初中物理能量实验题

某科学小组对电流通过导体产生热的多少与哪些因素有关进行了研究。装置如图，2只烧瓶内装满煤油，瓶塞上各插1根玻璃管，瓶内各装1根阻值不同的电阻丝 $R_{甲}$和 $R_{乙}$。

猜想一：电热跟电流的大小有关，电流越大电热越多；

猜想二：电热跟导体的电阻大小有关，电阻越大电热越多。

为验证猜想一，设计以下方案：

①将电阻丝 $R_{甲}$和 $R_{乙}$串联在电路中，标出2根玻璃管内液面的位置，闭合开关记下电流表的读数 $I_1$，经过一段时间后标出2根玻璃管内液面的位置；

②当2根玻璃管中的液面降到原来的高度后，减小滑动变阻器的阻值，闭合开关记下电流表的读数 $I_2$，经过相同时间后标出2根玻璃管内液面的位置。

请回答下列问题：

（1）为使实验现象明显，经常会采用转换或放大的思想。为比较电热丝产生热量的多少，实验中体现这些思想的设计有　            　。（写出一条即可）。

（2）为验证猜想一，必须比较同一个烧瓶中前后两次实验玻璃管内液面上升的高度，原因是　　。

（3）科学研究倡导有依据的猜想，请说出生活中支持猜想二的一个实例：　　。

小明参加科技节“掷飞机”比赛，该项目的规则是：纸飞机掷出后在空中滞留的时间越长成绩越好。查阅资料得知：纸飞机在空中滞留的时间与其形状、质量、出手速度和出手角度有关。小明认为还可能与纸飞机表面的粗糙程度有关。为了验证自己的猜想，小明准备了以下器材进行实验研究：

发射器（如图）；秒表；剪刀；面积、质量大小和表面粗糙程度不同的两种纸 $A$、 $B$各若干张（同种纸正反面粗糙程度相同）。

（1）发射器的弹簧压缩得越短，释放后纸飞机获得的速度越大，其原因是　       　。

（2）写出本实验的主要步骤。

小明利用图甲电路研究电流与电压的关系，其中滑动变阻器最大阻值为500欧，定值电阻 $R_0$阻值为10欧，闭合开关，当滑片从最右端慢慢向左移动，发现最初电压表指针几乎不动，直到接近左端时电压表指针才开始有所偏转，继续左移，指针偏转角度迅速变大，即该滑动变阻器引起电压表示数发生明显变化的调节区域很小。本实验中，要使滑片每移动一段距离，都能引起电压表示数较为明显的变化，应选择怎样的滑动变阻器？小明用不同的电阻丝代替滑动变阻器，利用图乙进行如下实验：

①取3条长度都为100厘米的粗细均匀电阻丝 $A$、 $B$、 $C$，阻值分别为1欧、20欧、400欧。

②将电阻丝 $A$接入图乙电路，闭合开关，滑片 $P$从最右端移到最左端，记录电压表示数 $U$随滑片移动长度 $x$变化的相关数据，多次测量。

③分别用电阻丝 $B$、 $C$代替 $A$，重复步骤②。

④处理相关数据，获得“电压表示数 $U$随移动长度 $x$变化的关系”如图丙。

（1）图甲实验中，闭合开关，当滑动变阻器滑片处于最左端时，导线 $a$与接线柱 $M$处的连接意外断开，此时

示数为零的电表是　　。

（2）分析图丙，实验过程中电压表示数变化范围与电阻丝阻值的关系是　　。

（3）若利用图乙研究通过 $R_0$的电流与其两端电压的关系，在 $A$、 $B$、 $C$三条电阻丝中，你认为选择哪一条电

阻丝最合适并说明理由。　　

电加热眼罩对缓解眼疲劳有一定效果，如图甲是一款市场上的产品，小敏查阅使用说明书，其相关参数如下

表乙。

乙

型号	$***$
额定充电电压	$4.8V$
充电电流	$500\mathit{mA}$
电池容量	$800\mathit{mAh}$

（1）当该款眼罩还剩 $10\%$的电池容量时，在额定电压下充电，充满电至少需要多少时间？

（2）图丙是小敏设计的可以手动调节高、中、低三档加热的电热眼罩原理图。电源电压 $U$恒为4.8伏，已

知电热丝 $R_1$阻值为4欧，电热丝 $R_2$阻值为6欧，开关 $S_3$只接 $a$或 $b$。

①丙图电路中 $S_1$闭合， $S_2$断开， $S_3$接 $a$时，加热电路为　　（选填“高”、“中”或“低” $)$温挡。

②中温挡功率为多少瓦？

③高温挡工作20分钟，眼罩消耗的电能为多少焦？

如图是浙江大学机器人研究团队研发的名为“绝影”的四足机器狗，它能稳健地爬陡坡，它的出现，让我国四足机器人技术达到国际一流水平。机器狗质量为70千克，每只脚与地面接触面积为50平方厘米。

（1）以行走的机器狗为参照物，旁边的台阶是　　（选填“静止”或“运动” $)$的。

（2）机器狗行走时（两脚着地），它对地面的压强为多少帕？

（3）机器狗爬上3米高的陡坡时，克服自身重力做功为多少焦？

在验证焦耳定律 $(Q=I^2\mathit{Rt})$中电热与电阻的定性关系时，实验小组出现了如图三种电路连接情况（已知 $R_{甲}<R_{乙})$。闭合开关，三种电路的电流表指针均发生了偏转，经过一段时间后观察并记录2根玻璃管内液面上升的高度△ $h$，小组实验报告汇总如下表，请把表格空白处填写完整。

实验电路	玻璃管内液面高度	小组结论	你的合理解释与评价
$A$	液面都不上升	导体产生的热量跟电阻无关	（1）
$B$	液面都上升，且△ $h_{甲}<$△ $h_{乙}$	电流通过导体时，电阻越大，产生的热量就（2）	电流和时间都相同，验证了焦耳定律中 $Q$与 $R$的定性关系
$C$	液面都上升，且△ $h_{甲}$（3）　　△ $h_{乙}$	电流通过导体时，电阻越小，产生的热量就越多	（4）

小科按照实验要求，设计测量未知定值电阻 $R_x$阻值（范围为 $400~600\Omega )$的实验。

器材：干电池两节（总电压为 $2~3V)$，电压表（量程 $0~3V$、 $0~15V)$、电流表（量程 $0~0.6A$、 $0~3A)$、滑动变阻器 $(500\Omega 0.5A)$各一个，开关、导线若干。

（1）要求一：测算出 $R_x$，且实验过程中不能拆接电路。

小科设计实验电路如图甲。请分析：

①     小科在设计实验前通过估算发现，用所提供的电流表无法测量出电路中的电流，其原因是　               

②实验时，先将变阻器滑片 $P$移到某一位置 $a$处，读出电压表示数为 $U_1$， $U_1$即为电源电压；再将变阻器滑片 $P$移到另一位置 $b$处，读出电压表示数为 $U_2$，则 $U_1-U_2$就是此时滑动变阻器两端的电压。根据相关数据计算 $R_x$的阻值。实验中滑片 $P$所在的 $a$、 $b$处分别对应的位置是：　　。

（2）要求二：增加一个电学器材实现 $R_x$阻值的直接读取，且电路只能连接一次。

小科增加了一个阻值可连续调节且可读数的变阻器 $Y$，重新设计了图乙电路。实验步骤如下：

①先闭合开关 $S$、 $S_1$，调节滑动变阻器使电压表示数为 $2V$；

②再断开开关 $S_1$，闭合开关 $S_2$，　　，读取此时 $Y$的数值。 $Y$的示数即为 $R_x$的阻值。

小科利用仅有的一个规格为“ $10\Omega 1.0A$”的滑动变阻器和其他器材来“检验欧姆定律”，该变阻器的电阻丝上有一处断点。实验电路如图所示，电源电压恒为 $3V$．实验步骤如下：

①用 $4\Omega$的定值电阻进行实验，连接电路。

②闭合开关，调节滑动变阻器，使定值电阻两端电压为 $2V$，读出电流表的示数并记录。断开开关，把滑片 $P$移到 $A$端。

③依次用阻值为 $6\Omega$、 $8\Omega$和 $10\Omega$的定值电阻替换原来的电阻，重复步骤②。

（1）小科设计上述实验步骤，是要研究通过导体的电流与　　之间的关系。

（2）小科发现，滑片 $P$向右移动过程中，每次实验开始时电压表都没有示数，移到某一点（该点记为 $C)$时突然有了示数。但在完成 $8\Omega$电阻的实验后，再做 $10\Omega$电阻的实验时，当电压表有示数后，示数一直大于 $2V$．分析可得，电阻丝 $\mathit{BC}$的阻值 $R_{\mathit{BC}}$的范围是　　。

（3）为了完成 $10\Omega$电阻实验，将滑片 $P$移到 $C$点，只要在原来电路的接线柱上再接上一根导线，就能继续完成实验。请你在答题卷的图中用笔画线补上这根导线。

如图是一款用锂电池供电的平衡台灯，悬挂在中间的木质小球是它的“开关”使用时只需要将上下两个小球靠近，小球就相互吸引，灯管发光。以下为平衡台灯参数：

额定电压：5伏

额定功率：5瓦

光源类型： $\mathit{LED}$

锂电池输出电压：5伏

锂电池容量：4800毫安时

（注：以4800毫安的电流放电能工作1小时）

（1）若 $A$球内置的磁体下端为 $N$极，则 $B$球内置磁体上端为　　极；

（2）求平衡台灯正常发光时电路中的电流；

（3）给该台灯充电时，充电器的输出电压为5伏、电流2安，充电效率为 $80\%$，则为用完电的台灯充满电至少需要多长时间？

利用如图电路研究“电流与电阻的关系”，其中电流表量程为“ $0~0.6A$”，电压表量程为“ $0~3V$”，滑动变阻器的规格为“ $50\Omega$， $1A$”，依次将阻值为5欧、10欧、20欧的定值电阻接入 $\mathit{AB}$之间完成实验，获得数据如下表。

实验组别	1	2	3
电阻 $R$（欧 $)$	5	10	20
电流 $I$（安 $)$	0.4	0.2	0.1

请回答：

（1）完成第一组实验，断开开关，拆下5欧的电阻，改接10欧的电阻。继续操作有以下四步：①闭合开关；②将滑动变阻器的滑片移到最右端；③记录电流表示数；④将滑动变阻器的滑片移到适当位置。从安全和规范角度考虑，正确的顺序是　　；

（2）上述操作④中判断滑片已处于适当位置的依据是　　；

（3）依据表中数据作出了下列图象，其中正确的是　　；

（4）要完成本次实验，电源最多只能将　　节干电池串联。

小金制作了一个利用电压表测物体重力的小作品，它能在电压表盘上读出所放物体重力的大小，如图所示。

（1）当秤盘不放任何重物时，滑片 $P$恰好处于 $a$点。闭合开关，当秤盘上所放钩码个数增多时，电压表示数将　　（填“增大”、“减小”或“不变” $)$；

（2）一段时间后，在秤盘放2牛重的钩码时，表盘读数比2牛大，换不同重的钩码反复试验，每次读数都不同且大于钩码的重力。产生这一现象是由于　　引起的（填字母）。

$A$． $R_1$短路 $B$． $R_1$断路 $C$． $R_2$短路 $D$． $R_2$断路

如图是一款用锂电池供电的平衡台灯，悬挂在中间的木质小球是它的“开关”使用时只需要将上下两个小球靠近，小球就相互吸引，灯管发光。以下为平衡台灯参数：

额定电压：5伏

额定功率：5瓦

光源类型： $\mathit{LED}$

锂电池输出电压：5伏

锂电池容量：4800毫安时

（注：以4800毫安的电流放电能工作1小时）

（1）若 $A$球内置的磁体下端为 $N$极，则 $B$球内置磁体上端为　　极；

（2）求平衡台灯正常发光时电路中的电流；

（3）给该台灯充电时，充电器的输出电压为5伏、电流2安，充电效率为 $80\%$，则为用完电的台灯充满电至少需要多长时间？

利用如图电路研究“电流与电阻的关系”，其中电流表量程为“ $0~0.6A$”，电压表量程为“ $0~3V$”，滑动变阻器的规格为“ $50\Omega$， $1A$”，依次将阻值为5欧、10欧、20欧的定值电阻接入 $\mathit{AB}$之间完成实验，获得数据如下表。

实验组别	1	2	3
电阻 $R$（欧 $)$	5	10	20
电流 $I$（安 $)$	0.4	0.2	0.1

请回答：

（1）完成第一组实验，断开开关，拆下5欧的电阻，改接10欧的电阻。继续操作有以下四步：①闭合开关；②将滑动变阻器的滑片移到最右端；③记录电流表示数；④将滑动变阻器的滑片移到适当位置。从安全和规范角度考虑，正确的顺序是　　；

（2）上述操作④中判断滑片已处于适当位置的依据是　　；

（3）依据表中数据作出了下列图象，其中正确的是　　；

（4）要完成本次实验，电源最多只能将　　节干电池串联。

小金制作了一个利用电压表测物体重力的小作品，它能在电压表盘上读出所放物体重力的大小，如图所示。

（1）当秤盘不放任何重物时，滑片 $P$恰好处于 $a$点。闭合开关，当秤盘上所放钩码个数增多时，电压表示数将　　（填“增大”、“减小”或“不变” $)$；

（2）一段时间后，在秤盘放2牛重的钩码时，表盘读数比2牛大，换不同重的钩码反复试验，每次读数都不同且大于钩码的重力。产生这一现象是由于　　引起的（填字母）。

$A$． $R_1$短路 $B$． $R_1$断路 $C$． $R_2$短路 $D$． $R_2$断路

某科学小组对电流通过导体产生热的多少与哪些因素有关进行了研究。装置如图，2只烧瓶内装满煤油，瓶塞上各插1根玻璃管，瓶内各装1根阻值不同的电阻丝 $R_{甲}$ 和 $R_{乙}$ 。

猜想一：电热跟电流的大小有关，电流越大电热越多；

猜想二：电热跟导体的电阻大小有关，电阻越大电热越多。

为验证猜想一，设计以下方案：

①将电阻丝 $R_{甲}$ 和 $R_{乙}$ 串联在电路中，标出2根玻璃管内液面的位置，闭合开关记下电流表的读数 $I_1$ ，经过一段时间后标出2根玻璃管内液面的位置；

②当2根玻璃管中的液面降到原来的高度后，减小滑动变阻器的阻值，闭合开关记下电流表的读数 $I_2$ ，经过相同时间后标出2根玻璃管内液面的位置。

请回答下列问题：

（1）为使实验现象明显，经常会采用转换或放大的思想。为比较电热丝产生热量的多少，实验中体现这些思想的设计有 　　。（写出一条即可）。

（2）为验证猜想一，必须比较同一个烧瓶中前后两次实验玻璃管内液面上升的高度，原因是 　　。

（3）科学研究倡导有依据的猜想，请说出生活中支持猜想二的一个实例： 　　。