初中物理能量实验题

利用所学的知识，完成下面的电学试验。

（一 $)$探究电流与电压、电阻关系

（1）小霞连接了如图甲所示的部分实验电路，请用笔画线代替导线，将电源正确接入电路。

（2）连接好电路，用开关试触，发现电压表指针能转到右侧无刻度处，电流表指针几乎不动。故障原因可能是定值电阻发生　　（填“短路”或“断路）。

（3）排除故障后，正确进行实验，测得三组实验数据，如上表所示。分析表中数据，可得出结论：在电阻一定时，导体中的电流跟导体两端的电压成　　。

试验次数	1	2	3
电压 $U/V$	1.0	2.0	3.0
电流 $I/A$	0.1	0.2	0.3

（4）小霞继续用图甲电路探究电流与电阻的关系。分别接入三个不同阻值的电阻，保持电源电压 $6V$不变，调节滑动变阻器的滑片，保持电压表示数不变，记下电流表示数，绘制了如图乙所示图象并得出结论。

①实验中小霞选取的滑动变阻器是　　（填“ $60\Omega 0.5A$”“ $30\Omega 1.0A$”或“ $20\Omega 1.2A$” $)$。结合所选的滑动变阻器，把三个定值电阻分别接入电路完成实验，电阻两端控制不变的电压最大是　　 $V$。

②把 $5\Omega$和 $20\Omega$的电阻分别接入电路，控制电阻两端的电压不变，先后两次滑动变阻器的电功率之比是　　。

（二 $)$测量额定电流为 $0.5A$小灯泡 $L_1$的额定功率

小霞选用了一只电压表，一个“ $6V3W$”的小灯泡 $L_2$，设计了如图丙所示的实验电路，其中电源电压恒为 $12V$，请完成下面实验步骤：

（1）如图丙所示，图中 $a$、 $b$处虚线框内，分别为电压表或开关 $S_2$，则在 $a$框内应是　　

（2）正确选择元件并连接电路后，闭合开关 $S$、 $S_1$，断开开关 $S_2$，调节滑动变阻器滑片，使电压表示数为　　 $V$．此时小灯泡 $L_1$正常发光。

（3）再闭合开关 $S$、 $S_2$，断开 $S_1$，滑动变阻器滑片的位置不变，读出电压表示数如图丁所示，为　　 $V$。

（4）则小灯泡 $L_1$的额定功率为　　 $W$。

小溪用如图甲所示的实验装置探究“水沸腾时温度变化的特点”。

（1）某时刻温度计的示数如图甲所示，此时的水温为　　 ${}^{°}\text{C}$。

（2）当水沸腾时，小溪观察到水中出现大量上升、变　　的气泡，水温　　（填“继续升高”或“保持不变” $)$。

（3）小溪又将装有某种固体粉末的试管放在实验中的沸水中加热，并根据记录的实验数据绘制了试管内物质的温度随时间变化的图象，如图乙所示，由图象可知：

①该物质属于　　（填“晶体”或“非晶体” $)$。

②在 $t_1~t_2$过程中，该物质的内能　　（填“增大”、“减小”或“不变” $)$。

③该物质在　　（填“固态”或“液态” $)$时的吸热能力更强。

小霞在伏安法测电阻的实验中，选用器材如下：电压为 $6V$的电源、规格为“ $10\Omega 1A$”的滑动变阻器 $R_1$、待测电阻 $R_x$、电流表、电压表、开关、导线若干。

（1）小霞连接的实验电路如图甲所示，其中有一条导线连接有误，若此时闭合开关电压表所测量的电压　　（填“会”或“不会” $)$超过它的量程。请将连接错误的导线画“ $\times$”，并用笔画线代替导线将电路连接正确。

（2）正确连接电路后，先将滑动变阻器的滑片移到最　　（填“左”或“右” $)$端，闭合开关，电流表的示数为 $0.2A$，调节滑片发现电流表的示数发生变化，电压表的示数始终为零。电路中的故障可能是电压表　　（填“短路”或“断路” $)$。

（3）排除故障后，小霞进行三次实验测出的电阻值分别为 $20.1\Omega$、 $20\Omega$、 $19.9\Omega$，待测电阻的阻值应为　　 $\Omega$。

（4）小霞将待测电阻 $R_x$换成额定电压为 $2.5V$的小灯泡，测量其额定功率。已知小灯泡正常发光时的电阻约为 $10\Omega$，通过分析发现实验无法完成，小霞发现实验桌上有三个阻值分别为 $10\Omega$、 $20\Omega$、 $30\Omega$的定值电阻，可将其中　　 $\Omega$的电阻串联在电路中，进行实验。

（5）闭合开关调节滑动变阻器的滑片，当电压表的示数为 $2.5V$时，电流表的示数如图乙所示为　　 $A$，小灯泡的额定功率为　　 $W$。

（6）小霞又设计了如图丙所示的电路，来测量额定电流为 $0.4A$小灯泡的额定功率。电源电压未知，定值电阻 $R_0$的阻值为 $10\Omega$．请你将下面的实验步骤补充完整。

①闭合开关 $S$，调节滑动变阻器的滑片，使电压表的示数为　　 $V$，小灯泡正常发光。

②保持滑动变阻器滑片的位置不变，将一根导线连接在电路中 $b$、 $d$两点之间，电压表的示数为 $6V$。

③取下 $b$、 $d$间的导线，将其连接在　　两点之间，电压表的示数为 $5V$。

④小灯泡的额定功率为　　 $W$。

如图甲是小鹏探究“水和油沸腾时温度变化的特点”的实验装置，两个试管中分别装有初温相同的水和油，相同时间两试管中的液体吸收的热量相同。 $\left[c_{水}=4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{\circ }\text{C}}\right)\right]$

（1）实验进行一段时间后，放在油中温度计的示数如图甲所示为　　 ${}^{°}\text{C}$。

（2）沸腾前加热过程中，液体温度升高，这是通过　　方式增加了液体的内能。

（3）实验过程中两个温度计示数随时间变化的图象如图乙所示，分析图象可知，液体沸腾时，吸收热量，温度　　。水的沸点低于 ${100}^{°}\text{C}$，原因是此时气压　　（填“高于”“等于”或“低于” $)$标准大气压。

（4）若试管中油的质量为水质量的2倍，由图象可知： $c_{油}=$　　 $J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{°}\text{C}\right)$。

小明用图甲所示的电路，做伏安法测定值电阻实验。

（1）按图甲连接电路，闭合开关，调节滑动变阻器滑片后，电流表示数为 $0.3A$，此时电压表的示数如图乙所示，则定值电阻 $R_x$的阻值为　　 $\Omega$；

（2）为了使测量结果更准确，小明进行了多次测量，记录了每次测量中电压表和电流表的数值，计算出每次测量所对应的 $R_x$的阻值，再求 $R_x$的　　；

（3）小明又设计了另一种测量电阻 $R_x$的方案，电路图如图丙所示，电路中定值电阻 $R_0$的阻值已知，电源电压未知。请你完善下列相关操作步骤，并写出电阻 $R_x$的表达式；

①断开 $S_1$，闭合 $S$、 $S_2$，用电压表测　　两端电压，读出电压表示数为 $U_1$；

②　　（填各开关的状态），用电压表测 $R_x$两端电压，读出电压表示数为 $U_2$；

③电阻 $R_x$的阻值表达式为 $R_x$　　（用 $U_1$、 $U_2$、 $R_0$表示）。

（4）小明在完成实验后，利用图丁所示的电路，测出了额定电流为 $I_{额}$的小灯泡 $L$的额定功率。电路中定值电阻 $R_0$的阻值已知，电源电压和滑动变阻器的最大阻值未知。请你完善下列相关操作步骤，并写出小灯泡 $L$的额定功率的表达式。

①断开 $S_2$，闭合 $S$、 $S_1$，调节滑动变阻器的滑片，使电流表示数为　　，小灯泡 $L$正常发光；

②断开 $S_1$，闭合 $S$、 $S_2$，　　，读出电流表示数为 $I_1$；

③断开 $S_1$，闭合 $S$、 $S_2$，调节滑片至最左端，读出电流表示数为 $I_2$；

④小灯泡的额定功率的表达式为 $P_{额}=$　　（用 $I_{额}$、 $I_1$、 $I_2$、 $R_0$表示）。

小明在探究“电流与电阻的关系”实验时，选取了如下器材：电源（电压恒为 $6V)$、定值电阻 $(5\Omega$、 $10\Omega$、 $15\Omega$、 $20\Omega$的各一个）、滑动变阻器标有“ $30\Omega 2A$”、电流表、电压表、开关、导线若干。

（1）要探究“电流与电阻的关系”，必须改变接入电路的定值电阻阻值大小，通过调节滑动变阻器接入电路的阻值来控制定值电阻两端的　　不变，测量并记录不同电阻所对应的电流。

（2）按电路图正确连接电路，闭合开关前，应将滑动变阻器的滑片移到　　（选填“阻值最小”或“阻值最大” $)$端；闭合开关后，发现电压表有示数，电流表无示数。经检查，电流表、电压表连接无误，则电路存在故障可能是　　（选填“开关断路”、“定值电阻断路”或“滑动变阻器断路” $)$。

（3）排除故障后，小明首先将 $5\Omega$的定值电阻接入电路，调节滑动变阻器的滑片，使定值电阻两端的电压控制值为 $2V$，再将定值电阻由 $5\Omega$换成 $10\Omega$后，接下来应将滑动变阻器的滑片向　　（选填“靠近”或“远离” $)$滑动变阻器接入电路的下接线柱方向移动，使电压表示数仍为 $2V$；当把 $15\Omega$的定值电阻换成 $20\Omega$的定值电阻进行第四次实验时，无论怎样调节滑动变阻器的滑片，电压表示数都超过 $2V$．若仍想成功完成第四次实验，在不更换现有电源和滑动变阻器的前提下，应重新设置定值电阻两端的控制电压的最小值为　　 $V$。

（4）小明完成实验，分析记录的实验数据后，得出的结论是　　。

近几年来，大连市民陆续使用上了安全、清洁的天然气。某用户在使用天然气灶加热水时，完全燃烧了 $0.05m^3$的天然气，将 $3\mathit{kg}$的水从 ${20}^{°}\text{C}$加热到 ${80}^{°}\text{C}$．已知水的比热容是 $4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{·}^{°}\text{C}\right)$，天然气的热值是 $3.6\times {10}^{7}J/m^3$．试求：

（1）天然气完全燃烧放出的热量是多少？

（2）水吸收的热量是多少？

（3）该天然气灶加热这些水的效率是多少？

图中是一款家用电热水器简化电路图，它有高温和低温两个挡位，高温挡功率为 $3300W$． $R_1$、 $R_2$均为加热电阻丝， $R_1$的阻值为 $55\Omega$． $\left[c_{水}=4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{\circ }\text{C}}\right)\right]$

求：（1）低温挡时通过 $R_1$的电流。

（2） $R_2$的阻值。

（3）如果不计热量损失，用高温挡把 $50\mathit{kg}$的水，从 ${27}^{°}\text{C}$加热到 ${60}^{°}\text{C}$，需要的时间。

图中是一辆满载防疫物资的货车，货车满载时，车轮与水平地面接触的总面积为 $1m^2$，对地面的压强为 $5\times {10}^5\mathit{Pa}$．货车到送货地点要经过一座路面平直的桥梁，这座桥限重 $55t$。 $(g$取 $10N/\mathit{kg}$，柴油的热值 $q=4.3\times {10}^{7}J/\mathit{kg})$

（1）请通过计算货车满载时车和货物的总质量，判断货车是否允许通过这座桥。

（2）货车以 $20m/s$的速度在平直公路行驶，发动机的输出功率为 $200\mathit{kW}$，求货车受到的阻力。

（3）若货车发动机的效率为 $40\%$，以 $20m/s$的速度在该平直公路上行驶 $17.2\mathit{km}$，消耗柴油的质量是多少？

可以用图示电路测量电阻的阻值，电源两端电压为 $4.0V$， $R=90\Omega$， $R_x$为待测电阻，电压表的量程为 $3V$。

（1）请将电压表接入电路，要求电压表测量 $R$两端的电压。

（2）闭合开关后，电压表读数为 $1.0V$．由此可求出 $R_x=$　　 $\Omega$。

（3）该电路可测量的 $R_x$的最小值为　　 $\Omega$。

（4）为了实现多次测量以减小实验误差，有同学提出了以下四条建议，其中可行的一条是　　（填序号）

①用一根导线短接 $R$或 $R_x$

②将 $R$和 $R_x$由串联改为并联

③用滑动变阻器替代 $R$

④用阻值可调可读的电阻箱替代 $R$。

某小组在“测量小灯泡的电功率”实验中，备有器材规格如下：电源电压恒为 $6V$，小灯泡的额定电压为 $2.5V$，电阻约为 $10\Omega$，变阻器 $A$的规格为“ $10\Omega 1A$“， $B$的规格为“ $50\Omega 2A$”。

（1）用笔画线代导线，将图甲的电路连接完整，要求滑动变阻器滑片 $P$向右滑动时小灯泡变亮。

（2）该组同学选用的滑动变阻器应是　       　（选填“ $A$”或” $B$“）。

（3）闭合开关后，发现小灯泡不亮，电流表无示数，电压表有示数，则故障可能是　      　。

（4）通过小灯泡的电流随它两端电压的变化如图乙所示，分析图象可知，小灯泡的额定功率为　      　 $W$；小组同学分析图象后发现：通过灯泡的电流与其两端电压不成正比。形成这一现象的原因是　       　。

（5）他们想继续探究“电流与电压的关系”，请你帮他们设计一个实验电路，将电路图画在图丙的虚线框中。

图甲是“探究物体的动能跟哪些因素有关”的实验装置图。

（1）实验时小明选用大小不同的实心钢球从同一斜面的同一高度由静止滚下，是为了探究动能大小与　     　的关系。

（2）实验时，若让同一钢球从斜面相同高度处滚下，推动木块在粗糙程度不同的水平面上移动，小明发现水平面越光滑，木块移动的距离越　      　（选填“远”或“近”），若水平面绝对光滑，木块将　        　。

（3）同班的小红同学，发现木块移动的距离没有其他同学的明显，认为是木块太重的原因造成的。为了验证猜测，小红又增加了弹簧测力计、砝码等器材，进行了“滑动摩擦力与压力大小关系”的探究，首先完成了如图乙所示实验，她的下一步操作是　           　。

小天同学在做“用伏安法测电阻”的实验时，除了滑动变阻器的铭牌不清楚之外其他实验器材齐全且完好，电源电压不变，电流表和电压表对电路的影响均忽略不计。以下是他的实验过程，请回答下列问题：

（1）小天连接了如果图甲所示的电路测量待测电阻 $R_x$的阻值，请指出电路连接的错误之处：　　（写出一种即可）

（2）更正电路之前，小天发现可以利用甲图所示的电路来测量滑动变阻器的最大阻值；他闭合开关，读出电压表的示数为 $10V$，电流表的示数为 $0.2A$，则可计算出滑动变阻器的最大阻值为　　 $\Omega$

（3）小天按照图乙所示电路图正确连接好电路后，为了减小实验误差，他选用了合适的量程进行了多次测量，以下是他的实验记录。第一次：当滑动变阻器的滑片位于最左端时，电压表的指针位置如图丙所示；第二次：当滑动变阻器的滑片位于某位置时，电流表的示数为 $0.58A$，电压表的指针位置如图丁所示；第三次：当滑动变阻器的滑片位于最右端时，电流表的示数为 $1.1A$，则 $R_x$的平均阻值为　　 $\Omega$（精确到 $0.1\Omega )$

小林同学在学习了“伏安法测电功率”的知识后，设计了一个定值电阻的功率能从“0到最大功率”连续变化的电路。电路如图甲所示：

（1）实验前，开关应断开，滑片 $P$移到　     　端（选填“ $a$”或“ $b$”）；

（2）请你按照他的设计，用笔画线代替导线将实物图乙连接完整（电压表选用 $0-3V$档，导线不能交叉）

为了比较“水和食用油的吸热能力”，某同学选取相同质量的水和食用油各 $200g$，用如图甲所示两组相同的器材进行了实验，水和食用油相同时间吸热相同。实验数据记录如下：

物质	初始温度 ${/}^{°}\text{C}$	加热时间 $/\mathit{min}$	最后温度 ${/}^{°}\text{C}$
水	20	6	45
食用油	20	6	70

（1）请在图乙所示的坐标图上，作出两组实验数据的“温度 $-$时间”图象：

（2）由实验数据分析可知，　      　的吸热能力强（选填“水”或“食用油”）；

（3）若加热到相同的温度后停止加热，冷却相同时间后　      　的末温高（填“水”或“食用油”）。