初中物理能量综合题

问题解决——测量滑轮组机械效率：
小雨用如图所示滑轮组将一个重物A提起，他想知道此时滑轮组的机械效率．现在他身边除了重物A、两个相同的滑轮、细绳外，还有3只相同的小桶和若干相同的小铁钉．
（1）请你推导出测量此时滑轮组机械效率的数学表达式（不计绳重和摩擦）；
（2）请你说明测量步骤（请配图说明，图画在方框内）．

(10分)阅读下面的短文，回答问题。
空气能热水器在我国是一种新型的热水器．它的工作原理如图所示，其中压缩机、冷凝器、配套节流器件、蒸发器组成了热泵，热泵中封装了沸点很低的制冷剂．热泵工作过程：①液态制冷剂经过配套节流器件缓慢地进入蒸发器，在蒸发器中迅速汽化，并从空气中吸收热量；②制冷剂汽化生成的蒸气进入压缩机被压缩后变成高温高压的蒸气进入冷凝器；③在冷凝器中，高温高压的蒸气将热传递给水箱中的冷水并发生液化；④低温低压的液体经过配套节流装置后再次进入蒸发器中进行下一个循环．
某品牌两种型号空气能热水器的测定参数如上右表(在环境温度20℃，进水温度20℃时测定)：
（1）水箱中水的温度升高，是通过     方式增加了水的内能。
（2）查表可知型号A的热水产率为120L/h，它的物理意义是A型空气能热水器工作1h可以使120L的水温度升高35℃．由此可推算，A型热水器工作1h，使水箱中水获得能量是     J，制热的功率是     kW。[水的比热容c_水 =4.2×10³J/(kg•℃)]
（3）这种热水器有一种性能参数叫做“能效比”，其定义为：当水吸收Q的热量，电流所做的功为W时，能效比η="Q/W," 则A型热水器的能效比为     。(结算结果取整数)
（4）若B型热水器能效比与A型热水器相同，而出水温度只要求达到45℃时，则它工作1h能产热水     L。

近几年政府推出了“汽车下乡” ．“小排气量购置税减半”． “以旧换新”等政策，极大的促进了汽车行业的发展，随着人民生活水平的不断提高，汽车已经走进我们的家庭，小明的爸爸最近也购买了一辆轿车．小明利用所学的物理知识对汽车进行了一系列探索与研究活动：

（1）汽车发动机常用循环流动的水来帮助它散热，主要是利用了水的________较大的特点．
（2）小明同学阅读了汽车发动机的说明书后，将内燃机的能量流向制成如图甲所示的图表，请根据给出的信息，计算完全燃烧0.2kg的汽油能够获得多少J的能量，这些能量能产生多少J的有用功。（汽油的热值为4.6×10⁷J/kg）（写出计算过程）
（3）若轿车以60kW的恒定功率启动做直线运动，运动过程中受到的阻力不变，运动的速度υ与时间t的关系如图乙所示．则在0～5s时间内，轿车发动机对外做功多少J？轿车在运动过程中受到的阻力是多少？（写出计算过程）
（4）汽车行驶时发动机产生的牵引力为F，则燃烧m质量的汽油，能使汽车前进的距离s为__________（用前面给出物理量的符号表示距离，汽油的热值在本小题中用q表示）
（5）通过测量获得轿车以不同速度行驶时对应的制动距离（即从操纵制动刹车到车停下来的距离），数据如表所示：根据表中数据所反映的规律可知，当轿车速度为120km/h时对应的制动距离是__________m．

材料的导电能力介于导体和绝缘体之间称做半导体。有一种半导体其电阻大小随温度的变化而明显改变，利用这种半导体材料制成的电阻叫热敏电阻。热敏电阻可以用来测量温度的变化，且反应快，精度高。李明同学为了检测他家蔬菜大棚内的温度变化，他用热敏电阻设计了一个如图所示的电路，其中电源电压是3V，热敏电阻的阻值随温度变化的图像如图所示，电流表的量程是0－100mA。为了能从电流表直接读出大棚内的气温，他将电流表的刻度盘改画成温度的刻度，这样改造后的电流表就成了气温表。

(1)请你帮他计算,改造成的气温表能测量的最高温度是多少？(写出计算过程。)
(2)结合图像分析，你认为李明设计的电路有什么不妥之处?
(3)在保持现有元件不变的条件下，再         (串联/并联)一个电阻，使该气温表的量程扩大到60℃，求新增电阻的阻值。
(4)根据你设计的电路，通过计算说明，此气温表的0℃时电流表读数多少？

王聪是班里有名的“物理迷”，他爱观察，勤思考．一天，妈妈到超市购买了一台家用豆浆机，他仔细观察了豆浆机的构造、铭牌和制作豆浆的过程，发现其中用到了许多物理知识．

（1)豆浆机电源线的插头有三个脚，如图甲所示，其中间稍长些的脚是把豆浆机的金属外壳与      相连接；
（2）豆浆机的机头主要由一个电热器（电热丝）和一个电动机带动的打浆器构成．制作豆浆的过程是先加热，再打浆，再加热煮熟，即加热和打浆是交替进行的．由此可知，豆浆机中的电动机和电热器的连接方式是     ；

额定电压	220V
额定频率	50Hz
电动机额定功率	176 W
电热器额定功率	800W

 
（3）豆浆机铭牌上的部分技术参数如上表．豆浆机在额定电压下打浆时，通过电动机的电流是多少？
（4）为了测量豆浆机电热器加热时的效率，王聪和父亲合作进行了如下实验：关掉家里所有用电器，把80g大豆和1170g清水放入豆浆机中，打浆后测出豆浆温度为20℃，接着电热器将豆浆加热至100℃沸腾．在加热时间内观察到家中电能表（如图乙）转过200r．设豆浆的比热容等于水的比热容【c_水=4.2×10³J／(kg. ℃)】，请帮他计算：
①豆浆吸收的热量；
②豆浆机加热时消耗的电能；
③豆浆机电热器的加热效率．

随着人们生活水平的不断提高，水上娱乐成为一种新的时尚，某海滨浴场新推出的娱乐项目水上摩托艇。如图所示，为不受潮涨潮落的影响，该浴场搭建了一个小型的水上码头，以便停放摩托艇。这个码头由若干个可以自由组合的浮筒拼接而成，每个浮筒可近似看成是一个长方体，长50cm，宽50cm，高40cm．安装时浮筒平放在水中，通过配件水平拼接起来，最后通过拉绳固定在岸边。绳上拉力以及绳子与配件的重力、体积均忽略不计。工作人员发现，将单个浮筒直接放入水中时，其浸入水中的深度为4cm，同时说明书上强调满载入水深度为36cm。（水的密度为1.0×10³kg/m³）

（1）为什么浮筒说明书上标的不是最大载重质量而是满载入水深度？请简要说明理由               。                
（2）求单个浮筒放入水中所受的浮力？
（3）求浮筒的平均密度？

小明同学想测出“12V 25W”的型号灯泡在不同电压下的电阻，测得了灯泡两端的电压和灯泡中的电流，实验数据如下表所示．

U/V	0	1	2	4	6	8	10	11
I/A	0	0.71	0.94	1.27	1.55	1.80	2.03	2.14

 
（1）下图中甲、乙两个电路均可用来测量灯泡的电流和电压值，小明实验时采用的是甲、乙中哪一个电路             （填甲或乙或甲乙）
（2）下图中甲、乙两个电路的电源电压均为15V。则当乙图中小灯泡两端的电压为8V时，滑动变阻器消耗的电功率为    W
（3）若小明把型号相同的“12V 25W”的两个灯泡串联起来接到12伏电路中，此时每盏电灯消耗的电功率为       W

阅读短文，回答问题：
热电偶
把两种不同材料的导线(如铁线和铜线)组成如图所示的闭合回路，当AB 两端存在温度差时，回路中就会有电流通过，这就是塞贝克效应，这种电路叫热电偶电路，实验表明：热电偶电路中电流的大小跟相互连接的两种金属丝的材料有关；跟接点A和B 间的温度差有关，温度差越大，回路电流越大。

（1）其它条件不变，只将铁丝换成铜丝，电路电流    (选填“变大”、“变小”、“不变”或“变为零”)。
（2）其它条件不变，只将A 处杯中的冰水混合物换为沸水，电路电流    (选填“变大”、“变小”、“不变”或“变为零”)。
（3）其它条件不变，移去酒精灯，将B 放人另一杯冰水混合物中，稳定后，电路电流    (选填“变大”、“变小”、“不变”或“变为零”)。
（4）这样的热电偶实际上是一个电源，它的电能是由     能转化而来。
（5）热电偶电路可以把温度信号换成      信号，利用这种性质可以把热电偶做成    (写出一种应用)。

人类在探索自然规律的过程中，总结出了许多科学研究方法，如：“控制变量法”、“等效替代法”、“类比法”、“转换法”、“理想模型法”、“科学推理法”等。
（1）下面是初中物理中的几个研究实例：①研究通过导体电流与导体的电阻的关系时，让导体两端的电压保持不变；②研究磁场时，引入“磁感线”；③研究动能与速度的关系时，让物体的质量保持不变；④研究电流时，把电流比作水流。其中，采用了相同研究方法的是（    ）
A．①和②                            B．①和③
C．②和④                            D．③和④
（2）下面的几幅图运用了          的方法说明分子也具有动能和势能。

（3）在“探究导体的电阻跟哪些因素有关”的实验中。同学们提出了下列几种猜想：
猜想1：电阻可能与导体的长度有关；
猜想2：电阻可能与导体的横截面积有关；
①根据你掌握的电学知识，你认为猜想3：电阻还与                            有关。
②小明设计了如图所示的电路图，在A、B间接入下表中待研究的电阻丝（电阻丝用电阻符号表示），电源电压U恒定。

序号	材料	长度	横截面积
1	锰铜合金丝	L	S
2	镍铬合金丝	L	S
3	镍铬合金丝	L	2S
4	镍铬合金丝	2L	S

 

若电阻受温度的影响可以忽略，要探究猜想1，应该控制          和           不变；要探究猜想2，应该选用电阻丝       和电阻丝       （填电阻丝的序号）进行对比实验。
③甲同学也利用以上的电路和电阻丝对猜想2进行了探究。甲同学的实验探究如下：
实验：先在A、B间接入电阻丝2，闭合开关S，记录电流表的示数为I₁；然后在A、B间接入电阻丝4，闭合开关S，记录电流表的示数为I₂；发现：I₁≠I₂。
分析：由于电阻丝2和4的横截面积不变，而两种情况下电路中电流的大小不等，所以电阻与导体的横截面积无关。
结论：猜想2是错误的。
对甲同学的实验探究，你认为他的实验方法是        （正确/错误）的，请具体指出他的错误是：                                           ，根据他的实验和他的分析思路还可得出：                              的结论，这个结论是      （正确/错误）的。

阅读短文，并回答问题．
家庭热泵――空调
夏天来了，安装空调的家庭逐渐多了起来．如下图是家用分体式空调的原理图，其制冷原理是室外机中的压缩机将气态的制冷剂压缩后成为高温高压的液态制冷剂，散热后液态的制冷剂经膨胀阀进入蒸发器（室内机）迅速变成气体，吸收大量的热量，从而使房间的温度迅速下降（冬天的制热工作过程与上述相反），空调在制冷运行的过程中会产生大量的冷凝水，因此空调配有排水系统．

制冷量是家庭购买空调时需要考虑的一项重要指标．它是指空调进行制冷运行时，单位时间内从密闭空间内去除的热量总和．制冷量大的空调适用于面积比较大的房间，且制冷速度较快．以15平方米的居室面积为例，使用额定制冷量在2500W左右的空调比较合适．家用空调的制冷量单位常用“匹”，1匹=2324W．
能效比是衡量空调节电效果的一项重要指标．家用空调器的能效比（EER）就是其制冷量与制冷消耗电功率之比．如下图所示是两台不同品牌空调上的能效标识（能效标识是附在产品上的一种信息标签，用于表示耗能产品的能源效率等级等性能指标，为用户和消费者的购买决策提供必要的信息，以引导用户和消费者选择高效节能产品），图丙是国家标准中关于分体式空调部分能效等级指标．


丙
（1）空调制冷运行时，室内的空气湿度        （大于/小于）室外．图乙中，两空调工作时更节能的是        （A/B）．
（2）关于空调机，下列说法正确的是        
A．家庭安装空调要铺设专线，目的是为了防止触电
B．空调机制冷时，室外机放出的热量要大于压缩机消耗的电能
C．空调压缩机是利用降温的方法使氟利昂发生物态变化的
D．空调制冷时室外机中有风扇在转动，它的作用是将冷气吹向室内
（3）某家庭空调机制冷量为1.5匹，能效比为3，在额定状态下连续工作10min，消耗的电能为 kw·h，不计热损失，理论上可以使40m²的密闭房间内的空气温度下降约 ℃。[取房间层高3m,空气的密度ρ=1.29kg/m³，c =1.0×10³J/（kg·℃）]

阅读下面的短文，回答问题。
太阳能热水器
太阳能热水器能利用太阳能把水从低温加热到高温，以满足人们日常生活的需要。它具有安全、节能、环保等优点。
如图甲所示，太阳能热水器主要由两部分构成：一部分是由许多根玻璃吸热管组成的集热器，每根玻璃吸热管由双层玻璃管组成，双层玻璃管之间是真空。如图乙所示是玻璃吸热管的工作原理图，它的结构与保温瓶的玻璃内胆相似，只是在玻璃吸热管的内表面涂了一层黑色的吸热材料；另一部分是保温储水箱，保温储水箱下部与玻璃吸热管相通。
当太阳光入射到黑色的吸热层上时，黑色吸热层能把太阳能更有效地转化为内能，将管内的水加热。向光一侧的水被加热后体积增大、密度变小而向上运动；背光一侧的水由于温度较低、密度较大而向下运动，形成冷热水循环，最终整箱水都升高至一定的温度。玻璃吸热管具有吸热保温作用。

请回答以下问题
（1）当太阳光入射到黑色的吸热层上时，黑色吸热层能把太阳能更有效地转化为 能，将管内的水加热；玻璃吸热管内向光一侧的水吸热后体积增大、密度变小，所受到的浮力 重力。
（2）你认为 （选填“能”或“不能”）将黑色的吸热材料涂在玻璃吸热管的外表面上，理由是 。
（3）水箱中升温后的水与原来在地面上相比较，哪些形式的能发生了变化？ 。（需填两种能）
（4）将质量为100kg的初温为15℃的水加热到55℃，求这些水需要吸收的热量为 J。[水的比热容4.2×10³J/（kg・℃）]
（5）某品牌太阳能热水器集热器面积为S=2m²，热效率为η=40%（即热水器能将照射到玻璃吸热管上的太阳能的40%转化为水的内能），该地点太阳能辐射到地面的平均功率P=1.4×10³W/m²（即平均每平方米每秒钟太阳辐射能为1.4×10³J）。在第（4）小题中水吸收的热量由该热水器提供，则需要加热的时间为 秒。

(10分)阅读短文，回答问题．
空气能热水器
空气能热水器是吸收空气的热量来制造热水的装置．
空气能热水器主要由储水箱、毛细管、蒸发器、压缩机、冷凝器等部件组成，其中，毛细管、蒸发器、压缩机、冷凝器等构成密闭系统，制冷剂在该密闭系统内循环，如图所示．其工作过程如下：
液态制冷剂经过一段很细的毛细管缓慢地进入蒸发器，在蒸发器内迅速汽化．制冷剂汽化生成的蒸气被压缩机压缩后变成高温高压的蒸气进入冷凝器．在冷凝器中，高温高压的蒸气将热量传递给冷水并发生液化．制冷剂依此不断循环流动，使储水箱中水的温度不断上升．空气能热水器有一个很重要的指标是能效比，它是指水箱中的水吸收的热量（Q）与空气能热水器消耗的能量（W）的比值．
下表是某品牌空气能热水器正常工作时的参数．

消耗功率／w	进水温度／℃	出水温度／℃	能效比
840	20	54	3.4

 
（1）制冷剂在   中液化．
（2）在循环过程中，制冷剂流经下列部件时从空气中吸收热量是   ．
A．毛细管                B．冷凝器
C．压缩机                D．蒸发器
（3）水箱中的水温升高，其内能   ．
（4）制冷剂在循环过程中，其内能的增加的方式是   ．
A．只有做功
B．只有热传递
C．既有做功，又有热传递
D．既不是做功，又不是热传递
（5）该品牌空气能热水器正常工作1h可产生   kg的热水．
[C_水=4.2×10³J/(kg·℃)]

阅读短文，回答问题：
嫦娥奔月
我国“嫦娥二号”卫星于2010年10月1日发射成功，约5天后进入如图所示的环月轨道．它的质量为2．3t，与“嫦娥一号”相同；它环月的平均高度为100km，较“嫦娥一号”200km的环月高度离月球更近，更宜于对月球的精细测绘．
据悉，2013年年底，“嫦娥三号”卫星将携带“中华牌”月球车登月探测．已经探明，月球上无水，无大气．物体在月球上的重力只有地球表面重力的1/6．月球昼夜间隔大约相当于地球上的14天．也就是说，登上月球的月球车，最多可以连续工作14天，进入月夜以后，它由于无法通过光能发电，进入休眠状态．14天后，又能自动醒来．月球表面白昼时温度高达150℃，黑夜时低至-180℃．“嫦娥三号”在登录月球时将使用软着陆方式，采用边降落边用发动机反推，以减缓降落速度．在大约距离月球15公里时，反推发动机就要点火工作，到离月球100米时，卫星将暂时处于悬停状态，此时它已不受地球上工程人员的控制，因卫星上携带的着陆器具有很高智能，它会自动选择一块平整的地方降落，并在离月球表面4米的时候关闭推进器，卫星呈自由落体降落，确保软着陆成功．

（1）当“嫦娥二号”从近月点向远月点运动时，它的动能将_________（变大/变小/不变）．
（2）对于“嫦娥”卫星登月的情景，下列说法正确的是（    ）

A．反推发动机能使“嫦娥三号”悬停于100米处空中，利用的是卫星具有惯性

B．“嫦娥三号”高速降落时将由于摩擦而导致表面温度急剧升高

C．相对月球，“嫦娥一号”比“嫦娥二号”的势能更大

D．“嫦娥三号”登月时打开降落伞可以辅助减速

（3）月球车的质量为120kg，它在月球表面上方竖直下落4m时，重力对它做的功为_________J．（g取10N/kg）
（4）月球车工作的电能是由_________能转化来的，它在月球上要耐受330℃的温度差．对月球上昼夜温差很大的成因，请你结合所学物理知识做出简要解释：（说出一点即可）____________________________．

总长为l的橡皮筋一端固定在O点，另一端悬挂一个小钢球，将钢球从O点释放，钢球运动到A点后开始向上返回，O、A两点间距离为2l，如图所示．请画出钢球从O点运动到A点的过程中，其动能随运动距离变化的大致关系图象．

近几年政府推出了“汽车下乡” 、“小排气量购置税减半”、 “以旧换新”等政策，极大的促进了汽车行业的发展，随着人民生活水平的不断提高，汽车已经走进我们的家庭，小明的爸爸最近也购买了一辆轿车．小明利用所学的物理知识对汽车进行了一系列探索与研究活动：

（1）汽车发动机常用循环流动的水来帮助它散热，主要是利用了水的   较大的特点．
（2）小明同学阅读了汽车发动机的说明书后，将内燃机的能量流向制成如图甲所示的图表，请根据给出的信息，计算完全燃烧0.2kg的汽油能够获得多少J的能量，这些能量能产生多少J的有用功。（汽油的热值为4.6×10⁷J/kg）（写出计算过程）
（3）若轿车以60kW的恒定功率启动做直线运动，运动过程中受到的阻力不变，运动的速度v与时间t的关系如图乙所示．则在0～5s时间内，轿车发动机对外做功多少J？轿车在运动过程中受到的阻力是多少？（写出计算过程）
（4）汽车行驶时发动机产生的牵引力为F，则燃烧m质量的汽油，能使汽车前进的距离s为      （用前面给出物理量的符号表示距离，汽油的热值在本小题中用q表示）
（5）通过测量获得轿车以不同速度行驶时对应的制动距离（即从操纵制动刹车到车停下来的距离），数据如表所示：根据表中数据所反映的规律可知，当轿车速度为120km/h时对应的制动距离是      m．