初中物理能量综合题

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？

如图1所示，某打捞船打捞水中重物， $A$ 是重为 $600N$ 的动滑轮， $B$ 是定滑轮， $C$ 是卷扬机，卷杨机拉动钢丝绳通过滑轮组 $\mathit{AB}$ 竖直提升水中的重物，如图2所示，体积为 $0.3m^3$ 的重物浸没在水中，此时钢丝绳的拉力 $F$ 的大小为 $1.0\times {10}^{3}N$ ，摩擦、钢丝绳重、重物表面沾水的质量及水对重物的阻力均忽略不计， ${\rho }_{水}=1.0\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$ ， $g=10N/\mathit{kg}$ 。问：

（1）当重物底部位于水面下 $5m$ 深处时，水对重物底部的压强是 　　 $\mathit{Pa}$ ；

（2）重物浸没在水中时受到三个力，其中浮力大小为 　　 $N$ ，重力大小为 　　 $N$ ；

（3）当重物逐渐露出水面的过程中，重物浸入水中的体积不断减小，打捞船浸入水中的体积不断变 　　；重物全部露出水面和浸没时相比，打捞船浸入水中的体积变化了 　　 $m^3$ ；

（4）重物全部露出水面后匀速上升了 $1m$ ，钢丝绳末端移动了 　　 $m$ 。此过程中滑轮组的机械效率是多少？

图1是小亮家某品牌小厨宝（小体积快速电热水器）。某次正常加热工作中，其内胆装有 $5L$ 的水，胆内水的温度随时间变化的图像如图2所示。已知小厨宝正常工作时的电压为 $220V$ ，额定功率为 $2200W$ ，水的比热容为 $c_{水}=4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{\circ }\text{C}}\right)$ 。问：

（1）该小厨宝内胆装有水的质量为 　　 $\mathit{kg}$ ；

（2）由图象可知，加热 $5\mathit{min}$ ，水温升高了 　　 ${}^{°}\text{C}$ ，吸收的热量为 　　 $J$ ；

（3）本次加热小厨宝消耗了 　　 $J$ 的电能，该小厨宝的发热电阻阻值为多少？

用如图甲所示的电路测量定值电阻R _x的阻值。

（1）请用笔画线代替导线将图甲中的实物连接完整（要求滑片P向左移动的过程中电流表示数变小）；

（2）正确连接电路后，闭合开关之前，应将滑动变阻器的滑片P置于 　 　（选填"A"或"B"）端；

（3）实验时，闭合开关，发现电流表和电压表示数都为0。用一根导线在图甲中先后连接接线柱G与F、F与E时，电压表和电流表示数仍为0，连接接线柱E与D时。电压表和电流表指针明显偏转，则电路的故障是 　 　；

（4）排除故障后继续实验，当电压表示数为2V时，电流表示数如图乙所示，则定值电阻R _x＝ 　 　Ω。

（5）如果没有电压表，电源电压未知，可以用最大阻值为R ₀的滑动变阻器和如图丙所示电路，来测量电阻R _x的阻值。闭合开关后，滑动变阻器滑片在最左端时，电流表示数为I ₁，滑动变阻器滑片在最右端时，电流表示数为I ₂，则电阻R _x＝ 　 　。（用题中所给物理量的符号表示）

在医院住院部，病人需要护理时，闭合床头开关，就能及时通知值班室里的护士。这个呼叫电路应该怎么设计呢？实验小组进行了模拟设计。

（1）设计呼叫电路时，下列因素中，不需要考虑的是 　　 $.$

A．	$A.$ 护士工作很忙，要用多种信号提醒
B．	$B.$ 能够确定呼叫发出的位置
C．	$C.$ 呼叫信号强弱合适
D．	$D.$ 值班室是否有护士值班

（2）小李同学以一个病房只有一张病床为例，设计了如图1所示的电路。该电路能不能达到呼叫目的？答： 　　。

（3）当一个病房有三张病床时，小杨同学设计的电路如图2所示，小张同学设计的电路如图3所示。对比这两个电路，图3电路的优点是 　　 $.$

（4）关于图3所示呼叫电路的器材选择，下列说法中，不合理的是 　　。

A．	$A.$ 电源能长时间稳定供电
B．	$B.$ 指示灯选用 $15W$ 的节能灯
C．	$C.$ 电铃额定功率不宜太大
D．	$D.$ 病房开关必须安全且使用方便

（5）进一步讨论发现，图3所示的呼叫电路还不够完善，应该继续改进。

暑假期间，小明和家人自驾去秦始皇兵马俑博物馆参观。

（1）全家人上车后，汽车对水平地面的压强比空载时 　　。

（2）若该车在某段水平路面上匀速行驶 $10\mathit{min}$，牵引力做功 $4.8\times {10}^{7}J$，此过程中牵引力的功率是多大？

（3）到达目的地，他们将车停放在露天停车场后进入博物馆参观。参观完毕准备返回时，打开车门发现车内温度特别高，无法立刻进入。回家后小明想探究太阳暴晒对车内空气温度的影响，他回想起曾经看过的一档科普电视节目做过的实验，实验测得太阳暴晒下， $3~5\mathit{min}$车内温度就能达到 $40~{50}^{°}\text{C}$。通过回看该节目，他获取了一组有关太阳辐射和小汽车的数据：夏天正午时，某城市地表上每秒每平方米获得的太阳辐射能量约 $500J$，其中能使物体吸热升温的主要是红外辐射，其能量约占太阳辐射能量的一半，小汽车的有效吸热面积约为 $8m^2$，车内空气体积约为 $2m^3$，车内空气吸热效率约为 $50\%$。

①小明根据节目所给数据，计算出了理论上一定时间内车内空气升高的温度，并通过查阅资料了解到车内空气升温受车辆散热、空气流通等诸多因素影响，综合分析得出节目实测结果是可信的。请你写出理论上 $1\mathit{min}$车内空气升高温度的计算过程 $[{\rho }_{\mathit{空气}}=1.3\mathit{kg}/m^3$， $c_{\mathit{空气}}=1.0\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{\circ }\text{C}}\right)$，结果保留一位小数 $]$。

②若汽车不可避免地在太阳暴晒下停放较长时间，请你写出一条缓解车内气温快速上升的措施：　　。

某型号煎烤机有上下两个加热盘，由两个开关控制其工作状态。 $R_1$ 为下盘电热丝， $R_2$ 为上盘电热丝，两电热丝阻值相等，煎烤机的最大额定功率为 $2200W$ 。如图为煎烤机的内部简化电路图（不考虑温度对电热丝阻值的影响）。

（1）按照安全用电的要求，将 $a$ 、 $b$ 两点接入家庭电路，完成连线。

（2）煎烤机正常工作时电路中的最大电流是多少？以最大额定功率工作时， $1\mathit{min}$ 消耗多少电能？

（3）电热丝 $R_1$ 的阻值是多大？

电给我们的生活带来了极大的便利，但不正确用电也会带来很大的危害。所以，一定要学会安全用电，让电更好地为我们服务。如图所示的家庭电路中，如果同时使用的用电器总功率过大，可能会引发火灾。请你用所学过的电学知识来解释原因。

随着生产和技术的发展，人们已经开始将太阳能转化为其它形式的能加以利用。目前直接利用太阳能的方式有两种，一种是用吸光性好的材料制成太阳能集热器，实现给水或其它介质加热；另一种是利用半导体材料制成太阳能电池，这种电池目前已用于人造地球卫星、太阳能汽车等。

太阳能作为一种新能源，具有来源丰富、不需运输、不会对环境造成污染等优点。但由于能量比较分散且受季节、气候和昼夜变化的影响很大，又给大规模利用太阳能带来新的技术课题。

如图是试验中的无人驾驶太阳能汽车，利用太阳能电池提供能源。

（1）太阳能电池工作时，是将太阳能转化为 　    　。

（2）技术人员可以通过 　    　远程操控汽车（选填"超声波"、"次声波"或"电磁波"）。

（3）太阳能属于 　    　能源（选填"可再生"或"不可再生"）。

（4）太阳能汽车的外形做成流线型，上表面弯曲，下表面比较平。汽车高速行驶时对地面的压力 　    　汽车静止时对地面的压力（选填"大于"、"等于"或"小于"）。

（5）请你说出太阳能的一条优点： 　    　。

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？

电动清扫车以其环保、高效等优点，在创建卫生城市中大显身手。如图为一电动清扫车正在工作时的情景。

（1）电动清扫车的主要部件是电动机，其工作原理是 　              　；清扫过程中，驾驶员相对于清扫车是 　              　（选填"静止"或"运动"）的。

（2）清扫车停在水平路面上，总质量为800kg，清扫刷与路面不接触，轮胎与路面总接触面积为0.04m ²，车对路面的压强为多少？g取10N/kg。

（3）清扫车完成任务后，在平直道路上以5m/s的速度匀速直线行驶，经10min到达垃圾处理站，行驶过程中车所受阻力大小恒为400N，则牵引力做的功为多少？

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）

小明利用图1所示的电路来探究串联电路的部分特点，已知R ₁＝2Ω、R ₂＝4Ω、R ₃＝5Ω、R ₄＝10Ω，电源电压可调。

（1）请根据图1所示电路图用笔画线代替导线将图2所示实物图补充完整。（此时电源电压为3V）

（2）电路连接完成后，闭合开关S，发现电压表、电流表均无示数；小明又将电压表并联在R ₂两端，闭合开关S，发现电压表有示数、电流表无示数。则电路中一定存在的故障是 　 　（选填字母）。

A.R ₁处短路

B.R ₂处断路

C.电流表处短路

（3）排除故障后，继续实验，实验中，小明调节了电源电压，换用了规格不同的电阻，分别将电压表并联在AB、BC和AC两端，收集的数据如表。

		I/A	U AB/V	U BC/V	U AC/V
1	R 1与R 2串联	0.5	1	2	3
2	R 2与R 3串联	0.2	0.8	1	1.8
3	R 3与R 4串联	0.3	1.5	3	4.5
4	R 1与R 4串联		1	5	6

①表格中第4次实验空格处的数据为 　 　。

②探究串联电路中电压的关系时，分析表中数据可得其规律是 　 　。

③探究串联电路中电阻的关系时，分析表中数据可得其规律是 　 　。

④探究串联电路中电压与电阻关系时，分析表中数据可得其关系是 　 　。

【拓展】完成实验后，小红连接了如图3所示电路，已知R _x＞R ₁。调整电源电压，将电压表分别并联在AB、BC和AC两端，电压表指针三次偏转中，其中一次满偏，一次偏转的角度为满偏的三分之二。则所有符合上述情况的R _x的最大值与最小值之比是 　 　。

如图所示电路，电源电压保持不变，灯L标有"3V 0.6A"的字样，定值电阻R的阻值为10Ω。设灯丝电阻不变，求：

（1）灯丝电阻；

（2）当开关S ₁闭合、S ₂断开，电流表示数为0.2A时，灯L两端电压；

（3）当开关S ₁、S ₂均闭合时，定值电阻R消耗的电功率。

某科技小组的同学设计制作了一款自动控温烘干箱，箱内主要电路包括控制电路和工作电路，其原理图如图所示。控制电路电源电压为8V，R为变阻器，R_t为热敏电阻、R_t阻值与箱内气温关系如下表所示。工作电路电源电压为220V，R₀为电热丝，阻值恒为88Ω，M为电风扇，铭牌上标有“220V 20W”字样，其作用是使箱内空气均匀受热，红、绿指示灯用于分别指示电路加热、待机状态。当控制电路的电流达到0.025A时，衔铁被电磁铁吸住，工作电路处于待机状态，当控制电路电流减小到某值时，衔铁被释放，工作电路处于加热状态。

t/℃	30	40	50	60	70
Rt/Ω	305	245	200	170	150

（1）将控制电路中变阻器R的阻值调为120Ω时，箱内气温最高可达多少摄氏度？（电磁铁的线圈电阻不计）

（2）重新调节变阻器R，同时闭合开关S₁、S₂，箱内气温与时间关系如图乙所示，若电热丝R₀加热空气的效率为80%，衔铁每次被吸住的时长均为300s，箱内空气质量恒为2.2kg、比热容为1×10³J/（kg•℃）。求开关S₁、S₂闭合20min内，工作电路总共消耗的电能是多少焦耳？（控制电路、指示灯及电风扇M产生的电热均不计，指示灯消耗的电能不计）