初中物理能量综合题

在学校创新比赛中，小亮同学设计了一个多档位的电热水器。图甲所示是他设计的电热水器的工作电路图，R₁和R₂是两根电热丝。他设计的旋转开关如图乙所示，旋转开关内有一块绝缘圆盘，在圆盘的边缘依次有共10个金属触点（在图乙中用“○”表示，“○”中标有1、2、3、4编号，编号相同的触点用导线连接）。可以绕中心轴转动的开关旋钮两端各有一个金属滑片，转动开关旋钮可以将相邻的触点连接。例如，图乙中，旋钮上的箭头指向图中位置D，此时，金属滑片将1、2两触点接通，同时另一端也将3、4两触点接通。当旋钮上的箭头指向A、B、C、D不同位置时，可以实现四档加热功率。他设计的四档加热功率如下表所示：

1．如果要实现旋转开关沿某个方向转动时，加热功率依次递减或递增，通过计算，分析说明电热丝R₁和R₂的阻值应该分别为多大?旋钮上的箭头指向A、B、C、D不同位置时，分别对应哪一档加热功率?
2．小亮根据计算结果，借助电池组、电压表和电流表分别截取了电阻大小符合要求的两根电热丝，并按电路图连接好。经检查无误后，小亮将电热器接入家庭电路，同时借助电能表和手表测量电热器在不同档位工作时实际消耗的电功率，结果发现每一档的实际功率均小于按照电热丝电阻值计算的结果，测量后发现电源电压为220V。请简单解释产生这种偏差的原因。
3．使用中他发现水温开始升高较快，后来水温升高越来越慢，最后甚至会保持某个温度不再升高，此时水并没有沸腾。并且选择加热档位功率越小，水能够达到的最高温度越低，这是为什么?

如图所示电路，电源电压不变，R₁=12Ω，小灯泡标有“6V12W”（设其电阻不变）。求：

(1)只闭合S_l时，电流表示数为0．8A，则电源电压为多大？
(2)当S_l、S₂、S₃都闭合时，将滑片P移动到b端，电流表的示数为1．2A，则滑动变阻器的最大阻值是多少？
(3)只闭合S₂时，从左向右移运滑片P，请用物理规律及公式分析：或进行相关计算，大致判断滑动变阻器的电功率的变化情况。

如图甲所示是小华同学设计的一种测定油箱内油量的装置，其中R。为定值电阻，R为压敏电阻，其阻值隧所受压力变化的图像如图乙所示．油量表由量程为0～3V的电压表改装而成。已知油箱重80N，压敏电阻R能够承受的最大压力为800N。电源电压保持6V不变．(g取10N／kg)


(1)若压敏电阻与油箱的接触面积是4×10^－4m2，则压敏电阻能承受的最大压强为多大?
(2)若油箱内油的密度为0.8×lO³kg／m³，则此油箱最多可装多少立方米的油?
(3)若压敏电阻受到最大压力时，电压表的示数达到最大值，则定值电阻R。的阻值为多大?
(4)为了判断此油量表的刻度是否均匀，需了解R₀两端电压U₀与油量V的关系，请推导此关系式．
 
 
 
 

某电热水瓶的铭牌如下表所示．若热水瓶内装满水，在额定电压下工作（外界大气压强为1个标准大气压）．求：

型号DSP—19B
电源220V 50Hz
功率	加热时 1200W
保温时  30W
容量2L

 
（1）保温时通过电热水瓶的电流是多少？
（2）加热时电热水瓶的电阻多大？
（3）若瓶内20℃的水加热10min正好烧开，则加热时电热水瓶的热效率是多少？
（4）请你尝试画出电热水瓶的内部电路图． 

小明根据所学的电学知识，想设计一个汽车超载自动报警电路．他查阅了相关资料了解到压敏电阻是阻值随压力变化而变化的元件，并了解到压敏电阻在生活中的一种应用——压力传感器．压力传感器受到的压力越大，输出的电压就越大，用它可以称量汽车的重．某压力传感器输出电压与压力的关系如下表：

小明利用该压力传感器和电阻箱R＇(最大电阻999.9Ω)及部分其它器材设计了图甲所示的电路，闭合开关S，当线圈中电流大于或等于20mA时，电磁继电器的衔铁被吸合．已知继电器线圈的电阻为25Ω，继电器电路的电源电压由传感器的输出电压U提供．(假设U不受继电器电路影响)

(1)根据表格中数据，请在图乙给定的坐标系中描绘出压力传感器的输出电压随压力变化的图像；
(2)当压力增加到一定程度时，电铃报警，说明汽车超载，则图甲中电铃应接在    (选填“A、B”或“C、D”)两端；
(3)小明希望压力大于或等于2.4×10⁵N时，启动报警系统，则电阻箱R＇的电阻应调节到多大?
(4)要使该装置报警，汽车的最小重力为多少?

电动自行车是倍受人们青睐的一种交通工具（如图）．电动自行车骑行时，蓄电池对车上电动机供电，电动机为车提供动力．下表是某型号电动自行车主要技术参数．

（1）行驶过程中轮胎与地面的总接触面积为0．01m²，当一个体重为60千克的人骑着该电动自行车在平直的公路上行驶时，地面受到的压强是多大？
（2）若蓄电池储存能量的80%用于电动自行车行驶克服阻力做功，电动自行车在平直公路上匀速行驶时受到的平均阻力为40N，蓄电池充满一次电最多能连续电动行驶多远？
（3）从环保的角度，与摩托车相比，电动自行车有什么优缺点？（各举一条）

现代社会汽车大量增加，发生交通事故的一个重要原因是遇到意外情况时车不能立即停止。司机从看到情况到肌肉动作操纵制动器来刹车需要一段时间，这段时间叫反应时间；在这段时间内汽车要保持原速前进一段距离，这段距离叫反应距离。从操纵制动器刹车，到车停下来，汽车又要前进一段距离，这段距离叫制动距离。下面是一个机警的司机驾驶一辆保养得很好的汽车在干燥的水平公路上以不同的速度行驶时，测得的反应距离和制动距离。请回答:
（1）刹车过程中轮胎会发热，这是什么原因?在这个过程中能量是怎样转化的？
（2）利用下表数据，通过计算求出该司机的反应时间大约是多少秒?
（3）分析下表数据可知，汽车制动距离与行驶速度有什么关系?
（4）为了提醒司机朋友在雨雪天气里注意行车安全，在高速公路旁边设置了“雨雪路滑减速慢行”的警示牌，请简要说明这句话的物理道理。

速度/km·h^-1	40	50	60	80	100
反应距离/m	7	9	11	15	19
制动距离/m	8	13	20	34	54

 

(7分)甲烷气体(CH4)无色、无臭，是沼气的主要成份．甲烷气体在空气中的浓度在一定范围内，遇到明火会发生爆炸．由此，阳湖中学综合实践活动小组的同学就甲烷气体的浓度测量展开探究活动．小组同学通过上网查询，知道用二氧化锡制成的电阻阻值随空气中甲烷气体浓度(甲烷气体在空气中的体积分数)的增大而减小．他们从物理实验室借来一只二氧化锡电阻Rx，并从产品说明书上获取相关参数，如下表所示．

甲烷气体浓度／％	0	20	40	60	80	100
Rx／Ω	25	20	15	10	7	5

(1)请在下图中作出二氧化锡电阻阻值Rx与甲烷气体浓度的关系图像．

(2)小组同学利用电压为6V的电源、阻值为15Ω的定值电阻R₀、量程为“0～0.6A，，及“0～3A”的电流表和二氧化锡电阻Rx制作成甲烷气体浓度检测仪，其电路图如图所示．当甲烷气体浓度增大时，电流表的示数将     (变大／变小／不变)．为使读数更为准确，电流表的量程应选      A．
(3)甲烷气体浓度在5%～15％范围内，遇到明火会发生爆炸．如果某绿色农场利用该甲烷气体浓度检测仪检测沼气池中甲烷气体的浓度，当电流表的示数为0.16A时，请求出二氧化锡电阻阻值R_x该沼气池中的甲烷气体浓度大约是多少（请写出计算过程）?

为了配合今年“世界环境日”的主题活动，小明所在的课外活动兴趣小组对街上行驶的电动自行车和摩托车做了一个调查，下表中所列的是某品牌电动自行车和摩托车的部分技术参数：

 
（1）假设给电动自行车的蓄电池充电时，消耗的电能全部转化为蓄电池的化学能。那么，电动自行车每行驶1Km电动机平均做的有用功大约是多少？当自行车以最高车速匀速行驶时，电动机的功率大约是多大？
（2）摩托车每行驶1Km大约要消耗多少能量？
（3）与摩托车相比，电动自行车有哪些优势？（说出一个方面）
（汽油的密度：0.71×10³kg/m³；汽油的热值：4.6×10⁷J/ kg ）

右图是一个加热、保温电路的一部分。电热丝R₁规格为“220V 1100W”， 限流电阻R₂=506Ω。电路的工作原理是：当温控开关S接a时，电热丝R₁接入电路，电路处于加热状态；当达到一定温度时，温控开关S自动从a切换到b，电路处于保温状态。正常工作时，加热功率1100W，保温功率88W。(电源电压保持不变，电阻不随温度变化。)

(1)请你按照上述原理，对右图进行连线，使它成为完整的电路图；
(2)某天在使用(1)中已经连接完整的电路时，R₁烧毁了。有人想使电路恢复正常工作，设计了下面方案。请通过计算、分析，对两个方案作出评价：
方案一：用“220V220W”电热丝R₃、“220V 880W”电热丝R₄串联替代R₁；
方案二：用两根都是“220V 550W”的电热丝R₅并联替代R_l。
(3)请你选用下表所提供的电热丝，再设计一个方案，使(2)中损坏的电路恢复正常工作，并说明设计理由。
电热丝：

符号	R6	R7	R8	R9
规格	220V  500W	220V  600W	220V  2200W	110V  550W
数量	1	1	2	3

如图是电饭锅的实物图，图（甲）是它的内部电路图，图（乙）是电路简图它有“高温烧煮”和“焖饭、保温”两挡，由温控开关自动控制．煮饭时，先要按下温控开关按钮；到达设定温度（饭已煮熟），按钮会自动弹起．

（1）对照观察图（甲）和（乙），温控开关按钮未按下时，“烧煮电路部分”与“保温电路部分”是_______关系（选填“串联”或“并联”）；按下温控开关按钮．“烧煮电路部分”的电压为_______V，“保温电路部分”将_______（选填“工作”或“不工作”）；温控开关按钮弹起后，电路中的电流比原来_______（选填“大”或“小”）
（2）当温控开关按钮按下时，电饭锅电路的总功率为1100W。求：“烧煮电路部分”的电阻R₁
（3）温控开关按钮弹起后，电饭锅电路的总功率为44W。
求：①电路中的电流；②“保温电路部分”的电阻R₂
（4）已知，只有当指示灯和限流器两端的电压与电源电压相差不大时，指示灯才会发光．请通过相关计算或分析，说明为什么温控开关按钮弹起时，红灯熄灭而黄灯亮

小陆拆开收音机发现有一块电路板,其上面有许多元件和电阻联成网络,如果不拆下电阻,而要测量其中一只电阻的大小（如图所示的Rx），在给定干电池一节．电流表．电压表及导线若干的条件下，是否可以？如可以的话，请在图上画出其测量的电路图．

现有电压为6V并保持不变的电池组一组，“6V 2A”的小灯泡一只，0~10的滑动变阻器一只，开关一只，若干导线，连接成一个小灯泡亮度可以调节的电路。画出满足上述要求的可能电路图，并分析所设计的小灯泡调光电路在使用时的优点和缺点，说明理由。

某学生为了测量一物体的质量，找到一个力电转换器，该转换器的输出电压正比于受压面的压力(比例系数为k)，如图所示。测量时先调节输入端的电压，使转换器空载时的输出电压为零；而后在其受压面上放一物体，即可测得与物体的质量成正比的输出电压U。现有下列器材：力电转换器、质量为m0的砝码、电压表、滑动变阻器、干电池各一个，开关及导线若干、待测物体(可置于力电转换器的受压面上)。 请在如图所示的方框内完成对该物体质量的测量。
(1)设计一个电路，要求力电转换器的输入电压可调，并且使电压的调节范围尽可能大，在方框中画出完整的测量电路图。
(2)简要说明测量步骤，求出比例系数k，并测出待测物体的质量m。
(3)请设想实验中可能会出现的一个问题。

李老师的家离学校大约10km，为了便于上下班，他购买了一部轻便摩托车来代步，使用的燃料为93#汽油。根据表提供的数据，请回答：
（1）如果李老师上班时骑车的平均速度为36km/h，试根据表中所提供的有关信息，为李老师计算一下，他骑车从家到学校至少需花多少油费?

轻便摩托车	93#汽油
燃料	汽油	密度	0.7×10^3kg／m^3
油箱容量	7L	热值	4.5×10^7J／kg
功率	6kW	价格	4.90元／L

（2）小洪同学学过物理以后，给李老师建议：在上述条件不变的情况下，采用加快车速缩短时间的办法，就一定可以省油费。请你根据自己掌握的知识，分析说明这种方法是否可行。