初中物理能量解答题

图甲是温度自动报警器。控制电路中，电源电压 $U=5V$，热敏电阻 $R_2$的阻值与温度的关系如图乙所示：工作电路中，灯泡 $L$标有“ $9V0.3A$”的字样， $R_4$为电子嗡鸣器，它的电流达到某一固定值时就会发声报警，其阻值 $R_4=10\Omega$，在 $R_2$温度为 ${20}^{°}\text{C}$的情况下，小明依次进行如下操作：闭合开关 $S_1$和 $S_2$，灯泡 $L$恰好正常发光，此时 $R_0$的电功率为 $P_0$；将 $R_1$的滑片调到最左端时，继电器的衔铁刚好被吸下，使动触点与下方静触点接触：调节 $R_3$的滑片，当 $R_3$与 $R_4$的电压之比 $U_3:U_4=4:1$时，电子嗡鸣器恰好能发声，此时 $R_0$的电功率为 $P_0\text{'}$， $P_0\text{'}:P_0=4:9$，已知电源电压，灯丝电阻都不变，线圈电阻忽略不计，求：

（1）灯泡 $L$的额定功率；

（2）当衔铁刚好被吸下时，控制电路的电流；

（3）将报警温度设为 ${50}^{°}\text{C}$时， $R_1$接入电路的阻值；

（4）工作电路的电源电压 $U_x$。

我们在超市购物时，常常使用购物车，己知购物车的质量为 $10\mathit{kg}$，小明用 $10N$的水平推力推着购物车沿水平地面运动了 $4m$，用时 $4s$，求：

（1）购物车的重力

（2）推力所做的功：

（3）推力的功率

小明用如图1的实验装置测量小灯泡电阻，小灯泡的额定电压为 $4.5V$。

（1）连接电路时，开关应　 　。

（2）请在图1中用笔画线代替导线，完战剩余部分的电路连接（要求：滑片向左移动时，灯变亮）

（3）正确完成电路连接后，闭合开关时，电流表没有示数，小灯泡不亮，电压表示数接近电源电压，则电路故障可能是小灯泡　　（选填“短路”或“断路” $)$

（4）排除故障后，闭合开关，调节滑动变阻器的滑片，使小灯泡正常发光，电流表示数如图2所示，此时电路中的电流为　　 $A$，小灯泡的电阻为　　 $\Omega$

（5）小明还设计了如图3所示的电路，测出了另一小灯泡的额定功率，已知滑动变阻器的最大阻值均为 $R_0$，小灯泡的额定电流为 $I_{额}$，请将以下实验步骤补充完整

①只闭合开关 $S$、 $S_1$，移动 $R_1$的滑片，使电流表示数为 $I_{额}$。

②接着　　。

③再将 $R_1$的滑片调至最左端，记下电流表的示数 $I_1$；将 $R_1$的滑片调至最右端，记下电流表的示数 $I_2$。

④写出小灯泡额定功率的表达式： $P=$　　。（用 $R_0$、 $I_{额}$、 $I_1$、 $I_2$表示）

小明在旅行途中，发现大货车的轮子很宽大，看到某段道路旁有如图所示的限速标志，请用物理知识解释大货车轮子宽大的原因，并从能量的角度解释限速行驶的原因

如图甲所示的电路中，电源电压为 $24V$，电阻 $R_2=20\Omega$，电压表的量程为 $0~15V$．闭合 $S$后，调节滑片 $P$使电压表示数为 $8V$。

（1）电路中的电流为多少？

（2） $R_1$消耗的电功率为多少？

（3）撤去图甲中的 $R_1$、 $R_2$，现有定值电阻 $R_3=10\Omega$，两个滑动变阻器 $R_4$、 $R_5$（最大阻值分别为 $20\Omega$和 $50\Omega )$，请将 $R_4$、 $R_5$其中之一和 $R_3$填入图乙所示的虚线框内。要求：

①闭合 $S$，自由移动滑片 $P$时电压表安全工作且示数不为零， $R_3$两端电压有最大的变化范围。

②按要求完成图乙的电路图。

②求 $R_3$两端电压的变化范围。

如图所示，小宸用沿斜面向上的力 $F=100N$，在 $10s$内把木箱推到 $2m$高处。斜面长 $4m$。求：

（1）小宸所做的功；

（2）小宸做功的功率。

小宸利用如图甲所示的电路研究电流随电压变化的情况。其中电源电压为 $U$， $R_t$是热敏电阻，其阻值与温度有关，二者关系为 $R_t=\mathit{kt}+b(k>0,b>0)$。

（1）本实验要保持 $R_t$阻值不变，也就是保持 $R_t$的　 　不变。

（2）使用电流表和电压表前，要检查其指针是否对准　　刻度线；接入电路的电流表，应使电流从其　　（选填“ $+$”或“ $-$” $)$接线柱流入。

（3）图乙是某次测量时电压表的示数，其读数为　　 $V$，如果要使电压表示数变大，应将滑动变阻器滑片 $P$向　　端（选填“ $a$”或“ $b$” $)$移动；图丙是小宸根据实验数据画出的 $I-U$图，经分析可得出结论：在电阻不变时，通过电阻的电流与它两端的电压成　　比。

（4）接下来，小宸按如下步骤操作，尝试把电流表改装成温度表。

①将滑动变阻器滑片 $P$移到 $b$端，用开关 $S_2$替换电压表（电路如图丁所示）。闭合 $S_1$、 $S_2$，调节滑片 $P$使电流表满偏后，保持滑片 $P$位置不再移动，设此时电路总电阻为 $R$，断开 $S_1$、 $S_2$。

②往容器中倒入适量 ${100}^{°}\text{C}$的开水，观察温度计，温度计示数每下降 $5^{°}\text{C}$（水温不再降低时，加入冰块直到水温降到 $0^{°}\text{C})$，就闭合 $S_1$，并记录此时温度 $t$和对应的电流 $I$，然后断开 $S_1$．请用给定的字母写出电流与温度的关系式 $I=$　　。

③根据记录的 $t$和 $I$，重新刻制电流表的表盘，改装成温度表。请在图戊中大致画出此温度表表盘的刻度线。（要求画出 $0~{100}^{°}\text{C}$每间隔 ${20}^{°}\text{C}$对应的共6条刻度线）

在学习了电学知识后，小宝对家里新买的号称“大功率电热毯”进行了研究。他对电热毯的工作电路图进行简化处理后绘制出了如图所示的等效电路图并研究。电路安全保护装置部分小宝由于没有学到相关知识打算以后再研究。

按照说明书介绍，电热毯工作电路等效电源的电压低于 $220V$．通过旋转电热毯的开关，电路可以达到3个档位。如图所示，档位1：单独闭合 $S_1$；档位2：同时闭合 $S_1$、 $S_2$；档位3：同时闭合 $S_1$、 $S_2$、 $S_3$。

小宝根据说明书提供参数进行计算后发现，不考虑灯丝电阻随温度变化，当电热毯处于档位1时，灯泡 $L$ 的功率为其额定功率的 $\frac{9}{16}$， $R_2$消耗的功率为 $1w$；当电热毯处于档位3时，灯泡 $L$正常发光， $R_1$消耗的功率为 $64W$。

请你根据题目所给的信息，完成以下问题。

（1）当电热毯处于档位1时， $R_1$、 $R_2$、灯泡 $L$一起　串　联工作。

当电热毯处于档位2时， $R_1$、 $R_2$、灯泡 $L$中只有　　工作。

（2）求电热毯处于档位1时，灯泡两端实际电压与其额定电压之比 $\frac{U_L}{U_{额}}=$？

（3）求电热毯处于档位3时，通电50秒电流通过 $R_2$产生的热量？

小段用如图所示装置，使用一根杠杆 $\mathit{AB}$和滑轮的组合将一合金块从水中提起，滑环 $C$可在光滑的滑杆上自由滑动。已知合金密度 $\rho =1.1\times {10}^4\mathit{kg}/m^3$：所用拉力 $F$为 $500N$，且始终竖直向下： $O$为支点，且 $\mathit{AO}=4\mathit{OB}$：动滑轮的机械效率为 $75\%$．若杠杆质量、杠杆与攴点间摩擦不计，整个过程中合金块始终未露出水面。求：

（1）当拉力 $F$向下移动距离为 $1.2m$时，拉力 $F$对杠杆所做的功？此时绳子对杠杆 $B$点的拉力？

（2）合金块的体积？

一辆质量为 $150\mathit{kg}$的摩托车，发动机功率为 $32\mathit{kW}$，摩托车在此功率下以 $60\mathit{km}/h$的速度匀速行驶了 $0.5h$。

（1）求摩托车受到的重力是多大？

（2）求这段时间摩托车发动机对摩托车所做的功？

（3）求摩托车这段时间通过的路程？

小飞在做“探究电流与电压、电阻的关系”实验时，淮备了以下器材：两节新的干电池，电流表、电压表、滑动变阻器、定值电阻 $(5\Omega$， $10\Omega$， $15\Omega$， $20\Omega )$、开关、导线若干。

（1）在按电路图连接实物时，开关必须处于 　状态；在实物图中，滑动变阻器的滑片要移到　　（选填“最右端”或“最左端” $)$。

（2）图1是小飞连接好的实验电路，闭合开关后，他发现移动滑片的过程中，电流表的示数　　，电压表的示数　　。（选填“变大”、“变小”或“不变” $)$

（3）小冲在一旁观察后指出小飞没有按照电路图正确连接实物，请你在实物图上对连接错误的一根导线打“ $\times$”，并用笔补画一根线代替导线将电路连接正确。

（4）问题解决后，他们接入 $10\Omega$的电阻进行实验，并得出下表中的数据，对数据进行分析后得出实验结论是：　　。

电压 $U/V$	1	1.5	2	2.5
电流 $I/A$	0.1	0.15	0.2	0.25

（5）接下来他们分别接入其它电阻再次对电流与电阻关系进行探究，并作出了如图2所示图象，请你通过图象中所给信息计算出实验过程中滑动变阻器两端的电压 $U=$　　 $V$。

为使电路正常工作，请在图中恰当位置填入电流表或电压表。

如图甲所示，电源电压保持不变， $R_1$是定值电阻，小灯泡 $L$的额定电压是 $6V$且灯丝电阻不随温度变化。当闭合开关 $S_1$、 $S_3$，断开开关 $S_2$，调节滑动变阻器 $R_2$的滑片，使电压表示数从 $1V$变为 $3V$的过程中，电路总功率变化了 $3.6W$，其中电压表示数为 $3V$时，电流表示数为 $0.3A$；滑动变阻器 $R_2$的电功率 $P_2$与电压表示数 $U_1$的关系如图乙所示，滑动变阻器 $R_2$的滑片在 $a$点、 $b$点时，对应电压表示数为 $U_a$、 $U_b$，且 $U_b=8U_a$．求：

（1）定值电阻 $R_1$的阻值。

（2）电源电压。

（3）滑动变阻器 $R_2$的滑片从 $a$点滑到 $b$点过程中， $R_2$接入电路的阻值范围。

（4）当闭合开关 $S_1$、 $S_2$，断开开关 $S_3$，滑动变阻器 $R_2$的滑片在中点时，小灯泡 $L$恰好正常发光，其电功率为 $P_L$；当滑动变阻器 $R_2$的滑片在阻值最大处时，小灯泡 $L$的电功率为 $P_L\text{'}$．则 $P_L$与 $P_L\text{'}$之比是多少？

用“伏安法”测未知电阻的阻值。

（1）请用笔画线表示导线，将图甲所示的实物连接成完整电路。要求：滑动变阻器的滑片 $P$向右移动时，电流表示数变小（请勿更改原有导线，导线不能交叉）。

（2）连接电路前，开关必须　 　。电路接通前，滑动变阻器的滑片 $P$应该移至图中　　处（选填“ $A$”或“ $B$” $)$。

（3）小林闭合开关后，发现电流表示数为零，但电压表有示数，此时电路中的一处故障是待测电阻 $R_x$　　（选填“短路”或“断路” $)$。

（4）小林排除故障后，用滑动变阻器调节接入电路中的电阻，对应每次变化各测一次电流值和相应的电压值并记录到表格中。有一次测量电流表的指针如图乙所示，其示数为　　 $A$；另一次测量电压表的指针如图丙所示，其示数为　　 $V$．小林根据几组实验数据计算出 $R_x$的值，为了进一步减小误差，绘制了 $R_x$的 $U-I$图象。

（5）另一组的小宇用相同的器材进行实验，并根据自己所记录的实验数据绘制了如图丁所示的 $U-I$图象。小林发现小宇绘制的 $U-I$图象和自己绘制的 $U-I$图象不同，你认为其原因是小宇　　；小林根据小宇的 $U-I$图象也可计算出待测电阻 $R_x=$　　 $\Omega$（实验过程中电源电压保持不变）。

为了探究相同质量的不同物质在升高相同温度时，吸收热量的多少是否相同，某实验小组取相同质量的水和煤油放入两个相同的容器中，用同样的热源分别对它们加热，比较它们升高相同温度时吸收热量的多少。实验装置如图1所示。

（1）加热时，某一时刻在水中的温度计示数如图2所示，则此时水的温度是　24　 ${}^{°}\text{C}$。

（2）实验数据记录如表：

液体名称	液体质量 $m/g$	液体初温 $t_1{/}^{°}\text{C}$	液体末温 $t_2{/}^{°}\text{C}$	加热时间 $t/\mathit{min}$
水	200	20	30	12
煤油	200	20	30	6

分析以上实验数据可得：相同质量的不同种物质，升高相同的温度，吸收的热量　　（选填“相同”或“不同” $)$，　　的吸热本领更强（选填“水”或“煤油” $)$。

（3）根据以上表格的数据计算，当加热时间为 $12\mathit{min}$时，这些水吸收的热量是　　 $J$（水的比热容为 $4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{·}^{°}\text{C}\right)$。