初中物理能量解答题

小海和小梅一起做“探究并联电路中电流的规律”实验。

（1）图甲是他们设计的电路图，图乙是他们测量电流时连接的实验电路，此时电流表测量的是　　（选填“ $A$”“ $B$”或“ $C$” $)$处的电流。

（2）请在图乙中移动一根导线，测量另外一处的电流。在移动的导线上画“ $\times$”，并用笔画线代替导线连接正确的电路。移动后电流表测量的是　　（选填“ $A$”“ $B$”或“ $C$” $)$处的电流。

（3）测出 $A$、 $B$、 $C$三处的电流如表所示，由此得出初步结论：　　（只写表达式）。小梅指出：为了得出更普遍的规律，应当进行多次实验。操作方法是：　　。

位置	$A$	$B$	$C$
电 流 $/A$	0.30	0.24	0.54

（4）小海利用原有的实验器材，添加一个开关，又设计了一个电路。利用这个电路，不用更换电流表的位置，就可直接测出 $A$、 $B$、 $C$三处的电流，同样可得出三处电流的关系。请在图丙中的虚线框中画出电路图。

某额定电压为 $220V$的电动扶梯（已接地），只需在白天且有人时开启，利用红外线开关 $S_1$（有人时闭合、无人时断开）及可见光开关 $S_2$（白天闭合、夜间断开）即可实现自动控制。请在图中按要求正确完成电路连接。

新冠疫情期间，科学家为了说明戴口罩防护的重要性，用高速摄像机拍下来打喷嚏的过程。如图所示，数万个几微米到几十微米的小液滴（气溶胶）组成高密度喷射物，最远可达8米，大量病毒随产生的小液滴传播开来。小明认为病毒随喷嚏向四周飞散是扩散现象。你认为他的说法　　（选填“正确”或“不正确” $)$，你判断的依据是　　。

在实践活动中，小刚所在的兴趣小组对电热水壶进行了研究与计算。

（1）如图所示，电热水壶使用的都是三脚插头，中间较长的脚连接的是电热水壶的金属外壳，插入三孔插座后可将其与　   　相连，防止漏电时对人造成伤害。壶底的加热盘烧水时是通过　　的方式改变了水的内能。

（2）电热水壶的铭牌如下表所示，正常工作时通过电热水壶的电流是多少？

额定容量	$2.0L$
额定电压	$220V$
额定功率	$2000W$
频率	$50\mathit{Hz}$

（3）为了测量电热水壶的加热效率，小刚在壶中加入额定容量的初温为 ${15}^{°}\text{C}$的水，在额定电压下将其加热到沸腾，用时 $7\mathit{min}$。已知烧水时气压为1个标准大气压， ${\rho }_{水}=1.0\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$， $c_{水}=4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{\circ }\text{C}}\right)$，则该电热水壶的加热效率为多少？

（4）小刚发现电热水壶的电源线都比较短，上网查询后发现，按照国家规定的标准，电热水壶使用的电源线不能过长，横截面积不能过小。请利用所学的物理知识进行解释。

如图1所示，电源电压保持不变，定值电阻 $R_1=10\Omega$， $R_2=5\Omega$．滑动变阻器 $R$的规格为“ $30\Omega 2.5A$”。电流表 $A_2$选用 $0~3A$的量程，电压表选用 $0~15V$的量程。闭合全部开关，电流表 $A_1$的示数为 $1A$．求：

（1）电源电压。

（2）若将表盘如图2所示的电流表 $A_3$接入电路，闭合全部开关，改变滑片位置， $A_3$的指针恰好指在满偏的三分之二处，变阻器接入电路的可能值。

（3）用一个新的电源替代原来的电源，只闭合 $S$．在保证电路安全的情况下，电源电压的最大值。

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）。

小金自学了电学，知道了欧姆定律，他想用实验来验证欧姆定律所表述的“通过导体的电流与这段导体两端的电压成正比”的结论，于是找了实验器材：电压表、电流表、电源、滑动变阻器、开关各一个，若干定值电阻、导线，请你利用这些器材帮他设计一个验证此结论的实验方案。

（1）画出实验的电路图；

（2）写出实验的步骤以及需要测量的物理量。

小明设计了一种利用“声控”开关（有声音时自动闭合，无声音时自动断开）和“光控”开关（有光照时自动断开，无光照时自动闭合）自动控制的楼道灯，使得只有在天黑且有声音时灯才亮，他还在楼道处安装了一个带保险盒的三孔插座，且与楼道灯互不影响，请你根据小明的设计意图，用笔画线代替导线完成如图所示的电路。（导线不得交叉）

利用图甲所示的电路测量未知电阻 $R_x$的阻值，阻值大约为 $5\Omega$。

$\left(\right])$请你根据电路图用笔画线代导线，将图乙的实验电路连接完整。

（2）闭合开关前，应将滑动变阻器的滑片置于　　端（选填“ $A$”或“ $B$” $)$。

（3）闭合开关，发现电压表和电流表均无示数。小芳利用另一只完好的电压表进行检测，把电压表分别接在 $a$、 $b$之间和 $b$、 $c$之间，电压表均有示数；接在 $a$、 $c$之间，电压表无示数。如果电路连接完好，只有一个元件有故障，该故障是　　。

（4）排除故障后，调节滑动变阻器，记录多组数据。画出了待测电阻 $R_x$的 $I-U$图象，如图丙所示。由图象可得

$R_x=$　　 $\Omega$。

（5）如图丁所示的实验电路图，不能够得出定值电阻 $R_x$阻值的电路是　　。

用如图1所示的装置探究“电流通过导体产生的热量与电流的关系”，相同烧瓶内装满了煤油。

（1）烧瓶中装入的煤油是　    　（选填“导体”或“绝缘体” $)$。

（2）请根据实物电路，在虚线框图2内画出对应的电路图。

（3）为达到实验目的，选用的两电阻丝 $R_1$与 $R_2$的阻值应　　，通过 $R_1$的电流　　通过 $R_2$的电流。

（4）通电一段时间后，乙烧瓶中玻璃管内液面上升的高度较大，说明　　。

（5）小红用如图3示的装置，进一步探究“电流通过导体产生的热量与电流的关系”，经多次实验测量，收集实验数据，绘制了烧瓶中玻璃管内液面上升的高度 $h$与电流的关系图象，根据焦耳定律可知，图4中能正确反映 $h-I$关系的是　　。

【拓展】用 $Q=I^2\mathit{Rt}$可以算电流通过任何用电器产生的热量，能用 $Q=\mathit{UIt}$计算电流通过任何用电器产生的热量吗？请用实例说明原因　　

在“探究电流与电阻的关系”的实验中，小强选用了 $4\Omega$、 $8\Omega$、 $10\Omega$、 $20\Omega$四个定值电阻，电源电压恒为 $3V$。

（1）请按图甲所示的电路图，将实物图乙连接完整。

（2）闭合开关接触时，发现电流表无示数，移动滑动变阻器的滑片，电压表示数始终接近电源电压，造成这一现象的原因可能是　    　。

（3）排除电路故障后，闭合开关，移动滑片，当选用 $4\Omega$的电阻时，电流表示数如图丙所示，记为　　 $A$；以后每更换一个阻值更大的电阻后，闭合开关，应将滑动变阻器的滑片向　　（选填“ $A$”或“ $B$” $)$端移动，使电压表的示数　　，同时记下对应的电流值。

（4）根据实验数据，小强做出了如图丁所示的 $I-R$图象，由于此图线为曲线，小强认为不便直观判断 $I$与 $R$的定量关系，于是对图象中的坐标进行了巧妙变换，从而直观判断出了 $I$与 $R$的关系。你认为小强的改进方法是：　　。

如图所示，工人用斜面向上、大小为 $500N$的推力，将重 $800N$的货物从 $A$点匀速推至 $B$点；再用 $100N$的水平推力使其沿水平台面匀速运动 $5s$，到达 $C$点。已知 $\mathit{AB}$长 $3m$， $\mathit{BC}$长 $1.2m$，距地面高 $1.5m$。试问：

（1）利用斜面搬运货物主要是为了　   　；

（2）货物在水平面上运动的速度为多少？

（3）水平推力做功的功率为多少？

（4）斜面的机械效率为多少？

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？

用干电池组作为电源的电路计算题中，常有“电源电压保持不变”这句话，小丽对此产生质疑。她想探究电路中电阻值改变时，电源电压是否真的不变。请你替她设计一个探究方案，简要说明探究方法。

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）