初中物理能量解答题

夏天，小华发现爸爸将水和防冻液（主要成分是不易蒸发、密度为 $1.11g/c{m}^3$的乙二醇）混合后加入汽车水箱，他很不解：夏天为什么还要加防冻液？他思考后认为，加防冻液后，混合液的比热容和沸点都可能发生变化。

（1）小华对混合液比热容的变化情况作了进一步思考，觉得混合液的比热容应随含水量（水在混合液中所占体积之比）的增大而增大。为此，他在图甲装置的两支相同试管中分别加入体积相同、含水量不同的混合液，通过实验进行验证。

①实验中存在的问题是　　。

②纠正后，实验通过　　来比较不同混合液的比热容的大小。

（2）小华继续探究混合液沸点与含水量的关系，测得数据如下：

含水量 $W/\%$	50	40	30	20	10	5
混合液沸点 $t{/}^{°}\text{C}$	107	110	116	124	141	160

①请在图乙中，描点作出含水量 $W$与混合液沸点 $t$的关系图线。

②混合液的含水量为 $15\%$时，沸点是　　 ${}^{°}\text{C}$。

（3）混合液沸腾后冷却，小华测出其密度，发现混合液的密度比混合前利用水和防冻液的质量、体积算出的密度要大。对于混合液沸腾冷却后密度变大的原因，他提出如下猜想：

猜想1：防冻液与水混合时总体积变小；

猜想2：混合液沸腾过程中水大量汽化。

①若猜想1正确，则混合液总体积变小的原因是　　。

②为验证猜想2是否正确，他设计了以下方案：将混合液加热至沸腾，分别测出沸腾过程中不同时刻的温度，若猜想正确，实验时可观察到　　；混合液密度变大的原因是　　。

小兵利用图1电路来探究电流与电阻的关系，他在实验中控制电压表示数为 $U_0$不变，相关器材规格已在图中标明。

（1）请用笔画线代替导线将电压表接入电路；

（2）开关闭合前，滑动变阻器的滑片应置于图中最　　（选填“左”或“右” $)$端；

（3）闭合开关，将电阻箱调至某阻值，调节滑动变阻器时，他发现电压表示数始终为零而电流表示数有明显变化，经检查是由于某处被短路而造成的，被短路的是　　；

（4）小兵调节电阻箱阻值 $R$，进行多次实验，所绘制的 $I$与 $\frac{1}{R}$关系图线如图2所示，由此可知 $U_0=$　　

$V$，实验结论是：在电压一定时，　　；

（5）若由于电池电量不足，小兵换用 $4.5V$电源后继续实验，进行了如下操作：

①将电阻箱阻值先调至 $4\Omega$进行实验，实验完成后断开开关；

②再将电阻箱阻值调至 $15\Omega$后，闭合开关进行实验；

则由于小兵在上述操作中的一个疏漏，将会导致　　。

（6）小华利用图1电路和器材也对电流与电阻的关系进行了探究在 $5\Omega ~25\Omega$范围内，他将电阻箱阻值 $R$调至5个不同的值分别进行了实验，则他根据实验数据描点所绘制的与 $I$与 $\frac{1}{R}$关系图线不可能是图3中的　　（选填“甲”或“乙” $)$，理由是　　。

如图，电源电压恒定， $R_1$、 $R_2$是定值电阻， $R_1=10\Omega$，滑动变阻器 $R_3$标有“ $20\Omega 0.5A$”字样。只闭合开关 $S_1$，电流表的示数为 $0.9A$；再闭合开关 $S_2$、 $S_3$，电流表的示数变为 $1.5A$，求：

（1）电源电压；

（2）开关 $S_1$、 $S_2$、 $S_3$都闭合时， $R_2$在 $10s$内产生的热量；

（3）只闭合开关 $S_3$，移动变阻器滑片时， $R_1$的电功率变化范围。

人类正面临能源危机，为了找到更节能的光源，科学家做了大量的实验，实验发现下表中的 $\mathit{LED}$灯和白炽灯在正常工作时，光照强度相同。请通过计算回答下列问题：

（1） $\mathit{LED}$灯正常发光时的电流是多大？

（2） $\mathit{LED}$灯正常发光时的电阻是多大？

（3）正常工作 $10h$，使用 $\mathit{LED}$灯比白炽灯要节约多少电能？

类型	$\mathit{LED}$灯	白炽灯
发光原理	二极管发光	钨丝高温发光
额定电压	24伏	220伏
响应时间	${10}^{-9}$秒	${10}^{-3}$秒
额定功率	12瓦	100瓦

在“测量小灯泡的功率”实验中，小灯泡的额定电压为 $2.5V$。

（1）如图甲是小明测量小灯泡额定功率的实物电路图（不完整）。请用笔画线代替导线将实物电路图连接完整。

（2）闭合开关前，图甲中滑动变阻器的滑片 $P$应位于　　（选填“ $A$”或“ $B$” $)$端。

（3）连接好电路后，闭合开关，小明发现移动滑动变阻器滑片 $P$，小灯泡不发光，电压表的示数为零。进一步观察并检查电路，发现电压表、电流表、导线及其连接均完好。针对电路中出现的小灯泡不发光的故障现象，他提出了如下猜想：①小灯泡短路；②小灯泡的灯丝断了；③滑动变阻器断路。根据故障现象，猜想　　（填序号，下同）是错误的。如果观察到电流表有示数，则猜想　　是正确的。

（4）排除故障，闭合开关，移动滑动变阻器滑片 $P$到某一位置，电压表示数如图乙所示，此时应将滑片 $P$向

　　（选填“ $A$”或“ $B$” $)$端移到合适位置，读出电流表示数，即可算出小灯泡的额定功率。

（5）小平打算增加一个阻值为 $10\Omega$的定值电阻 $R_0$，只利用一只电表，通过图中操作（开关 $S$接“ $a$”、” $b$”各一次）来测量小灯泡的额定功率。图丙、丁是她设计的两种不同方案的电路图，则以下判断正确的是　　（填字母）。

$A$．两种方案都能          $B$．两种方案都不能

$C$．丙方案能，丁方案不能   $D$．丙方案不能，丁方案能。

在“测量小灯泡电功率”的实验中（小灯泡标有“ $2.5V$”字样）。

（1）如图甲所示，正确连接电路后，闭合开关，小明发现无论怎样调节滑动变阻器，灯泡都不亮，电流表无示数，电压表有示数，则电路故障可能是　　。

（2）排除故障后，移动滑片 $P$到某一位置时，电压表示数如图乙所示，为了继续完成实验，应将滑片 $P$向　　 $(A/B)$端移动。小明根据实验所测的数据，作出如图丙所示的图象，则小灯泡的额定功率为　　 $W$。

（3）测量结束后，小明应先　　，然后拆除　　上的导线，再拆除其它导线。

（4）小明对本实验进行了拓展思考，以下探究活动用该实验装置中的器材不能完成的是　　

$A$．测量小灯泡的电阻

$B$．探究串联电路电流的特点

$C$．探究串联电路电压的特点

$D$．探究电流与电压的关系

由连云港市市政府主导，某集团投资建设的公共自行车项目，通过相关部门的宣传“绿色出行，低碳生活”的理念深入人心。经过一段时间的运行，公共自行车已经真正融入到港城人民的生活中。一位市民骑着自行车在平直的水平路面上以 $5m/s$的速度匀速行驶，已知该市民质量为 $60\mathit{kg}$，自行车质量为 $10\mathit{kg}$，前后轮胎和地面总接触面积为 $2\times {10}^{-3}{m}^2$．假定骑行过程中人和车受到的阻力恒为 $15N$，在该市民骑行过程中，求： $(g=10N/\mathit{kg})$

（1）自行车对水平路面的压力；

（2）自行车对水平路面的压强；

（3）该市民做功的功率。

在“测量小灯泡额定功率”的实验中，老师给同学们提供的器材有：小灯泡（额定电压为 $2.5V$，正常发光时灯丝电阻约为 $10\Omega )$、电源（电压恒为 $6V)$、电流表、电压表、开关各一个，导线若干。若实验室只有： $R_1\left(10\Omega 1A\right)$、 $R_2(50\Omega 0.2A)$、 $R_3(100\Omega 0.5A)$三种规格的滑动变阻器可供选择。

（1）请画出实验电路图。

（2）通过估算，滑动变阻器应选择　　（选填“ $R_1$”、“ $R_2$”或“ $R_3$” $)$

（3）同学们检查器材完好，按电路图连接电路，当闭合开关时，发现电流表指针偏转情况如图1所示，造成这种现象的原因是　　。

（4）同学们纠正了错误，正确连接好电路，闭合开关，发现小灯泡不亮，但电流表、电压表均有示数，请分析出现这种现象的原因是　　。为测量小灯泡的额定功率，接下来的操作应该是　　，读出并记录电流表的示数。

（5）当小灯泡正常发光时，电流表的示数如图2，为　　，则小灯泡的额定功率为　　。

小华做“测量小灯泡的功率”的实验，并探究小灯泡亮度与功率的关系，电源电压为 $4V$，保持不变，小灯泡额定电压为 $2.5V$，滑动变阻器标有“ $20\Omega 1A$”字样。

（1）图甲所示是小华正准备接入最后一根导线（图中虚线所示）时的实验电路。请指出图中在器材操作上存在的不妥之处：　　。

（2）下表是记录与处理实验数据的表格（部分），表中 $A$和 $B$处内容是　　和　　。

小灯泡的规格	电压表的示数 $U/V$	电流表的示数 $I/A$	$A$	$B$
$U_{额}=2.5V$	1.0	0.1	$/$	$/$

（3）实验中测出在 $U=2.0V$时的功率后，要测量其额定功率，滑动变阻器的滑片应向　　移动：当电压表的示数达到额定电压时，电流表的示数如图乙所示，则小灯泡的额定功率为　　 $W$。

（4）小明认为（2）中表格内数据不是真实的。你　　（同意 $/$不同意）小明的观点，写出你判的依据。答：　　。

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” $)$。