初中物理能量解答题

在研究性学习活动中，小玲所在的科研小组对南水北调中线工程进行了调查与研究

（1）南水北调中线工程从我省南阳丹江口水库引水，穿过黄河，直通北京。两地海岸高度差约 $100m$，经过工程师的精心设计，实现了渠水全程自流。渠水流动的动能是由　重力势　能转化而来的。渠水在贯穿黄河时，工程师设计了图甲所示的穿黄隧洞，整个穿黄隧洞相当于一个　　。

（2）穿黄隧洞由两条并排的，直径和长度都相同的圆形隧洞组成，单个隧洞从南岸进水口到北岸出水口的长度为 $4260m$。小玲自制了一个能悬浮于水中的“浮子”，能随渠水以相同速度流动。将”浮子”放入南岸进水口处，经 $23\mathit{min}40s$的时间到达北岸出水口。则穿黄隧洞中水的平均流速为多少？

（3）查资料知，水的压强随深度变化的关系图象如图乙所示，在深度为 $h=30m$的穿黄隧洞底部，水在面积为 $1c{m}^2$的面上产生的压力大小相当于多少千克物体的重力？ $(g$取 $10N/\mathit{kg}$，不考虑水面大气压的影响）

（4）如果每条穿黄隧洞的直径约为 $8m$，求两条穿黄隧洞的总输水能力约为每秒多少立方米？ $(\pi$取 $3)$

如图1为一款利用高温水蒸气熨烫衣服的便携式挂烫机，它的正常工作电压为 $220V$，水箱装水最多 $0.3\mathit{kg}$，加热功率有大小两个挡位，设计师最初设计的内部电路有如图2甲、乙两种接法，其中电热丝 $R_1=56\Omega$， $R_2=44\Omega$。

（1）高温水蒸气熨烫衣服时，水蒸气遇到衣服迅速　　成小水珠，放出热量，将衣服熨平（填物态变化名称）；

（2）如果选择甲电路，电路中最大电流为　　 $A$，如果选择乙电路，电路中最大电流为　　 $A$，由于两个电路中所选熔断器里的熔丝允许通过的最大电流为 $8.2A$，故设计师最终选择了甲电路；（计算结果保留一位小数）

（3）请分别计算这款挂烫机两个挡位的额定功率；

（4）若将水箱中 $0.22\mathit{kg}$的水从 ${25}^{°}\text{C}$加热到 ${100}^{°}\text{C}$，挂烫机至少需要加热多长时间？ $[$水的比热容 $c=4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{°}\text{C}\right)]$。

假期中，小刚乘飞机从郑州到广州旅行，对飞机上涉及的物理知识进行了分析与研究。

（1）飞机飞行时，机翼上方的空气流速　　（选填“大于”“等于”或“小于” $)$下方的空气流速，使机翼上下两表面产生压力差，为飞机提供升力。

（2）飞机在高空飞行时，机舱外气压很低，机舱内始终保持 $1.0\times {10}^5\mathit{Pa}$的气压，如图甲所示是大气压随高度变化的图象。当客机飞行在 $7\mathit{km}$的高度时，面积为 $200c{m}^2$的舷窗承受的内外压力差是多少？

（3）从郑州到广州的航线里程为 $1400\mathit{km}$，起飞时间是 $17:40$，到达广州的时间为 $19:25$，这次航班飞行的

平均速度是多少？小刚查阅资料获知，自己乘坐的该型号飞机达到最大巡航速度 $900\mathit{km}/h$时，发动机的推力为 $2\times {10}^{5}N$，则此时发动机的输出功率是多少？

（4）乘飞机时，有很多安全须知与物理有关，请从如图乙所示的安全图标中选择一个，用所学物理知识进行解释。

小明探究电流与电压的关系，实验前他猜想：通过导体的电流可能与其两端的电压成正比，为此，他利用电阻箱代替定值电阻设计了如图甲所示的电路，已知电源电压恒为 $6V$，电阻箱 $R_1$规格“ $0~999.9\Omega$”，滑动变阻器 $R_2$的规格“ $100\Omega 1A$”。

（1）图乙是小明连接的实物电路，请在图中补画一根导线，使之成为完整实验电路，要求：滑片 $P$向右移动时， $R_2$接入电路的电阻变大。

（2）正确连接电路后，调节两变阻器的阻值至最大并闭合开关，发现两电表示数均为零，则电路故障可能为　　。

$A$． $R_1$短路 $B$． $R_1$断路 $C$． $R_2$短路 $D$． $R_2$断路

（3）排除故障后，他调节 $R_1$和 $R_2$的阻值，进行了第一次实验，两电表的示数如图丙所示，则对应的电压、电流值分别为　　 $V$、　　 $A$。

（4）接着他保持开关闭合及 $R_2$的滑片位置不动，调节 $R_1$的阻值，又测得了三组数据，如表。他分析实验数据后发现，通过 $R_1$的电流与其两端的电压不能正比，请指出他在操作中存在的问题：

实验次数	电压 $U/V$	电流 $I/A$
1
2	4.0	0.20
3	4.5	0.15
4	5.0	0.10

①　　；②　　。

（5）正在小明准备重新实验时，同组的小华巧妙处理了实验数据，作出了某个元件的 $I-U$图象，顺利得出了正确结论。

①请你帮小华在图丁中画出该图象；

②根据图象得出的结论是　　。

图甲为一智能路灯工作原理简图，已知控制电路中电源电压恒为 $6V$， $R_0$为滑动变阻器， $R$为光敏电阻，其阻值随光照强度（单位符号： $\mathit{cd})$变化的规律如图乙所示。工作电路中，路灯 $L$上标有“ $220V22W$”字样。当光照足够强时，路灯 $L$不工作；当光照强度降为 $20\mathit{cd}$，控制电路中电流为 $0.2A$时，工作电路刚好启动，路灯 $L$正常工作。电磁铁线圈的电阻忽略不计。试问：

（1）工作电路刚好启动时，滑动变阻器 $R_0$接入电路的阻值为多少？

（2）保持 $R_0$接入电路的阻值不变，当电流表示数为 $0.15A$时，光照强度为多少？

（3）为了节能，要使光照强度低于 $20\mathit{cd}$时，工作电路才开始启动，应将滑动变阻器 $R_0$滑片向　 　（选填“左”或“右” $)$移动，并简要说明理由。

某市中考实验操作考试时，实验员为同学们“探究小灯泡的额定电功率”准备了以下器材：额定电压为 $2.5V$的小灯泡（正常发光时电阻约为 $10\Omega )$、规格为“ $10\Omega 1A$”的滑动变阻器、新干电池4节、开关、电流表、电压表、导线若干。

【设计实验与制定计划】

（1）请你用笔画代替导线，将图甲所示的电路连接完整；

（2）在闭合开关前，应将滑片 $P$移到最　　（选填“左”或“右” $)$端；

（3）在右边虚线方框内画出对应的电路图；

（4）经检查，电路连接无误，各元件完好。闭合开关后，无论怎样移动滑片 $P$，电压表的示数都调不到 $2.5V$，存在这种问题的原因是　　，让小灯泡正常发光最简便的方法是：　　；

（5）解决上述问题后，移动滑片 $P$使电压表的示数为 $2.5V$时，小灯泡正常发光，此时电流表示数图如乙所示，则小灯泡的额定功率是　　 $W$。

某款新型电动汽车的性能参数如表所示，请回答下列问题。

（1）电动机是电动汽车的核心部件，电动机正常工作时，电能转化为　   　能，电动机的工作原理是　　。

（2）电动机正常工作时，通过线圈的电流是多大？

（3）同类型号的燃油汽车在同等条件下百公里消耗汽油为 $10L$，请通过计算比较两种汽车的百公里能耗，并说明能耗不同的主要原因。汽油的密度 $\rho =0.7\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$，汽油的热值 $q=4.6\times {10}^{7}J/\mathit{kg}$。

（4）汽车在某段公路上匀速行驶时，进入某超声测速区域，如图所示。当该车运动到距测速仪 $370m$时，测速仪向该车出一超声波信号， $2s$后收到从车返回的信号，超声波在空气中传播速度为 $340m/s$，求该车的速度。

工作电压	$400V$
电动机功率	$40\mathit{kW}$
百公里耗电量	$15\mathit{kW}·h$

如图，图1是一款多档功率的电炒锅，图2是其内部简化工作电路图。 $R_1$、 $R_2$、 $R_3$是加热电阻，其中 $R_3$的电阻值为 $60.5\Omega$．接通电源，只闭合开关 $S_1$电炒锅的功率为 $600W$，再闭合 $S_2$电炒锅的功率为 $1000W$．求：

（1）电炒锅消耗的最大电功率和加热电阻 $R_2$的阻值？

（2）某次使用电炒锅做菜时，以最大功率炒菜用了 $10\mathit{min}$，以最小功率炖菜用了 $20\mathit{min}$。求这次做菜消耗的电能。

（3）电炒锅是一种具有金属外壳的大功率用电器，从安全角度考虑，在使用中应特别注意什么？（写出一条）

如图1所示，电源电压不变，小灯泡 $L$的额定电压为 $10V$，滑动变阻器 $R_1$的规格为“ $10\Omega 1A$”。闭合开关，当滑片 $P$置于距左端三分之一处，灯泡正常发光，电流表指针满偏，电表表盘如图2所示。

（1）求灯泡的额定功率和电源电压

（2）用定值电阻 $R_2$替代小灯泡，再将另一电压表 $V_2$接入电路，其它部分电路连接不变。闭合开关，当滑片 $P$置于某一位置时，两个电压表指针偏转的角度相同，且表 $V_2$示数大于表 $V_1$的示数，两种电表指针偏转角度之比为 $2:1$．求 $R_2$可能的阻值。

如图1示，电源电压恒定，滑动变阻器的规格为“ $30\Omega 1A$”，在 $\mathit{AB}$间接入规格为“ $12V12W$”的灯泡，闭合开关，当变阻器的五分之一阻值连入电路时，灯泡正常发光。

（1）求灯泡正常工作时通过的电流和电源电压。

（2） $R_0$是如图2示的 $R_a$和 $R_b$之间任意取值的电阻，当在 $\mathit{AB}$间接入电阻 $R_0$后，闭合开关，在保证电路安全的情况下，将滑片 $P$从最右端向左滑动的过程中，电流表示数均出现过 $0.4A$（电流表选择 $0-0.6A$量程），求 $R_0$的取值范围及电压表示数的最大值和最小值。

如图所示，电源电压可调，灯泡 $L$规格为“ $15V45W$”，且灯丝电阻不随温度变化。电流表量程为“ $0~0.6A$”和“ $0~3A$ “，滑动变阻器的规格分别为“ $25\Omega 2A$’和“ $10\Omega 3A$”。

（1）将电源电压调到 $18V$，闭合开关，移动 $P$，可使灯泡正常发光。求灯泡正常发光时的电阻和灯泡消耗的最小功率。

（2）将电源电压调到 $15V$，用定值电阻 $R_0$替换灯泡， $P$置于中点 $A$，闭合开关，电流表指针指到满偏刻度的三分之二位置（可能重新选择了电流表量程和变阻器 $R)$。然后将 $P$从 $A$移到最左端 $B$，两表示数的 $I-U$关系如图所示。通过计算判断所用变阻器的规格。

小谦根据如图甲所示的电路组装成调光灯，并进行测试。电源电压保持不变，小灯泡的额定电压是 $6V$，小灯泡的 $I-U$图象如图乙所示。

求：

（1）小灯泡正常发光时的电阻。

（2）小灯泡正常发光 $10\mathit{min}$消耗的电能。

（3）经测算，小灯泡正常发光时的功率占电路总功率 $50\%$，如果把灯光调暗，使小灯泡两端电压为 $3V$，小灯泡的实际功率占电路总功率的百分比是多少？

（4）小谦认为这个调光灯使用时，小灯泡的功率占电路总功率的百分比太低，请写出一种出现这种情况的原因。

如图甲所示，是一种电加热恒温箱的简化工作原理电路图。工作电路由电压 $U_0=220V$的电源和阻值为 $R_0=88\Omega$的电热丝组成。控制电路是由电压 $U_1=7.5V$的电源、开关、电磁继电器（线圈电阻不计）、电阻箱 $R_1$（可取值范围为 $0~120\Omega )$和热敏电阻 $\mathit{Rt}$组成的，热敏电阻 $\mathit{Rt}$的阻值随温度变化的关系如图乙所示。当控制电路的电流达到 $50\mathit{mA}$时，衔铁才吸合，从而切断右边工作电路，停止加热。

（1）由乙图可知热敏电阻 $R_t$的阻值随温度的升高而　 　。（选填“增大”、“不变”、“减小” $)$

（2）求工作电路中电热丝 $R_0$工作时的电流和工作 $5\mathit{min}$产生的热量。

（3）如果恒温箱的温度设定为 ${60}^{°}\text{C}$，则电阻箱 $R$应取多大阻值。

（4）该恒温箱可设定的最高温度是多少 ${}^{°}\text{C}$？

阅读短文，回答问题；

干爽与潮湿

水面上方同时进行着两种相反的过程：一方面，水分子从液面飞出来，另一方面，有的水分子撞到水面又回到水中。

一瓶矿泉水喝了一半后，把瓶盖拧紧，随着水的不断蒸发，水面上方的水分子数目不断增多，回到水中的水分子也逐渐增多，最后，当气态水分子的数量增大到一定程度时，在相同时间内回到水中的水分子数等于从水面飞出的水分子数。此时，水蒸气的密度不再增大，水蒸气产生的压强不变，谁也就不再减少，水与水蒸气间达到平衡状态，蒸发停止。

处于平衡状态的水蒸气叫水的饱和汽。在一定温度下，水的饱和汽的压强是一定的，这个压强叫做水的饱和气压 $P_0$， $P_0$随温度的变化而变化，温度升高时，液体分子运动加剧，单位时间内从液面飞出的分子数增多，原来的平衡被破坏，液体能继续蒸发，水蒸气的压强继续增大，直至到达新的平衡。

影响蒸发快慢以及人们对与干爽与潮湿感受的因素，是空气中水蒸气的压强 $P_1$与同一温度下水的饱和气压 $P_0$的比值 $\left(\frac{P_1}{P_0}\right)$。因此，人们用 $R_k=\frac{P_1}{P_0}$来描述空气的潮湿程度， $R_k$越小，人体表面的水分蒸发得越快，感觉干爽； $R_k$越大，人体表面的水分蒸发得越慢，人就感到潮湿。

（1）水蒸发时，　　（有 $/$没有）水分子从空气进入水中。

（2）下列能表示水的饱和气压随温度变化关系的图象是　　。

（3）文中半瓶矿泉水上方形成了水的饱和汽，下列描述正确的是　　

$A$．水分子不再从水面飞出

$B$．水蒸气的压强小于该温度下水的饱和气压

$C$．温度升高时，水蒸气的压强增大

$D$．温度升高，水面上方再次形成饱和气压后，从水中飞出的分子数大于回到水中的

（4）6月1日，我市早晨6时气温为 ${15}^{°}\text{C}$， $R_h=0.96$；下午14时气温为 ${25}^{°}\text{C}$，若当天空气中水蒸气的压强 $P_1$保持不变，则下列判断正确的是　　

$A$．下午14时 $R_h$可能大于1

$B$．下午14时 $R_h$一定小于0.96

$C$． $P_1$大于 ${15}^{°}\text{C}$时水的饱和气压

$D$．人感觉下午14时比早晨6时潮湿

（5）用短文中知识，解释在潮湿天气里衣服不容易晾干的原因。答：　　。

如图所示，图甲是小谦同学研究调光灯的实验电路图，小灯泡规格是“ $6V3W$”，闭合开关 $S$，当滑动变阻器滑片 $P$在 $A$点时，滑动变阻器连入电路的电阻为 $R_1$，电压表的示数为 $4V$，当滑动变阻器滑片 $P$在 $B$点时，滑动变阻器连入电路的电阻为 $R_2$，电压表的示数为 $2V$，且 $R_2=2R_1$，测绘出小灯泡的 $I-U$图象如图乙所示，电源电压保持不变。

（1）根据小灯泡的 $I-U$图象判断，小灯泡的阻值是否恒定　 　（选填“恒定”或“不恒定” $)$，用物理知识解释其原因是　　。

（2）小灯泡正常发光时的电流是多少 $A$？

（3）小灯泡两端电压为 $2V$时的实际功率是多少 $W$？

（4）电源电压是多少 $V$？