初中物理能量解答题

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。

小明利用如图1所示的电路测定小灯泡的额定功率。所用器材：额定电压为 $2.5v$的小灯泡、电池组（二节干电池串联，电压为 $3V)$，电压表一块，滑动变阻器 $(10\Omega ,2A)$定值电阻 $(R_0=5\Omega )$、开关三个和导线若干。

（1）用笔画线代替导线，将图2中的实物电路按照图1所示的电路图连接完整。

（2）闭合开关前，应将变阻器滑片滑到　 　（选填“左”或“右” $)$端。

（3）连接完电路后，小明只闭合 $S$、 $S_1$时，移动滑片 $P$，电压表示数发生改变；只闭合 $S$、 $S_2$时，移动滑片 $P$，小灯泡不发光。于是小明用电压表进行电路故障检测，把电压表并联在某电路元件两端，测试结果如表所示。则电路中一定存在的故障是　　（填写序号）

①灯泡 $L$处断路

②灯泡处短路

③开关 $S_2$处断路

测试元件	灯泡 $L$	开关 $S_2$
电压表	无示数	有示数

（4）排除故障后，小明继续实验。

①只闭合 $S$、 $S_2$，移动滑片 $P$，使电压表的示数为　　 $V$

②只闭合 $S$、 $S_1$，保持滑片 $P$不动，读出电压表的示数为 $2.25V$

③小灯泡的额定功率为　　 $W$。

（5）当加在灯泡两端的电压为额定电压的一半时，灯泡的实际功率 $P_{实}$　　（选填“ $>$”“ $<$”或“ $=$” $)\frac{1}{4}{P}_{额}$

【拓展】小红通过课外学习知道，干电池有一定的电阻，我们需要用它的“电压 $U$”和“电阻 $r$”两个物理量来描述它（如图3所示）。于是小红在小明完成步骤①后，将电压表并联在电池组两端，保持滑片 $P$的位置不变，只闭合 $S$、 $S_2$时，读出电压表示数为 $2.55V$，则小明实验中所用电池组的电阻 $r$是　　 $\Omega$。

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。

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　　

如图所示，在一个配有活塞的厚透明筒里放一小团硝化棉，把活塞迅速下压，压缩空气　 　，使筒内空气的内能增大，温度升高，观察到硝化棉　　。上述改变物体内能的方式与发烧时用冷毛巾给头部降温改变物体内能的方式　　（选填“相同”或“不相同” $)$。

有如图所示的两套相同装置，分别在两个燃烧皿中放入质量相同的不同燃料，点燃后加热质量相等的同种液体，通过比较燃料     （选填“燃烧相同时间”或“全部燃烧” $)$后温度计示数的变化，来判断两种燃料的热值的大小。燃料燃烧，　　转化为内能，用比热容　　的液体可以使实验现象更明显。（实验中液体没有沸腾）

一台起重机在 $10s$内将重为 $3600N$的货物匀速提高了 $4m$，起重机做的有用功是　 $1.44\times {10}^{4}J$　。若起重机做的额外功是 $9600J$，则机械效率是　　，起重机的总功率是　　 $W$。

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。

小明利用如图所给的实验器材“测量小灯泡的额定功率”，已知电源电压恒为 $6V$，小灯泡正常工作时的电压为 $3.8V$，电阻约为 $12\Omega$，滑动变阻器的规格为“ $20\Omega 2A$”。

（1）请用笔画线代替导线，完成图甲实物电路的连接。

（2）正确连接电路后，用开关试触，灯泡不亮，电压表瞬间满偏，电流表指针几乎不动，电路的故障是　    。（电路只有一处故障）

（3）排除故障后，继续实验，闭合开关，移动滑片，当电压表的指针在某电压值时，（请在图乙中标出相应的电压值），小灯泡正常发光，电流表的示数如图丙所示，小灯泡的额定功率是　　 $W$。

（4）测量完灯泡的额定功率后，小明又测量了几组数据，计算后发现灯丝电阻随其两端电压的增大而增大，原因是　　。

【评估】小红也利用上述器材对该小灯泡的额定功率进行了测量，实验电路图如图丁所示，实验结束后，两人对实验进行了交流与评估。

①小红的实验结果误差较大，理由是　　。

②小明的实验更不容易操作，理由是　　。

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　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　白炽灯泡

白炽灯泡的灯丝是由金属钨制作的，其灯丝发光时温度可达 ${2000}^{°}\text{C}$左右。为防止灯丝在高温下氧化，在制作灯泡时要抽真空，在制作大功率灯泡时，还要把灯泡内充入稀有气体氦等，主要是为了防止灯丝在高温下升华。

白炽灯泡工作时，电能转化为光能的效率较低，因此逐渐被节能灯和 $\mathit{LED}$灯所替代。

（1）由于钨的　 　较高，所以用钨制作灯丝；

（2）灯泡内充入稀有气体氦等，主要是为了　　；

（3）白炽灯泡逐渐退出市场，是由于　　。

汽油机作为汽车的“心脏”，在压缩冲程结束时，火花塞产生电火花，使燃料猛烈地燃烧，将　　能转化成　　能，一辆汽车一年行驶三万公里，消耗汽油 $2t$，这些汽油完全燃烧放出　　 $J$的热量。 $\left(q_{\mathit{汽油}}=4.6\times {10}^{7}J/\mathit{kg}\right)$

如图所示，一小球从斜面顶端由静止开始滚下，小球的重力势能减小，动能　　，小球运动到斜面底端，由于　　，小球会在水平面上继续运动，运动的小球如果不受阻力，它将做　　运动。

一天小明家中的 $\mathit{IC}$电能表上的余额用完了，电能表便切断了电路，小明的父亲将存有300元的 $\mathit{IC}$卡插入电能表，电路又接通了，此时电能表的示数为，小明家所在地每度电的电费是0.6元，300元电费可用电　500　 $\mathit{kW}·h$，为防止电能表再次切断电路，小明家应在电能表的示数为前为 $\mathit{IC}$卡电能表充值。

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。

如图所示，某建筑工地用电动机、定滑轮和斜面组成的装置，将重为 $1600N$的建材由斜面底端匀速拉到顶端。已知斜面倾角为 $30°$，斜面高为 $4.5m$，建材移动的速度为 $0.4m/s$，电动机的输出功率为 $400W$，斜面的效率与整个装置的效率之比 ${\eta }_1:{\eta }_2=10:9$．（忽略定滑轮处摩擦及绳重）求：

（1）对建材做的有用功。

（2）斜面的效率。

（3）电动机消耗的电能。