初中物理能量综合题

一家用电热水器的铭牌如下表所示，已知C_水=4.2×10³J/(kg℃)，

幸福牌全自动电热水器
容积：12L	型号：XF2014-78K
净重：22kg	类别：防触电保护Ⅱ
额定功率：2kw	编号：201400985
额定电压：220V	出厂日期：2014年3月16日

根据铭牌所提供的信息，回答下列问题：
（1）为安全起见，该电热水器应使用的插座应选用如图所示的哪一种？

（2）该电热水器正常工作时电热丝的电阻为多大？
（3）将该电热水器加满水加热使水温由20℃升高到60℃，水需要吸收多少热量？
（4）若电热水器正常工作时电热所产生热量的80％被水吸收，则第⑶问中的加热过程需要多少时间？

用金属制成的线材(如钢丝，钢筋)受到拉力会伸长，17世纪英国物理学家胡克发现，金属丝或金属杆在弹性限度内，它的伸长与拉力成正比，这就是著名的胡克定律，这一发现为后人对材料的研究奠定了重要基础，现在有一根用新材料制成的金属杆，长为4m，横截面积为0．4cm²，设计要求它受到拉力后的伸长不超过0．4cm，由于这拉力很大，杆又很长，直接测试有困难，所以选用同种材料制成样品进行测试，通过测试取得数据如下：

长度	伸长　　拉力　　　　　　　 长度 横截面积	250N	500N	1000N
1m	0．05cm^2	0．04 cm	0．08 cm	0．16 cm
2m	0．05cm^2	0．08 cm	0．16 cm	0．32 cm
1m	0．10cm^2	0．02 cm	0．04 cm	0．08 cm

 
 
(1)上面的测试表明这种材料的金属杆受拉力作用后，其伸长的长度还与___________、_________有关；
(2)根据设计要求这根长为4m的金属杆所能承受的最大拉力为_______N．

下图甲为某电热水器的原理图（其铭牌如下表），其中低压控制电路中的电磁铁线圈电阻不计，R为热敏电阻，电源电压U₁恒为6V．热敏电阻R和高压工作电路中的三只电阻R₁、R₂、R₃均置于储水箱中．已知R₁＝33Ω、R₂＝66Ω、R₃＝154Ω、U₂＝220V．当电磁铁线圈中的电流I<10mA时，继电器上方触点和触点c接通；当电磁铁线圈中的电流I≥10mA时，电磁铁的衔铁被吸下，继电器下方触点和触点a、b接通．

储水箱额定水量	55kg
额定电压	220V
加热功率	2200W

（1）当衔铁位于图甲所示位置时，高压工作电路中的总电阻为         Ω，此时电路处于       （选填“加热”或“保温”）状态．
（2）当电热水器在加热状态下正常工作时，给满水箱中的水加热，使其从25℃升高到45℃，需用时50min.求此加热过程中：
①水吸收的热量；
②电热水器的加热效率．【水的比热容为4.2×10³J/（kg•℃）】   
（3）热敏电阻中允许通过的最大电流I₀＝15mA，其热敏电阻R随温度变化的规律如图乙．为保护热敏电阻R使低压控制电路正常工作，保护电阻R₀的阻值至少为多大?

小阳利用磁敏电阻为他的自行车设计了一个速度计，磁铁固定在自行车的辐条上，磁敏电阻固定在自行车的后车架上，安装示意图如图甲，工作电路如图乙，已知电源电压为6V恒定不变．当磁铁与磁敏电阻Rs靠得最近时阻值为200Ω，磁铁与磁敏电阻Rs离得最远时阻值为400Ω，靠近或远离时的实际电阻在这两者之间变化；当R₀两端电压不低于4.5V时电子计数器就能有效计数，低于4.5V就不能产生计数，车轮每转动一圈就计数一次．
（1）为保证电子计数器有效工作，求出电阻R₀最小阻值．
（2）某次行驶中，小明发现5分钟恰好完整计数了300次，车轮的周长为3m，求出这段时间内自行车行驶的平均速度。

小亮家有一辆轿车，爸爸在给他讲车的性能时，总是说“2.0的排量”，却很少说“功率”，为此小亮特地从网上查到了排量的定义：活塞从上止点移动到下止点所通过的“工作容积”称为气缸排量。如果发动机有若干个气缸，所有气缸“工作容积”之和称为发动机排量。小亮从说明书上查到家中的轿车采用的是LFX直列四缸发动机，排量为2.0L；从网上查找到了了这种轿车的输出功率与转速的关系如图所示。

1．根据图21分析，在发动机转速为1000～5000 r/min范围内，它的输出功率与转速大致有怎样的定性关系？
2．试通过公式推导出在其他参数相同时，轿车发动机的输出功率与其排量的关系。
3．小亮又向爸爸询问了一些实测数据：轿车行驶的路况好，平均车速为l00km/h时，发动机转速为2000r/min，平均油耗为9L/l00km。参考图21中的数据，分析这辆汽车在这种状态下行驶时，发动机的效率约为多少？每个做功冲程气缸内气体的平均压强是约为多少？（已知汽油的热值为4.6×10⁷J/kg，密度为0.7l×10³kg/m³）

(6分)随着无锡经济水平的不断提高，小汽车越来越多地走进了我市普通百姓人家．如表为小明同学家小汽车的有关数据：

小汽车的总质量1500kg	小汽车的额定功率50kW
汽车轮胎与地面接触的总面积0.1m^2	100km耗油量8L
水箱中装满水质量2.5kg	汽油的密度0.71×10^3kg/m^3

求：（1）某次行驶中，若水箱中水温度升高20℃，则水吸收热量为多少焦耳？
（2）该小汽车静止在水平地面上时，对地面的压强是多大？
（3）假若小汽车发动机的效率为30%，该小汽车在水平路面上以额定功率匀速直线行驶0.5h，此过程中小汽车消耗的汽油是多少kg？（汽油的热值为4.6×10⁷J/kg，g=10N/kg）

如图是一种测电阻值大小的“欧姆表”的内部电路图，电源电压为1.5V，定值电阻为R₀＝15W，A、B是两个测电阻的接线柱。当将A、B直接相接，表示被测电阻值为0，此时电路中的电流计正好达到最大值I。若测某一电阻时，可将A、B分别接在待测电阻的两端，读出电流计的电流值I′，由于电流值与电阻值有一一对应的关系，只要将电流计表盘上的电流值换成对应的电阻值，便成了“欧姆表”的表盘。当接入一电阻值为15W的电阻时，求：

（1）此时的电流值，并在表盘上画出它的大致位置；
（2）试用公式推导分析该表盘电阻值由小到大的方向；

(6分)为了保障学生乘车安全，某校投入使用的新型安全校车（如图所示）．求：

（1）在寒冷的冬天，若一辆重为2X10⁴ N的校车在一段水平平直路面是匀速行驶3600m，共用了5min，校车受到的牵引力是4500N，求此过程中牵引力所做的功和功率各是多大? 此过程中重力做功的功率是多大？
（2）若行驶3600m的同时打开车内的供暖设备，放出了6.34×10⁶J的热量，这段时间内完全燃烧1.4kg的汽油（汽油的热值是4.6×10⁷J/kg），则校车在这段时间内的能量转化的效率是多少？

小明自己设计并动手将房间里的窗帘改成电动窗帘。为此他购置了微型电动机及减速装置、电源、双刀双掷开关、滑轮、皮带、拉绳等器材，对原有的窗帘盒进行改造。
1．如图22甲所示，小明在窗帘盒（上方的双虚线框）内安装了电动装置，电动装置通过拉绳拉着窗帘一起运动。改变通过微型电动机的电流方向，就可改变其转轴转动的方向，从而将窗帘打开或关闭。利用双刀双掷开关，可以实现电源对电动机供电电流方向的改变。请你在图22甲右侧的虚线框内，完成电源、双刀双掷开关和接线柱间的电路连接。
2．电动机的转速一般很高，需要安装减速装置，如图22乙所示。请说明减速装置的减速原理。
3．下表是所使用的微型电动机的部分数据。表格中，额定功率是“电动机在额定电压和额定电流下工作时的输出功率”，堵转电流是“在额定电压下，让电动机的转轴固定不动时的电流”。

请根据表中的有关数据计算：
（1）以额定功率运行时，该电动机的效率为多少？
（2）电动机的额外功率主要由热损耗和机械损耗造成，请分别求出以额定功率运行时，该电动机的热损耗功率和机械损耗功率？
（3）在图22甲中，减速装置、飞轮、皮带、滑轮、拉绳共同构成了传动装置。已知每半边的窗帘滑轨长度为1.5m，要求自动窗帘能够在6s内从完全关闭到完全打开。
拉动半边窗帘时，挂钩和滑轨间的平均摩擦力为2N。则安装电动窗帘时，对传动装置的机械效率有何要求？

在图中所示的电路中，电源电压为18伏，定值电阻R₁的阻值为12欧，闭合电键S，电流表的示数为0.5安。电流表、电压表的表盘如图22（a）、（b）所示。求：
① 电阻R₁两端的电压；     ② 电阻R₂消耗的电功率；
③ 现有两个滑动变阻器，A：“50欧 2安”和 B：“150欧 1安”，请选择其中一个替换定值电阻R₁或R₂。 要求：选择适当的量程，闭合电键后，移动变阻器的滑片，在保证各元件都能正常工作的情况下，使电流表和电压表V₁都能达到各自的最大值，且使电压表V₂的变化量最大。
第一，为满足上述要求，应选用滑动变阻器__________（选填“A”或“B”）替换定值电阻___________________（选填“R₁”或“R₂”）。
第二，算出电路中电压表V₂的最大变化量 △U₂。

图1为小明家的电饼铛（cheng），主要用于食品的烤烙和烹制。它采用双控电路，额定电压为220V，上、下盘同时加热时额定功率为1000W，工作的简化电路如图2，S为总开关，S1和S2为两个温控开关，和为上、下两盘的加热电阻，。

（1）正常工作时，消耗的电功率是     W。
（2）正常工作时，通过的电流是多少？（计算结果保留一位小数）
（3）小明妈妈总感觉做晚饭时烙熟一个饼所用时间比在其他时段要长。小明决定用家中的电能表和手表测量做晚饭时电饼铛的实际功率，于是，他关闭家中其他用电器，让电饼铛单独工作5min，电能表转盘转过了225r。（注；该电能表标有“3000r/kW·h”，表示电路中每消耗1kW·h的电能，电能表的转盘转3000r）。
①电饼铛的实际功率是多大？
②烙熟一个饼所用时间变长的原因是：                                   。

小明做“测滑轮组机械效率”实验时，用图中所示的滑轮，组装成滑轮组，请在图中画出使用该滑轮组时最省力的绕法。用此滑轮组将重为3.6N的物体匀速提起时，拉力的功率为0.36W，滑轮组的机械效率为75%。（忽略摩擦及绳重）求：（1）绳子自由端移动的速度和动滑轮的总重。（2）若用此滑轮组提起小于3.6N的重物时，其机械效率将如何改变？说明理由。

如图所示，已知小灯泡L₁的额定电压为2V，L₂的额定电压为6V，电源电压保持不变。当开关S₁和S₄闭合，S₂和S₃断开时，电压表示数为5V，L₁实际消耗的功率为其额定功率的；当开关S₁和S₂闭合，S₃和S₄断开时，电压表的示数为3V；当开关S₁和S₃闭合，S₂和S₄断开时，电流表的示数为0.5A。设温度对电阻的影响可以不计，求L₂的额定功率为多少？当S₁、S₂、S₄均闭合，S₃断开时，1min内电流产生的热量为多少？

底面积为400cm²的圆柱形容器内装有适量的水，将其竖直放在水平桌面上，把边长为10cm的正方体木块A放入水后，再在木块A的上方放一物体B，物体B恰好没入水中，如图所示．已知物体B的密度为6×10³kg/m³．质量为0.6kg． 　　

求：（1）物体B的体积；
（2）木块A的密度；
（3）若将B放入水中，如图（b）所示，请分析出液面的变化情况；
（4）并求此时水对容器底部压强的变化值．

武汉等地生产的混合动力汽车将服务北京奥运。混合动力汽车启动时，内燃机并不工作，蓄电池通过某种方式向车轮输送能量；当需要高速行驶或蓄电池储存电能过低时，内燃机启动，既可以向车轮输送能量，也可以同时给蓄电池充电；当车辆需要全力加速时，内燃机和蓄电池还可以同时向车轮输送能量。
（1）根据以上描述，请你说出一种混合动力汽车不同于普通汽车的优点。_______________________________________________________
（2）下表是某台混合动力汽车所用的镍氢蓄电池组的部分参数（其中容量即为电荷量），试求该蓄电池组最多可储存多少电能。

电压/v	300
功率/w	30
容量/Ah	100
质量/kg	320

（3）测试人员驾驶该车在平直公路上匀速行驶0.5h，观察仪表盘，发现这段时间内汽车内燃机消耗燃油 4.475kg，车速为50km/h，蓄电池组储存的电能由最大值的60%增加到80%。从汽车使用技术手册中，测试人员发现该车使用的燃油的热值为4.0×10⁷J/kg，汽车行驶时所受阻力f和车速v的关系如下图所示。试计算该汽车内燃机的效率（不计内燃机外机械传动及充电过程中的能量损失）。