初中物理能量综合题

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旋转活塞式内燃机
燃烧室内产生的高温高压燃气推动活塞旋转以产生动力的内燃机. 是由德国工程师汪克尔研制成功的一种新型内燃机.它的外形如图甲、内部主要结构如图乙.圆形汽缸内的三角形转子（即活塞）将汽缸分为三个工作室（汽缸）.跟活塞往复式内燃机一样一个工作循环有四个工作过程.

吸气过程：如图丙，转子为顺时针方向旋转，当扫气条扫过进气口之前，随着转子的运动，工作室的容积会越来越大，使汽缸内气压变小，汽缸进气，当扫气条扫过进气口以后，进气停止；压缩冲程:随着转子的继续运动，汽缸内的体积会越来越小，气体被压缩，此时火花塞点火；加热过程：当汽缸容积小到接近临界值时，火花塞点火，引燃缸内混合气体，气体急速膨胀，推动转子继续顺时针方向转动，随后汽缸容积变大，当扫气条运动到排气口时，做功完成；扫气条扫过排气口以后，排气口与汽缸相通，此时开始排气冲程，转子仍然顺时针方向运动，汽缸容积变小，将缸内废气排出.该工作室完成一个完整的循环过程.图中虽只列出了一个工作室的工作过程，实际上在转子转动一周的过程中，三个工作室均完成了一个工作循环.就意味着输出轴每转动一周，对外要做功三次.由于摆脱了活塞的往复运动，直接把燃烧产生的内能转换成了旋转能量.省去了曲轴连杆机构，使内燃机结构紧凑、轻巧、功率大、运行平稳，有利于高速化.

（1）旋转活塞式内燃机是通过              方式改变内能；
（2）如图丁,汽缸内a、b、c三个工作室分别处于不同的工作过程,分别是(   )

A．吸气、压缩、做功	B．吸气、压缩、排气
C．压缩、做功、排气	D．吸气、做功、排气

（3）如果一台旋转活塞式内燃机的转速为9000转/分，1秒内对外做功           次；
（4）与传统的活塞往复式内燃机相比，旋转活塞式内燃机的转速较        （快/慢）；
（5）活塞式内燃机是提供动力的机械，实际启动时       (需要/不需要)外力.

如图1，天宫一号绕地球运动一圈约1.5小时，宇航员在天宫一号做实验．

（1）如图2，用软绳将小球系在铁架台上，小球不动，下列说法唯一正确的是______．
a．小球质量比在地面时小  
b．以地球为参照物，小球是静止的
c．绳对小球没有力的作用，小球不受任何力作用
d．小球绕地球运动的方向不断改变，所以小球一定受到力的作用
（2）如图3，王亚平仅轻轻碰了一下悬空的聂海胜，聂海胜由于______会在舱内继续前进．

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          。

水在热电厂的锅炉中变为水蒸气，通过涡轮机带动发电机发电，用过的水蒸气在液化器中凝结成水，再到锅炉，循环使用．液化器中的冷却水则流到冷却塔中降温，如图.
（1）下列现象中与液化器中凝结成水的物态变化过程不相同的是 （    ）
A．初春早晨的浓雾
B．夏天早晨花草上的露珠
C．深秋早晨树叶上的白霜
D．冬天跑步时呼出的“白气”
（2）夏天，来自冷却塔的水温为16°C，而回到冷却塔的水温为30°C．若冷却塔和液化器间水的流量为15m³/s，试求这个系统通过冷却塔散热的功率．
（3）如果发电机的发电功率为5.6×10⁵kW，发电机把机械能转化为电能的效率为80%，不计水蒸气通过涡轮机过程中由于热传递造成的能量损失及涡轮机的摩擦，试求水蒸气的能量转化为电能的效率．

如图所示，是著名设计师杨明洁先生操刀的 508 E-BIKE 智能电动单车。车身质量为25.7kg，后轮车架部分安装了250W中心曲柄结构电力发动装置，内置36V锂电池。前轮内置有发电花鼓，电动单车在骑行时可支持车灯照明、导航设备、扬声器、手机充电等功能。可GPS导航，内置传感器，可同步到手机APP，实现防盗、定位、报警以及健康等多项功能。请你结合文字介绍及图片信息指出与它有关的结构或使用所涉及的物理知识(不得与示例重复)
示例：

物理现象：智能电动单车把手上刻有凹凸不平的花纹；
物理知识：通过增大接触面的粗糙程度来增大摩擦力。
物理现象：                                      ；
物理知识：                                      。

如图所示，2015年3月31日，无需一滴燃料的世界最大太阳能飞机“阳光动力”2号降落在重庆江北国际机场，并于当天在重庆巴蜀中学开启中国首个地面科普活动。“阳光动力”2号机翼呈流线型，翼展长达72米，上面安装有17248块超薄、高效太阳能电池板，它们能在白天吸收能量。此外，飞机上还载有633块超轻薄的锂电池，白天，飞机“汲取”太阳能并储存足够多的能量，到了晚上，依靠储存在电池里的多余电能持续飞行。虽然“阳光动力”2号体积庞大，堪比波音747客机，但由于机身和机翼均采用极轻的碳纤维材料，其总重仅为2.3吨，与一辆家用汽车相当，其最大飞行高度可达8500m，最高时速为140km/h。请参照示例写出一个“阳光动力”2号所涉及的物理信息和对应的物理知识（不得与示例重复）。

例：物理信息：“阳光动力”2号降落在江北国际机场
物理知识：降落过程中机械能减小
作答：物理信息：____________________________________
物理知识：____________________________________

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海水的利用
地球表面的70%以上是海洋，开发利用海洋有广阔的前景。
潮汐是一种海平面周期性变化现象，海平面每昼夜有两次涨落。人们在靠近海的河口或海湾深处建大坝，在大坝中间装上水轮发电机组。涨潮时，海水通过大坝流进河口，带动水轮发电机发电；退潮时，海水又流回海洋，从相反方向带动水轮发电机发电。法国的郎斯潮汐电站年发电量达5×10⁸ kW·h。
海水淡化和海水直接用于工业冷却用水的相关设备、管道防腐等技术已比较成熟。部分沿海国家许多工业冷却水来自于海水。
（1）潮汐发电是将_________能转化为电能；发电机是应用_________现象制成的。
（2）1吨煤燃烧后可发电2.5×10³ kW·h，郎斯电站每年的发电量可节约_________吨煤。
（3）海水淡化是利用海水先________再________来获得淡水的。（填物态变化的名称）
（4）海水用来作工业冷却用水主要是利用了水的_________大的特性。

能源问题是现代社会发展的三大基本要素之一，请回答以下问题：
（1）能源家族中：①柴薪、②煤炭、③石油、④天然气、⑤水能、⑥风能、⑦太阳能、⑧地热能等，其中属于化石能源的有_________（填序号）；
（2）城区正在进行天然气工程，有人表示赞同，有人表示反对，小刚同学收集了如下两组有关数据：

	热值q／（J·m^－3）	当地价格／（元·m^－3）	每户月平均用气量／m^3	更换灶具费用／元
煤气	约4×10^7	9	6	0
天然气	约8×10^7	15	3	70

①根据以上数据，在一标准大气压下将2.5 kg，20℃水烧开，水要吸收的热量为_______，如使用煤气，则需要_______m³，价格为______元；如使用天然气．则需要________m³，价格为_______元。[水的比热容为]
②现请你决策：_________（填“A”或“B”）
A．继续使用煤气       B．更换使用天然气
简单说明你作出这样决策的理由是____________________________________。

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电热膜
电热膜是一种通电后能发热的新型电热器件，由可导电的特制油墨、金属载流条经加工、热压在聚酯薄膜间制成，如图甲所示．电热膜加热系统由电源、温控器、连接件、绝缘层、电热膜及饰面层构成．电源经导线连通电热膜,将电能转化为热能．将这种电热膜安装在房间地板下的地面上，热能就会源源不断地均匀传递到房间的每一个角落．
电热膜通电工作时没有发红、炽热现象产生，主要以辐射的方式散发热量，给人们的感觉像在露天阳光下一样温暖舒适，没有传统供暖系统所产生的干燥和闷热的感觉．100%的电能输入被有效地转换成了超过66%的远红外辐射能和33%的对流热能．电热膜表面工作温度在40℃左右，远远低于其老化温度，因此电热膜的寿命与建筑是同步的．
电热膜内部结构如图乙所示．经过特殊工艺加工形成的一条条薄的导电墨线两端与金属导线相连，形成网状结构．

在制造电热膜时，会出现不同区域导电墨线厚度不均匀的现象，厚的导电墨线电阻小．导电墨线电阻随温度变化的关系如图丙所示，这种温度特性的优点是，它不会因厚度不均匀而出现严重发热不均、局部过热的现象，这是电热丝所不具备的，它保证了电热膜各处的温度均匀．
市售电热膜的额定电压为220V，按功率分一般有两种规格：220瓦每平米、400瓦每平米．220瓦电热膜属于低温电热膜，主要应用于地暖行业；400瓦电热膜属于高温电热膜，主要用于除地暖以外的方面，温度最高可以达到70-80℃，用于印刷烘干，药物烘干等．
（1）电热膜工作时，各条导电墨线是采用   方式连入电路的；
（2）下列关于电热膜的说法中，错误的是   
A.电热膜是利用电流的热效应工作的
B.电热膜温度升高时发热功率会自动减小
C.聚酯薄膜是一种导电材料
D.电热膜的电热转换率比电热丝高
（3）某根石墨线的局部导电材料脱落，如左下图中A部分，这根墨线工作时的电功率   ；
A．变大         B．变小      C．不变         D．以上三种情况均有可能
（4）如下图，请用笔画线代替导线，将两块铺设好的电热膜（黑色加粗处为接线柱）与温控器、电源连接起来（笔画线不允许交叉）；

（5）某家庭装修时考虑用电热膜为房间进行取暖，若铺设面积为15m²，则通电正常工作2小时消耗的电能为   k·Wh．

新华网重庆3月31日电，3月31日1时35分，从缅甸曼德勒起飞的全球最大太阳能飞机“阳光动力2号”，在飞越群山，历经约20小时30分航行1500公里后，犹如一只巨大的风筝，安静地降落在重庆江北国际机场。
“阳光动力2号”是瑞士设计的一款能够在不添加任何燃料、不排放任何污染物的情况下昼夜飞行的飞机，机身使用的碳纤维蜂窝夹层材料，每立方米质量仅25克，机翼有72米，质量仅有2300千克，和一辆小汽车相当。机翼上装载的17248块太阳能电池板为飞机提供了持续的可再生能源。这些电池板每块仅厚135μm，相当于人类的一根头发丝。从上述可知:
（1）太阳能电池板的作用是将          能转化为电能。
（2）135μm=       m.
（3）“阳光动力2号”从曼德勒飞到重庆的平均速度     km/h。
（4）在飞行过程中，以            为参照物飞行员是运动的。
（5）机翼制成图乙所示的形状，使得飞机在飞行时，机翼上方气流比下方气流的流速大，所以下方空气的压强            上方空气的压强（选填“大于”、“等于”或“小于”）。
（6）飞机与地面之间的信息传播是通过                波来实现实，这种波在空气中的传播速度大约是                m/s。

（1）还记得植物大战僵尸中的太阳花吗，现实中已经有人做出来了。如图所示，是一种在阳光下能不断摇摆的塑料小花。花盆表面的太阳能电板在光照下，产生电流驱动电动机，使小花左右摆动。该小花摆动过程中发生了哪些能量转化？需要具体说明在哪里发生了什么能量转化，至少要写出四种哦。

	部位	能量转化
1
2
3
4

（2）打开手电筒开关后，发现小灯泡并不发光，请你参照示例猜测两种可能使小灯泡不发光的原因，并简约写出验证你猜测的方法。
示例：原因：可能电池用久了；验证方法：换上新电池。
①原因：_________________；验证方法：__________    ____。
②原因：_________  _____；验证方法：__________________。

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。

随着宜昌现代化学校创建工作的深入开展，全市各中小学教学多媒体硬件运用越来越多，某校共有15个教室，每个教室配有40W的照明灯10盏，300W的投影仪一台，100W的教学扩音系统一套，300W的电脑一台，（该校的供电电压为220V）
⑴学生在操场上进行半小时的大课间体育活动时，若教室内的这些用电器没有关闭，那么这半小时该校会浪费多少度电？
⑵随着这些硬件的装配，需要对学校供电线路进行改造，下表是各种橡胶绝缘铜芯线在常温下的安全载流量（长时间通电时的最大安全电流） ，从安全角度考虑，该校应选择哪种导线作为干路导线？请通过计算后说明。

⑶该校电路中的保险装置采用空气开关（如图甲），空气开关内有电磁铁和两个触点，制作触点的材料分别有铜或银，电路正常工作时两触点是连接在一起的，当电流过大时电磁铁将两个触点分开，切断电路（如图乙）。从空气开关的使用寿命和安全角度考虑，应选择触点用_________（选填“银”或“铜”）材料制作的空气开关，原因是_________（同样条件下，银的电阻比铜的电阻小）。

目前随着城市建筑越来越高，楼内都安装了电梯，方便居民出入，某楼梯的电梯的相关参数如下表，为了安全，电梯都设置了超载自动报警系统，其工作原理如图所示：


⑴由图可知，当电梯所载人数增多时， 压敏电阻R₂所受的压力增大，阻值减小，则控制电路的电流增大，从而使电磁铁的磁性_________（选填“增强”或“减弱”），当电梯超载时，触点K与触点________（选填“A”或“B”）接触，电铃发出报警铃声。
⑵电梯在使用过程中，若控制电路中的R₁被短接，则该超载自动报警系统会出现什么异常？________________________________________________________________
⑶某开发商称：此电梯是快速电梯，它能在10s内将10个成年人从1层匀速升高到14层，若每个人的体重约为600N，每层楼高3m，电梯上升时需要克服摩擦及系统自重共计2000N，请你通过计算说明开发商的话是否可信？

生活中处处有物理．我们可以利用矿泉水瓶做小实验来说明一些物理知识：
(1)双手挤压空矿泉水瓶可以使瓶子变形，如果施加的力增大，瓶子变形程度就加大，这表明力的作用效果跟         有关；
(2)手握空矿泉水瓶并对准瓶口吹气时发出“嗡嗡”的响声同时感到瓶子微微的颤动，这表明____   ；
(3)往空矿泉水瓶内注入少量的热水，摇晃后倒掉并立即盖紧瓶盖，过一会儿发现瓶子慢慢向内凹陷，这表明了____       ______的存在；(4)将空矿泉水瓶放倒在水平桌面上，用力向它的侧面吹气它会滚动，但用同样的力向它的底部吹气它却不容易滑动，（如图）这表明____________           ____．