初中物理能量解答题

综合问答 $--$家庭中的物理：

小雨用电热水器将水加热。他洗完头发开窗通风时被风一吹感到凉。他看到妈妈腌的鸡蛋悬浮在盐水中。

请用 $\dots$（开头4个字） $\dots$（结尾4个字）将你所选的内容写出来，并用所学的知识进行解释。

如图所示，足够高的粗糙水平桌面上静止一木块，轻质无弹性细线的一端系在木块上，另一端绕过定滑轮挂有托盘。往托盘中添加砝码后，木块向右做加速运动，在木块运动一段时间的过程中，请判断木块增加的动能E，与砝码重力做的功W的大小关系，并通过完整分析阐述理由。（不计托盘质量，空气阻力/线与滑轮间的摩擦）

北京8分钟

2018年平昌冬奥会闭幕式上，“北京8分钟”表演惊艳全世界，同时宣告冬奥会进入北京时间。短短8分钟的表演却蕴涵着大量的“中国智慧”和“中国制造”

闭幕式上，演员穿着目前国内最大尺寸的熊猫木偶道具进行轮滑表演，给人留下了

深刻印象。为达到最佳表演效果，需要严格控制道具的质制作团队在原有工艺的基础上不断改良和创新，经过反复对比和测试，最终确定用铝合金管材和碳纤维条作为制作材料。最终版的熊猫木偶道具质量仅为 $10\mathit{kg}$

装载着大屏幕的机器人与轮滑舞者进行了互动表演，为体现冰雪主题，大屏幕也使用了新技术，让它们看起来像是用冰雪制成的“冰屏”，每块“冰屏”长 $3m$。为保证“冰屏”具有较强的抗风能力，“冰屏”的整个结构非常精密，卡槽与屏之间的距离达到微米级，经过风洞测试，每块“冰屏”都能承受 $15m/s$的风速，目前我国的“冰屏”技术已处于世界领先水平。

舞台上要求演员衣服轻薄，动作舒展流畅，由于现场气温低至 $-3^{°}\text{C}$，为做好演员的保暖工作，超薄保暖服采用了超级新型纳米材料 $-$一石墨烯发热膜、演员上场前，需先对服饰内的电池进行充电。充电完成后，石墨烯发热膜保暖服可在 $-{20}^{°}\text{C}$的环境中工作4小时，确保了演员穿着舒适和演出成功。

阅读短文，回答问题：

（1）熊猫木偶道具选用铝合金管材和碳纤维条作为制作材料，除了考虑材料的强度和韧性外，还因为这些材料

　　较小；

（2）演员在地面上做曲线运动时，受到的力是　　（选填“平衡力”或“非平衡力” $)$；

（3）在对“冰屏”进行抗风能力的风洞测试中，让屏幕正对风的方向，若增大风速，风对屏幕产生的压强　　（选填“变小”、“变大”或“不变” $)$；

（4）在给保暖服内的电池充电时，电能转化为　　能；保暖服通电发热是通过　　（选填“热传递”或“做功” $)$方式增加保暖服的内能。

在这次新冠肺炎抗疫战中，中医药为诊疗发挥了积极作用，成为抗疫“中国方法”的重要组成部分。小明对家里的电中药壶进行观察，并用水替代中药进行了相关研究。收集和记录数据如下表。请你结合他的调查研究，完成下列问题。

观察对象	观察记录	研究记录
电中药壶	成分：紫砂 电源： $220V/50\mathit{Hz}$ 容积： $2L$ 挡位：高温 $\left(1100W\right)$ 低温	①水的质量 $m=2\mathit{kg}$，水的初温 $t={20}^{°}\text{C}$ ②用高温挡加热 $5\mathit{min}$，水的末温 $t={50}^{°}\text{C}$ ③壶内加热体由两个相同的发热电阻组成 ④ $c_{水}=4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{\circ }\text{C}}\right)$

（1）请在虚线框内画出电中药壶内部的电路图；

（2）求电中药壶内部一个发热电阻的阻值；

（3）求高温加热时，电中药壶的加热效率。

空气污染已成为人们生活中一个无法回避的问题，治理污染，人人有责，节能减排，从我做起。米玛家新购置了一辆新能源轿车，空车质量为 $900\mathit{kg}$，车轮与地面接触总面积为 $0.15m^2$， $(g$取 $10N/\mathit{kg})$求：

（1）轿车（空载）时所受重力的大小是多少？

（2）轿车（空载）停放在水平地面对地面的压强是多少？

（3）轿车在平直的高速公路上匀速行驶 $90\mathit{km}$时间为 $1h$，已知轿车匀速行驶时牵引力为 $2000N$，那么，轿车在 $1h$内牵引力所做的功是多少焦？功率是多少？

有一额定功率为 $2000W$的电热水器，内装 $20\mathit{kg}$的水，通电后持续正常加热 $25\mathit{min}$，水的温度从 ${20}^{°}\text{C}$升高到 ${50}^{°}\text{C}$。已知 $c_{水}=4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{\circ }\text{C}}\right)$，求：

（1）水吸收的热量；

（2）电热水器的热效率。

图示为某种型号的剪叉式高空作业平台。这台机器利用起升电机升降作业平台，方便工人高空作业。该机器的部分数据如表所示。

整机质量（空载）	3200
安全工作载荷	200
起升电机额定电压	24
起升电机额定功率	4.0
轮胎接地总面积	0.08

（1）这台机器空载且静止时，对水平地面的压强是多大？取

（2）起升电机以额定功率工作时，将总重为的人和作业工具以的速度举高。该机器做的有用功是多少？机械效率是多少？

（3）此类机器机械效率一般较低的主要原因是：　　。

如图甲所示，是一则公益广告，浓浓的孝心透着社会主义核心价值观。小明的爷爷网购了一台电热足浴器，其铭牌的部分参数如图乙（甲部分）所示，电热足浴器某次正常工作时控制面板显示如图乙（乙部分）所示，求：

（1）此时足浴器的工作电流。（计算结果保留一位小数）

（2）足浴器装入最大容量初温为 ${22}^{°}\text{C}$的水，当水温达到控制面板上显示的温度时水所吸收的热量。

（3）上述加热过程耗时 $16\mathit{min}$，该足浴器的热电效率。

某油电混合动力汽车工作原理如图所示，当它以 $90\mathit{km}/h$的速度匀速行驶 $10\mathit{min}$的过程中，发动机和驱动电机共同为汽车提供动力，驱动汽车行驶所需的能量 $E_1=3\times {10}^{7}J$，其中 ${\eta }_1=60\%$来自于汽油燃烧，而汽油燃烧放出热量的 ${\eta }_2=40\%$用于驱动汽车行驶和对蓄电池充电，其中用于充电的能量 $E_2=2\times {10}^{6}J$，设汽油在发动机气缸内完全燃烧，汽油热值取 $q=5\times {10}^{7}J/\mathit{kg}$。

（1）当该汽车制动刹车时，驱动电机会反转为发电机给蓄电池充电，电机发电的原理是　　，产生的电能是从汽车的　　能转化而来的。

（2）求题述过程中汽车受到的阻力；

（3）题述过程中，汽车所消耗汽油的质量用 $m$表示。

①求汽车所消耗汽油的质量 $m$；

②请将下列表达式填写完整： ${\eta }_1{E}_1=$　　（用 $q$、 $m$、 ${\eta }_2$和 $E_2$表示）

在更换家用轿车的轮胎时，剪式千斤顶是一种常用工具。图甲是某型号剪式千斤顶的结构示意图。使用时，将底部支撑台置于水平地面，保持千斤顶竖直，将顶升置于汽车车身下，用手摇动扳手使扳手绕 $O$点不断旋转，带动丝杆转动，通过丝杆水平拉动左端铰链，使支架向内收缩，顶升升高，从而将汽车车身顶起。丝杆上刻有梯形扣，图乙是梯形的实物图。

（1）该型号的剪式千斤顶是由一些简单机械组合而成的。在顶起车身的过程中，丝杆上的梯形扣属于下列哪一种简单机械？　　。

$A$．滑轮 $B$．滑轮组   $C$．杠杆   $D$．斜面

（2）现使用该剪式千斤顶更换轮胎，顶起汽车车身后，若顶升受到车身竖直向下的压力大小始终为 $10000N$，且等于顶升对车身的支持力，千斤顶自身重量忽略不计。

①若底部支撑台与地面接触面积为 $0.04m^2$，顶起汽车车身后手不再用力，则千斤顶对地面产生的压强是多大？

②顶起汽车车身后，为了方便更换轮胎，需要继续摇动扳手，使顶升继续升高一段距离。若人摇动扳手使顶升在 $1\mathit{min}$内升高 $12\mathit{cm}$，用千斤顶顶起车身时的机械效率为 $80\%$，则人做功的功率是多大？

小明家用铁皮桶制作简易太阳能热水器，替代燃烧木柴的加热方式，小明观测到某日铁皮桶装满水后，经过一天的太阳光照，水温从 ${20}^{°}\text{C}$升高到 ${60}^{°}\text{C}$．已知铁皮桶的容积为 $50L$， $c_{水}=4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{\circ }\text{C}}\right)$， ${\rho }_{水}=1\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$．问：

（1）当日桶内的水吸收的热量有多大？

（2）设用燃烧木柴加热，木柴完全燃烧释放热量的 $28\%$被桶内水吸收，则当日使用该太阳能热水器可节约多少木柴？ $\left(q_{\mathit{木柴}}=1.2\times {10}^{7}J/\mathit{kg}\right)$

2019年4月15日起，新的《电动自行车安全技术规范》正式实施。要求：最大速度 $⩽25\mathit{km}/h$，电动机输出功率 $⩽400W$，质检员小华对某款电动自行车进行测试，沿水平直路从 $A$出发骑行至 $D$结束，如图所示。测试情况如表格所示。

	$\mathit{AB}$	$\mathit{BC}$	$\mathit{CD}$
路程 $/\mathit{km}$	0.6	4.8	0.6
用时 $/h$	0.05	0.2	0.05
速度特点	逐步加速	以最大速度匀速行驶	逐步减速
阻力特点	越来越大	恒为 $60N$	越来越小

（1）测试过程中，小华看到路旁的树木向西，她是以　　（选填“自己”或“地面” $)$为参照物，此时她是向　　（选填“东”或“西” $)$骑行。

（2） $\mathit{BC}$段，电动自行车的速度为　　 $\mathit{km}/h$，　　（选填“符合”或“不符合” $)$新《规范）关于最大速度的要求。

（3） $\mathit{BC}$段，电动自行车的动力做功　　 $J$．电动机的输出功率为　　 $W$，　　（选填“符合”或“不符合” $)$新《规范》关于电动机输出功率的要求。

（4）从 $A$到 $D$全程，电动自行车的平均速度为　　 $\mathit{km}/h$。

某汽车在平直路面上以 $75\mathit{km}/h$的速度匀速行驶 $1h$的过程中，消耗了 $5\mathit{kg}$汽油，汽油燃烧释放能量的 $40\%$随废气通过热电转换装置，如图所示，汽油热值近似取 $q=5\times {10}^{7}J/\mathit{kg}$，设汽油在气缸内完全燃烧。

（1）图示时刻，四冲程汽油机处于　　冲程；若该汽油机每分钟完成7200个冲程，则它每秒钟完成　　个工作循环

（2）若上述过程中汽油燃烧释放能量的 $30\%$用来驱动汽车行驶，求汽车所受的阻力 $f$；

（3）研究表明新材料的出现可将热电转换装置的效率大幅提高到 $15\%$，据此计算，上述过程中随废气排放的能量通过转换装置后可获得多少电能？这些电能可供车内总功率为 $1000W$的用电器持续工作多长时间？

“暴走”是一种快速的徒步运动方式。观察分析人走路情形，可以将人的脚视为一根杠杆，如图所示，行走时人的脚掌前端是支点，人体受到的重力是阻力，小腿肌肉施加的力是动力。已知某人的质量为 $80\mathit{kg}$， $g=10N/\mathit{kg}$。

运动方式	散步	快走	慢跑	快跑
消耗能量 $E/\mathit{kJ}$	315	1165.5	1260	1764

（1）请画出小腿肌肉施加的拉力 $F$的力臂 $L_1$。

（2）根据图片，估算小腿肌肉产生的拉力是　　 $N$。

（3）人向前走一步的过程中，重心升高约 $4\mathit{cm}$，人克服自身重力约做了　　 $J$的功。

（4）通过查阅资料：人以不同方式徒步运动半小时，消耗人体内的能量如上表所示。请你从能量角度分析“暴走”能健身的原因：　　。

图甲是某型号视频展示台，其摄像头中的镜头相当于一个焦距可调的凸透镜，使用时，将物品放在展示台的摄影面板上。

（1）该视频展示台摄像头的镜头焦距可调范围为 $5.4\mathit{mm}-64.8\mathit{mm}$，把一张照片放在投影面板上，镜头离投影面板的距离为 $40\mathit{cm}$，照片通过镜头成的像是　　

$A$．放大的实像     $B$．缩小的实像 $C$．放大的虚像       $D$．缩小的虚像

（2）与视频展示台配套使用的投影幕是依靠电动机来控制升降的，小明用如图乙所示的电路进行模拟研究，电路中直流电动机的线圈电阻为 $2\Omega$， $R_0$为阻值是 $10\Omega$的定值电阻，电源电压保持 $12V$不变，闭合开关 $S$，当电动机正常工作时，匀速提升重为 $0.4N$的物体，此时电压表示数为 $6V$，求：

①电动机正常工作时，通过电阻 $R_0$的电流是多大？

②电动机正常工作2秒所消耗的电能是多少？

③若电动机正常工作时，有 $5\%$的机械能用来提升物体，物体在2秒内上升的高度是多少？