初中物理能量解答题

在“测量小灯泡额定功率”的实验中，老师给同学们提供的器材有：小灯泡（额定电压为 $2.5V$，正常发光时灯丝电阻约为 $10\Omega )$、电源（电压恒为 $6V)$、电流表、电压表、开关各一个，导线若干。若实验室只有： $R_1\left(10\Omega 1A\right)$、 $R_2(50\Omega 0.2A)$、 $R_3(100\Omega 0.5A)$三种规格的滑动变阻器可供选择。

（1）请画出实验电路图。

（2）通过估算，滑动变阻器应选择　　（选填“ $R_1$”、“ $R_2$”或“ $R_3$” $)$

（3）同学们检查器材完好，按电路图连接电路，当闭合开关时，发现电流表指针偏转情况如图1所示，造成这种现象的原因是　　。

（4）同学们纠正了错误，正确连接好电路，闭合开关，发现小灯泡不亮，但电流表、电压表均有示数，请分析出现这种现象的原因是　　。为测量小灯泡的额定功率，接下来的操作应该是　　，读出并记录电流表的示数。

（5）当小灯泡正常发光时，电流表的示数如图2，为　　，则小灯泡的额定功率为　　。

沙漠集水器

（1）有些沙漠紧邻大海，　　（白天 $/$晚上）风通常从大海吹向沙漠，导致空气中富含水蒸气。

（2）伯克利分校的团队设计出一款沙漠集水器 $-\mathit{WaterSeer}$，如图所示，利用风能这种　　（可再生 $/$不可再生）能源，借助风力驱动风轮旋转，带动螺旋桨将讲空气输入金属管中部。

（3）深埋在土壤深处的金属管底部温度较低，由于金属的　　（填物理属性）好使得金属管中部温度也降低。

（4）空气中的水蒸气在金属管中部　　（吸 $/$放热），液化成水滴，水滴在　　力的作用下，沿管壁下落，汇集于金属管底部容器。

（5） $\mathit{WaterSeer}$每天可以收集约 $37L$饮用水，合　　 $\mathit{kg}$，应用前景十分乐观。 $\left({\rho }_{水}=1.0\times {10}^3\mathit{kg}/m^3\right)$

请阅读《科学重器一原子钟》并回答32题。

科学重器 $-$原子钟

星空浩瀚，地球转动，四季更替，草木枯荣。从人类意识觉醒开始，“时间”便如影随形。从太阳升落、日晷、沙漏、水钟、机械钟、石英钟到目前最准确的计时工具原子钟，这些计时方法与工具的发展体现了不同时代劳动人民的智慧。计时工具大多是以某种规则运动的周期（完成一次规则运动所用的时间）为基准计时的，比如日晷以日地相对运动的周期为基准；机械摆钟以摆的振荡周期为基准；石英钟以石英晶体有规则的振荡周期为基准。选作时钟基准的运动周期越稳定，测量时间的精准度就越高，基于此科学家制造出了原子钟（如图所示）。它以原子释放能量时发出电磁波的振荡周期为基准，由于电磁波的振荡周期很稳定，使得原子钟的计时精准度可达每百万年才差1秒。

人们通常选取自然界中比较稳定、世界各国都能接受的事物作为测量标准。正是由于原子辐射电磁波振荡周期的高稳定性，适合作为时间的测量标准，于是在1967年，国际计量大会将“1秒”重新定义为铯133原子辐射电磁波荡9192631770个周期的持续时间。时间单位“秒”作为国际通用的测量语言，是人类描述和定义时空的标尺。

虽然制定了统一的时间测量标准，但若各地时间不能同步，也会给人们带来麻烦。比如，若电网调节时间不同步，可能会烧坏电机；金融市场时间不同步，可能会导致巨大的经济损失。这就需要有一个时间基准，用于实现时间的同步，就像日常生活中，我们常常根据电视台播报的时间来校准自己的时间一样。在我国，提供校准时间的是位于西安的国家授时中心的原子钟，它被用作基准钟向电视、广播、网络等提供报时服务。在导航系统中，如果导航定位的精准度为1米，则要求卫星上原子钟的时间同步必须在 $3\times {10}^{-9}$之内，这需要卫星上的原子钟和地面上的基准钟定期校准，以保证定位的精准度。我国自主研制的北斗导航系统中，原子钟堪称“导航卫星的心脏”，使我国在导航精准度方面达到厘米级，处于全球领先水准。北斗导航系统可以给安装了芯片的共享单车设定电子围栏，也可以判断汽车行驶在哪个车道，甚至还可以实现送货的无人机精准地降落在客户的阳台上。计时工具的演变，展现了人类”时间文化”的进程，更彰显出人类精益求精、不断探索、追求卓越的科学精神。

请根据上述材料，回答下列问题：

（1）原子钟可以作为时间同步的基准钟，依据的是原子辐射电磁波振荡周期的　     　。

（2）下列物体相比较，最适合提供计时基准的是　　（填写正确选项前的字母）。

$A$．摆动的小球     $B$．沿直线运动的汽车   $C$．静止的书本

（3）在实际生活中会出现各种”标准”。请你结合对文中时间”标准”的理解，除文中提到的实例外，再列举一个“标准”并说明该“标准”在具体实例中是如何应用的。　　

在其他条件相同的情况下，电阻较小的导体，其材料的导电性能较强。如图所示的电路中， $R_1$是甲种材料制成的电阻丝， $R_2$是乙种材料制成的电阻丝，它们的横截面积相同，长度分别为 $L_1$、 $L_2$且 $L_1>L_2$．闭合开关 $S$后，观察到电流表 $A_1$的示数 $I_1$大于电流表 $A_2$的示数 $I_2$．请分析并判断甲、乙两种材料导电性能的强弱。

有一个量程为 $0~1\mathit{mA}$ 的小量程电流表 $G$ ，内阻 $R_g=30\Omega$ ，选择一定值电阻 $R_0$ 与它并联起来，如图所示。将 $A$ 、 $B$ 两端接入电路（图中 $I$ 表示电流表 $G$ 与电阻 $R_0$ 并联后的总电流）。

（1）调节电路，使电流表的指针指在最大刻度处（即 $1\mathit{mA})$ ，这时电流 $I$ 为 $0.6A$ ，求电阻 $R_0$ 的值（计算结果保留两位小数）；

（2）继续调节电路，使电流表的指针指在刻度盘中央（即 $0.5\mathit{mA})$ ，此时电流 $I$ 变为多少？

普通电动车的充电插口内有金属插脚，在使用过程中绝不能拿硬币、手等去触碰，如图甲。

（1）图乙是某种电动车的局部电路图。如图硬币碰到充电插口的两个金属插脚，就会造成蓄电池　　路。

（2）这种电动车的蓄电池总电压为48伏，人体不能触碰蓄电池两极，原因是　　。

（3）对蓄电池充电时，蓄电池相当于电路中的　　（选填“电源”，“用电器”，“开关”或“导线” $)$。

光滑斜面甲与水平面 $\mathit{AB}$平滑连接，从斜面甲高 $H$处静止释放小球，小球运动到 $B$点静止，如图甲，在 $\mathit{AB}$上的 $C$点平滑拼接另一光滑斜面乙。已知 $\mathit{AB}=3\mathit{AC}$，如图乙，回答下列问题：

（1）如果小球从斜面甲高 $H$处静止释放，说明小球在乙斜面到达的最大高度 $h$与 $H$的数量关系及理由。

（2）要使小球在乙斜面上到达的最大高度变为 $2h$，小球应在甲斜面上多高处静止释放，并说明理由。

在这次新冠肺炎抗疫战中，中医药为诊疗发挥了积极作用，成为抗疫“中国方法”的重要组成部分。小明对家里的电中药壶进行观察，并用水替代中药进行了相关研究。收集和记录数据如下表。请你结合他的调查研究，完成下列问题。

观察对象	观察记录	研究记录
电中药壶	成分：紫砂 电源： $220V/50\mathit{Hz}$ 容积： $2L$ 挡位：高温 $\left(1100W\right)$ 低温	①水的质量 $m=2\mathit{kg}$，水的初温 $t={20}^{°}\text{C}$ ②用高温挡加热 $5\mathit{min}$，水的末温 $t={50}^{°}\text{C}$ ③壶内加热体由两个相同的发热电阻组成 ④ $c_{水}=4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{\circ }\text{C}}\right)$

（1）请在虚线框内画出电中药壶内部的电路图；

（2）求电中药壶内部一个发热电阻的阻值；

（3）求高温加热时，电中药壶的加热效率。

今年春节，小明帮爸爸安装彩灯，爸爸说：照明灯具迈进了新的时代。前些年，白炽灯还是照明灯具的主力军，人们为延长白炽灯的使用寿命，在楼道里常把两只相同的白炽灯串联起来使用。但这样两只灯发光时的整体亮度，还不如只用其中一只灯时亮。小明很疑惑“为什么会变暗呢？”请你用所学的知识为小明解惑。

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　　。

在测量小灯泡电功率的实验中。电源电压为 $4.5V$．小灯泡的额定电压为 $2.5V$，小灯泡正常发光时的电阻约为 $10\Omega$；

（1）请你用笔画线代替导线，将图甲中的实物电路连接完整。要求：当滑动变阻器的滑片向左移动时，连入电路的电阻变大，连线不得交叉。

（2）连接好电路后，闭合开关，移动滑动变阻器的滑片 $P$，发现小灯泡不发光，电压表无示数，电流表有示数，则故障原因可能是　　。

（3）排除故障后，闭合开关，移动滑片 $P$．记下多组对应的电压表和电流表的示数，并绘制成如图乙所示的 $I-U$关系图象，根据图象信息：

①可计算出小灯泡的额定功率是　　 $W$；

②小灯泡的实际功率随实际电压的增大而　　（填“增大”“减小”或“不变” $)$；

③发现灯泡电阻是变化的，影响其变化的主要因素是　　。

如图所示，为高速公路上的限速标志牌，请用物理知识解释：为什么在同一道路上，对不同车型设定不一样的最高行驶速度？

宁夏中卫地区气候干燥，昼夜温差很大，当地特产压砂瓜，被称为“石头缝里长出的西瓜”，如图所示。每到种植季节，瓜农们把发了芽的西瓜种子种到覆盖了砂石的土壤中，这样可以利用砂石有效蓄水和保温，保证芽苗在深夜不会被冻伤。请你根据以上材料所给信息，利用比热容知识分析：为什么瓜农在土壤上覆盖砂石后，能起到保温作用？

平衡车作为一种新兴的代步工具，深受年轻人的喜欢，小明最近购入一台平衡车，如图所示。他仔细阅读此款平衡车的说明书，主要参数如下：

平衡车整车参数		电池参数
净重	$12\mathit{kg}$	工作电压	$36V$
最高车速	$16\mathit{km}/h$	电池容量	$2.5\mathit{Ah}$锂电池
电动机额定功率	$900W$	智能 $\mathit{BMS}$	过压 $/$欠压 $/$短路 $/$过热保护
最大载重	$85\mathit{kg}$
轮胎与地面总接触面积	$100c{m}^2$

（1）该平衡车在水平路而正常行驶时，对地面产生的最大压强是多少？（要有计算过程）

（2）该平衡车的电池充满电后，所储存的电能为　　 $J$。

（3）平衡车脚踏位置布满花纹，其作用是　　。

人类正面临能源危机，为了找到更节能的光源，科学家做了大量的实验，实验发现下表中的 $\mathit{LED}$灯和白炽灯在正常工作时，光照强度相同。请通过计算回答下列问题：

（1） $\mathit{LED}$灯正常发光时的电流是多大？

（2） $\mathit{LED}$灯正常发光时的电阻是多大？

（3）正常工作 $10h$，使用 $\mathit{LED}$灯比白炽灯要节约多少电能？

类型	$\mathit{LED}$灯	白炽灯
发光原理	二极管发光	钨丝高温发光
额定电压	24伏	220伏
响应时间	${10}^{-9}$秒	${10}^{-3}$秒
额定功率	12瓦	100瓦