初中物理能量解答题

用标有"2.5V"小灯泡，进行"研究小灯泡的电功率"实验。（允许加在小灯泡两端的最大电压为1.2U _额）

（1）进行实验：

①如图1是未连接好的电路，请你用笔画线代替导线，正确连接图中实物电路。

②如图2，当小灯泡两端电压为2.5V时，电流表示数是 　    　A，灯泡额定功率是 　 　W。

（2）通过实验得到：灯泡实际功率越大，灯越亮。试从能量转化角度解释"灯泡实际功率越大，灯越亮"的原因。

（3）以小灯泡为例，用数据说明选用电流表0.6A而不用3A量程的理由。

某小组同学准备探究"通过导体的电流与电压、电阻的关系"实验器材有：干电池2节，滑动变阻器（20Ω，1A）、电流表、电压表、开关各一个，不同阻值的定值电阻及导线若干，图甲是他们连接的实验电路。

（1）闭合开关前，应将滑动变阻器的滑片P移到 　　（选填"A"或"B"）端

（2）闭合开关后，他们移动滑动变阻器的滑片至某一位置，电压表示数为0.7V，电流表示数如图乙所示，接着继续探究，把所测数据填在了下表中

实验次数	1	2	3	4	5
电压U/V	0.7	1	1.1	1.5	1.7
电流I/A		0.18	0.20	0.26	0.30

①图乙中电流的示数为 　　A。

②图丙是以电流Ⅰ为纵坐标、电压U为横坐标建立的平面直角坐标系，请根据他们所测数据、在坐标系中描点，画出I﹣U图象，并标记为a。

（3）图丙中b、c、d三条I﹣U图象，是其他组同学选择5Ω、10Ω和20Ω的定值电阻，按图甲电路测量数据所画。

①单独分析图丙中每条I﹣U图象，可以得到的结论是 　　。

②该小组同学发现，分析图丙中的I﹣U图象，还能得到："当导体两端电压一定时，导体中的电流与导体的电阻成反比"这一规律。请写出分析方法： 　　。

③验证②中的规律，该小组的同学选择了5Ω、10Ω、20Ω的定值电阻，准备分别接入图甲电路，测量电流进行探究，有同学提议：既然探究时需要保持电阻两端电压不变，图甲中可以不用连接滑动变阻器和电压表。他们按照提议分别将三只电阻由小到大接入电路，闭合开关后，读出电流表示数分别为0.42A，0.24A，0.13A，发现无法验证②中的规律。于是他们计划仍按图甲进行探究，分析测量数据后，选定准备加在电阻两端的电压值U．为确保完成验证，则这个电压值U的范围为 　　。

A.1.5V＜U≤3V

B.1.3V＜U＜2.1V

C.1.3V＜U≤2.6V

D.2.1V＜U＜2.6V

如图1所示的电路中，定值电阻 $R_1$为 $10\Omega$， $R_2$为滑动变阻器，电源电压保持不变。闭合开关 $S$后，滑片 $P$从 $b$端移动到 $a$端的过程，电压表示数 $U$与电流表示数 $I$的关系图象如图2所示。求：

（1）电源电压；

（2）滑动变阻器的最大阻值。

某小组进行"探究动能大小与质量是否有关"的活动。

（1）小明用两辆相同的小车，在其中一辆小车上放一个砝码，然后让它们从同一斜面的同一位置由静止释放，撞击置于水平面上的木块，如图（a）。

①将小车从同一位置处释放，目的是为了控制小车到达水平面的 　 　相同。

②通过比较 　　来比较小车动能大小。根据实验得出结论：动能大小与质量大小有关。

（2）小红改变实验方案：让同一小车，从同一斜面的不同高度由静止释放，撞击水平面上的木块，如图（b）。发现：木块滑行的距离不一样远。根据这一现象，能做出以下哪个判断？ 　　。

$A$ ．动能大小与质量无关，一定还与其他因素有关

$B$ ．动能大小除了与质量有关外，一定还与其他因素有关

$C$ ．不能判断物体动能大小是否与质量有关，动能大小一定与质量外的其他因素有关

如图所示电路，电源电压恒为12V，定值电阻R为12Ω，灯泡L标有"12V 0.5A"字样，假设灯丝电阻不随温度的变化而变化，求：

（1）灯泡L的额定功率是多少？

（2）当断开开关S ₂、闭合S ₁和S ₃时，电路中的总电流是多少？

（3）开关S ₁、S ₂、S ₃分别处于什么状态时，整个电路消耗的总功率最小？此时的总功率为多少？

如图是一台火灾现场侦察、灭火的消防机器人，其质量为 $600\mathit{kg}$ ，履带与地面接触的总面积为 $0.5m^2$ ，以 $3m/s$ 的速度在水平地面沿直线匀速前进了 $1\mathit{min}$ ，行驶时所受阻力为自重的0.02倍 $(g$ 取 $10N/\mathit{kg})$ 。求：

（1）消防机器人在 $1\mathit{min}$ 内通过的路程。

（2）消防机器人静止在水平地面时，对地面产生的压强。

（3）在水平地面匀速直线前进的过程中，消防机器人牵引力做功的功率。

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？

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　　。

在如图所示的电路中，电源电压恒定， $R_1$ 为定值电阻， $R_2$ 为滑动变阻器 $(a$ 、 $b$ 为其两端点）。开关 $S$ 闭合后，当滑动变阻器的滑片 $P$ 在 $a$ 、 $b$ 之间滑动的过程中，电压表的示数变化了 $3V$ ，电阻 $R_1$ 的电功率变化范围是 $1.2W~2.7W$ ，则电源电压为 　 　 $V$ ，滑动变阻器 $R_2$ 的最大阻值为 　　 $\Omega$