 $D$处进行了探究，他们将开关闭合，移动滑动变阻器的滑片使灯泡发光，不添加器材，请你说出接下来的操作及判断方法。

①操作　　；

②如何判断：　　。

（3）小明和小华重新设计了一种测量小灯泡额定功率的电路，如图丙所示，电源电压保持 $3.5V$不变， $R_0$为阻值为 $10\Omega$的定值电阻，连接好电路后进行如下操作：

（1）断开开关 $S_2$，闭合开关 $S$和、 $S_1$，移动滑动变阻器滑片 $P$，使电压表示数为 $2.5V$；

（2）保持滑动变阻器滑片 $P$位置不变，断开开关 $S_1$，闭合开关 $S$、 $S_2$，读出电压表示数为 $2.6V$；

小灯泡的额电功率为　　 $W$（计算结果保留两位小数）。

图甲是某型号视频展示台，其摄像头中的镜头相当于一个焦距可调的凸透镜，使用时，将物品放在展示台的摄影面板上。

（1）该视频展示台摄像头的镜头焦距可调范围为 $5.4\mathit{mm}-64.8\mathit{mm}$，把一张照片放在投影面板上，镜头离投影面板的距离为 $40\mathit{cm}$，照片通过镜头成的像是　　

$A$．放大的实像     $B$．缩小的实像 $C$．放大的虚像       $D$．缩小的虚像

（2）与视频展示台配套使用的投影幕是依靠电动机来控制升降的，小明用如图乙所示的电路进行模拟研究，电路中直流电动机的线圈电阻为 $2\Omega$， $R_0$为阻值是 $10\Omega$的定值电阻，电源电压保持 $12V$不变，闭合开关 $S$，当电动机正常工作时，匀速提升重为 $0.4N$的物体，此时电压表示数为 $6V$，求：

①电动机正常工作时，通过电阻 $R_0$的电流是多大？

②电动机正常工作2秒所消耗的电能是多少？

③若电动机正常工作时，有 $5\%$的机械能用来提升物体，物体在2秒内上升的高度是多少？

下表示某型号电烤箱铭牌部分参数，其内部电路图如图所示， $R_1$和 $R_2$均为电阻丝，电烤箱在低温挡正常工作 $0.5h$所消耗的电能是　　 $\mathit{kW}·h$， $R_2$的阻值是　　 $\Omega$。

额定电压		$220V$
额定功率	高温挡	$1100W$
	低温挡	$440W$

如图所示，在探究物体动能的大小与哪些因素有关时，让同一小车分别从同一斜面的不同高度由静止释放，撞击水平面上同一木块。

（1）本实验探究的是　　（木块 $/$小车 $/$斜面）的动能与　　的关系，实验中是通过观察　　来比较动能大小的；

（2）第一次实验的情景如图甲所示，在进行第二次实验前，应先将撞出的木块　　；

（3）若操作正确，第二次实验木块最终的位置如图乙所示，则此实验的结论是：　　。

在测定额定电压为“ $2.5V$”小灯泡电功率的分组实验中：

（1）请用笔画线代替导线，将图甲中的实物电路连接完整。

（2）小明闭合开关后，发现灯泡不亮，电流表无示数，电压表有示数，则故障可能是　　。排除故障后，移动滑片使小灯泡正常发光，此时电流表数如图乙所示，则小灯泡额定功率为　　 $W$。

（3）小华在进行实验数据处理时，算出了小灯泡的平均功率（如表），你认为这样处理数据是　　（合理 $/$不合理）的，理由：　　。

实验序号	电压 $U/V$	电流 $I/A$	功率 $P/W$	平均功率 $\bar{P}/W$
①	2.0	0.26	0.52	0.69
②	2.5	0.28	0.70
②	2.8	0.30	0.84

（4）下列描述小灯泡功率 $P$随滑动变阻器阻值 $R$变化情况的图象中，正确的是　　

小华和妈妈去超市购物，她们将 $17\mathit{kg}$物品放在小推车中推行，小推车在某段时间内速度 $v$随时间 $t$变化的关系图象如图所示。已知小推车重 $130N$，所受阻力是总重的0.15倍。 $(g$取 $10N/\mathit{kg})$

（1）在 $0~10s$内，水平推力　　（大于 $/$小于 $/$等于）阻力，阻力大小为　　 $N$。

（2） $10~20s$内水平推力做了多少功？

（3） $10~20s$内水平推力的功率多大？

在“测量小灯泡功率”的实验中，提供的器材有：铭牌上仅能看清标有“ $0.3A$”字样的小灯泡、电池组、电压表、电流表、滑动变阻器、开关、导线若干。

（1）请用笔画线代替导线将图甲所示的实物电路连接完整。

（2）闭合开关前，滑动变阻器的滑片应置于　　（选填“左”或“右” $)$端。闭合开关，小灯泡不亮，两电表均无示数，现将电压表接在变阻器两端时有示数，接在开关两端时无示数，则电路故障是　　。

（3）排除故障后，移动变阻器的滑片，使电流表示数为 $0.3A$，此时电压表示数如图乙所示，其值为　　 $V$，小灯泡的额定功率为　　 $W$。

（4）在实验过程中，电压表发生故障，现增加电阻箱和单刀双掷开关，设计了如图丙、丁两种方案，则能测出灯泡额定功率的方案是　　。