初中物理能量解答题

在更换家用轿车的轮胎时，剪式千斤顶是一种常用工具。图甲是某型号剪式千斤顶的结构示意图。使用时，将底部支撑台置于水平地面，保持千斤顶竖直，将顶升置于汽车车身下，用手摇动扳手使扳手绕 $O$点不断旋转，带动丝杆转动，通过丝杆水平拉动左端铰链，使支架向内收缩，顶升升高，从而将汽车车身顶起。丝杆上刻有梯形扣，图乙是梯形的实物图。

（1）该型号的剪式千斤顶是由一些简单机械组合而成的。在顶起车身的过程中，丝杆上的梯形扣属于下列哪一种简单机械？　　。

$A$．滑轮 $B$．滑轮组   $C$．杠杆   $D$．斜面

（2）现使用该剪式千斤顶更换轮胎，顶起汽车车身后，若顶升受到车身竖直向下的压力大小始终为 $10000N$，且等于顶升对车身的支持力，千斤顶自身重量忽略不计。

①若底部支撑台与地面接触面积为 $0.04m^2$，顶起汽车车身后手不再用力，则千斤顶对地面产生的压强是多大？

②顶起汽车车身后，为了方便更换轮胎，需要继续摇动扳手，使顶升继续升高一段距离。若人摇动扳手使顶升在 $1\mathit{min}$内升高 $12\mathit{cm}$，用千斤顶顶起车身时的机械效率为 $80\%$，则人做功的功率是多大？

如图甲所示是“探究不同物质吸热升温的现象”实验装置，小华用两个相同的容器（图中用虚线框表示）分别装入质量相等的 $A$、 $B$两种液体，用相同的装置加热：

（1）以从实验效果考虑，本实验选择　　（烧杯 $/$易拉罐）作为盛放液体的容器较好，实验中使用玻璃棒的目的是　　。

（2）两种液体吸收热量的多少可通过　　（液体升高的温度 $/$加热时间）比较。

（3）根据实验数据绘制的温度与时间的关系图象如图乙所示，分析图象可知：质量相等的 $A$和 $B$两种液体，在升高相同温度时，　　 $(A/B)$吸收的热量较多；质量相等的 $A$和 $B$两种液体，在吸收相同热量时，　　 $(A/B)$升温较高。

（4）冬天，小华想自制一个暖手袋，若只能从 $A$或 $B$中选一种液体装入暖手袋中作为供热物质，则应选择　　 $(A/B)$

小华在“探究电流与电阻关系”的实验中：

（1）按要求将实物图连接完整（要求：滑片 $P$向右滑时变阻器接入电路的电阻变大）。

（2）在连接电路的过程中，开关必须处于　　（闭合 $/$断开）状态，滑动变阻器的滑片 $P$应放在最　　（左 $/$右）端。

（3）小华用三只阻值分别为 $15\Omega$、 $10\Omega$和 $5\Omega$的电阻探究“电流与电阻关系”的过程中，将 $15\Omega$电阻换成 $10\Omega$时，应在闭合电路后，将滑片向　　（左 $/$右）移动，其目的是　　。

图甲为测定额定电压为“ $2.5V$”小灯泡电功率的实验电路，电源电压恒为 $3V$不变。

（1）请用笔画线代替导线，将图甲中的实物图连接完整。

（2）闭合开关前，滑片应移到滑动变阻器的最　　端（选填“左”或“右” $)$。

（3）正确连接好电路，闭合开关，发现灯泡不亮，电流表有示数，电压表无示数；移动滑片，发现除了电流表示数改变外，其余均无变化。经检查，电压表完好，则故障可能是小灯泡　　（选填“短路”或“断路” $)$。

（4）排除故障后，移动滑片，实验小组记下多组对应的电压表和电流表的示数，并绘制成图乙所示的 $I-U$图像，由图像可计算出小灯泡的额定功率为　　 $W$。

（5）实验过程中，当电压表示数为 $1V$时，滑动变阻器连入电路的阻值为　　 $\Omega$。

某电器厂设计了一种具有高、中、低温三挡的家用电火锅，该火锅产品铭牌和电路图如图所示：

额定电压	$220V$
额定功率	高温挡	中温挡	低温挡
	$880W$	$440W$	$220W$

（1）当开关 $S_1$断开， $S_2$接 $a$时，该电火锅选用　　档工作（选填“高温”、“中温“或“低温” $)$。

（2）当电火锅使用中温挡正常工作时，电路中电流是多大？接入电路的电热丝的阻值是多少？

（3）用电火锅高温挡在额定电压下烧水7分钟，电流做了多少功？若电热丝产生的热量全部被水吸收，在1个标准大气压下，能使 $1\mathit{kg}$初温为 ${20}^{°}\text{C}$的水升高多少 ${}^{\circ }\text{C}}\left(c_{水}=4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{\circ }\text{C}}\right)\right)$？

阅读短文，回答问题。

地铁

南通即将进入地铁时代。乘坐地铁需文明出行、确保安全。地铁站的站台上标有黄色警戒线；乘客应留意车厢内红、绿色的线路指示灯。手持式安检仪用于检测乘客是否携带违禁金属物品，工作人员能根据安检仪发出低沉或尖锐的警报声，判断金属物品的大小；手持式安检仪的电池容量为 $2\times {10}^3\mathit{mAh}$，额定电压为 $9V$，额定功率为 $0.36W$，电池容量指放电电流与放电总时间的乘积；当剩余电量减为电池容量的 $10\%$时，安检仪不能正常工作。

图甲为另一种安检仪的原理模型，固定的矩形虚线区域内存在方向竖直向上的磁场，宽度为 $0.6m$。边长 $0.2m$的正方形金属线圈 $\mathit{abcd}$放在水平传送带上，可随传送带一起以速度 $v$匀速运动。线圈进、出磁场过程中会产生电流，从而线圈会受到大小随线圈速度增大而增大、方向水平的磁场力作用，因此线圈与传送带间也存在摩擦力；运动过程中线圈整体处于磁场中时，线圈中无电流产生。在线圈与传送带间无相对滑动时，传送带克服线圈摩擦力做功的功率 $P$与对应的速度 $v$的数据如表。

$v/m·s^{-1}$	0.2	0.3	0.5	0.6	0.8
$P/W$	0.016	0.036		0.144	0.256

（1）候车时乘客越过黄色警戒线会有危险，那是因为流体的流速越大，压强越　　；有乘客手捧鲜花进入车厢，所有乘客都闻到了花香，这是因为分子在　　。

（2）下列说法中，正确的是　　。

$A$．手持式安检仪也能检测出酒精等易燃违禁物品

$B$．通过手持式安检仪报警声的音调可判断金属物大小

$C$．站立的乘客拉住扶手是为了避免受惯性作用造成伤害

$D$．佩戴紫色眼镜的乘客也能准确辨别出线路指示灯的颜色

（3）手持式安检仪正常工作时的电流为　　 $\mathit{mA}$；电池充满电后，安检仪能正常工作的最长时间为　　 $h$。

（4）分析表中数据，当传送带速度为 $0.5m/s$时，传送带克服线圈摩擦力做功的功率 $P=$　　 $W$；线圈进入磁场时受到的摩擦力 $f$与传送带匀速运动的速度 $v$的变化关系如图乙所示，则当 $v>$　　 $m/s$时线圈将在传送带上滑动。

（5）设传送带的速度保持 $0.2m/s$不变。已知线圈的 $\mathit{bc}$边进入磁场时， $\mathit{bc}$边受到的磁场力方向水平向左，当 $\mathit{bc}$边出磁场时，由于 $\mathit{ad}$边受到磁场力作用，线圈会受到方向水平向　　（选填“左”或“右” $)$的摩擦力的作用；将多个与图甲中相同的线圈每隔相同时间△ $t$从传送带的左端逐一释放，释放后线圈即与传送带保持 $0.2m/s$的速度一起运动。则△ $t=$　　 $s$时，一段时间后，传送带就会不间断的受到一个线圈的摩擦力作用。

铁板文蛤是南通的特色佳肴，由文蛤、佐料放在经加热发烫的铁板上制作而成，在体积相同的条件下，餐馆会尽量选择热容量大的炊具。热容量的定义是：物体的温度升高（或降低） $1^{°}\text{C}$吸收（或放出）的热量。查阅资料知道：物体的热容量与物体的质量和物质的比热容有关，由此同学们对相同体积物体的热容量作如下猜想：

猜想1：物体的质量越大则物体的热容量越大；

猜想2：物质的比热容越大则物体的热容量越大。

同学们先用图甲所示装置，将体积相同的四个不同金属块浸没在烧杯内的水中，将水加热至沸腾，用温度计测出水的温度，示数如图乙；将四个金属块同时从水中取出，快速放入四个相同的保温杯中，杯中盛有质量和初温（约 ${20}^{°}\text{C})$均相同的水，过一段时间后分别测出保温杯内水的末温，收集记录的数据如下表。

金属块	质量 $m/g$	比热容 $c/J{\left(\mathit{kg}{\cdot }^{°}\text{C}\right)}^{-1}$	末温 ${(}^{°}\text{C})$
铅	565	$0.13\times {10}^3$	34.3
铜	445	$0.39\times {10}^3$	47.2
铁	395	$0.46\times {10}^3$	48.1
铝	135	$0.88\times {10}^3$	40.9

（1）安装装置时应先固定线夹　　（选填“ $A$”或“ $B$” $)$；图乙温度计示数为　　 ${}^{°}\text{C}$。

（2）由表中数据可知：若金属块放出的热量完全被水吸收，则吸收热量最多的是放入了金属　　的杯中的水；热容量最大的是　　金属块。

（3）分析数据可判断：猜想1、猜想2都是　　的。请选择猜想1或猜想2，说出你对该猜想作出上述判断的理由：　　。

（4）请用热容量这个物理量，给比热容下定义：　　。

将几十个小彩灯串联后接在照明电路上，形成一串五光十色的彩灯带，当其中一个小彩灯灯丝烧断后，彩灯带却不会熄灭，其原因是：小彩灯内有一根表面涂有绝缘物质的细金属丝与灯丝并联。当灯丝正常发光时，金属丝与灯丝支架不导通；当灯丝烧断时，金属丝与灯丝支架瞬间导通，其他小彩灯仍能发光。为探究小彩灯的这一结构，小明找来额定电压为 $5V$的小彩灯进行实验。

（1）请用笔画线代替导线，在甲图中将实物电路连接完整。

（2）正确连接电路，闭合开关，发现灯不亮，电流表有示数，电压表无示数，则电路故障的原因是　　。

（3）排除故障，正确操作测得实验数据及现象记录如表。

实验次数	1	2	3	4	5	6	7	8
电压 $\left(V\right)$	0.3	1.0	2.0	3.0	4.0	5.0	6.0	7.5
电流（A）	0.06	0.10	0.13	0.16	0.18	0.20	0.21	0
灯泡亮度	不亮	发红	弱光 $\to$强光					灯丝烧断

①小彩灯的额定功率为　　 $W$；

②在图乙中，作出灯丝烧断前的 $I-U$关系图象；

③分析图象可知；小彩灯的电阻随着其两端电压的增大而　　。

（4）实验中发现，灯丝烧断后，小彩灯并没有导通，其原因可能是　　。

图示电路中，电源电压恒定，定值电阻电阻 $R_0=10\Omega$，滑动变阻器 $R$标有“ $50\Omega 1.0A$”。把滑片 $P$移至某一位置，闭合 $S_1$，当 $S_2$分别断开和接“1”时，电流表示数分别为 $0.4A$和 $0.6A$。

（1）求电源电压；

（2）求开关 $S_2$接“1”时，滑动变阻器 $10s$内消耗的电能；

（3）用量程为 $0~3V$的电压表替换电流表， $S_2$改接“2”，闭合 $S_1$，移动滑片 $P$，求 $R_0$的电功率的最小值。

在综合实践活动中，科技小组设计了一个由压敏电阻控制的报警电路如图所示，电源电压恒为 $18V$，电阻箱最大阻值为 $999.9\Omega$．报警器（电阻不计）通过的电流达到或超过 $10\mathit{mA}$会报警，超过 $20\mathit{mA}$会损坏。压敏电阻 $\mathit{Rx}$在压力不超过 $800N$的前提下，其阻值随压力 $F$的变化规律如下表所示。

压力 $F/N$	0	50	100	150	200	250	300	$\dots$
电阻 $\mathit{Rx}/\Omega$	580	560	540	520	500	480	460	$\dots$

（1）为不损坏元件，报警电路允许消耗的最大功率是多少？

（2）在压敏电阻 $\mathit{Rx}$所受压力不超过 $800N$的前提下，报警电路所选滑动变阻器的最大阻值不得小于多少？

（3）现要求压敏电阻受到的压力达到或超过 $200N$时，电路报警按照下列步骤调试此报警电路：

①电路接通前，滑动变阻器滑片 $P$置于 $b$端；根据实验要求，应将电阻箱调到一定的阻值，这一阻值为　　 $\Omega$；

②将开关向　　端（填数字）闭合，调节　　，直至　　；

③保持　　，将开关向另一端闭合，报警电路即可正常使用。

（4）对（3）中已调试好的报警电路，现要求压敏电阻受到的压力达到或超过 $700N$时，电路报警，若电源电压可调，其它条件不变，则将电源电压调为　　 $V$即可。

有两只阻值未知的定值电阻 $R_1$、 $R_2$。

（1）图甲是用伏安法测 $R_1$阻值的实物电路，电源电压恒为 $3V$，滑动变阻器最大阻值为 $10\Omega$。

①甲图中有一根导线连接错误，请在该导线上画“ $\times$”并在图上改正（所画的导线用实线且不能交叉）。

②改正电路后，闭合开关，发现无论怎样移动滑动变阻器滑片，两电表均无示数，其原因可能是　　（填字母）。

$A$．滑动变阻器断路 $B$． $R_1$断路     $C$． $R_1$短路

③故障排除后，正确操作实验器材，移动滑片，当电压表示数为 $1.2V$时，电流表示数如图乙所示，则待测电阻 $R_1=$　　 $\Omega$。

④现有以下三组数据，分析可知，不可能通过以上实验获得的数据有　　（填序号）。

实验序号	$U/V$	$I/A$	$R_1/\Omega$
1	0.8	0.2
2	1.6	0.4
3	1.9	0.475

（2）图丙是能巧测 $R_2$阻值的实验电路图。图中 $R$为电阻箱， $R_0$为定值电阻（阻值未知）。要求仅利用电阻箱读数表达 $R_2$的阻值请在空白处填上适当内容。

①将开关接 $a$，调节电阻箱和滑动变阻器滑片 $P$至适当位置，记下　　；

②将开关接 $b$，调节　　，保持　　不变，记下　　；

③则 $R_2=$　　。

某实验小组利用如图所示电路探究“导体中电流和电压的关系”，提供的实验器材有：电源 $\left(6V\right)$、电流表、电压表定值电阻 $\left(10\Omega \right)$、滑动变阻器 $(40\Omega 0.5A)$、开关和导线若干。

（1）请用笔画线代替导线，将图中实物电路连接完整；

（2）闭合开关前，应该将滑片 $P$置于　　端（选填“ $A$”或“ $B)$；

（3）小明同学进行了正确的实验操作，某次电流表的示数为 $0.2A$，此时定值电阻消耗的功率为　　 $W$，变阻器接入电路的阻值为　　 $\Omega$。

（4）同组的小红同学想要探究“导体中电流和电阻的关系”，她又找来了两个阻值分别为 $5\Omega$和 $20\Omega$的电阻，用图示电路，为完成三次实验，则定值电阻两端电压的最小预设值是　　 $V$。

某科技兴趣小组在实验室看到若干长方体金属导体。它们的材料相同，外形都如图甲所示，他们想探究该种导体电阻与厚度及边长的关系。在老师的帮助下，他们测量了部分导体厚度 $h$、边长 $a$和电阻 $R$，并记录在表格中。（在测量电阻时，老师要求导体都要按照图乙所示的方式通过导线接入电路；实验时环境温度保持不变。 $)$

根据以上信息，请回答下面问题：

（1）分析表格中的数据可得：该种导体电阻大小与边长 $a$　　（选填“有关”或“无关” $)$，与厚度 $h$成　　（选填“正比”或“反比” $)$。

（2）从该种导体中，选取了厚度 $h$之比为 $2:3$、边长 $a$之比为 $2:1$的两个导体 $R_1$、 $R_2$，按图丙方式串联后接在闭合电路中，设两端的电压为 $U_1$， $R_2$两端的电压为 $U_2$，则 $U_1:U_2=$　　。

（3）现代集成电路技术需要电子元件微型化，且集成度越高，电子元件越需要微小。现某集成电路需要一只阻值为 $1.6\times {10}^{-3}\Omega$的该种导体，小华从边长 $a$为 $5\mathit{mm}$、 $10\mathit{mm}$、 $15\mathit{mm}$、 $20\mathit{mm}$的四个导体中选择了边长为 $5\mathit{mm}$的导体。与其它三个导体相比，请分析该导体工作时的优缺点：　　。

次数	厚度 $h/\mathit{mm}$	边长 $a/\mathit{mm}$	电阻 $R/\times {10}^{-3}\Omega$
1	1	5	1.6
2	1	10	1.6
3	1	15	1.6
4	1	20	1.6
5	2	10	0.8
6	4	10	0.4
7	5	10	0.32

如图中所示，在“测量小灯泡电功率”的实验中，电源电压为 $4.5V$，小灯泡额定电压为 $2.5V$，电阻约为 $10\Omega$。

（1）请用笔画线代替导线，将图甲中的实物电路连接完整。

（2）连接电路时，开关应处于　　状态。

（3）实验中无论怎么移动滑片 $P$，发现小灯泡始终不亮，电压表有示数，电流表无示数，原因可能是　　（写出一种即可）

（4）排除故障后，移动滑片 $P$到某位置，电压表示数如图乙所示，示数为　　 $V$；要测量小灯泡的额定功率，应将滑片 $P$向　　（选填“ $A$”或“ $B$” $)$端移动，使电压表示数为　　 $V$。

（5）移动滑片 $P$，记录多组对应的电压表和电流表的示数，绘制成 $I-U$图象。根据图内所给的信息。计算出小灯泡的额定功率是　　 $W$。

如图是一款家庭常用的电热水壶，经测量该电热水壶的质量为 $0.6\mathit{kg}$，它与桌面的接触面积为 $0.02m^2$．该电热水壶的额定电压为 $220V$，额定功率为 $1000W$． $[g$取 $10N/\mathit{kg}$，水的比热容为 $4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{°}\text{C}\right)]$

（1）求电热水壶的额定电流（保留一位小数）；

（2）求电热水壶静止放在水平桌面上对桌面的压强；

（3）用此电热水壶将 $1\mathit{kg}$，初温为 ${20}^{°}\text{C}$的水加热到 ${100}^{°}\text{C}$，沸腾水至少吸收多少热量？

（4）电热水壶正常工作时，若不考虑热量损失，将壶中质量为 $1\mathit{kg}$、初温为 ${20}^{°}\text{C}$的水加热到 ${100}^{°}\text{C}$需要多长时间。