初中物理能量综合题

如图所示，某公园有两个游览点（用亭子表示），其游览的入口和出口都已确定。请按以下要求设计游览路线：

（1）游客由入口到出口，先后经过两个游览点，请在图甲中用笔画线画出游览路线；
（2）游客由入口到出口，每次只经过其中任意一个游览点，请在图乙中用笔画线画出游览路线。
由此联想到我们所学的电路知识。现有两个小灯泡和相应的电器元件，怎样连接使它们都亮起来？
【设计实验与进行实验】
请在图所示的虚线框内，画出你所设计的两种不同的完整电路图，要求用规定的电器元件符号。

【评估】
（1）正确连接后闭合开关，灯泡不亮。请在表格中填写简单的检修方法。

故障现象	可能原因	检修方法
灯泡不亮	示例：灯泡的灯丝断了	换灯泡
电路中的导线断了
电池没电了

（2）如图所示，它们的电路连接情况不可见。闭合开关，两个小灯泡同时发光；断开开关，两个小灯泡同时熄灭。不借助其他器材，请设计一个简单的方法，判断它们是串联还是并联。

现有一个阻值为30Ω的定值电阻R₀，一个电压约为12V的电源，一个只有0～3V量程的电压表，一个最大阻值约为200Ω的滑动变阻器，开关及导线若干．请你设计一个实验，比较精确地测出一个约为20Ω的未知电阻R_x的阻值（电路可重组）．要求：
（1）画出实验电路图：
（2）写出主要实验步骤和需测量的物理量；
（3）写出待测电阻R_x的数学表达式（用已知量和测量量表示）．

摇摆钢笔
你有没有留神过，我们写字的时候，笔的上端都会小弧度地来回摇摆。有细心的中国设计师就发现了这个细微的动作，根据物理学原理设计出了一款“收音机钢笔”(如图所示)，希望给在繁重功课压力下的学生朋友增添一些乐趣。这支钢笔内置有电池，当你书写的时候，笔端摇摇摆摆产生电流，就能给电池储存电量。而钢笔上面频道调节、音量调节、耳机插孔、音响等配置一个不少。如此一来，在枯燥的学习之中你便可以听听音乐或是新闻，以缓和学习的压力。但是家长们应该不会赞同这样的设计吧，不是做功课的时候就应该乖乖做功课的么？

请回答下列问题：
(1)文中划线部分是基于哪个物理学原理或规律制成的：________________________。
(2)给内置电池充电过程发生的能量转化情况是：________________________。

A．电能转化为化学能

B．化学能转化为电能

C．机械能转化为电能

D．电能转化为机械能

电梯为居民出入带来很大的便利，小明家住6楼，放学后，乘电梯回家．
（1）若小明的体重为500N，脚与电梯地面的总接触面积为0.05m²，则小明对电梯地面的压强为多少？
（2）若电梯在20s内将小明匀速提升15m，在此过程中，电梯上升的速度是多少？电梯对小明做了多少功？电梯对小明做功的功率为多少？
小明又查阅资料，了解到出于安全考虑，电梯都设置超载自动报警系统，其工作原理如图甲所示，电路由工作电路和控制电路组成，在工作电路中，当电梯没有超载时，触点K与触点A接触，闭合开关S，电动机正常工作；当电梯超载时，触点K与触点B接触，电铃发出报警铃声，闭合开关S，电动机不工作．在控制电路中，已知电源电压U＝6V，保护电阻R₁＝100Ω，电阻式压力传感器（压敏电阻）R₂的阻值随压力F大小的变化情况如图乙所示，电梯底架自重和电磁铁线圈的阻值都忽略不计．

（3）在控制电路中，当压敏电阻R₂受到的压力F增大时，其阻值减小，从而使电磁铁的磁性________（填“增强”“减弱”或“不变”）．
（4）若电磁铁线圈中的电流达到20mA时，衔铁刚好被吸住，电铃发出警报声．当该电梯厢内站立总质量为1000kg的乘客时，试通过计算说明电梯是否超载．（g取10N／kg）

（2014·金华）小明设计了一个道路限载报警器（图甲），R₀是变阻器，R是压敏电阻。R的电阻大小随压力大小变化关系如图乙。当超载车辆通过压敏电阻时，限载报警器就会报警。

（1）调试好电路，闭合开关S₁和S₂，当超载车辆通过时，限载报警器会      （填“灯亮”、“铃响”）
（2）一般交通主干道的抗压能力比村道路要强得多。若把村道路限载报警器应用到主干道，就要适当调高报警的限载重量，下列操作可行的是       （填编号）。

A．把变阻器R0的滑片适当左移

B．把电源1的电压适当增大

C．把弹簧AB的A端适当左移

D．把电磁铁C适当右移

把一块面积为10×10cm²厚玻璃板挂在弹簧测力计的下面，测得示数为2.5N，手持弹簧秤的上端，把玻璃板往下全部放入水一定深度处，测得弹簧秤示数为1.5N，再慢慢提起弹簧秤，当玻璃板即将离开水面时，弹簧测力计的示数如图，玻璃板完全脱离水面后，弹簧秤示数回到2.5N。试回答下列问题：

（1）玻璃板浸没在水中时受到的浮力是     N。
（2）小明发现，玻璃板即将离开水面时，弹簧秤的示数比玻璃板的重力大______N，这说明此时玻璃还受到方向向_____的一个力。
（3）关于这个力的来历，小明开展了探究。一开始小明猜想是所受的是大气压力，但他很快否定了自己的想法，原因是玻璃板上表面所受的大气压力约为_________N，但上、下表面受到的大气压力平衡。
（4）小明仔细观察了玻璃板即将离开水面时，玻璃板与水面的接触情况，如图，由此他想到这个力可能是             。

2013年1月份全国先后有30个省份遭受雾霾天气侵袭。
（1）雾霾，雾和霾的统称．雾是近地面空气中的水蒸气发生的    现象（填一种物态变化）．雾的形成有两个基本条件．一是近地面空气中的水蒸气含量充沛．二是地面气温较     （填“高”或“低”）．
（2）二氧化硫、氮氧化物和可吸入颗粒物这三项是雾霾主要组成，颗粒物是加重雾霾天气污染的罪魁祸首．颗粒物的英文缩写为PM，北京监测的是PM2.5，也就是直径小于2.5微米的污染物颗粒．
（3）加重城市雾霾有毒颗粒物来源：首先是汽车尾气，其次是北方到了冬季烧煤供暖所产生的废气，第三是工业生产排放的     ．第四是建筑工地和道路交通产生的扬尘．
（4）灰霾的形成主要是空气中悬浮的大量微粒和气象条件共同作用的结果．其成因有三：①在水平方向静风现象增多，②垂直方向上出现逆温，③空气中悬浮颗粒物的增加．其中静风增多也就是风流经城区时明显减弱，其主要原因是     
A．城市里大楼越建越高    B．城市绿化面积大    C．城市人工湖太多   D．交通发达
（5）雾霾对人的身心健康影响很大，自我防护尤其重要．
第一，雾霾天气     （填“主张”或“不主张”）早晚开窗通风，最好等太阳出来再开窗通风．
第二，如果外出可以戴上口罩，这样可以有效防止粉尘颗粒进入体内，外出归来，应立即清洗面部及裸露的肌肤．
第三，冬季雾多、日照少，由于        （填“红外线”或“紫外线”）照射不足，人体内维生素D生成不足，有些人还会产生精神懒散、情绪低落等现象，必要时可补充一些维生素D．
第四，饮食清淡多喝水．

阅读短文，回答问题：
路灯自动控制电路
光敏电阻是一种阻值会随光照射强度的变化而明显改变的元件，它由半导体材料制成．
物理学上用“光强”这个物理量来表示光照射强度，国际单位为坎德拉(cd)，某光敏电阻R₂的阻值与光强E之间的关系如表格数据所示．
生活中，路灯的工作状态是自动控制的，其主要原件是光控开关中的光敏电阻R₂．开关S₂的状态由R₂两端的电压决定．光照足够强时，R₂两端的电压很小,开关S₂处于断开状态，ab接触，路灯L关闭．当光强降为15cd时，R₂两端的电压刚好升至3V．此时，开关S₂自动闭合，ac接触，路灯打开．已知，控制电路的电源电压为6V．
（1）下列能够用来制作光敏电阻材料的是(    ) 

A．铜

B．塑料

C．硅

D．碳

（2）分析表格中的数据，根据其阻值R随光强E变化的规律，空格中的电阻大小为____Ω．
（3）根据表格中的数据，在坐标图上描点并作出电阻与光强关系的图像．
（4）当R₂两端的电压为2V时，光照强度为 ________cd．
（5）为了节约能源，使路灯更晚一些打开，应该对控制电路做怎样的调整？（光敏电阻不更换，写出一种方法即可）

如图甲所示，是江苏如东风力发电场的外景，该场是亚洲目前建设规模最大的风电基地，小明在参观了发电场后，对风力发电机产生了浓厚的兴趣。风力发电机发电时的输出功率和哪些因素有关呢？对这一问题，他做了如下猜想：

①风力发电机的输出功率可能与风速有关
②风力发电机的输出功率可能与叶片的倾角有关 
为了探究风力发电机的输出功率是否与风速有关，小明设计了如下实验步骤：
①如图乙，将风叶安装在风车底座上，把线的一端固定在风车转轴上，另一端系上钩码。
②在风车正前方1m处放置电风扇，将电风扇的风速调到1挡位，用秒表记录提升钩码到A点所需的时间。
③将电风扇换到2、3挡位，重复以上实验，并将数据记录在表格中。
（注：电风扇挡位越高，风速越大）
表一：

电风扇挡位	钩码的质量（g）	提升钩码到A点的时间（s）
1	50	15
2	50	13
3	50	10

 
（1）这个实验是通过测量          来比较风车输出功率的大小。
（2）通过实验可以得到的结论是：                               。
为了进一步研究风力发电机，他又从电厂查到一台1500kW的发电机组的相关数据：
表二：不同风速下风力发电机每秒获得的风能

风速v（m/s）	5	10	15	20
1s获得的能量E（104J）	15	120	405	350

表三：发电机输出电功率与风速的关系

风速（m/s）	5	10	15	20
输出电功率（kW）	4	360	1500	1100

（3）对表二进行分析，你发现风速在5m/s～15m/s的范围内，风力发电机每秒获得的风能（E）与风速（v）的数学定量关系式是：E=                  。
（4）根据表三，风速为10m/s时，这台发电机1h的发电量可供100只“220V 100W”的路灯工作     h。
（5）风速为10m/s时，这台发电机的发电效率是多大？

阅读短文，回答问题：
光电效应
光电效应是物理学中一个重要而神奇的现象．光照射到某些物质上，引起物质的电性质发生变化．这类光致电变的现象被人们统称为光电效应．光电效应分为：外光电效应和内光电效应．外光电效应是指被光激发产生的电子逸出物质表面的现象（如图甲）．只有入射光的频率高于一定值时，才能激发电子逸出物质表面．内光电效应是指被光激发所产生的电荷仍在物质内部运动，但使物质的导电能力发生变化或在物体两端产生电压的现象．

光敏电阻器是利用半导体的光电效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器；入射光强，电阻减小，入射光弱，电阻增大．光敏电阻器一般用于光的测量、光的控制和光电转换．
我们现在能够看到声和影完全配合一致的有声电影，还是多亏了光电效应．影片摄制完后，要进行录音．录音时通过专门的设备使声音的变化转变成光的变化，从而把声音的“像”摄制在影片的边缘上，这就是影片边上的声道．放映电影时，用强度不变的光束照射声道，由于影片上各处的声道不同，所以在影片移动的过程中，通过声道的光也就不断变化；变化的光射向图乙中的光敏电阻时，在电路中产生变化的电流，通过喇叭就可以把“声音的照片”还原成声音．
（1）外光电效应会从物质中激发出______．
A．原子           B．质子           C．中子          D．电子
（2）在可见光中，从红光到紫光，光的频率是逐渐增大的．如果绿光照射到某金属表面能产生外光电效应，则下列光照射该金属也一定能产生外光电效应是______．
A．红光、紫光     B．红光、黄光      C．蓝光、紫光      D．黄光、蓝光
（3）光敏电阻是依据______（内/外）光电效应工作的．
（4）如图乙为光敏电阻的工作原理图，当光照强度发生变化时，小量程电流表的示数变化如图______．


（5）如图丙为某影片的部分声道图，当它按图示方向在放映条件下匀速通过光敏电阻上方时，喇叭发出的声音的响度将______（变大/变小/不变）．

人体就像一部复杂的机器，包含许多物理知识．
（1）如图甲，当站在地面上的人接触裸露的火线时，人会触电，说明人体是     (导体／绝缘体)；如图乙，当我们正确使用测电笔时，虽然有电流通过人体，但却不会触电，此时加在人体的电压    36V；
（2）如图丙，人的前臂实质是一个        (省力／费力／等臂)杠杆，好处是        ；
（3）如图丁，一个成人参加一次马拉松长跑，身体消耗的能量约为1.32×10⁷J，这些能量相当完全燃烧________kg的干木柴放出的热量。(q_干木柴=1.2×10⁷J/kg)

快速骑自行车，我们会感到空气阻力，而且骑车速度越快，感觉空气阻力越大．由此小华同学猜想：物体所受空气阻力大小与物体运动的速度大小有关．
在一个无风的周末，小华和爸爸开汽车来到郊外一段人车稀少的平直公路上．小华打开汽车天窗，将如图所示装置固定在汽车车顶．爸爸依次以5m/s、10m/s、15m/s、20m/s的不同速度在平直公路上各匀速行驶一段距离，小华依次将汽车不同行驶速度时的弹簧测力计的示数记录在下表中．根据二力平衡．弹簧测力计的示数大小近似等于小车及挡板受到的空气阻力．

汽车速度v/（m•s^﹣1）	5	10	15	20
弹簧测力计示数F/N	0.1	0.5	1.1	1.9

（1）实验装置中用小车而不是木块，并将其放在表面平滑的木板上，目的是为了减小      对实验结果的影响．
（2）分析上表中的实验数据可知，物体运动速度越大，所受空气阻力越      ．
（3）实验完毕后，小华又进行了新的思考：空中下落的物体速度会增大，那么从足够高的高空下落的雨滴速度会不会一直增大，其所受的空气阻力会不会也一直增大？
在老师的指导下，小华知道了：若雨滴所受空气阻力小于重力，则雨滴下落速度继续增大；若下落雨滴所受空气阻力大于重力，则雨滴下落速度减小．
请你根据老师的上述指导和本实验结论并结合所学物理知识分析：一滴质量为5g的雨滴从高空下落时（假设在无风天气，雨滴下落高度足够大），所受到的最大阻力f=      N，此后雨滴做      运动（g=10N/kg）．
（4）你认为运动物体受到的空气阻力大小还与             有关．（写一种即可）

如图所示的电路中，电源电压保持不变，当闭合开关S后，电压表的示数为6V，电流表的示数为1.5A，请把右边方框内的电阻的连接情况画在虚线框内。现有2Ω、3Ω、6Ω、9Ω、12Ω的电阻各一个。

如图所示，电源电压为6V，R为“30Ω 0.25A”滑动变阻器，R₁为“10Ω 0.4A”电阻，电压表量程为0–3V．图中虚线框内接有一只“20Ω 0.3A”电阻R₂（未画出）．已知：① 闭合S₁和S₂，断开S₃时，调节R，使其接入电路的阻值为10Ω，此时电路中总电流为0.2A；② 断开S₁，闭合S₂、S₃，调节R，使其接入电路的阻值为6Ω，此时电压表的示数为1.0V．

⑴在情形①中，求电路的总电阻；
⑵请在答题卷的图中画出虚线框内的电路；
⑶当闭合所有开关时，为保证电路安全，求滑动变阻器接入电路的阻值范围．

某电铃的电阻为12Ω，额定电压为6V，现只有一个电压为10V的电源，为使电铃正常工作，需要接入一定阻值的电阻。
(1)画出电路图。
(2)计算需接入电路的电阻的阻值。