初中物理能量解答题

如图所示，电阻 $R_1$的阻值为 $10\Omega$．闭合开关 $S$，电阻 $R_1$两端的电压为 $10V$，电阻 $R_2$两端的电压为 $5V$．求：

（1）电源两端的电压。

（2）通过电阻 $R_1$的电流。

某电热加湿器具有防干烧功能，可在水量不足时自动停止工作，其工作原理如图所示；水箱中的加热器具有高、低两挡功率调节功能，其内部电路（未画出）由开关 $S$和阻值分别为 $121\Omega$和 $48.4\Omega$的电阻丝 $R_1$、 $R_2$组成。轻弹簧的下端固定在水箱底部，上端与一立方体浮块相连，浮块内有水平放置的磁铁。该加湿器为防干烧已设定：仅当浮块处于图中虚线位置时，固定在水箱侧壁处的磁控开关方能闭合而接通电路。

（1）当处于高功率挡时，加热器工作 $2.5\mathit{min}$所产生的热量全部被 $1\mathit{kg}$的水吸收后，水温升高了 ${50}^{°}\text{C}$．已知加热器处于低功率挡时的功率为 $400W$，电压 $U=220V$，水的比热容 $c_{水}=4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{\circ }\text{C}}\right)$。

①求加热器处于高功率挡时的功率；

②请画出加热器内部电路。

（2）当向水箱内缓慢加水使浮块上升至图中虚线位置时，浮块下表面积距水箱底部的高度为 $20\mathit{cm}$，弹簧对浮块的弹力大小为 $6N$，浮块（含磁铁）的质量为 $0.4\mathit{kg}$， $g$取 $10N/\mathit{kg}$。

①求浮块上升至虚线位置时排开水的体积；

②该加湿器所设定的防干烧最低水面距水箱底部的高度为　　 $\mathit{cm}$，理由是　　。

某油电混合动力汽车工作原理如图所示，当它以 $90\mathit{km}/h$的速度匀速行驶 $10\mathit{min}$的过程中，发动机和驱动电机共同为汽车提供动力，驱动汽车行驶所需的能量 $E_1=3\times {10}^{7}J$，其中 ${\eta }_1=60\%$来自于汽油燃烧，而汽油燃烧放出热量的 ${\eta }_2=40\%$用于驱动汽车行驶和对蓄电池充电，其中用于充电的能量 $E_2=2\times {10}^{6}J$，设汽油在发动机气缸内完全燃烧，汽油热值取 $q=5\times {10}^{7}J/\mathit{kg}$。

（1）当该汽车制动刹车时，驱动电机会反转为发电机给蓄电池充电，电机发电的原理是　　，产生的电能是从汽车的　　能转化而来的。

（2）求题述过程中汽车受到的阻力；

（3）题述过程中，汽车所消耗汽油的质量用 $m$表示。

①求汽车所消耗汽油的质量 $m$；

②请将下列表达式填写完整： ${\eta }_1{E}_1=$　　（用 $q$、 $m$、 ${\eta }_2$和 $E_2$表示）

如图1所示，装有 $0.01m^3$水的圆桶置于水平地面上，桶与地面间的接触面积为 $0.2m^2$。

桶的质量忽略不计， $g$取 $10N/\mathit{kg}$。

（1）求桶中水的质量。

（2）求这桶水对地面的压强。

（3）某同学用图2所示的滑轮组将这桶水匀速提升 $2m$的过程中，所用拉力为 $40N$．求该滑轮组的机械效率。

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　　。

在“比较质量相等的不同燃料燃烧时放出的热量”实验中，小林选用碎纸片和酒精为燃料进行了实验。

（1）小林将天平放在水平桌面上并将游码归零后，若指针静止时位置如图1所示，则他应将平衡螺母向　　端调节；图2是正确测量所用碎纸片质量时的场景，此时游码所处位置如图3所示，则他还应称量　　 $g$的酒精；

（2）小林组装的实验装置如图4所示，他在器材安装中的一处错误是　　；

（3）本实验中，燃料完全燃烧放出热量的多少是通过　　来反映的。

（4）正确组装实验装置后，小林用（1）中所称量的碎纸片和酒精分别进行实验，正确采集的数据如表所示，根据实验数据，小林却得出了与事实相反的实验结论：质量相同的碎纸片和酒精完全燃烧后，碎纸片放出的热量较多。你认为他在实验中最有可能遗漏的操作是　　。

温度 燃料	加热前的水温 ${/}^{°}\text{C}$	燃料燃尽时的水温 ${/}^{°}\text{C}$	水温的变化 ${/}^{°}\text{C}$
酒精	20	65	45
碎纸片	20	80	60

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水陆两栖飞机“鲲龙” $\mathit{AG}600$

2018年10月20日，国产大型水陆两栖飞机“鲲龙” $\mathit{AG}600$成功实现水上起降，如图所示。 $\mathit{AG}600$装有4台国产 $\mathit{WJ}6$涡轮螺旋桨发动机，是国家为满足森林灭火和水上救援的迫切需要，研制的大型特种用途民用飞机，既能在陆地上起降，又能在水面上起降，是一艘会飞的船。

飞机发动机的热效率和推进效率是反映飞机性能的重要指标。发动机的热效率是指发动机获得的机械能与燃料完全燃烧产生的内能之比，推进效率是指发动机传递给飞机的推进功（推力所做的功）与获得的机械能之比。

飞机的部分参数如下表所示：

$\mathit{WJ}6$发动机数量	4台	最大起飞质量	$53.5t$
最大巡航速度	$500\mathit{km}/h$	发动机巡航推力	$4.6\times {10}^{4}N$
发动机的热效率	$40\%$	发动机的推进效率	$\dots \dots$

（1）“鲲龙” $\mathit{AG}600$在水面降落的过程中，重力势能　　，动能　　。

（2）机翼外形做成上凸下平的流线型是利用了　　的原理，从水面产生较大的升力。

（3） $\mathit{AG}600$以最大速度满载巡航 $2h$，消耗燃油 $5000\mathit{kg}$，燃油完全燃烧获得的内能是　　 $J$，此过程中发动机的推进效率为　　。（燃油的热值为 $q=4.6\times {10}^{7}J/\mathit{kg})$

（4）观看“鲲龙” $\mathit{AG}600$在水面上起降后，小明发现“鲲龙” $\mathit{AG}600$与普通飞机不同，机身下部制成“ $V$”形，除了能减小阻力外，这样设计的目的还有　　。

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

如图甲所示是“探究冰熔化时温度随加热时间变化”的图象。 $(c_{水}=4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{\circ }\text{C}}\right)$，相同时间吸收的热量相同）

分析图象可知：

（1）冰的熔点是　　 ${}^{°}\text{C}$，冰在熔化过程中的特点是：吸收热量，温度　　。

（2）该物质在第 $6\mathit{min}$时的内能　　（大于 $/$等于 $/$小于）第 $8\mathit{min}$的内能。

（3）熔化后水和烧杯的总质量如图乙所示，其中空烧杯的质量是 $22.4g$，则水的质量是　　 $g$，冰熔化过程中吸收的热量为　　 $J$。

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白光 $\mathit{LED}$灯

目前，常用的白光 $\mathit{LED}$以蓝光 $\mathit{LED}$为芯片，其上涂有黄色荧光粉，通电后， $\mathit{LED}$芯片发出蓝光，其中一部分照射到荧光粉上，荧光粉发出波长比蓝光长的黄光，该黄光与另一部分蓝光混合射出，人眼便感觉到白光，生活中常用的白光 $\mathit{LED}$灯是将多个白光 $\mathit{LED}$连接而成的。

实验表明，白光 $\mathit{LED}$的发光强度与其通过电流的占空比成正比。通常通过 $\mathit{LED}$的电流随时间变化的规律如图1所示，电流的占空比 $D=\frac{t_0}{T}$，在电流周期 $T$小于人眼视觉暂留时间（约 $0.1s)$的情形下，人眼便感觉不到灯的闪烁。

人眼对亮度的感觉（即“视觉亮度” $)$与 $\mathit{LED}$发光强度变化并不一致，当光强度均匀增大时，视觉亮度并非均匀增加。弱光时，光强增大一倍，视觉亮度的增加多于一倍；强光时，光强增大一倍，视觉亮度的增加不足一倍。

生活中，白光 $\mathit{LED}$调光台灯的电流设置了恰当的占空比变化规律，使视觉亮度均匀变化。

（1）文中所述人眼感觉到的白光是由　　混合而成的。

（2）文中所述白光 $\mathit{LED}$发出的两种色光　　。

$A$．均由荧光粉产生

$B$．均由 $\mathit{LED}$芯片产生

$C$．波长短的由 $\mathit{LED}$芯片产生，波长长的由荧光粉产生

$D$．波长短的由荧光粉产生，波长长的由 $\mathit{LED}$芯片产生

（3）白光 $\mathit{LED}$灯通入图中所示电流时，在 $0-2T$时间内，不发光的时间段为　　和　　。

（4）下列是四种电流的 $t_0$和 $T$值，它们的 $I_0$均相同。分别用它们对同一白光 $\mathit{LED}$灯供电，其中人眼感觉不到闪烁，且发光强度最大的是　　。

$A$． $t_0=1.8s$， $T=2s$

$B$． $t_0=0.8s$， $T=1.0s$

$C$． $t_0=0.05s$， $T=0.1s$

$D$． $t_0=0.02s$， $T=0.03s$

（5）某白光 $\mathit{LED}$调光台灯共有5级亮度，要使人眼对 $1~5$级的“视觉亮度”均匀增大，下列图象中电流的占空比设置符合要求的是　　。

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：　　。

阅读短文，回答文后的问题。

热阻

当物体或物体的不同部分之间存在温度差时，就会发生热传递。传导是热传递的一种方式，物体对热量的传导有阻碍作用，称为热阻，用 $R$表示。物体的热阻与物体在热传导方向上的长度 $l$成正比、与横截面积 $S$成反比，还与物体的材料有关，关系式为 $R=\frac{l}{\mathit{\lambda S}}$，式中 $\lambda$称为材料的导热系数，不同材料的导热系数一般不同。房屋的墙壁为了保温，往往使用导热系数较小的材料。如果墙壁一侧是高温环境，温度始终为 $t_1$；另一侧是低温环境，温度始终为 $t_2$，墙壁中形成稳定的热量流动，则单位时间内从高温环境传导到低温环境的热量 $Q$与墙壁两侧的温度差成正比，与墙壁的热阻成反比。

（1）热量传导过程和电流相似，温度差相当于电路中　　

$A$．电流

$B$．电压

$C$．电阻

$D$．电功率

（2）铜汤勺放在热汤中，把手很快就会烫手，而塑料把手的汤勺不会烫手。由此可知铜和塑料的导热系数大小： ${\lambda }_{铜}$　　 ${\lambda }_{\mathit{塑料}}$（填“ $>$”“ $<$”或“ $=$” $)$。

（3）如图甲所示，热量在墙壁中传导，虚线标出的墙壁正中间处的温度为　　。

（4）如图乙所示，热量在墙壁中传导，在传导方向上的长度为 $L_1$，横截面积为 $S$，导热系数为 ${\lambda }_1$；在墙壁一侧紧贴一层保温层，保温层与墙壁面积相同，在热传导方向上的长度为 $L_2$，导热系数为 ${\lambda }_2$，则单位时间内从高温环境传导到低温环境的热量 $Q=$　　。

小明要测量额定电压为 $2.5V$的小灯泡的功率。

（1）如图所示，电路图中没有标明电流表、电压表，请在相应圆圈内填入字母“ $A$”“ $V$”完成电路图。

实验序号	①	②	③
电压 $U/V$	2.0	2.5	2.8
电流 $I/A$	0.22	0.24	0.26

（2）连接电路时，闭合开关前，滑动变阻器的滑片应移到　　端。

（3）小明测量的数据如上表所示，三次测量比较，小灯泡亮度变化情况是　　

$A$．变亮

$B$．变暗

$C$．不变

（4）小灯泡的额定功率为　　 $W$。

小明和小红做“测量小灯泡的功率”实验，实验目的是测量小灯泡的额定功率和实际功率，器材有：电压恒为 $4.5V$的电源、额定电压为 $3.8V$的小灯泡、滑动变阻器 $\left(20\Omega 2A\right)$、电压表、电流表、开关各一个，导线若干。

（1）小明连接了如图甲所示的电路，准备将电压表接在小灯泡两端，电压表的表盘如图乙所示，小红认为这样连接电压表不妥，理出是：　      　。

（2）小明和小红讨论后，选择 $0~3V$的量程，将电压表接在滑动变阻器的 $A$， $B$接线柱上，请你用笔画线代替导线，将电路连接完整。

（3）正确连接好电路后，他们采用合理的操作方式，闭合开关，移动滑片 $P$，读出电压表，电流表的示数，观察小灯泡的亮度变化，记录在下表中。

电压表的示数 $U/V$	2.9	2.5	2.3	1.7	0.7	0.5	0
电流表的示数 $I/A$	0.20	0.22	0.24	0.26		0.31	0.34
小灯泡的亮度	逐渐变亮

①为达成实验目的，请将表格中的栏目补充完整：　　。

②当电压表示数为 $0.7V$时，电流表示数如图丙所示，则小灯泡的额定功率为　　 $W$。

③实验结果表明，小灯泡的亮度与实际功率的关系是：　　。

④实验时，若移动滑片 $P$至 $B$端，则开关闭合后会出现　　现象，导致器材可能损坏。

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” $)$。