初中物理能量解答题

小红和爸爸散步时，看见小区内的一种健身器械坐拉器，如图甲所示，为了对它进行研究，小红简化了它的结构，画出了它的模型图，如图乙所示。她发现坐在坐拉器座椅上的人，用力向下拉动手柄A时，操作杆AB会绕着转轴O转动，连杆BD拉动杆OC绕转轴0转动，将座椅向上抬起，（g取10N/kg）

（1）小红让爸爸静止坐在坐拉器的座椅上，小红竖直向下拉动手柄，将爸爸抬起经过测量，手柄竖直向下移动30cm，座椅竖直升高9cm，用时5s

①小红利用坐拉器抬起爸爸时，以下说法正确的是 　　

A．可以省功

B．一定定费力

C．爸爸越重，坐拉器的机械效率越高

D．爸爸被抬得越高，坐拉器的机械效率越高

②若爸爸的质量为60kg，利用坐拉器抬起爸爸的机械效率为90%，则小红抬起爸爸所做功的功率为多少？

（2）小红想通过图乙的模型，估算自己坐在坐拉器上抬起自己的拉力。图乙中OA：OB＝6：1，O′C：O'D＝2：1，此时AB杆处于水平位置，BD杆垂直于杆AB和O′C，BD杆对AB和OC杆的拉力均沿着BD，且大小相等。若手臂对手柄A的拉力方向和人的重力方向视作同一直线，物体间相互作用力的大小相等、方向相反，忽略坐拉器的自重、转动时的摩擦和座椅的尺度，若小红的质量为40kg，则此时小红让自己保持图乙的状态，需要对手柄A施加竖直向下的拉力为多大？

某小组同学准备探究"通过导体的电流与电压、电阻的关系"实验器材有：干电池2节，滑动变阻器（20Ω，1A）、电流表、电压表、开关各一个，不同阻值的定值电阻及导线若干，图甲是他们连接的实验电路。

（1）闭合开关前，应将滑动变阻器的滑片P移到 　　（选填"A"或"B"）端

（2）闭合开关后，他们移动滑动变阻器的滑片至某一位置，电压表示数为0.7V，电流表示数如图乙所示，接着继续探究，把所测数据填在了下表中

实验次数	1	2	3	4	5
电压U/V	0.7	1	1.1	1.5	1.7
电流I/A		0.18	0.20	0.26	0.30

①图乙中电流的示数为 　　A。

②图丙是以电流Ⅰ为纵坐标、电压U为横坐标建立的平面直角坐标系，请根据他们所测数据、在坐标系中描点，画出I﹣U图象，并标记为a。

（3）图丙中b、c、d三条I﹣U图象，是其他组同学选择5Ω、10Ω和20Ω的定值电阻，按图甲电路测量数据所画。

①单独分析图丙中每条I﹣U图象，可以得到的结论是 　　。

②该小组同学发现，分析图丙中的I﹣U图象，还能得到："当导体两端电压一定时，导体中的电流与导体的电阻成反比"这一规律。请写出分析方法： 　　。

③验证②中的规律，该小组的同学选择了5Ω、10Ω、20Ω的定值电阻，准备分别接入图甲电路，测量电流进行探究，有同学提议：既然探究时需要保持电阻两端电压不变，图甲中可以不用连接滑动变阻器和电压表。他们按照提议分别将三只电阻由小到大接入电路，闭合开关后，读出电流表示数分别为0.42A，0.24A，0.13A，发现无法验证②中的规律。于是他们计划仍按图甲进行探究，分析测量数据后，选定准备加在电阻两端的电压值U．为确保完成验证，则这个电压值U的范围为 　　。

A.1.5V＜U≤3V

B.1.3V＜U＜2.1V

C.1.3V＜U≤2.6V

D.2.1V＜U＜2.6V

图甲是消防应急照明灯，使用时，将它接入家庭电路，当电路断电时，它能提供一段时间的应急照明。图乙是某款消防应急照明灯的模拟工作原理图、将应急照明灯接入家庭电路后，它将家庭电路电压转换为直流电压U，为蓄电池充电。同时，电流流过电磁铁A的线圈产生磁性，吸引衔铁B，使动触点C、E和静触点D、F脱开。当家庭电路断电时线圈中电流消失，电磁铁的磁性消失，衔铁复位，触点C、E和D、F接触，蓄电池给两只LED灯组供电，提供照明。每只LED灯组的额定电压为3.8V，额定功率为0.95W

（1）给蓄电池充电时，U的电压会高于蓄电池电压，所以在电路中要串联一个定值电阻R，关于定值电阻R的作用，以下说法错误的是 　　。

A．主要用来发热

B．可以保护电路元件

C．可以限制电流大小

D．可以分去部分电压

（2）两只LED灯组正常工作时，干路电流为多大？

（3）若该款应急照明灯接入家庭电路后，以I＝75mA的电流连续充电20h，蓄电池可以从无电能至充满；放电时，蓄电池释放的电能达到充满电时电能的60%时，LED灯组将不能正常工作。充、放电时蓄电池不会发热且电压保持3.8V不变。则该款应急照明灯蓄电池充满电后，可供两只LED灯组正常工作的时间为多长？

某小组进行"探究动能大小与质量是否有关"的活动。

（1）小明用两辆相同的小车，在其中一辆小车上放一个砝码，然后让它们从同一斜面的同一位置由静止释放，撞击置于水平面上的木块，如图（a）。

①将小车从同一位置处释放，目的是为了控制小车到达水平面的 　 　相同。

②通过比较 　　来比较小车动能大小。根据实验得出结论：动能大小与质量大小有关。

（2）小红改变实验方案：让同一小车，从同一斜面的不同高度由静止释放，撞击水平面上的木块，如图（b）。发现：木块滑行的距离不一样远。根据这一现象，能做出以下哪个判断？ 　　。

$A$ ．动能大小与质量无关，一定还与其他因素有关

$B$ ．动能大小除了与质量有关外，一定还与其他因素有关

$C$ ．不能判断物体动能大小是否与质量有关，动能大小一定与质量外的其他因素有关

如图甲是"电子技师"学生社团所使用的迷你电烙铁，铭牌标有" $6V12W$ "。社团小组对其改进，使电烙铁温度可调，图乙为小组设计的电路简图。闭合开关，当滑动变阻器（铭牌标有" $15\Omega 2A$ " $)$ 接入电路的电阻为 $6\Omega$ 时，电烙铁刚好正常工作。不考虑温度对电阻的影响，求：

（1）当电烙铁正常工作时，通过电烙铁的电流和电烙铁的电阻。

（2）该电路两端的电源电压。

（3）该电路中电烙铁的最小实际功率。

如图是一台火灾现场侦察、灭火的消防机器人，其质量为 $600\mathit{kg}$ ，履带与地面接触的总面积为 $0.5m^2$ ，以 $3m/s$ 的速度在水平地面沿直线匀速前进了 $1\mathit{min}$ ，行驶时所受阻力为自重的0.02倍 $(g$ 取 $10N/\mathit{kg})$ 。求：

（1）消防机器人在 $1\mathit{min}$ 内通过的路程。

（2）消防机器人静止在水平地面时，对地面产生的压强。

（3）在水平地面匀速直线前进的过程中，消防机器人牵引力做功的功率。

如图，把标有"12Ω 3W"的电阻R ₀与最大阻值为50Ω的滑动变阻器R连接在电压恒为18V的电源两端，闭合S，电压表所用量程为0～15V，电流表所用量程为0～0.6A．求：

（1）电阻R ₀的额定电压；

（2）将R的阻值调为48Ω，在1min内R ₀产生的电热；

（3）为保证安全，电路消耗总功率的范围。

水平地面上放着重为200N、边长为0.2m的正方体物块现用斜面将其由底端匀速

拉到顶端，如图所示已知平行于斜面的拉力为120N，物体移动的距离为2m，升高1m。求：

（1）物块放在水平地面上时对地面的压强；

（2）斜面的机械效率；

（3）物块沿斜面向上滑动时所受的摩擦力大小。

为了减少环境污染，部分农村地区改用液化气烧菜做饭。某钢瓶装有液化气10kg，已知液化气的热值为4.2×10 ⁷J/kg，水的比热容为4.2×10 ³J/（kg•℃）求：

（1）这瓶液化气全部完全燃烧放出的热量是多少？

（2）若（1）中放出的热量有40%被初温为20℃的水吸收，在标准大气压下可将多少质量的水烧开？

在综合实践活动中，科技小组设计了一个能反映水平风力大小的装置，如图甲所示，电源电压恒为16V，R ₀为定值电阻，L为额定电压是2.5V的小灯泡，其I﹣U关系的部分数据如图乙所示，AB为长14cm、阻值60Ω粗细均匀的电阻丝（电阻丝的阻值与长度成正比），OP为质量、电阻均不计的金属细杆，下端连接一个重2N的圆球P．闭合开关S，无风时，OP下垂并与A端接触，此时电流表示数为0.2A；有风时，OP绕悬挂点O转动，风对球的作用力F方向始终水平向右，已知OA为10cm，OP始终与AB接触良好且无摩擦；求：

（1）电流表示数为0.2A时，灯泡的电阻为 　　Ω；

（2）无风时R ₀消耗的电功率。

（3）为保护电路，允许风对球施加的最大作用力。

某同学设计的电饭锅具有煮饭和保温两种功能，电路如图所示，闭合开关S ₁、S ₂，刚开始触点D与E接触，随着锅内温度升高，热敏电阻R阻值减小，继电器内电流增大，当锅内温度达到103℃时电磁铁吸合衔铁，使触点D脱开E改与F接触；当锅内温度低于50℃时电磁铁松开衔铁，触点D再次与E接触。已知电饭锅工作电压为220V，R ₁＝44Ω，R ₀为定值电阻，控制电路消耗的功率忽略不计。求：

（1）电饭锅煮饭时消耗的电功率；

（2）要在保温时保持锅内温度不变，假设此时电饭锅散热功率恒为110W，则电路中R ₂的阻值应为多大；

（3）要给电路加一个保温工作指示灯，则指示灯应该放在图中甲或乙的哪个位置，该指示灯电阻的阻值应具备怎样的特点。

如图所示，水平地面上有一个扫地机器人，它通过安装在身体底部的三个轮子与地面接触，清扫中利用软毛刷和吸气孔收集灰尘，遇到障碍物能够自动改变方向继续行进，某次机器人开始扫地1min后遇到障碍原地旋转20s，然后继续扫地2min，总行驶路程为36m。已知

机器人质量为3.8kg，圆形身体半径为0.2m，三个轮子与地面接触的总有效面积为2×10^﹣4m²，行进中受地面的摩擦阻力大小恒为10N，忽略灰尘质量、毛刷支撑以及气流的影响，取g＝10N/kg。求：

（1）机器人清扫工作中对地面的压强；

（2）机器人在本次清扫工作中的平均速度

（3）若机器人某段时间以0.5m/s的速度做匀速直线运动，计算机器人该段时间内牵引力的功率

在"测量小灯泡的功率"实验中，小灯泡标有"2.5V"字样。

（1）图甲中有一处导线连接错误无法正常完成实验，错误的导线是 　　（选填"①"或"②"）。

（2）正确连接电路并检查无误后，闭合开关，发现灯泡不亮，两电表均无示数。为了检查故障，小华将电压表拆下，在开关闭合状态下，分别将电压表接在电源、滑动变阻器及开关两端，结果只有接在滑动变阻器两端时，电压表无示数，则肯定出现故障的元件是 　　。

A．电源    B．开关   C．灯泡   D．滑动变阻器

（3）排除故障后，使小灯泡正常发光，电流表示数如图乙所示，电流为 　　A，小灯泡的额定功率为 　　W

（4）你认为利用本实验电路能探究电流与电压的关系吗？答： 　　，理由是 　　。

电动汽车因其节能、环保而受到人们的青睐。某品牌电动汽车，驾驶员与车的总质量为1.6t，车静止时轮胎与地面接触的总面积为0.08m ²．汽车在平直公路上以10m/s的速度匀速行驶20min，此时驱动电机的输入电压为300V，电流为60A，汽车所受阻力为驾驶员与车总重力的0.1倍，g取10N/kg。求电动汽车：

（1）静止在水平地面上对地面的压强。

（2）匀速行驶过程中驱动电机消耗的电能。

（3）匀速行驶过程中牵引力的大小。

（4）匀速行驶过程中牵引力所做的功。

（一）小明发现：漆黑夜间上洗手间，很难摸到墙上开关，于是动手自制夜间照明电路。

器材：6V新蓄电池、规格为"2.5V0.5A"的新灯泡L、定值电阻R ₀、开关S、导线若干。

（1）请在图甲中以笔画线代替导线完成电路连接。要求：夜晚闭合开关S，电压表显示电源电压，灯泡正常发光；白天断开开关S，电压表指针指零，灯泡熄灭。

（2）定值电阻R ₀＝ 　　Ω

（3）灯泡的规格也可标记为"2.5V 　　W"

（二）数月后，小明发现：闭合开关S，灯泡发光，亮度有所下降

小明猜想：可能是长期使用，蓄电池用旧了导致电源的输出电压有所降低

（4）闭合开关，如图乙所示，电压表显示旧蓄电池的输出电压为 　　V

小明还猜想：可能是长期使用，灯泡自身发生了变化。因为他发现灯泡玻璃壳内壁发黑。

（5）灯泡玻璃壳内壁发黑是由于钨丝发生 　　

A．先升华后凝华     B．先汽化后液化     C．先熔化后凝固     D．先升华后凝固

（三）小明用该旧蓄电池探究、绘制旧灯泡的I﹣U图象

（6）请在图丙中以笔画线代替导线完成电路连接，要求：闭合开关前，滑动变阻器的滑片P应置于A端。

（7）请根据图丁将实验⑥的电流表示数填入表格。

实验序号	①	②	③	④	⑤	⑥
U/V	0	0.5	1	1.5	2	2.5
I/A	0	0.18	0.28	0.34	0.38

（8）请在图戊中画出旧灯泡的I﹣U图象

（9）小明发现旧灯泡的I﹣U图象不是正比例函数图象，原因是： 　　。

由第⑥组数据可知，长时间使用后，同样在2.5V额定电压下，旧灯泡的电阻 　　（大于/等于/小于）新灯泡的电阻。