初中物理能量解答题

小明利用如图1所示的电路测定小灯泡的额定功率。所用器材：额定电压为 $2.5v$的小灯泡、电池组（二节干电池串联，电压为 $3V)$，电压表一块，滑动变阻器 $(10\Omega ,2A)$定值电阻 $(R_0=5\Omega )$、开关三个和导线若干。

（1）用笔画线代替导线，将图2中的实物电路按照图1所示的电路图连接完整。

（2）闭合开关前，应将变阻器滑片滑到　 　（选填“左”或“右” $)$端。

（3）连接完电路后，小明只闭合 $S$、 $S_1$时，移动滑片 $P$，电压表示数发生改变；只闭合 $S$、 $S_2$时，移动滑片 $P$，小灯泡不发光。于是小明用电压表进行电路故障检测，把电压表并联在某电路元件两端，测试结果如表所示。则电路中一定存在的故障是　　（填写序号）

①灯泡 $L$处断路

②灯泡处短路

③开关 $S_2$处断路

测试元件	灯泡 $L$	开关 $S_2$
电压表	无示数	有示数

（4）排除故障后，小明继续实验。

①只闭合 $S$、 $S_2$，移动滑片 $P$，使电压表的示数为　　 $V$

②只闭合 $S$、 $S_1$，保持滑片 $P$不动，读出电压表的示数为 $2.25V$

③小灯泡的额定功率为　　 $W$。

（5）当加在灯泡两端的电压为额定电压的一半时，灯泡的实际功率 $P_{实}$　　（选填“ $>$”“ $<$”或“ $=$” $)\frac{1}{4}{P}_{额}$

【拓展】小红通过课外学习知道，干电池有一定的电阻，我们需要用它的“电压 $U$”和“电阻 $r$”两个物理量来描述它（如图3所示）。于是小红在小明完成步骤①后，将电压表并联在电池组两端，保持滑片 $P$的位置不变，只闭合 $S$、 $S_2$时，读出电压表示数为 $2.55V$，则小明实验中所用电池组的电阻 $r$是　　 $\Omega$。

2017年2月6日，“向阳红09”搭载“蛟龙”号载人潜水器起航离开青岛港，执行中国大洋第38航次科考任务，“向阳红09”搭载“蛟龙”号航行时的排水量为 $4488t$，牵引力的功率恒为 $6600\mathit{kW}$，航行速度随时间变化图象如图所示，若“向阳红09”搭载“蛟龙”号在航行过程中所受阻力恒为 $6.6\times {10}^{5}N$，出发 $200s$速度达到 $10m/s$，前进 $1660m$，取 $g=10N/\mathit{kg}$，求：

（1）“向阳红09”搭载“蛟龙”号在航行时受到海水的浮力；

（2）在 $0~200s$内“向阳红09”搭载“蛟龙”号行驶的平均速度；

（3）在 $0~200s$内“向阳红09”搭载“蛟龙”号航行时牵引力所做的功。

如图所示，在一个配有活塞的厚透明筒里放一小团硝化棉，把活塞迅速下压，压缩空气　 　，使筒内空气的内能增大，温度升高，观察到硝化棉　　。上述改变物体内能的方式与发烧时用冷毛巾给头部降温改变物体内能的方式　　（选填“相同”或“不相同” $)$。

小柯在拓展课上，设计了图甲电路，用来直接测出接入1、2两点间导体的电阻。

（1）用导线连接1、2两点，电流表的示数如图乙，则通过变阻器的电流为　　 $A$．此时1、2两点间的电阻为 $0\Omega$，则在电流表指针所指的刻度上标 $0\Omega$。

（2）保持变阻器滑片不动，把待测电阻 $R_x$接入1、2两点之间，此时电流表读数为 $0.1A$，则 $R_x$的阻值是　　 $\Omega$，然后在电流表的 $0.1A$刻度处标上相应的阻值。依此方法，在电流表的刻度上一一标上相应的阻值，这样就可以用此电流表测出接入1、2两点间导体的电阻。

（3）干电池用久了电压会变小，此时再用导线连接1、2两点，电流表的指针就不能对准 $0\Omega$刻度线。要使指针重新对准 $0\Omega$刻度线，变阻器的滑片应向　　（填字母）端移动。

一台起重机在 $10s$内将重为 $3600N$的货物匀速提高了 $4m$，起重机做的有用功是　 $1.44\times {10}^{4}J$　。若起重机做的额外功是 $9600J$，则机械效率是　　，起重机的总功率是　　 $W$。

小明利用斜面搬运物体的过程中，提出了一个问题：“斜面的机械效率与斜面的倾斜程度有没有关系？”针对这个问题，他通过在斜面上拉动物体进行了探究（如图所示），测得的实验数据如表中所示：

实验次数	斜面的 倾斜程度	物体重 $G/N$	物体上升高度 $h/m$	沿斜面拉力 $F/N$	物体移动距离 $S/m$	有用功 $W_{有}/J$	总功 $W_{总}/J$	机械效率 $\eta$
1	较缓	5.0	0.10	1.6	0.50	0.50	0.80	$63\%$
2	较陡	5.0	0.15	2.2	0.50	0.75	1.10	$68\%$
3	最陡	5.0	0.25	3.1	0.50		1.55

（1）沿斜面拉动物体时，应使其做　　运动。

（2）根据表中的数据可求出第③次实验中拉力所做的有用功为　　 $J$，机械效率是　　。

（3）通过对上述实验数据的分析可知，斜面的省力情况与斜面倾斜程度的关系是：斜面越缓，越　　。

（4）通过对上述实验数据的分析，对斜面机械效率的问题可获得的初步结论是：在其它条件不变的情况下，　　。

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　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　白炽灯泡

白炽灯泡的灯丝是由金属钨制作的，其灯丝发光时温度可达 ${2000}^{°}\text{C}$左右。为防止灯丝在高温下氧化，在制作灯泡时要抽真空，在制作大功率灯泡时，还要把灯泡内充入稀有气体氦等，主要是为了防止灯丝在高温下升华。

白炽灯泡工作时，电能转化为光能的效率较低，因此逐渐被节能灯和 $\mathit{LED}$灯所替代。

（1）由于钨的　 　较高，所以用钨制作灯丝；

（2）灯泡内充入稀有气体氦等，主要是为了　　；

（3）白炽灯泡逐渐退出市场，是由于　　。

如图所示，已知电源电压为 $U$，三个电阻的阻值分别为 $R_1$、 $R_2$和 $R_3$，求：

（1）当 $S_1$、 $S_2$均断开，电流表和电压表的示数；

（2）当 $S_1$、 $S_2$均闭合时，电压表和电流表的示数。

2021年5月15日，天问一号火星探测器所携带的"祝融号"火星车及其着陆组合体成功降落在火星北半球的乌托邦平原南部，实现中国航天历史性的突破。

（1）虽然火星大气稀薄，着陆组合体冲入火星大气层后，5千米 $/$ 秒级别的速度依然导致大气冲击和摩擦产生了巨大的振动和热量，足以熔化大部分金属。通过隔热装置和多种散热手段，着陆组合体的温度依然能保持常温。图甲为着陆组合体部分着陆流程的示意，则隔热装置应安装在 　　（选填" $A$ "或" $B$ " $)$ 处。

（2）当着陆组合体的速度骤降到数百米 $/$ 秒，巨大的降落伞在火星上空约10千米的高度打开。当速度降低到100米 $/$ 秒以内，降落伞"功成身退"，着陆组合体依靠底部强大的反冲火箭工作进一步减速。随着速度进一步降低，着陆组合体进入悬停避障状态。着陆组合体悬停时（如图乙所示），反冲火箭喷气的方向为 　　。

（3）着陆组合体总着陆时间只有9分钟左右，也被叫做"恐怖9分钟"。这是因为火星距离地球太遥远 $(5.5\times {10}^{10}$ 米 $~4\times {10}^{11}$ 米），如果着陆组合体通过电磁波信号与地面控制中心通信，信号来回至少需要几分钟？（电磁波在真空中传播速度为 $3\times {10}^8$ 米 $/$ 秒）

排球充气后，让排球从手上自由落下，排球每次弹回的高度都低于落下时的高度。

（1）解释整个过程中能量是否守恒。

（2）排球从接触地面到形变最大的过程中，速度 $v$与形变大小△ $V$之间的关系大致如图，请说明该过程中，排球受力情况与机械能变化的关系。

综合问答 $--$家庭中的物理：

小雨用电热水器将水加热。他洗完头发开窗通风时被风一吹感到凉。他看到妈妈腌的鸡蛋悬浮在盐水中。

请用 $\dots$（开头4个字） $\dots$（结尾4个字）将你所选的内容写出来，并用所学的知识进行解释。

沙漠集水器

（1）有些沙漠紧邻大海，　　（白天 $/$晚上）风通常从大海吹向沙漠，导致空气中富含水蒸气。

（2）伯克利分校的团队设计出一款沙漠集水器 $-\mathit{WaterSeer}$，如图所示，利用风能这种　　（可再生 $/$不可再生）能源，借助风力驱动风轮旋转，带动螺旋桨将讲空气输入金属管中部。

（3）深埋在土壤深处的金属管底部温度较低，由于金属的　　（填物理属性）好使得金属管中部温度也降低。

（4）空气中的水蒸气在金属管中部　　（吸 $/$放热），液化成水滴，水滴在　　力的作用下，沿管壁下落，汇集于金属管底部容器。

（5） $\mathit{WaterSeer}$每天可以收集约 $37L$饮用水，合　　 $\mathit{kg}$，应用前景十分乐观。 $\left({\rho }_{水}=1.0\times {10}^3\mathit{kg}/m^3\right)$

现有一个电压约为 $36V$的电源（电压保持不变），一个量程为 $0~1A$的电流表，三个阻值已知的电阻 $R_1\left(20\Omega \right)$、 $R_2\left(30\Omega \right)$、 $R_3\left(10\mathit{k\Omega }\right)$，开关和导线若干。请合理选择器材设计实验，比较精确地测出约为 $10\Omega$的未知电阻 $R_x$的阻值。要求：

（1）画出实验电路图；

（2）写出主要的实验步骤和需要测量的物理量；

（3）写出待测电阻 $R_x$的数学表达式（用已知量和测量量表示）。

在“探究不同物质吸热升温的现象”时，用同一套器材分别加热质量相等的水和煤油，每隔一定的时间记录水和煤油升高的温度。

（1）调节好天平后，将薄壁铝桶放在天平左盘中，在右盘中加入砝码并移动游码，天平再次平衡时，所加砝码和游码的位置如图甲所示，则铝桶的质量为　　 $g$。

（2）砝码盒里剩有 $100g$、 $50g$、 $20g$、 $10g$、 $5g$砝码各一个，为了称量 $90g$的水，接下来的操作是：　　，

向铝桶中加水，直至天平再次平衡。

（3）在组装成如图乙所示的实验装置时，为保证用酒精灯外焰加热，应先调节好　　的高度，注意调节温度计的高度，使温度计的玻璃泡与液体　　。

（4）正确组装好器材后，给水加热，当水温达到 ${35}^{°}\text{C}$时开始计时，每隔 $0.5\mathit{min}$记录一次温度计的示数，并将数据记入下表。将铝桶中的水换成等质量的煤油，重复以上操作。

加热时间 $/\mathit{min}$		0	0.5	1.0	1.5	2.0	2.5
温度 ${/}^{°}\text{C}$	水	35	38	41	44	47	50
	煤油	35	41	47	53	59	65

①图丙是根据实验数据画出的水的温度随加热时间的变化图象，请在图丙中补画出煤油的温度随加热时间变化的图象。

②由图象可知，质量相等的水和煤油升高相同的温度，　　吸收的热量多。

③进一步分析图象发现：质量一定的水吸收的热量与升高温度的比值是相等的；质量相等的水和煤油，上述比值大小　　（选填“相等”或“不相等” $)$。

2020年5月27日，中国珠峰高程测量登山队从北坡成功登顶，圆满完成峰顶测量任务，亿万民众共同见证这一极限挑战，激起国人满腔豪情。

（1）登顶的一大难关是“第二台阶”，这段垂直高度4米的岩壁上架着“中国梯”（图甲），登山队员的质量为75千克，爬完岩壁至少需要克服重力做功多少焦耳？

（2）科学家在珠峰底部设立了多个观测点（图乙）来测量珠峰高度的目的是　　。

（3）受到测量珠峰高度的启发，小敏用激光笔来测量校内的旗杆高度（图丙）；打开激光笔开关，让激光对准旗杆的顶端，要测算出旗杆高度 $H$，需测出的数据有　　。