初中物理能量综合题

摩擦现象广泛存在于人们的生活和生产中。小梦对此很感兴趣，围绕生活中的摩擦现象进行了探究。


（1）小梦对放在水平面上的物体处于静止状态和匀速运动状态下，受水平力F和摩擦力f情况进行了研究，并绘制了图像，如图所示。请比较图像中A、B两点物体所受作用力的大小（填“＞”、“＜”、“＝”或“不能确定”）：①F_A     f_A；      ②F_B     f_B。
（2）摩擦知识在生活中的应用非常广泛，并不断地进行改进。火柴的擦燃就是一例，如图所示。火柴盒侧面已由以前的图（a）替换成图（b）的式样，这样设计的现实意义是     。

如图所示，虚线框内有两个阻值相同的定值电阻和一个开关S₁.当开关S₁闭合时，电流表的示数增加0.2A，电路的总功率增加1.6W.请画出两种可能的连接电路图，并分别计算电源电压和定值电阻的阻值.

1901年，挪威人伯克兰造出世界上第一台电磁发射器，首开电磁炮先河。为了认识电磁炮的一些特性，小柯制作了一个电磁炮模型，其原理如下图。螺线管通电后，铁制撞针迅速前移，推动炮弹射出炮管。

（1）小柯要增强电磁炮中螺线管磁场，下列方法可行的是        （选填字母）。
A.增加螺线管的线圈匝数
B.改变线圈中的电流方向
C.增大通过螺线管的电流
（2）炮弹的动能影响它的威力。直接测量动能小柯遇到困难，所以，他通过测量同一炮弹的射程（炮弹出射点离落地点间的水平距离）来间接比较。此研究方法与下列        （选填字母）实验所用方法相同。
    
A.用刻度尺测物体长度     B.用量筒测液体体积    C.用压强计研究液体内部压强
（3）小柯测得的一项实验数据（取多次实验的平均值）如下表。

实验次数	第1次	第2次	第3次	第4次	第5次
撞针质量（克）	0.1	0.2	0.3	0.4	0.5
射   程（米）	0.48	0.54	0.81	0.46	0.41

 
小柯得出了“当其他条件相同的情况下，撞针质量为0.3克时电磁炮的射程最远”的结论。
小妍觉得这个结论还不可靠，建议再取不同质量的撞针进行实验。你认为选择撞针质量范围在        克之间进行进一步实验比较合理。

甲图为升降机电路的部分原理图。电源电压恒为6V，R₀为定值电阻，电压表量程为0～3V，压敏电阻R₁的阻值与所受压力大小的关系如图乙所示。

（1）压敏电阻不受压力时，电压表示数为2V，定值电阻R0的电功率为多少?
（2）在电路正常工作时，此压敏电阻能承受的最大压力为多少?
（3）在不改变电表的条件下，要增大压敏电阻的承压范围，应如何调整? （写出一条）
（4）若在升降机底板上放置一个物块，静止时电压表示数为U₀，当升降机匀速下降时，电压表示数    （选填“大于”、“等于”或“小于”）U₀。

图1所示为一种自动蓄水装置示意图：轻质弹簧上端固定，下端与木块相连，轻质滑片P的右端固定在弹簧最下端，左端位于粗细均匀的金属电阻R₂的最下端A处且接触良好，闭合S，水泵工作，向空水箱里缓慢注水，当P上滑至B处（R₂的中点）时，水面到达设定高度，水泵自动停止注水，在此过程中，弹簧弹力F与滑片P上滑长度x之间的关系如图2所示，

已知：电阻箱R₁接人电路中的阻值为20Ω，R₂的总电阻为20Ω，长度为l；当线圈中电流I≥0.lA时，衔铁被吸下g= l0N/kg，弹簧始终处于弹性限度范围内，不考虑线圈的电阻和滑片P滑动时的摩擦。
（1)求电源电压U； （2)求木块所受的重力； （3)当P滑至B处时，求木块浸入水中的体积； （4)若将R₁调至l0Ω，则水箱内最高水位与原设定水位的高度差△h   0.5l（选填“>”、“<”或“=”)，你判断的理由是：   ．

2015年3月，全球最大的太阳能飞机“阳光动力2号”（如图所示）开始首次环球飞行，途径我国重庆和南京两个城市，此行的重要目的是传播新能源概念。
（1）该飞机白天飞行时，利用高效太阳能电池版将电磁能（太阳能）转化为____________能；夜间飞行时，利用其超轻薄离子电池储备的____________能转化为电能，首次实现昼夜飞行而不耗费一滴燃油。
（2）该机从重庆飞往南京的航程约为1260千米，用时17.5小时。则它的飞行速度为多少千米/小时？
（3）为降低飞行时的能量消耗，该机选用新型轻质材料，取面积为1平方米，厚度为1毫米的新型材料，测得其质量为250克，则该材料的密度为多少？
（4）该机计划从南京起飞后直飞美国夏威夷，是此次环球航行中最具挑战性的一段航程，飞行时间长达120小时，飞行过程中依靠平均功率为10千瓦的电动机提供动力，其消耗的能源全部由电池板吸收的太阳能提供，则此段航行中至少需要吸收多少太阳能？（太阳能电池板的转化功率约为30%）

阅读《探海神器——“蛟龙”号》，回答题。
探海神器——“蛟龙”号
2012年6月24日是个伟大的日子！“蛟龙”号载人潜水器深潜7020米新纪录诞生，“神舟九号”宇宙飞船与“天宫一号”手动交会对接成功，“蛟龙”与“神九”互致祝福，进行了穿越海天的对话，实现了“可上九天揽月，可下五洋捉鳖”的伟大梦想！

目前，“蛟龙”号具备了在全球99.8%的海洋深处开展科学研究、资源勘探的能力。“蛟龙”号的形状外观如图所示，部分参数见下方表格。

“蛟龙”号部分参数
长宽高	8.2米3.0 米 3.4米
自身质量	22吨
最大荷载	240公斤
载人	限3人
最大速度	25海里/小时
巡航速度	1海里/小时
最大工作设计深度	7000米
正常在水下工作时间	12小时

这次深潜纪录的创造反映了“蛟龙”号高端技术的创新与突破。
新技术突破——高速水声通信技术
电磁波在海水中传播的距离很有限，而普通水声传输又有延时长、复杂环境中有效提取信号难等严重缺陷，“蛟龙”号潜入深海数千米，如何实现实时通讯是个重要难题。中国科学院研发了具有世界先进水平的高速水声通信技术——利用通信声呐进行水下通信联络，成功解决了这一难题。通信声呐是由发射基阵和接收基阵组成，基阵又由换能器基元组成。换能器一般用压电陶瓷材料制成，可将发射机产生的电信号转换为声信号，也可以将接收机接收的声信号转换为电信号。此次“蛟龙”与“神九”成功实现穿越海天对话，高速水声通信技术功不可没。
新技术突破二——大容量充油银锌蓄电池
“蛟龙”号搭载的是我国自主研发的、储存电能超过110千瓦时的大容量充油银锌蓄电池，该电池的蓄电能力为美国同类潜水器蓄电池的2倍，成功解决了“蛟龙”号正常水下工作时间长，但又不能携带太重蓄电池的困难。
新技术突破三——悬停定位和自动航行
由于不同海域、不同深度的海水密度不同，“蛟龙”号在水中受到的浮力是变化的。按潜航员叶聪的说法，“这次7000米级海试的试验海域，根据测量，海面海水的密度是每立方米1021公斤，而7000米深的海水密度变成每立方米1059公斤。‘蛟龙’号自重22吨，算下来在7000米深度时受到的浮力大概比在海面时要大800多公斤力”（公斤力是工程中常用的力的单位，1公斤力大约等于10牛）。
浮力的变化要靠压载铁来平衡，所谓“压载铁”，就是给“蛟龙”号增加重量的铁块。“蛟龙”号海试团队用周密的数学模型，能根据在不同海域测得的海水温度、盐度和深度等参数精确地计算下潜时所需要的“压载铁”重量。
“蛟龙”号挂好所需压载铁，注水下潜，当下潜至预定深度时，“蛟龙”号能克服自身晃动、海底洋流等内外干扰，通过适时抛掉一定数量的压载铁，利用相关技术实现悬停。此外，“蛟龙”号还具备自动定向、定高、定深三大功能，能够在复杂环境中自动航行，在已公开的消息中，尚未有国外深潜器具备类似功能．当完成工作后，潜航员再抛掉适量的压载铁，实现上浮，可见，无论是下潜，悬停，还是上浮，压载铁的作用都是巨大的。
“祝愿中国载人深潜事业取得新的更大成就！祝愿我们的祖国繁荣昌盛！”，“神九”航天员景海鹏在太空向“蛟龙”号的祝贺，送出了全体中华儿女的心声！
⑴换能器可实现         信号与         信号的相互转换．
⑵潜艇下潜深度一般是几百米，而“蛟龙”号下潜深度一般是几千米，“蛟龙”号在深海中必须通过抛掉压载铁实现上浮，而不是像潜艇那样采用排水的方法实现上浮，请写出可能的原因及你的理由：       。
(3)请估算“蛟龙”号的体积大小，并写出估算过程。

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汽车再生制动器
目前汽车刹车器均采用油压制动，油压制动刹车时消耗的机械能以内能形式排放掉，形成能源的浪费。现有一种汽车再生制动器，能把汽车制动时消耗的部分机械能转化为电能而储存起来，有效地利用了能量。这种制动器有个重要参数叫“储能效率”，储能效率是指汽车正常行驶时关闭发动机，直至汽车停止运动的过程中，将机械能转化为电能的效率．
实际上汽车刹车时再生制动器无法提供足够的刹车阻力，仍需要与油压制动器 配合使用，产生恒定的刹车阻力来满足刹车要求，若某汽车以20km/h的速度行驶，刹车时再生制动器产生的阻力随时间变化的关系如下表：

时间t/s	0	0.2	0.4	0.6	0.8	1.0	1.2	1.4	1.6
再生刹车阻力f/×103N	8.0	8.1	8.4	9.0	10.0	10.0	10.0	7.5	5.0

（1）油压制动刹车时消耗的机械能转化为内能，而这些内能却不能再次转化为汽车的机械能，说明能量的转移和转化具有_    _性；汽车再生制动器中将机械能转化为电能的装置是__   （电动机/发电机）.
（2）某次汽车正常行驶时的机械能为3.75×10⁵J ①若关闭发动机，直至停止运动，有1.5×10⁵J的机械能车化为内能，则该汽车的储能效率是_    _。②若制动时油压制动器与再生制动器同时工作，产生的内能将_     （大于/小于/等于）1.5×10⁵J。
（3）在图中作出汽车刹车时再生制动器0～1.0s内产生的刹车阻力随时间变化的图像。

（4）如果汽车制动时需要产生恒定的刹车阻力为1×10⁴N，由图像可知t=0.7s时，油压制动器需提供_   N的刹车阻力．

物体只在重力作用下由静止开始下落的运动，叫做自由落体运动，这种运动只在没有空气的空间才能发生，在有空气的空间，如果空气阻力相对物体的重力比较小，可以忽略，物体的下落也可以近似地看作自由落体运动。
（1）为了探究自由落体运动时间与哪些因素有关，物理学习研究小组（一）提出了如下猜想：
猜想一：物体下落的时间与物体的材料有关；
猜想二：物体下落的时间与物体的质量有关；
猜想三：物体下落的时间与物体下落的高度有关。
为验证猜想的正确性，小组同学用6个金属球做了一系列实验，实验数据记录如下：

实验序号	材 料	质量（g）	下落高度(m)	下落时间(s)
1	铁 球	50	10	1.43
2	铝 球	50	10	1.43
3	铜 球	50	10	1.43
4	铝 球	50	15	1.75
5	铜 球	80	20	2.02
6	铁 球	80	10	1.43

 
①为了验证猜想一，应比较实验序号为_____、_____和_____的实验数据；分析可知，物体下落的时间与物体的材料        （选填“有关”或“无关”）。
②为了验证猜想二，应比较实验序号为_____和_____的实验数据；分析可知，物体下落的时间与物体的质量        （选填“有关”或“无关”）。
③为了验证猜想三，应比较实验序号为_____和_____的实验数据；分析可知，物体下落的时间与物体下落的高度        （选填“有关”或“无关”）。
（2）物理学习研究小组（二）也对这个问题进行了研究，他们让质量相等的铁球和纸团同时从同一高度由静止开始下落，他们发现两者下落时间不相等，原因是：           。
（3）下图甲是某实验小组绘制的金属球由静止自由下落的高度h与时间t关系图象；则，图乙中描述重力对该球做功W与时间t关系的四种图象中，正确的图象是          。

在建的杨泗港长江大桥是武汉市第十座长江大桥，大桥的两个桥塔均为钢沉井基础，其中2号桥塔的钢沉井在距桥位上游20公里的工厂拼装完成后，采用气囊法整体下水，是世界上同类方法下水质量最大的钢沉井。（ρ_江水=1.0×10³kg/m³，ρ_钢=7.9×10³kg/m³）

（1）如图甲所示，在钢沉井的底部两侧塞满气囊，松开固定的钢沉井的钢索后，钢沉井便顺着倾斜的江滩滑入水中。钢沉井入水后能自己滑行数百米，这是由于             。托在钢沉井底部的气囊充气成圆筒状是为了                      。
（2）钢沉井下水后，依靠拖船将其拖行至指定位置。当拖船对钢沉井输出的总功率为5000Kw时，1min内将钢沉井匀速拖行了120m，试估算这段时间内江水对钢沉井的阻力。
（3）工人们将钢板焊接成有18个大小相同的方形孔的钢沉井，其俯视图如图乙所示。钢沉井的长、宽和高分别为77m、40m和23m，质量为6225t。经测算，这样的钢沉井自行滑入江中稳定后，水面下的高度会达到7.5m。为了让钢沉井在江中被拖行时能顺利通过一些浅滩，下水前用质量为31t的钢板在钢沉井底部将一些方形孔密封起来，使钢沉井水面下的高度降到了3.2m。请求出钢沉井底部被密封的方形孔的个数。

现有两个电阻元件，其中一个是由金属材料制成的，它的电阻随温度的升高而增大，另一个是由半导体材料制成的，其电阻随温度的升高而减小。现对其中一个电阻元件R₀进行测试，测得其电流与加在它两端的电压值，测试数据如下表：

（1）请根据表中数据，判断元件R₀可能是由上述哪类材料制成的？并说明理由。
（2）把定值电阻R和元件R₀接入如图所示的电路中，闭合开关后，电流表读数为1.8A。已知电路中电源电压恒为3V，此时定值电阻R的电功率为多大？
（3）分析表中数据，写出通过元件R₀的电流I和元件R₀两端的电压U之间的关系式。

如图所示是某规格的小灯泡L和定值电阻R的U-I图象。

（1）图中表示小灯泡U-I图象的是    （填序号）。
（2）若它们串联、并联时总电阻的值分别为R_串和R_并，请在答题卷对应的图上坐标区域内画出它们的U-I图象（R_串、R_并得 U—I图象分别用③和④表示）。
（3）当它们分别以串联和并联两种方式接在同一稳压电源（已知电源电压不高于10V）两端时，从电源流出的电流变化了O.45A。求该稳压电源的电压及并联时电路消耗的总功率。

边长为10 cm的正方体木块放入水中，有1/4的体积浸没在水中，在木块上面放一重物，木块浸入水中的深度增加2 cm。(g取10 N/kg，水的密度ρ=1.0×10³kg/m³)
求：
（1）此重物所受的重力
（2）在此过程中重物对木块所做的功
（3）有人根据上述问题得到启示，制做了一个称量物体重量的“秤”， 如图所示。容器缸内盛有水，把活塞置于缸中，在轻活塞的底部放一物块P，活塞的顶部放上托盘，在再活塞的表面上刻上相应的刻度。21教①活塞底部固定的物体P，它的作用是能让活塞竖直立在水中，重物P的密度特点是
                                                 
②怎么确定秤的零刻度线                                
③如果要增大秤的测量范围，请给制作者提出你的两个建议
A．                                                        
B．                                                         

（1）电热水壶的电阻R两端的电压为 220V，加热功率1100V，求通过R的电流是多少？R的阻值为多少？（2）体积为1×10³m³的水质量是多少？这些水从30℃加热到80℃要吸收多少的热量？
下图的电热水壶有两个开关 S₁、S₂，水达到100℃时沸腾了一会之后壶内积聚了大量水蒸气使S₁自动断开，停止加热；若某种原因使S₁不能断开，水会烧干直至壶的温度升高到125℃时S₂自动断开，才停止加热。

（3）为实现上述功能，应采用图中的哪幅电路图？
（4）若壶盖未合上，水会一直沸腾但不断电 ，这是因为壶内的水蒸气量不足导致哪个开关无法自动断 开？ ________________________________水烧干之前，为什么壶的温度不会达到 125℃？__________

（1）如图甲，n个相同的电阻R并联，其总电阻可以用一个等效电阻R＇表示（如图乙），请根据并联电路中电流、电压的规律和欧姆定律推证：R'=R/n。
（2）如图丙，A、B之间的电压U=220V，通过导线为远处的M、N之间的用电器供电，由于距离很远，导线AM和BN的电阻不可忽略，它们的总电阻用图中r表示，r=4Ω，若M、N之间并联10个阻值为R=400Ω的相同电阻，求通过导线AM的电流大小。
（3）试分析说明：在图丙的电路中，M、N之间并联的用电器越多，每一个用电器的实际功率越小。