初中物理能量解答题

在拓展课上，小泉同学模拟某建筑工地上拉动工件的情景，设置了如图所示的滑轮组。他用该滑轮组在4秒内将一个重为100牛的物体，沿着水平地面匀速拉动了2米。人的拉力为18牛，物体移动时受到地面的摩擦力为物重的0.35倍，不计绳重及机械的摩擦。求：

（1）人的拉力所做的功。

（2）人的拉力做功的功率。

（3）动滑轮受到的重力。

下面是两个有关热学方面的观点，请用实例说明它们是错误的。

（1）物体吸收热量，温度一定升高。　　。

（2）物体温度升高，一定是吸收了热量。　　。

甲、乙两位同学对“雨滴的下落速度是否跟雨滴的大小有关”持有不同的意见，于是他们对此展开研究。他们从网上查到，雨滴在下落过程中接近地面时受到的空气阻力与雨滴的横截面积 $S$成正比，与雨滴下落速度 $v$的平方成正比，即 $f=\mathit{kS}{v}^2$（其中 $k$为比例系数，是个定值），雨滴接近地面时可看做匀速直线运动。把雨滴看做球形，其半径为 $r$，密度为 $\rho$，比热为 $c$，球的体积为 $V=\frac{4}{3}\pi r^3$．（注 $:$所有结果均用字母表示）

（1）半径为 $r$的雨滴重力为　　。

（2）在接近地面时，大雨滴的下落速度　　小雨滴的下落速度（选填“大于”“等于”“小于” $)$，写出推理过程。

（3）假设半径为 $r$的雨滴在近地面下落 $h$高度的过程中，重力对它所做的功全部转化为雨滴的内能，则雨滴的温度升高了多少？

小金对玩具汽车的电动机很感兴趣，他拆下电动机，测得它的内阻为 $1.5\Omega$．为测量电动机工作时的电流，利用身边现有器材，设计了如图所示的电路（符号表示数值可读的变阻器）。已知电源电压为 $12V$，当变阻器的阻值为 $6\Omega$时，电压表的读数为 $3V$．计算此时：

（1）通过电动机的电流；

（2）电动机消耗的电功率。

风是永不枯竭的能源。自古以来风能就受到人们的青睐，帆船、风车都是对风能的利用。现在，由于电能的广泛利用，风力发电得到世界各国的高度重视。

（1）风力发电机是根据　　原理制成的。为提高捕获风能的效率，叶片设计是风力发电机研制的核心技术之一，叶片截面制成图甲的形状，当风以图乙所示的角度流经叶片时，叶片会按　　方向转动（选填“顺时针”或“逆时针” $)$。

（2）由于远海的风能资源更丰富，海上发电必定会向远海发展。远海发电机需安装在漂浮式基础上（如图丙），若它们的总质量达11200吨，则漂浮式基础的总体积至少需要多少米 ${}^3$？（海水密度取 $1.0\times {10}^3$千克 $/$米 ${}^3)$

（3）传统的火力发电不仅会释放各种大气污染物，而且效率不高，每生产1千瓦时的电能需要消耗标准煤约0.4千克。若功率为30000千瓦的风力发电机组工作24小时，相当于替代标准煤多少吨？

【考点阿基米德原理的应用；电功与电能的计算

某电热砂锅的简化电路如图甲。 $R_1$、 $R_2$为发热电阻， $S$为旋转型开关， $a$、 $b$、 $c$、 $d$为触点，通过旋转开关 $S$可实现“关”、“低档”、“高档”之间的转换，工作时先用高档加热锅内汤料到沸腾，再用低档持续加热食物，使食物“汤浓味鲜”。

（1）高档加热时，开关 $S$应旋至触点　　（选填“ $\mathit{ab}$”、“ $\mathit{bc}$”或“ $\mathit{cd}$” $)$位置。

（2）某次烹饪一共用时6小时，电功率与加热时间的关系如图乙所示，则本次烹任共消耗多少电能？

（3）发热电阻 $R_1$和 $R_2$的阻值分别为多少？

（4）生活中，有时也会选择电压力锅烹饪，因为电压力锅煮熟相同质量的同种食物，通常比电热砂锅更省电。请你从能量利用率的角度，结合所学知识对电压力锅能省电作出简要的解释。

“南孔圣地，衢州有礼”，衢州市民积极践行“文明出行”的各项规定，比如骑电瓶车的规定为：出行要戴头盔（头盔外部材料坚硬，内部材料松软），不带12岁以上的人，不超速行驶。请运用科学知识，从安全角度解释该规定的科学道理。

如图甲所示，水平放置的方形容器里有一个重为 $8N$ 、边长为 $10\mathit{cm}$ 的立方体物块 $M$ ， $M$ 与容器底部不密合。以 $5\mathit{mL}/s$ 的恒定水流向容器内注水，容器中水的深度 $h$ 随时间 $t$ 的变化关系如图乙所示。请解答下列问题：

（1）当 $t=140s$ 时，物块 $M$ 在水中处于 　　（填"沉底""悬浮"或"漂浮" $)$ 状态。

（2）当 $t=140s$ 时，水对容器底部的压力大小是多少？

（3）图乙中 $a$ 的值是多少？

（4）在 $0-40s$ 和 $40s-140s$ 两个阶段，浮力对物体做功分别是多少？

自动上水电热水壶因其方便取水越来越受到人们的喜欢。取水时，只要闭合取水开关，水泵在电动机的带动下，就能将水抽到壶内，如图甲。

（1）电热水壶的水泵原理与图乙相似。图乙中，当泵壳里的水被高速旋转的叶轮甩出时，转轴附近就形成了一个低压区，水在　　的作用下，通过进水管进入泵壳。当水离开出水口后，由于　　，会继续向上运动

（2）自动取水时，将1升水抽高0.5米灌入电热水壶中需要5秒，则电动机抽水时的功率至少为多少瓦？

（3）某电热水壶的额定电压为220伏，加热功率为1100瓦，保温功率为55瓦，工作电路如图丙。制作电热水壶时，所选用电热丝 $R_1$、 $R_2$的阻值分别为多少欧姆？

风是永不枯竭的能源。自古以来风能就受到人们的青睐，帆船、风车都是对风能的利用。现在，由于电能的广泛利用，风力发电得到世界各国的高度重视。

（1）风力发电机是根据　　原理制成的。为提高捕获风能的效率，叶片设计是风力发电机研制的核心技术之一，叶片截面制成图甲的形状，当风以图乙所示的角度流经叶片时，叶片会按　　方向转动（选填“顺时针”或“逆时针” $)$。

（2）由于远海的风能资源更丰富，海上发电必定会向远海发展。远海发电机需安装在漂浮式基础上（如图丙），若它们的总质量达11200吨，则漂浮式基础的总体积至少需要多少米 ${}^3$？（海水密度取 $1.0\times {10}^3$千克 $/$米 ${}^3)$

（3）传统的火力发电不仅会释放各种大气污染物，而且效率不高，每生产1千瓦时的电能需要消耗标准煤约0.4千克。若功率为30000千瓦的风力发电机组工作24小时，相当于替代标准煤多少吨？

现有规格分别为“ $6V3W$”和“ $6V6W$”两个小灯泡 $L_1$、 $L_2$，已知它们的电流与电压间关系如图所示。

（1）由图可知， $L_1$、 $L_2$的灯丝电阻都随电流的增大而　　（选填“增大”“减小”或“不变” $)$。

（2）若将 $L_1$、 $L_2$并联接在学生电源间，电源电压调节为6伏，通电5分钟，则两灯泡消耗的总电能为多少焦？

（3）若将 $L_1$、 $L_2$串联接在学生电源间，调节电源电压，在保证每个灯泡两端电压不超过其额定电压的情况下， $L_1$、 $L_2$消耗的实际总功率最大值是多少？

目前全国少数城市已投入使用超级电容公交车。超级电容器是一种新型电能存储设备，像蓄电池一样也有正、负两极，可通过安装在各公交站点的充电桩快速充满电，让车能够继续正常行驶。在制动过程中，电车又能通过发电机回收部分能量为超级电容充电，安全高效环保。

假设某型号的超级电容公交车载满乘客时总质量为15吨，某次运行时从充电桩充满电后电车储存的能量约为 $2\times {10}^7$焦，能以10米 $/$秒的速度保持匀速直线行驶6千米，能量利用的效率为 $90\%$。

（1）电车发电机的工作原理是　　。

（2）若公交车载满乘客时车胎与地面的总接触面积为0.4米 ${}^2$，求公交车对地面的压强。

（3）若公交车在该次运行中受到的阻力恒定，则牵引力大小是多少？

（4）若公交车在该次运行中电容器输出电压为300伏，不计电容器输出电能时的能量损耗，则工作电路的电流有多大？

打网球已成为我国青少年喜欢的体育运动项目，如图甲为快速飞行的网球遇到迎面而来的球拍时的三个瞬间，图乙为用频闪相机拍摄的网球离开球拍后在空中飞行过程的照片。

（1）网球遇到球拍时，球和球拍都变形了，这说明　               　（写两点）。

（2）球遇到球拍后的某一瞬间，网球的速度刚好变为零，则该瞬间网球所受的力是否平衡？　　

（3）网球表面比较粗糙，在空中飞行时所受空气阻力不可忽略。图乙中，网球从 $A$点经过最高点 $B$飞行到 $C$点的过程中，下列说法正确的是　　（选填序号）。

①在 $A$、 $B$、 $C$三点，网球在 $A$点机械能最大

②位于最高点 $B$时，网球的动能为零

③在该飞行过程中，网球的势能先增大后减小

如图所示，小灯泡 $L$ 的额定电压为 $3.8V$ ，定值电阻 $R$ 阻值为 $20\Omega$ ，闭合开关，流过 $R$ 的电流为 $0.1A$ ，流过 $L$ 的电流为 $0.2A$ ．求：

（1）此时 $L$ 的电阻；

（2） $L$ 的实际功率；

（3）通电 $20s$ ， $L$ 、 $R$ 共消耗的电能。

装有水的容器在大小为 $10N$ 的拉力 $F$ 作用下运动，图1为容器三段运动的示意图， $F$ 的方向始终沿着容器运动方向， $\mathit{OP}$ 段、 $\mathit{MN}$ 段为水平地面。在 $\mathit{MN}$ 段容器中的水少于 $\mathit{OP}$ 段，容器在 $\mathit{OP}$ 段、 $\mathit{MN}$ 段的速度一时间图象和 $\mathit{QR}$ 段的路程一时间图象如图2所示。

（1）求 $F$ 在 $\mathit{OP}$ 段做的功；

（2）求 $F$ 在 $\mathit{QR}$ 段的功率；

（3）容器在 $\mathit{OP}$ 段和 $\mathit{MN}$ 段受到摩擦力分别为 $f_1$ ， $f_2$ ，则 $f_1$ 　 $=$ 　 $f_2$ （选填" $>$ "" $=$ "" $<$ " $)$ 。