初中物理能量综合题

把一棱长为 $10\mathit{cm}$，质量为 $8\mathit{kg}$的正方体实心金属块，放入水平放置装水的平底圆柱形容器中。如图甲所示，金属块下沉后静止在容器底部（金属块与容器底部并未紧密接触），水的密度是 $1.0\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$， $g$取 $10N/\mathit{kg}$。求：

（1）金属块的密度；

（2）金属块受到的浮力；

（3）金属块对容器底部的压强；

（4）若用图乙所示的滑轮组，把金属块在水中匀速提升 $30\mathit{cm}$（金属块未露出水面，忽略水对物体的阻力），此过程滑轮组的机械效率为 $70\%$，那么绳子自由端的拉力 $F$大小是多少？

在探究“电流与电阻的关系”实验中，小硕选用如下器材：电压恒为 $5V$的电源阻值为 $5\Omega$、 $10\Omega$、 $20\Omega$的定值电阻，规格为“ $30\Omega 1A$”的滑动变阻器，电流表电压表，开关和若干导线

（1）如图甲所示为小硕连接的实验电路，闭合开关前发现电路中有一根导线连接错误，请在连接错误的导线上画“ $\times$”，并用笔画线代替导线将电路连接正确。

（2）改正错误后，用开关试触，发现电压表指针迅速摆到表盘最右端，电流表指针几乎未动。小硕分析可能是定值电阻发生了　    　故障。

（3）排除故障后，调节滑动变阻器的滑片，电压表示数如图乙所示，其示数为　   　 $V$．断开开关，保持滑动变阻器滑片位置不动，将 $5\Omega$电阻换成 $10\Omega$电阻，闭合开关，应将滑片向　      　（填“左”或“右”）移动，使电压表示数与第一次实验示数相同此时电流表示数应为　      　。

（4）在探究过程中，小硕发现，为了保持定值电阻两端电压不变，只要滑动变阻器连入电路阻值与电路中定值电阻阻值之比为　     　即可。

（5）多次实验后，根据数据可以得出结论：电压一定时，通过导体的电流与导体的电阻成　       　。

（6）小硕利用如图丙所示电路测量额定电流为 $0.2A$小灯泡的额定功率，已知定值电阻 $R_0$的阻值为 $10\Omega$，电源电压未知且大于小灯泡的额定电压。

①开关 $S_1$接 $b$， $S_2$接 $d$，电流表示数为 $0.6A$，则电源电压为　     　 $V$。

②开关 $S_1$接 $a$， $S_2$接 $c$，调节滑动变阻器的滑片，使电流表示数为　      　 $A$，此时小灯泡正常发光。

③开关 $S_1$接 $b$， $S_2$接 $c$，使滑动变阻器的滑片　     　（填“移到上端”、“保持不动”或“移到下端”），电流表示数为 $0.3A$。

④小灯泡额定功率 $P_{额}=$　    　 $W$。

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）

小明在做测量滑轮组的机械效率的实验中，用同一滑轮组进行了3次实验，如图所示，实验数据记录如表。

次数	钩码重 $/N$	购码上升距离 $/\mathit{cm}$	弹簧测力计示数 $/N$	弹簧测力计上升距离 $/\mathit{cm}$	机械效率
1	2	10	0.8	30	$83.8\%$
2	4	10	1.5	30	？
3	6	10	？	30	$90.9\%$

（1）第2次实验中滑轮组的机械效率为　         　（结果保留一位小数）。

（2）如图丙所示，第3次实验中弹簧测力计的示数为　         　 $N$。

（3）分析表格中的数据得出结论同一滑轮组，　             　。

（4）在第2次实验时，如果拉力方向与竖直方向有一定夹角，那么所测得的滑轮组的机械效率将会　           　（填“变大”、“变小”或“不变”）。

小明同学为了比较不同物质的吸热情况，在两个相同的烧杯中分别装有质量相同的牛奶、豆浆，用相同的酒精灯和相同的温度计同时进行了如图所示的实验。

（1）本实验中，通过比较　       　的多少来反映物质吸收热量的多少。

（2）本实验中，使牛奶、豆浆　       　的温度，比较吸收热量多少。分析表格数据可知，牛奶吸收的热量　      　（填“大于”“小于”或“等于”）豆浆吸收的热量，这表明　        　的吸热能力强。

（3）为了比较不同物质的吸热能力，物理学中引入　      　来表示不同物质在这种性质上的差异。

名称	质量 $/g$	温度升高 ${10}^{°}\text{C}$加热时间 $/s$	温度升高 ${20}^{°}\text{C}$加热时间 $/s$	温度升高 ${30}^{°}\text{C}$加热时间 $/s$
牛奶	350	260	520	650
豆浆	350	220	330	550

某同学在探究“并联电路中干路电流与各支路电流的关系”的实验中，所用的实验器材有两节干电池串联组成的电池组，电流表（量程分别为 $0~0.6A$、 $0~3A)$和开关各一个，定值电阻三个（阻值分别为 $5\Omega .10\Omega .15\Omega )$，导线若干。

（1）该同学选用两个电阻连接并联电路，在连接电流表时需要选择电流表的量程，请简单描述如何进行实验操作，如何选择量程。

（2）某次实验中，所用的两个电阻阻值分别为 $10\Omega$和 $15\Omega$，未连接完整的电路如图所示，请将电路连接完整（要求：电流表测量 $10\Omega$电阻所在支路的电流）。

（3）该同学继续进行实验，记录的实验数据如表。

$10\Omega$电阻所在支路的电流 $I_1/A$	$15\Omega$电阻所在支路的电流 $I_2/A$	干路电流 $I/A$
0.28	0.18	0.46

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

（4）为了验证该探究结论是否具有普遍性，该同学使用 $5\Omega$电阻分别与 $10\Omega$， $15\Omega$电阻组成并联电路，重复上述实验，比较　      　（填“测量的数据”或“得出的结论”）是否一致。

某实验小组猜想水吸收的热量与水的质量和升高的温度有关，在探究“水吸收的热量与水的质量是否有关”的实验中，所用的实验器材有托盘天平、秒表各一个，相同规格的电加热器、温度计、烧杯和铁架台各三个，足量的水。

（1）请设计记录实验数据的表格，表中要有必要的信息涉及的物理量用字母表示即可。

（2）实验台上三个温度计的示数均相等如图所示，示数为　     　 ${}^{°}\text{C}$。

（3）制订好实验计划后，小组内同学按自己的预设，使用相同的实验器材先后实验，进行实验和收集证据后发现：甲、乙两位同学预设的水的质量和升高的温度都相同，只是甲同学实验的水温从 ${30}^{°}\text{C}$升高到 ${40}^{°}\text{C}$，乙同学实验的水温从 ${40}^{°}\text{C}$升高到 ${50}^{°}\text{C}$，但乙同学所用加热时间总是比甲同学多。他们分析后认为，乙同学在加热过程中，水散失的热量比较多。请说出他们做出该分析的两点理由：

①　                   　；②　                 　。

阅读下列短文，回答问题。

热敏电阻温度计

热敏电阻是用半导体材料制成的电阻，其阻值随温度的变化而变化，如图甲所示为某型号热敏电阻的实物图，阻值随温度升高而变小的，称为负温度系数热敏电阻：阻值随温度升高而变大的，称为正温度系数热敏电阻，利用热敏电阻的特性做成的温度计，叫做热敏电阻温度计。

如图乙所示为热敏电阻 $R_1$ 的阻值随温度 $t$ 变化的图象（为方便计算，已将图线作了近似处理）。图丙是用 $R_1$ 做测温探头的某热敏电阻温度计的电路图，其中电源电压可在 $0.60V~1.20V$ 之间调节， $R_2$ 为定值电阻，阻值为 $100\Omega$ ．该电路工作原理是：当保持通过 $R_1$ 的电流不变时， $R_1$ 两端的电压随电阻均匀变化（即随温度均匀变化），故只需将电压表 $V_1$ 表盘的刻度改成相应的温度刻度，就可以直接从 $V_1$ 表盘上读出温度值。测量时，将 $R_1$ 放入待测温度处，闭合开关，调节电源电压，使 $V_2$ 表的示数保持 $0.20V$ 不变（即电路中的电流保持 $2\mathit{mA}$ 不变），再从 $V_1$ 表盘上读出待测温度 $t$ 。

（1）热敏电阻 $R_1$ 是 　 　（选填"正"或"负" $)$ 温度系数热敏电阻。在标准大气压下，将 $R_1$ 放入冰水混合物中时， $R_1$ 的阻值是 　　 $\Omega$ 。

（2）测温时，保持 $R_2$ 两端电压为 $0.20V$ ， $R_1$ 两端的电压随温度升高而 　　（选填"变大""变小"或"不变" $)$ 。

（3）某次测温时， $V_1$ 表盘上显示的温度是 ${20}^{°}\text{C}$ ，此时电源电压为 　　 $V$ 。

（4）该热敏电阻温度计测量温度的范围为 　　 ${}^{°}\text{C}$ 。

小明家的台灯是通过电位器来调节亮度的。他猜想：台灯变亮时电位器消耗电能的功率会变小，为此他设计了甲所示的电路进行探究。已知电源电压为 $4V$ 并保持不变，电压表 $(0-3V)2$ 个，电流表 $(0-0.6A)$ ，滑动变阻器规格为" $20\Omega 1A$ "，小灯泡 $L$ 标有" $2.5V1.25W$ "字样（忽略温度对灯丝电阻的影响）。

（1）电路中 $a$ 是 　   表， $b$ 是 　　表，

（2）实验中，小灯泡正常发光时电流表的示数为 　　 $A$ 。

（3）根据实验数据，绘制出滑动变阻器的电功率 $P_R$ 与小灯泡的电功率 $P_L$ 的关系如图乙所示。由图可知：小灯泡的电功率（亮度）变大时，滑动变阻器的电功率 　　。

（4）假设实验所用的小灯泡能承受的最大电压可以高出其额定电压的 $\frac{1}{4}$ ，在确保电路中各元件安全的情况下，移动滑动变阻器的滑片，小灯泡的电功率变化范围是从 　　 $W$ 至 　　 $W$ 。

爱动脑筋的小华对如图甲所示的钟进行了如下探究；

（1）当要设定响铃时间时，先将闹铃开关闭合，再将定时指针调到指定时间，只有当时针转至与定时指针重叠时，定时开关也闭合，此时电动机工作，带动铃锤敲击铃碗，铃才能发声。下列图乙中A、B、C三个电路图，能满足上述要求的是　     　；

（2）图丙是闹铃的结构示意图。其中凸轮是一种具有凸起的呈曲面状的零件，弹性金属片上端连接铃锤，下端固定在∩形塑料架的顶端。如图丁所示，目前凸轮安装在N位置，为了达到不同的响度效果，凸轮的转轴还可以调换到M、P两个不同的位置。

图戊是凸轮转动一周过程中四个位置的工作示意图。电动机工作带动凸轮连续转动，凸轮反复交替推动∩形架的A、B两柱，使得∩形架绕O轴左右摆动，通过弹性片带动铃锤交替敲击两个铃碗，实现铃碗振动发声。

F为凸轮对A柱的作用力，请你在图戊的④中，画出此时F的力臂L；

（3）电动机工作时将电能转化为　     　能。根据图戊反映的工作原理，在凸轮转动一周的过程中，铃锤共敲击铃碗　     　次；

（4）小华发现闹钟铃声过大，会影响到他人休息。她应该怎样调节凸轮的位置，使铃声的响度减小？答　                　。这属于在　     　处减弱噪声。

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。

某同学猜想电流通过导体产生的热量与电流、电阻和通电时间有关，为了探究“电流通过导体产生的热量与电流是否有关”，所用的实验器材有：电压为6V的电源，电流表、滑动变阻器、停表、开关各一个；与U形相连的塑料盒一个，盒内密封着空气盒内电阻丝的阻值为10Ω；导线若干。

（1）用笔画代替导线，将图中的电路连接完整。

（2）闭合开关前，应将滑动变阻器的滑片移动到　    　端。（选填“a”或“b”）

（3）该实验是通过　                  　来反映电流通过电阻丝产生热量的多少。

（4）该同学设计实验时，将三次实验的通电时间均设定为15s，三次实验预设的电流值分别是I₁、I₂和I₃，则该同学进行第一次实验的操作是：闭合开关，　                                                                   　。

小泽家有一新型的电热足浴器。其铭牌上的部分信息如下。

额定电压	220V
额定功率	1210W
容积	7L

（1）求电热足浴器正常工作时的电阻；

（2）用这个足浴器将5kg的水从20℃加热到40℃，求水吸收的热量；

（3）若此足浴器在额定电压下使用，需500s才能将（2）问中的水从20℃加热到40℃，求这个电热足浴器的加热效率；（计算结果精确到0.1%）

（4）小泽家安装的电能表如图所示。某次小泽断开家中的其它用电器，让电热足浴器单独工作，在1min内电能表的转盘转过50r，求此时该足浴器两端的实际电压（电热足浴器阻值不随温度变化而变化）。

如图甲是文文同学家新买的一台冷暖空调扇，其内部简化电路如图乙所示，R ₁、R ₂均为发热电阻，R ₁的阻值为110Ω，M是电动机。开关S ₁闭合后，当S ₂接1、2时吹冷风；当S ₂接2、3时吹温风；当S ₂接3、4时吹热风，此时空调扇的总功率为1100W．已知：电源电压为220V，c _冰＝2.1×10 ³J/（kg•℃）。求：

（1）吹冷风时，在空调扇内加入冰袋会使吹出的风温度变低，若冰袋内冰的质量为lkg，温度从﹣16℃升高到﹣6℃时，冰从周围吸收的热量是多少？

（2）吹冷风时，电动机正常工作1h消耗的电能为0.11kW•h，此时通过电动机的电流是多少？

（3）吹热风时，R ₂的电阻是多少？

图甲是某起重船的示意图，A处为卷扬机，吊臂前端滑轮组如图乙所示。在一次吊装施工中，当起重船从运输船上吊起重物时，起重船浸入海水中的体积增加了18m ³，重物在空中匀速竖直上升了3m，所用时间为30s。已知动滑轮总重为2×10 ⁴N，不计钢丝绳重及摩擦。（ρ _海水＝1.0×10 ³kg/m ³）

（1）求该重物的重力是多少？

（2）求钢丝绳拉力F做功的功率是多少？

（3）求该重物在空中匀速上升过程中滑轮组的机械效率。