初中物理能量综合题

问题解决 $--$设计“超重报警器”：

小雨想利用电磁继电器自制一种“超重报警器”。要求：当物重达到 $150N$时，电铃响报警，反之绿灯亮显示正常。他找来以下器材：电磁继电器（部分电路已接好），轻质硬刻度尺、电铃、绿灯、滑轮各一个，线绳和导线若干，一根轻质硬弹簧，一端已经固定，另一端连接触点 $P$，弹簧的最大伸长量与触点 $P$、 $M$之间的距离相等，弹簧能承受的最大拉力为 $50N$。

请利用上述器材帮小雨制作“超重报警器”在虚线框中完成装置设计，并简述工作过程。

体育课上，小明在同位置用相同的力多次将足球踢出，发现足球斜向上飞出的角度越大，球运动得越高，但并不能运动得越远，这是什么原因呢？

小明向老师请教，老师说：这是常见的种抛体运动，将足球以一定的速度向斜上方踢出，足球所做的运动叫做斜抛运动，其运动轨迹如图甲所示。足球起始运动方向与水平方向的夹角叫做抛射角，抛出点到落地点的水平距离叫做射程，射程与抛出速度和抛射角的大小有关。

若不计空气阻力，请回答下列问题：

（1）足球的质量是0.4kg，它受到的重力是多少？（取g＝10N/kg）

（2）若足球从地面踢出时具有的动能是120J，踢出后能达到的最大高度是5m，足球在最高点时具有的动能是多少？

（3）若足球的射程X与抛出速度v、抛射角θ之间满足公式X $=\frac{2v^2\mathit{sin\theta cos\theta }}{g}$，当足球以20m/s的速度且与水平方向成45°角踢出，足球的射程是多少？（取g＝10N/kg）

（4）足球以30°抛射角踢出，其动能E_k随水平位置s变化关系的图象如图乙所示。若该球在同位置以60°抛射角且与前次大小相同的速度踢出，请你在答题卡的同一坐标中画出此次足球的动能随水平位置变化关系的大致图象。

如图，将标有“ $6V3W$”字样的灯泡 $L_1$和标有“ $6V6W$”字样的灯泡 $L_2$串联在电路中，使其中一个灯泡正常发光，另一个灯泡的实际功率不超过其额定功率，不考虑温度对电阻的影响。求：

（1）灯泡 $L_1$正常工作时的电流；

（2）灯泡 $L_2$的电阻；

（3）电源电压；

（4）此电路工作2分钟消耗的电能。

为测量一定值电阻的阻值，某实验小组选用的实验器材有：待测电阻R _x、两节干电池、电流表、电压表、滑动变阻器、开关及导线若干。

（1）请你用笔画线代替导线，将图甲中的实物电路连接完整。

（2）小组设计了一个记录与处理数据的表格，请将如表中①②处的内容填写完整。

实验次数	①	②	电阻R/Ω
1
2
3

（3）某次测量时，电压表示数为2.5V，电流表指针位置如图乙所示，则电流表示数为 　       　A，本次测得R _x的阻值为 　       　Ω。

（4）本实验进行了多次测量，其目的与下列实验中多次测量的目的相同的是 　       　（填字母代号）。

A.用刻度尺测量铅笔的长度

B.测量小灯泡的电阻

C.测量小灯泡的电功率

（5）他们又对实验进行了拓展，利用电源（电压未知且恒定不变）、阻值已知为R ₀的定值电阻、电压表、开关等器材，设计了如图丙所示的电路，也测出了R _x的阻值，请你完成下列实验步骤：

①闭合开关S ₁，断开S ₂，读出电压表的示数U ₁；

② 　       　，读出电压表的示数U ₂；

③待测电阻的阻值R _x＝ 　       　（用已知量和测得量的字母表示）

小明同学做测量小灯泡电阻的实验，所用小灯泡的额定电压为 $2.5V$实验电路连接如图甲所示。

（1）正确连接电路后，闭合开关，发现小灯不亮，电流表、电压表均有示数。接下来他应该进行的操作是　     　（只填字母）。

$A$．检查电路是否通路 $B$．更换小灯泡 $C$．移动滑动变阻器的滑片

（2）某次测量时，滑动变阻器的滑片移动到某一位置，电压表的示数为 $2.2V$，想得到小灯泡在额定电压下的电阻值，应将滑片向　     　（填“左”或“右”）移动。

（3）小灯泡在额定电压下的电流，如图乙所示，此时小灯泡的灯丝电阻为　     　 $\Omega$。（结果保留一位小数）

（4）他第一次测量时，电压等于 $2.5V$，小灯泡正常发光，以后调节滑动变阻器，让电压逐次下调，使灯丝温度不断降低，灯泡变暗直至完全不发光，测量数据及计算出每次的电阻如表。

数据序号	1	2	3	4	5	6	7
电压 $U/N$	2.5	2.1	1.7	1.3	0.9	0.5	0.1
电流 $I/A$	$/$	0.26	0.24	0.21	0.15	0.16	0.05
电阻 $R/\Omega$	$/$	8.1	7.1	6.2	4.7	3.1	2.0

由表格中的数据得出概括性的结论是：不同电压下，小灯泡的电阻值不同，灯丝的电阻随　    　。

（5）整理器材时，小明发现滑动变阻器的滑片左侧部分比滑片右侧部分热，其原因是　                            　。

（6）小明做完实验后，又设计了一个利用已知最大阻值为 $R_0$的滑动变阻器，来测额定电流为 $I_{额}$的小灯泡（灯丝电阻随温度变化）额定功率的方案，电路图如图丙所示。

①只闭合开关　     　，调节 $R_1$滑片，使小灯泡正常发光，电流表示数为 $I_{额}$。

②只闭合开关 $S$、 $S_2$，保持 $R_1$滑片不动，调节 $R_0$的滑片到最右端，电流表的示数为 $I$。

③只闭合开关 $S$， $S_2$，将　      　的滑片滑到最右端，将　    　的滑片滑到最左端，电流表的示数为 $I\text{'}$。

④小灯泡额定功率的表达式为 $P_{额}=$　　    。（用 $R_0$、 $I_{额}$、 $I$、 $I\text{'}$表示）

如图所示，电源电压 $4.5V$保持不变，电流表的量程为 $0~0.6A$，电压表的量程为 $0~3V$，灯泡 $L$标有“ $3V1.5W$”字样，滑动变阻器 $R$标有“ $20\Omega 1A$”字样。闭合开关 $S$，调节滑动变阻器滑片 $P$，使灯泡正常工作，不考虑灯丝电阻的变化。求：

（1）灯泡正常工作时的电流和电阻；

（2）灯泡正常工作 $1\mathit{min}$所放出的热量；

（3）在保证电路安全的条件下，滑动变阻器连入电路的电阻变化范围。

某同学在探究“电压一定时，通过导体的电流与电阻的关系”的实验中，所用的实验器材有：两节干电池，电流表、电压表、滑动变阻器及开关各一个，定值电阻和导线若干。实验电路如图甲所示。

（1）连好电路后，开关闭合前应将滑动变阻器的滑片移动到　     　接线柱那一端（选填“a”或“b”）。

（2）该同学用开关“试触”时，发现电压表和电流表均无示数。他检查导线与各接线桂均接触良好，猜想可能是滑动变阻器出现了断路。他另外取来一根导线，用这根导线验证出猜想是正确的。写出他的做法和观察到的现象。

（3）该同学排除故障后，进行实验，记录的实验数据如下表：

电压U＝2.4V

实验次数	1	2	3	4	5	6
电阻R/Ω	4	8	12	16	20	24
电流I/A	0.60	0.30	0.20	0.15	0.12	0.10

①分析实验数据得出的探究结论是：　                                      　。

②在图乙的方格纸上画出电流I与电阻R的关系图象。

③从图象中可以看出，当电阻R＝18Ω时，电流为　      　A。

目前有的地方出现了共享电动汽车，这种新型低碳的交通工具，深受人们的喜爱。某品牌电动汽车的部分参数如表所示。

电池容量 $(\mathit{kW}·h)$	22
车载充电器输入电压 $\left(V\right)$	220
车载充电器输入电流（A）	16
电能转化为机械能的效率	$70\%$

（1）如图所示，租车时，租赁者只要将租车卡靠近电动汽车上的感应器，感应器即能读取卡中的信息，将车解锁。刷卡所用的原理是　　。

（2）根据表中的数据，将耗完电能的电池充满电，理论上需要多少小时？

（3）上述电动汽车充满电后，在水平地面上匀速行驶，最大距离为140 千米，行驶时该车受到的阻力为多少牛？

如图甲为家用电热饮水机，图乙为它的电路原理图，下表为它的铭牌数据。

水桶容量	20L
热水箱容量	1L
额定电压	220V
加热功率	400W
保温功率	44W

（1）当S ₁闭合，S ₂断开时，电热饮水机处于 　    　状态（填"加热"或"保温"），此时电路中的电流是多大？

（2）饮水机正常工作时，将热水箱中的水从20℃加热到90℃，求：水吸收的热量是多少？（水的比热容4.2×10 ³J/（kg•℃））

（3）电热饮水机正常工作时加热效率为80%．求：将热水箱中的水从20℃加热到90℃的时间为多少秒？

足够长的光滑水平面上，有10个相同的小球沿着直线等间隔均匀分布，总长度为 $l$，并以相同的速度 $v_0$向右运动。如图甲所示，在小球的正前方有一“加速带” $\mathit{AB}$，当小球从左端 $A$进入加速带后在水平恒力作用下被加速，直至从右端 $B$离开，小球经过加速带前后速度的变化情况如图乙所示，已知1号球刚从 $B$端离开时，4号球刚好从 $A$端进入，不考虑球的大小，请解答下列问题。（结果用已知物理量的字母表示）

（1）小球在加速带上运动的时间 $T=$　　。

（2）最终10个小球分布的总长度 $L=$　　。

（3）已知小球在加速带上运动的平均速度为 $2v_0$，所受水平恒力为 $F$，试求加速带对10个小球做功的总功率 $P$。

某安全设备厂研发了一种新型抗压材料，要求对该材料能承受的撞击力进行测试。如图甲所示，材料样品（不计质量）平放在压力传感器上，闭合开关 $S$ ，将重物从样品正上方 $h=5m$ 处静止释放，撞击后重物和样品材料仍完好无损。从重物开始下落到撞击样品，并最终静止在样品上的过程中，电流表的示数 $I$ 随时间 $t$ 变化的图像如图乙所示，压力传感器的电阻 $R$ 随压力 $F$ 变化的图像如图丙所示。已知电源电压 $U=12V$ ，定值电阻 $R_0=10\Omega$ ，重物下落时空气阻力忽略不计。求：

（1）重物下落时，重物作 　　速直线运动，其重力势能转化为 　　能；

（2） $0~t_1$ 时间内，重物在空中下落，电流表示数是 　　 $A$ ，压力传感器的电阻是 　　 $\Omega$ ；

（3） $t_1~t_3$ 时间内，重物与样品撞击，通过电流表的最大电流是 　　 $A$ ，样品受到的最大撞击力是 　　 $N$ ；撞击后重物静止在样品上，定值电阻 $R_0$ 的功率是 　　 $W$ ；

（4）重物在空中下落的过程中，重力做功是多少？

小聪利用光敏电阻为社区设计了一种自动草坪灯，其工作原理如图所示。工作电路中有两盏规格均为"220V 44W"的灯泡L，天暗时灯自动发光，天亮时灯自动熄灭。控制电路中电源电压U恒为6V，定值电阻R ₀为200Ω。在一定范围内，光敏电阻R的阻值与光照强度E（光照强度E的单位为lx，光越强光照强度越大）之间存在一定关系，部分数据如表所示。电磁铁的线圈电阻忽略不计，当天色渐暗，通过线圈的电流为0.02A时，恰好启动工作电路的照明系统。试问：

光照强度E/lx	1.0	2.0	3.0	4.0	5.0
光敏电阻R/Ω	120	60	40	30	24

（1）随着光照强度减小，光敏电阻R的阻值 　    　（选填"增大"或"减小"），电磁铁的磁性 　    　（选填"增强"或"减弱"），当光照强度减小到一定值时，衔铁会被 　    　（选填"吸下"或"释放"），照明系统启动。

（2）两盏灯均正常发光时，工作电路中的总电流是多少？

（3）照明系统恰好启动时，光敏电阻R的阻值为多少？此时光照强度为多少？

如图甲是某品牌家用电吹风，其电路如图乙所示，R₁、R₂为电阻丝，M为电动机。通过调节开关，可使电吹风分别处于“停止”“冷风”“暖风”或“热风”四种状态。

（1）要使电吹风正常工作，图甲中的A处应安装 　    　，B处应安装 　    　。（选填“电动机”或“电阻丝”）

（2）如图乙，要使电吹风处于“冷风”状态，应闭合开关 　    　，要使电吹风处于“暖风”状态，应闭合开关 　    　。

（3）已知电吹风处于“暖风”状态时，从出风口吹出的空气温度升高了20℃；处于“热风”状态时，从出风口吹出的空气温度升高了30℃。假设这两种状态下的热效率相同，相同时间内吹出的空气质量相同，则R₁：R₂＝　    　。

（4）电吹风用了几年后，由于电阻丝的升华，实际发热功率会 　    　（选填“变大”、“变小”或“不变”）。

武都引水工程被誉为“第二个都江堰”，具有防洪、灌溉、生态环保、国土资源保护、工业生活供水、旅游以及发电等综合利用功能的大型骨干水利工程。作为武引一期工程的骨干屯水库 $--$沉抗水库位于绵阳市的游仙区沉抗镇境内，距离绵阳市区15公里，现已成为绵阳的著名旅游景点“仙海风景区”。作为二期工程内容的武都水库位于我市江油武都镇的涪江干流上。总库容5.72亿立方米，碾压混凝土大坝高120米，设计控灌面积228万亩。武都电站是依托武都水库兴建的坝后式电站，装有三台机组，总装机容量15万千瓦 $\left(g=10N/\mathit{kg},{\rho }_{水}=1.0\times {10}^3\mathit{kg}/m^3\right)$。

①若电站实际年平均发电量为6.1亿 $\mathit{kW}\cdot h$，电力系统吸收的有效电量为5.745亿 $\mathit{kW}\cdot h$，其中电厂用电 $0.5\%$，出厂后专用输变电损失 $1\%$，按平均上网电价0.28元 $/\mathit{kW}\cdot h$计算，电站年收益多少亿元？（保留三位数）

②若电站水面落差（水面与发电机之间的高度差）为 $80m$，按装机容量满负荷发电，发电机机械能转化为电能的效率为 $75\%$，水的流量 $Q$为多少？（流量 $Q:$单位时间内流过截面积的体积）

③仙海中学兴趣小组在仙海湖面上做实验，用一机动船拖拉一无动力的木船以 $1.5m/s$匀速前进，机动船的质量为 $2\times {10}^3\mathit{kg}$，内燃机功率为 $170\mathit{kW}$，木船下部都可以视为长方体，底面面积为 $12m^2$，吃水深度 $0.4m$，两船受到的阻力都是船重的0.5倍，机动船的内燃机效率是多少？

在赤峰市某中小学科技小制作活动中，小华同学设计了一个简易的能调节亮度的小台灯，原理图如图所示，其中灯泡 $L$上标有“ $6V6W$”字样。当开关 $S$接 $a$时， $L$恰好正常发光；当开关 $S$接 $b$时， $L$中的电流为 $0.2A$． $R_1$为定值电阻，且电源电压和小灯泡 $L$电阻保持不变。求：

（1）小灯泡 $L$的电阻及电源电压；

（2） $R_1$的阻值；

（3）开关 $S$接 $b$时，小灯泡 $L$的实际功率；

（4）开关 $S$接 $b$时， $10s$时间内 $R_1$上产生的热量。