初中物理能量解答题

梅雨季节，湿衣服久晾不干，令人烦恼。小组同学设计出两款自动控制“干衣神器”，可使得衣服快速变干，请选择其中一种方法完成电路原理设计并算出相应答案。（两种方法都做，以第一种为准）

方法一	方法二
器材：开关 $S$，电源转换器（把 $220V$交流电压转换为 $6V$直流电压），定值电阻 $R_0$，热敏电阻 $R_x$（电阻随温度的变化关系如图所示）。电磁继电器（线圈电阻不计，线圈电流大于 $0.2A$时衔铁被吸下，线圈电流小于 $0.2A$时衔铁被弹回），电风扇，电热丝（电阻不变）。 功能：①闭合开关 $S$．当温度低于 ${60}^{°}\text{C}$时，机器吹热风；当温度高于 ${60}^{°}\text{C}$时，机器吹冷风。 ②受控电路 $(220V$工作电路）吹热风时功率为 $120W$、吹冷风时功率为 $20W$。 （1）请以笔画线代替导线完成电路连接。 （2）定值电阻 $R$的阻值为　　 $\Omega$。 （3）电热丝的阻值为　　 $\Omega$．	器材：开关 $S$，电源转换器（把 $220V$交流电压转换为 $6V$直流电压），定值电阻 $R_0$，湿敏电阻 $R_x$（电阻随摆度的变化关系如图所示），电磁继电器（线圈电阻不计，线圈电流大于 $0.2A$时衔铁被吸下，线圈电流小于 $0.2A$时衔铁被弹回），电风扇，电热丝（电阻不变） 功能：①闭合开关 $S$．当湿度大于 $40\%$时，机器吹热风；当湿度小于 $40\%$时，机器吹冷风。 ②受控电路 $(220V$ 工作电路）吹热风时功率为 $120W$，吹冷风时功率为 $20W$。 （1）请以笔画线代替导线完成电路图连接。 （2）定值电阻 $R_0$的阻值为　　 $\Omega$。 （3）电热丝的阻值为　　 $\Omega$．

如图所示的电路中，电源电压恒定，灯 $L_1$、 $L_2$电阻不变，闭合开关 $S_1$、 $S_2$，电压表示数为 $12V$，电流表示数为 $1.2A$， $L_1$和 $L_2$都正常发光。断开开关 $S_1$、 $S_2$，将电压表、电流表的位置互换，只闭合开关 $S_1$，电流表示数为 $0.75A$，电压表示数不变问：

（1） $L_1$的电阻和额定功率各为多大？

（2） $L_2$的电阻和额定功率各为多大？

小明家用铁皮桶制作简易太阳能热水器，替代燃烧木柴的加热方式，小明观测到某日铁皮桶装满水后，经过一天的太阳光照，水温从 ${20}^{°}\text{C}$升高到 ${60}^{°}\text{C}$．已知铁皮桶的容积为 $50L$， $c_{水}=4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{\circ }\text{C}}\right)$， ${\rho }_{水}=1\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$．问：

（1）当日桶内的水吸收的热量有多大？

（2）设用燃烧木柴加热，木柴完全燃烧释放热量的 $28\%$被桶内水吸收，则当日使用该太阳能热水器可节约多少木柴？ $\left(q_{\mathit{木柴}}=1.2\times {10}^{7}J/\mathit{kg}\right)$

2019年4月15日起，新的《电动自行车安全技术规范》正式实施。要求：最大速度 $⩽25\mathit{km}/h$，电动机输出功率 $⩽400W$，质检员小华对某款电动自行车进行测试，沿水平直路从 $A$出发骑行至 $D$结束，如图所示。测试情况如表格所示。

	$\mathit{AB}$	$\mathit{BC}$	$\mathit{CD}$
路程 $/\mathit{km}$	0.6	4.8	0.6
用时 $/h$	0.05	0.2	0.05
速度特点	逐步加速	以最大速度匀速行驶	逐步减速
阻力特点	越来越大	恒为 $60N$	越来越小

（1）测试过程中，小华看到路旁的树木向西，她是以　　（选填“自己”或“地面” $)$为参照物，此时她是向　　（选填“东”或“西” $)$骑行。

（2） $\mathit{BC}$段，电动自行车的速度为　　 $\mathit{km}/h$，　　（选填“符合”或“不符合” $)$新《规范）关于最大速度的要求。

（3） $\mathit{BC}$段，电动自行车的动力做功　　 $J$．电动机的输出功率为　　 $W$，　　（选填“符合”或“不符合” $)$新《规范》关于电动机输出功率的要求。

（4）从 $A$到 $D$全程，电动自行车的平均速度为　　 $\mathit{km}/h$。

建设居民楼雨水蓄水系统是镇江市海绵城市建设项目之一，让市民不再“城市看海”。图1是小明设计的地下蓄水池（未画出）水位监测及排水电路， $R$为电阻箱， $R_F$为置于池底的压力敏感电阻，其阻值随上方水的压力的变化而变化，已知：电压 $U=12V$；当电磁铁线圈中的电流 $I⩽0.04A$时，铁质开关 $K$被释放，当 $I⩾0.048A$时， $K$被吸上，从而通过控制池底水泵将水位保持在一定的范围内；电磁铁线圈电阻不计， $R_F$的阻值随池内水位变化关系如图2所示。

（1）当池内水位升高时， $R_F$受到水的压力将变　　；

（2）请在图1中接入一电压表，要求当水位升高时电压表的示数增大

（3）若此电路能控制池内的最低水位 $0.5m$，求所能控制的最高水位。

（4）为既能调高池内最高水位，又能使池内最高与最低水位的高度差保持不变，小明采取了减小 $R$的调节方案，该该方案是　　的（选填“可行”或“不可行” $)$，你的理由是　　。

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？

在测量电阻的实验中：

（1）小华设计的测量电路如图1所示，待测电阻 $R_x$约 $10\Omega$。

①在开关闭合前，滑动变阻器的滑片应置于最　　端；

②导线 $A$、 $B$、 $C$、 $D$中有一根连接错误，这根导线是　　；

③改正连接错误并闭合开关后，小华发现无论怎样调节滑动变阻器，电压表示数不为零且保持不变，而电流表示数始终为零，已知导线及各处连接完好，则电路中　　出现了　　故障。

（2）小清设计的测量另一待测电阻 $R_x$阻值的电路如图2所示

①他的测量步骤如下

第1步：将 $R_x$接在电路中 $A$、 $B$两点间，闭合开关 $S$，调节滑动变阻器滑片 $P$至适当位置，此时电压表的示数如图3所示，示数为　　 $V$；断开开关 $S$，移走 $\mathit{Rx}$

第2步：再将电阻箱 $R$接在 $A$、 $B$两点间，闭合开关 $S$，保持滑动变阻器的滑片 $P$位置不变，调节电阻箱使电压表的示数仍如图3所示，此时电阻箱接入电路中阻值 $R=48\Omega$，则小清测得 $R_x$的阻值为　　 $\Omega$

②在第2步中，若小清无意中将滑动变阻器的滑片 $P$向右移了少许，则他测得 $R_x$的阻值将偏　　，设滑片 $P$的右移使滑动变阻器接入电路的阻值增大了 $2\Omega$，则小清测得 $R_x$的值为　　 $\Omega$。

图1是小丽探究动能大小与速度关系时的实验场景：斜面上有两平行轨道，将两小球①、②从轨道上由静止释放，与放置在水平木板上的两个相同木块①、②发生碰撞，两个木块初始位置到斜面底端的距离相等。

（1）为完成实验，应使两个质量　　的小球从轨道上　　高度由静止释放（均选填“相同”或“不同” $)$

（2）由图1场景可知，碰撞木块前瞬间，小球　　的动能较大，两木块通过 $A$、 $B$两点处所受的滑动摩擦力大小分别为 $f_A$、 $f_B$，则 $f_A$　　 $f_B$，滑行中，木块的动能转化成　　能；

（3）图2是某次实验的场景：将两小球从图中 $E$、 $F$处静止释放，最终木块①从水平木板的右端滑出，小丽用质量更大的木块③替换木块①后继续此次实验，将两小球仍从图中 $E$、 $F$处由静止释放，木块③未滑出木板，小丽的实验改进有一处遗漏，它是　　。

阅读短文，回答问题

无人机作为空中平台，以高分辨率高速摄像机、轻型光学相机、激光扫描仪等设备获取信息，用计算机对图象信息进行处理，并按照一定精度要求制作成图象。无人机航拍影像具有高清晰、高现实性的优点。下表是某小型无人机的部分参数：

参数名称	最大飞行 半径 $/\mathit{km}$	最大巡航速度 $/\mathit{km}·h^{-l}$	电池电压 $/V$	电池容量 $/\mathit{mAh}$	电动机额定功率 $/W$	拍摄速度 $/$帧 $·$秒 ${}^{-1}$
数据	5	50	24	2500	20	11000

（电池容量 $=$放电电流 $\times$放电时间，例如， $1\mathit{mAh}$是指以 $1\mathit{mA}$的电流能连续工作 $1h$。帧 $·$秒 ${}^{-1}$是指每秒拍摄的画面数）

（1）人们是利用遥控器通过　　传输信息操控无人机的，其有效操控距离至少为　　 $\mathit{km}$。

（2）小轿车在高速公路上限速 $120\mathit{km}/h$。如图甲所示，交警部门利用无人机进行高速公路通行情况的实时监测。一辆小轿车在通行 $0.5m$的过程中，高速摄像机拍摄帧数为110帧，据此判断小轿车是否超速？　　（是 $/$否）。

（3）如图乙，是无人机竖直向上运动的 $v-t$图象，由图象可知，在 $0~5s$内，无人机受到的升力　　 $(>/=/<)$重力。

（4）电动机是控制无人机飞行状态的关键动力设备，当它正常工作时， $12s$内消耗的电能是　　 $J$．已知电动机消耗的功率是电源总功率的 $50\%$，则无人机在空中以额定功率飞行的时间不能超过　　 $h$。

（5）为增大小型无人机的巡航时间，请从研制方面，提出一条合理化建议：　　。

“暴走”是一种快速的徒步运动方式。观察分析人走路情形，可以将人的脚视为一根杠杆，如图所示，行走时人的脚掌前端是支点，人体受到的重力是阻力，小腿肌肉施加的力是动力。已知某人的质量为 $80\mathit{kg}$， $g=10N/\mathit{kg}$。

运动方式	散步	快走	慢跑	快跑
消耗能量 $E/\mathit{kJ}$	315	1165.5	1260	1764

（1）请画出小腿肌肉施加的拉力 $F$的力臂 $L_1$。

（2）根据图片，估算小腿肌肉产生的拉力是　　 $N$。

（3）人向前走一步的过程中，重心升高约 $4\mathit{cm}$，人克服自身重力约做了　　 $J$的功。

（4）通过查阅资料：人以不同方式徒步运动半小时，消耗人体内的能量如上表所示。请你从能量角度分析“暴走”能健身的原因：　　。

小华用如图甲所示电路测量合金丝电阻，电源电压为 $6V$。

（1）在图甲中用笔画线代替导线将实验电路连接完整，使实验中滑动变阻器的滑片向右移动时电流表示数增大。

（2）闭合开关前应将滑动变阻器的滑片移动到　　端。

（3）闭合开关后，将滑动变阻器的滑片从接入电路电阻最大处移动到另一端过程中，发现电压表和电流表的指针只在图乙所示位置发生很小的变化，由此可以推断：电路中　　（选填图中表示接线柱的数字）间发生了　　（断路 $/$短路）。

（4）在电路故障排除后，调节滑动变阻器，当电压表指针如图丙所示时，电流表读数为 $0.5A$，由此，小华算出接入电路合金丝的电阻为　　 $\Omega$。

（5）为准确地测出合金丝的电阻，对实验应作怎样的改进？答：　　。

阅读短文，回答文后的问题。

制动液

汽车制动液俗称刹车油，汽车刹车时，驾驶员踩踏板通过刹车管内的制动液把压力传递到刹车块，刹车块和车轮上的鼓轮摩擦，静止车轮转动，制动时，因摩擦产生的热量会使制动液温度升高，如果温度过高，达到沸点，制动液就会产生大量气体，造成制动失灵。制动液的沸点在遇潮吸水后会下降，因此国家规定制动液沸点不得低于 ${140}^{°}\text{C}$．要测量制动液的沸点，可以取适量制动液和一个质量为 $m_1$的铜块放入加热容器，加热至沸腾后，把铜块取出立即放入一个装有水的保温杯中，保温杯中水的质量为 $m_2$、温度为 $t_1$，等铜块和水的温度相同后，再测出水温 $t_2$，若从取出铜块到测出水温过程散失的热量为 $Q$，铜的比热容为 $c_1$，水的比热容为 $c_2$，就可以计算得到制动液的沸点，下表为某种制动液的含水量和对应的沸点。

含水量 $/\%$	0	1	2	3	4	5	6
沸点 ${/}^{°}\text{C}$	210	180	158	142	132	124	120

（1）刹车时制动液温度会升高，这是通过　　方式增加了制动液的内能。

（2）制动液沸点的表达式为 $t=$　　。

（3）利用表格中给出的数据，在坐标图中作出沸点与含水量的关系图象。

（4）当含水量达到　　时，这种制动液就必须更换。

如图甲所示，小华用电阻箱和滑动变阻器研究通过导体的电流与电阻的关系。

次数	$R_1/\Omega$	$I/A$
1	3.0
2	6.0	0.33
3	9.0	0.25

（1）图甲中电阻箱 $R_1$和滑动变阻器 $R_2$的连接方式是　　联。

（2）连接电路前，开关应处于　　状态。

（3）第1次实验时，电流表示数如图乙所示，则电流为　　 $A$。

（4）经过3次测量，得到表格中的实验数据，由此总结出电流与电阻的关系，请你指出小华实验过程中存在的问题：　　。

小明和小华测量定额电压为 $2.5V$的小灯泡的额定功率

（1）①图甲是他们连接的部分电路请用笔画线代替导线将电路连接完整。

②闭合开关前，应将滑动变阻器处在最　　（填写“左”或“右” $)$端。

③闭合开关后，发现无论怎样调节滑动变阻器的滑片，灯泡都不亮，电压表和电流表均无示数，小明找来一根完好的导线，一端连在电源负极，另一端触碰接线柱 $A$、 $B$、 $C$，当发现只有触碰接线柱 $C$时，灯泡才发光，若电路中只有一处故障，且各器材，导线均完好，则电路故障可能是　　。

④排除故障后，闭合开关，移动滑动变阻器，当电压表为 $2.5V$时，电流表示数如图乙所示，则小灯泡的额定功率为　　 $W$。

（2）小明和小华观察电流表和电压表均标有电阻值，请教老师后得知这是电表的电阻，为了在接好的图甲中较准确的测量出小灯泡的电功率，他们对电压表的负接线柱应该接在 $C$处还是 $D$处进行了探究，他们将开关闭合，移动滑动变阻器的滑片使灯泡发光，不添加器材，请你说出接下来的操作及判断方法。

①操作　　；

②如何判断：　　。

（3）小明和小华重新设计了一种测量小灯泡额定功率的电路，如图丙所示，电源电压保持 $3.5V$不变， $R_0$为阻值为 $10\Omega$的定值电阻，连接好电路后进行如下操作：

（1）断开开关 $S_2$，闭合开关 $S$和、 $S_1$，移动滑动变阻器滑片 $P$，使电压表示数为 $2.5V$；

（2）保持滑动变阻器滑片 $P$位置不变，断开开关 $S_1$，闭合开关 $S$、 $S_2$，读出电压表示数为 $2.6V$；

小灯泡的额电功率为　　 $W$（计算结果保留两位小数）。

图甲是某型号视频展示台，其摄像头中的镜头相当于一个焦距可调的凸透镜，使用时，将物品放在展示台的摄影面板上。

（1）该视频展示台摄像头的镜头焦距可调范围为 $5.4\mathit{mm}-64.8\mathit{mm}$，把一张照片放在投影面板上，镜头离投影面板的距离为 $40\mathit{cm}$，照片通过镜头成的像是　　

$A$．放大的实像     $B$．缩小的实像 $C$．放大的虚像       $D$．缩小的虚像

（2）与视频展示台配套使用的投影幕是依靠电动机来控制升降的，小明用如图乙所示的电路进行模拟研究，电路中直流电动机的线圈电阻为 $2\Omega$， $R_0$为阻值是 $10\Omega$的定值电阻，电源电压保持 $12V$不变，闭合开关 $S$，当电动机正常工作时，匀速提升重为 $0.4N$的物体，此时电压表示数为 $6V$，求：

①电动机正常工作时，通过电阻 $R_0$的电流是多大？

②电动机正常工作2秒所消耗的电能是多少？

③若电动机正常工作时，有 $5\%$的机械能用来提升物体，物体在2秒内上升的高度是多少？