初中物理能量解答题

某物体在大小为20牛的水平拉力 $F$ 作用下，沿拉力方向做匀速直线运动，其 $s-t$ 图象如图所示，求：

（1）该物体的速度 $v$

（2）水平拉力 $F$ 在6秒内做的功 $W$

质量为0.5千克的水温度升高 ${20}^{°}\text{C}$ ，求水吸收的热量 $Q_{吸}$ ． $[c_{水}=4.2\times {10}^3$ 焦 $/$ （千克 ${·}^{°}\text{C}\left)\right]$

如图1所示是一种测量体重大小的电子体重计。秤盘 $\mathit{M}$ 通过绝缘体与一金属杆相连， $\mathit{R}$ 相当于滑动变阻器，从体重计仪表指针所指的刻度就可以知道人的体重大小。电源电压恒定不变。

（1） ${\mathit{R}}_{\mathbf{0}}$ 的作用是 　 　；此体重计仪表是 　　（选填"电流表"或电压表"）改装而成的。

（2）小华认为图1这种体重计的设计不合理；请说明不合理的原因，并在图2中画出合理的电路图（不增减任何器材）

智能手机给人们的生活带来极大方便，如通信、照相、学习和购物等。利用所学知识解决下列问题。

（1）人们在超市购物付款时只要打开手机扫一扫，就能快速付款，扫二维码时镜头相当于照相机，此时镜头到二组码的距离应满足 　　。

（2）手机用充电电池作为电源，如表格是某智能手机电池铭牌。简述手机充电时的能量转化，并计算电池充饱后储存的电能。

可充电锂电池 规格： $\mathbf{3}\mathbf{.}\mathbf{7}\mathit{V}\mathbf{2000}\mathit{mA}\mathbf{·}\mathit{h}$ 充电时，环境温度为 ${\mathbf{5}}^{\mathbf{°}}\mathbf{C}\mathbf{-}{\mathbf{35}}^{\mathbf{°}}\mathbf{C}$ 生产日期：20171120

（3）智能手机触摸屏相当于一根电阻丝，以水平方向为例，当手指触摸屏时。触摸点 $\mathit{P}$ 相当于手指）将电阻丝分为左右两部分。设左部分的电阻为 ${\mathit{R}}_{\mathbf{1}}$ ，右部分电阻为 ${\mathit{R}}_{\mathbf{2}}$ ，其结构可等效为如图所示电路，电源电压保持不变。当触摸点在水平方向向右移动时，触摸点 $\mathit{P}$ 到屏幕右边缘的距离减小，则 ${\mathit{R}}_{\mathbf{1}}$ 　　，流过 ${\mathit{R}}_{\mathbf{1}}$ 的电流 　　（均选填"增大"、"减小"或"不变"）

2018年3月4日凌晨，伯明世界室内田径锦标赛男子60米的决赛中。中国飞人苏炳添以6秒42的成绩打破亚洲纪录揣得银牌，创造了亚洲短跑选手在世界大赛中的最好成绩。

（1）苏炳添在比赛过程中受到的平均阻力与平均速度的关系满足 ${\mathit{F}}_{\mathbf{阻}}\mathbf{=}\mathit{kv}$ ．若 $\mathit{k}\mathbf{=}\mathbf{15}\mathit{N}\mathbf{/}\mathbf{(}\mathit{m}\mathbf{·}{\mathit{s}}^{\mathbf{-}\mathbf{1}}\mathbf{)}$ ，求比赛全程苏炳添的平均速度和克服阻力所做的功（计算结果保留到小数点后一位）。

（2）如果苏炳添的质量是 $\mathbf{70}\mathit{kg}$ ，每只的面积为 $\mathbf{200}\mathit{c}{\mathit{m}}^{\mathbf{2}}$ ．求：苏炳添站在奖台上对台面的压强 $\mathbf{(}\mathit{g}$ 取 $\mathbf{10}\mathit{N}\mathbf{/}\mathit{kg}\mathbf{)}$ 。

（3）如图是苏炳添冲刺的瞬间。请你用所学的物理知识解释苏炳冲到终点时还要继续向前跑一段距离的原因。

图1中叶片转动时，电动机发电使 $\mathit{LED}$ 小灯发光电梯运行有时也会发电，产生的电能一般通过电阻发热而消耗掉。图2中电梯安装的电能回收装置，能将产生的电能回收利用。已知电梯空载时轿厢的质量比配重的小且钢缆的质量可忽略不计。

（1）图1发电的原理是 　　；当图2轿厢处于空载 　　（选填"上行"或"下行" $)$ 时，电梯将会发电；

（2）图2中电梯在空载匀速下行的某段时间内，电机消耗的电能 $E_{电}=2\times {10}^{5}J$ ，其转化为电梯机械能的效率 $\eta =80\%$ ，配重的重力势能增加了△ $E_1=2.4\times {10}^{5}J$ ．则此段时间内，配重的动能 　　（选填"增加""减小"或"不变" $)$ ，并求出轿厢重力势能的变化量△ $E_2$ ；

（3）若镇江拥有电梯数 $n=2500$ 台，每台电梯平均每天消耗的电能 $E=100\mathit{kW}·h$ ，在全部安装了电能回收装置后，可节约 $30\%$ 的电能。则这些电梯每天节约的电能相当于完全燃烧多少千克煤所放出的热量？煤的热值取 $q=3\times {10}^{7}J/\mathit{kg}$ 。

在综合实践活动中，小明设计了一种电热饮水机电路，如图甲所示，R₁和R₂均为电热丝，S₂是自动控制开关，可实现“低挡”、“高挡”之间的转换，饮水机工作时功率随时间的关系图象如图乙所示。求：

（1）30min内电路消耗的总电能；

（2）饮水机工作时，通过电阻R₁的电流；

（3）电阻R₂的阻值。

小明和小华分别用"伏安法"测量定值电阻的阻值。

（1）小明实验的电路如图甲所示，请用笔画线代替导线把电路连接完整。

（2）小明第1次测量时，电压表示数如图乙所示，则电压为 　　 $V$ 。

（3）小明测量的数据如表一所示，则定值电阻的阻值为 　　 $\Omega$ 。

表一

实验次数	1	2	3
电压 $U/V$		2.0	2.5
电流 $I/A$	0.30	0.41	0.52

表二

实验次数	1	2	3
电压 $U/V$	1.5	2.0	2.5
电流 $I/A$	0.30	0.20	0.10

（4）小华测量的数据如表二所示，则小华实验中存在的问题可能是： 　　。

如图所示电路，电源电压保持 $6V$ 不变， $R_1$ 是定值电阻， $R_2$ 是最大阻值为 $50\Omega$ 的滑动变阻器。闭合开关，当 $R_2$ 的滑片位于最左端时，电路中的电流为 $0.6A$ ．求：

（1）电阻 $R_1$ 的阻值；

（2）滑片从最左端移动到最右端的过程中，滑动变阻器的最大功率。

某小组同学准备探究"通过导体的电流与电压、电阻的关系"实验器材有：干电池2节，滑动变阻器（20Ω，1A）、电流表、电压表、开关各一个，不同阻值的定值电阻及导线若干，图甲是他们连接的实验电路。

（1）闭合开关前，应将滑动变阻器的滑片P移到 　　（选填"A"或"B"）端

（2）闭合开关后，他们移动滑动变阻器的滑片至某一位置，电压表示数为0.7V，电流表示数如图乙所示，接着继续探究，把所测数据填在了下表中

实验次数	1	2	3	4	5
电压U/V	0.7	1	1.1	1.5	1.7
电流I/A		0.18	0.20	0.26	0.30

①图乙中电流的示数为 　　A。

②图丙是以电流Ⅰ为纵坐标、电压U为横坐标建立的平面直角坐标系，请根据他们所测数据、在坐标系中描点，画出I﹣U图象，并标记为a。

（3）图丙中b、c、d三条I﹣U图象，是其他组同学选择5Ω、10Ω和20Ω的定值电阻，按图甲电路测量数据所画。

①单独分析图丙中每条I﹣U图象，可以得到的结论是 　　。

②该小组同学发现，分析图丙中的I﹣U图象，还能得到："当导体两端电压一定时，导体中的电流与导体的电阻成反比"这一规律。请写出分析方法： 　　。

③验证②中的规律，该小组的同学选择了5Ω、10Ω、20Ω的定值电阻，准备分别接入图甲电路，测量电流进行探究，有同学提议：既然探究时需要保持电阻两端电压不变，图甲中可以不用连接滑动变阻器和电压表。他们按照提议分别将三只电阻由小到大接入电路，闭合开关后，读出电流表示数分别为0.42A，0.24A，0.13A，发现无法验证②中的规律。于是他们计划仍按图甲进行探究，分析测量数据后，选定准备加在电阻两端的电压值U．为确保完成验证，则这个电压值U的范围为 　　。

A.1.5V＜U≤3V

B.1.3V＜U＜2.1V

C.1.3V＜U≤2.6V

D.2.1V＜U＜2.6V

图甲是消防应急照明灯，使用时，将它接入家庭电路，当电路断电时，它能提供一段时间的应急照明。图乙是某款消防应急照明灯的模拟工作原理图、将应急照明灯接入家庭电路后，它将家庭电路电压转换为直流电压U，为蓄电池充电。同时，电流流过电磁铁A的线圈产生磁性，吸引衔铁B，使动触点C、E和静触点D、F脱开。当家庭电路断电时线圈中电流消失，电磁铁的磁性消失，衔铁复位，触点C、E和D、F接触，蓄电池给两只LED灯组供电，提供照明。每只LED灯组的额定电压为3.8V，额定功率为0.95W

（1）给蓄电池充电时，U的电压会高于蓄电池电压，所以在电路中要串联一个定值电阻R，关于定值电阻R的作用，以下说法错误的是 　　。

A．主要用来发热

B．可以保护电路元件

C．可以限制电流大小

D．可以分去部分电压

（2）两只LED灯组正常工作时，干路电流为多大？

（3）若该款应急照明灯接入家庭电路后，以I＝75mA的电流连续充电20h，蓄电池可以从无电能至充满；放电时，蓄电池释放的电能达到充满电时电能的60%时，LED灯组将不能正常工作。充、放电时蓄电池不会发热且电压保持3.8V不变。则该款应急照明灯蓄电池充满电后，可供两只LED灯组正常工作的时间为多长？

某小组进行"探究动能大小与质量是否有关"的活动。

（1）小明用两辆相同的小车，在其中一辆小车上放一个砝码，然后让它们从同一斜面的同一位置由静止释放，撞击置于水平面上的木块，如图（a）。

①将小车从同一位置处释放，目的是为了控制小车到达水平面的 　 　相同。

②通过比较 　　来比较小车动能大小。根据实验得出结论：动能大小与质量大小有关。

（2）小红改变实验方案：让同一小车，从同一斜面的不同高度由静止释放，撞击水平面上的木块，如图（b）。发现：木块滑行的距离不一样远。根据这一现象，能做出以下哪个判断？ 　　。

$A$ ．动能大小与质量无关，一定还与其他因素有关

$B$ ．动能大小除了与质量有关外，一定还与其他因素有关

$C$ ．不能判断物体动能大小是否与质量有关，动能大小一定与质量外的其他因素有关

如图甲是"电子技师"学生社团所使用的迷你电烙铁，铭牌标有" $6V12W$ "。社团小组对其改进，使电烙铁温度可调，图乙为小组设计的电路简图。闭合开关，当滑动变阻器（铭牌标有" $15\Omega 2A$ " $)$ 接入电路的电阻为 $6\Omega$ 时，电烙铁刚好正常工作。不考虑温度对电阻的影响，求：

（1）当电烙铁正常工作时，通过电烙铁的电流和电烙铁的电阻。

（2）该电路两端的电源电压。

（3）该电路中电烙铁的最小实际功率。

如图是一台火灾现场侦察、灭火的消防机器人，其质量为 $600\mathit{kg}$ ，履带与地面接触的总面积为 $0.5m^2$ ，以 $3m/s$ 的速度在水平地面沿直线匀速前进了 $1\mathit{min}$ ，行驶时所受阻力为自重的0.02倍 $(g$ 取 $10N/\mathit{kg})$ 。求：

（1）消防机器人在 $1\mathit{min}$ 内通过的路程。

（2）消防机器人静止在水平地面时，对地面产生的压强。

（3）在水平地面匀速直线前进的过程中，消防机器人牵引力做功的功率。

如图，把标有"12Ω 3W"的电阻R ₀与最大阻值为50Ω的滑动变阻器R连接在电压恒为18V的电源两端，闭合S，电压表所用量程为0～15V，电流表所用量程为0～0.6A．求：

（1）电阻R ₀的额定电压；

（2）将R的阻值调为48Ω，在1min内R ₀产生的电热；

（3）为保证安全，电路消耗总功率的范围。