初中物理能量解答题

电动自行车是倍受人们青睐的一种交通工具，电动骑行时，蓄电池对车上电动机供电，电动机为车提供动力。下表是 某型号电动自行车主要技术参数。

（1）行驶过程中每个轮胎与地面的接触面积为 $50c{m}^2$，当一个质量为 $50\mathit{kg}$的中学生骑着该电动自行车在平直的公路上行驶时，地面受到的压强是多大？（取 $g=10N/\mathit{kg})$

（2）若蓄电池储存能量的 $80\%$用于电动自行车行驶克服阻力做功，电动自行车在平直公路上匀速行驶时受到的平均阻力为 $40N$，蓄电池充满一次电最多能连续电动行驶多远？

（3）从环保的角度，与摩托车相比，电动自行车有什么优缺点？（各举一条）

整车	整车质量	$40\mathit{kg}$
	最高车速	$⩽30\mathit{km}/h$
	最大噪声	$⩽62\mathit{dB}$
蓄电池	蓄电容量	$0.576\mathit{kW}·h$
电动机	额定电压	$48V$
	额定功率	$240W$

2011年3月，日本发生了强烈地震并引发了海啸，对福岛核电站造成了很大的破坏，如图甲所示。

（1）核电站是利用能来发电的，其能量是原子核发生了核　裂　（选填“裂变”或“聚变” $)$；

（2）由于一系列的爆炸，使得大量的核燃料外泄，周围的人们处在核污染中。图乙中　　是核辐射标志；

（3）为了给处于高温中的核反应堆外壳降温，消防员通过喷水的方法来有效降温，这是用　　的方法来改变内能的；

（4）如果核电站每年需要 $50t$的核燃料，而同等规模火电站每年需要 $6\times {10}^{6}t$的煤炭。 $6\times {10}^{6}t$的煤炭完全燃烧放出的热量为多少？（煤炭的热值为 $3\times {10}^{7}J/\mathit{kg})$。

（5）“能源和环境”是世界各国共同面临的问题，保护环境、节约能源要从我做起。下列说法中需要改正的是　　。

$A$．尽可能用太阳能热水器代替电热水器

$B$．养成及时关掉水龙头和人走关灯的习惯

$C$．用洗脸水冲厕所，将废报纸、空酒瓶等送到废品收购站

$D$．及时将生活垃圾，废电池装在一起丢入垃圾箱。

如图所示，甲是探究“动能的大小与什么因素有关”的实验装置，实验中让同一钢球从斜面上不同的高度由静止滚下，碰到同一木块上。乙是探究“阻力对物体运动的影响”的实验装置，实验中让同一小车从斜面上相同的高度由静止滑下，在粗糙程度不同的水平面上运动。请回答下列问题：

（1）甲实验的目的是探究钢球动能的大小与速度的关系；实验时，它是通过观察　      　，从而判断钢球动能的大小。

（2）进行乙实验时，每一次都让同一小车从斜面上相同的高度由静止滑下，其目的是使小车在水平面运动的起始　　相同；通过观察小车在粗糙程度不同的水平面上运动距离的大小来判断小车在不同的水平面受到　　的大小。从而可以推理：如果运动的物体不受力，它将　　。

在测定“小灯泡的电功率”的实验中，已知电源电压为 $6V$，小灯泡的额定电压为 $2.5V$，小灯泡的电阻约为 $10\Omega$，滑动变阻器上标有“ $20\Omega 1A$”字样。左图是小向同学没有连接完的实物电路。

（1）请你用笔画线代替导线，将实物电路连接完整；

（2）实验中，小向同学连接好电路后，闭合开关，移动滑片，发现小灯泡始终不亮，且电压表有示数，电流表无示数，则故障的原因是　 ；

（3）故障排除后，闭合开关，移动滑动变阻器的滑片到某一位置，电压表的示数如图甲所示，此时电压为　　 $V$，要测量小灯泡的额定功率，应将滑片 $P$向　　端滑动（选填“左”或“右” $)$；

（4）当小灯泡正常发光时，电流表的示数如图乙所示，则小灯泡的额定功率是　　 $W$。

用如图所示器材测滑轮组的机械效率。

（1）在图上画出滑轮组最省力的绕线方式。

（2）安装好实验器材后，记下钩码和拴住弹簧测力计的线端原先的位置，

（3）某同学正确测得钩码上升的高度为 $0.2m$，钩码重 $1.5N$，其他被测和计算的数据如下表：

拉力 $F/N$	拉弹簧测力计的线端通过距离 $S/m$	有用功 $W_{\mathit{有用}}/J$	总功 $W_{总}/J$
0.6	0.4	0.3	0.24

上表中肯定错误的数据是　0.4　和　　。

（4）若用上述装置提起重 $1.5N$的钩码，机械效率为 ${\eta }_1$；提起重 $3N$的钩码，机械效率为 ${\eta }_2$，则 ${\eta }_1$　　 ${\eta }_2$（填“ $>$”、“ $<$”或“ $=$” $)$。

如图是工人利用滑轮组提升重为 $960N$物体的示意图，某段过程中物体匀速上升的速度为 $0.1m/s$，工人拉力 $F$的功率为 $120W$，物体上升 $10s$拉力 $F$克服滑轮组的摩擦做的功是 $140J$，不计绳重。求：

（1）工人拉绳子的速度；

（2）滑轮组的机械效率；

（3）滑轮组中的动滑轮的重力。

小明同学手里有一个标有“ $3.8V$”字样的小灯泡，他想知道小灯泡正常工作时的电功率，于是在学校实验室借了一些实验器材，连接了如图甲所示的实验电路，电源电压恒定不变。

（1）在图甲中找出连接错误的一根导线并在该导线上画“ $\times$”，用笔画线代替导线将电路连接正确。

（2）电路连接好后小明闭合开关，无论怎样移动滑动变阻器的滑片发现小灯泡始终不亮，电流表有示数，电压表无示数，则故障原因可能是　     　。

（3）故障排除后，小明调节滑动变阻器使小灯泡正常发光，此时电流表的示数如图乙所示，则小灯泡的额定功率为　　 $W$。

（4）完成上述实验后，小明又找到了一只阻值已知的定值电阻 $R_0$，并借助部分现有的实验器材设计了如图丙所示的电路，继续测量另一个额定电压为 $U_{额}$的小灯泡正常发光时的电阻。测量时，应先闭合开关 $S$和 $S_1$，调节滑动变阻器，当电流表的示数为　　时，小灯泡正常发光；接着将 $S_1$断开， $S_2$闭合，读出电流表的示数 $I$，则小灯泡正常发光时的电阻 $R=$　　（以上两空均用含有 $I$、 $U_{额}$、和 $R_0$的代数式表示）

世界上很多发明都是受到生活现象的启发而萌生的。比如蒸汽机和汽油机都是热机，它们工作时，能的转化过程是    　，喜欢探究的小明同学做了如图甲、乙所示的实验，其中　　（选填“甲”或“乙” $)$图可以反映汽油机的工作原理。如图丙所示，来回摩擦绳甲乙使金属筒的温度升高，这是通过　　的方式改变了金属筒的内能；当筒内的酒精蒸气将软木塞弹开后，周围的人能闻到酒精的气味，这个扩散现象说明了　　。

如图甲所示为测量小灯泡电功率的实物图，所选小灯泡的额定电压为 $2.5V$，电路连接完成后；

（1）闭合开关发现小灯泡不发光且电流表无示数，但是电压表的示数很大且接近电源电压，经检查导线连接无误，则出现这种现象的原因可能是：　 $B$　。

$A$．电流表断路 $B$．小灯泡断路 $C$．电压表断路 $D$．变阻器断路

（2）排除电路故障后继续实验。当电压表示数为 $2V$时，电流表的示数如图乙所示此时通过小灯泡的电流为

　　 $A$，小灯泡消耗的电功率为　　 $W$．为了测量小灯泡的额定功率，则应将滑动变阻器的滑片 $P$向　　（填“ $A$”或“ $B$” $)$端移动。

（3）图丙是根据多组实验数据描绘出的 $I-U$关系图象，分析通过灯泡的电流与其两端电压不成正比的原因是　　。

如图所示为测定动滑轮机械效率的示意图。用弹簧测力计拉动绳子自由端，将质量为 $200g$的钩码从 $A$位置匀速提升至 $B$位置，同时弹簧测力计从图中的 $A\text{'}$位置匀速竖直上升至 $B\text{'}$位置，在此过程中，弹簧测力计对绳的拉力为 $F$，弹簧测力计的示数如图乙所示，请根据所做实验进行分析 $(g=10N/\mathit{kg})$；

（1）弹簧测力计的示数为　   $N$：拉力 $F$所做的功为　　 $J$。

（2）动滑轮的机械效率约为　　。（结果保留一位小数）

探究“通电导体产生的热量 $Q$与电阻 $R$的关系”，他们选用了以下实验器材：两个完全相同的烧瓶，烧瓶内分别装有质量和初温相同的水和煤油，相同的温度计 $A$和 $B$、阻值分别为 $R_1$、 $R_2$的电阻丝 $(R_1<R_2)$还有满足实验要求的电源、滑动变阻器、电流表、开关和导线，他们设计了如图所示的实验电路，进行如下实验：闭合开

关，通电一段时间后，记下温度计 $A$的示数为 $t_1$，温度计 $B$的示数为 $t_2$，发现 $t_1<t_2$，请根据以上叙述回答下列问题：

①实验中是通过观察　温度计示数的变化　来反映电流产生热量的多少。

②请指出实验过程中存在的问题：　　。

③实验改进后得出的结论是：　　。

如图所示是正在建造中的我国自主设计的首艘科考破冰船“雪龙2号”，它将助力我国极地科考工作。该船设计空载排水量为 $8000t$，满载排水量为 $14000t$，能在厚冰层上连续破冰。（排水量为轮船在水中排开水的质量， $g$取 $10N/\mathit{kg})$。

（1）空载时该船受到的重力为多少 $N$？

（2）假设破冰船在 $1.5m$厚的冰层海域以 $7.2\mathit{km}/h$的速度匀速直线破冰时所受的阻力为 $2\times {10}^{7}N$，则此时破冰船推进功率为多大？

某实验小组的同学通过图甲所示的电路进行实验探究。

（1）断开开关 $S_3$，闭合开关 $S_1$和 $S_2$，移动滑动阻器滑片 $P$，发现电压表始终无示数，电流表有示数，其原因可能是　 $C$　（填符号）

$A$．滑动变阻器断路 $B$． $R$断路    $C$． $R$短路

（2）故障排除后断开开关 $S_3$，闭合开 $S_1$和 $S_2$，通过调节滑动变阻器，读出多组相应的电压表和电流表的示数。甲同学根据测量数据绘成如图乙所示图象。由图象可知定值电阻 $R=$　　 $\Omega$；

（3）乙同学根据测量数据分别计算出多个 $R$的阻值并取平均值，其目的是为了　　；

（4）断开开关 $S_2$，闭合开关 $S_1$和 $S_3$，通过多次调节滑动变阻器，测量灯 $L$的电压和电流，根据测量数据绘成如图丙所示的图象。若灯 $L$的额定电压为 $2.0V$，则它的额定功率为　　 $W$。

（5）由图丙可看出灯丝的 $U-I$图象不是一条直线，原因是　　。

小敏、小颖和小青在玩荡秋千时，感到秋千往返摆动时间有规律。于是对“哪些因素决定秋千往返摆动的时间”提出下列猜想，小敏猜想：可能由秋千的绳长决定；小颖猜想：可能由人与秋千坐垫的总质量决定；小青猜想：可能由秋千摆动幅度（摆动中人离开中心的最大距离）决定。于是进行了如图实验，一细绳一端拴一小球，一端固定，让小球自由往返摆动，并记录数据如表。

实验 序号	小球到固定点 距离 $l$（摆长） $/$米	小球质 量 $/$克	摆动幅 度 $/$米	小球往返摆动 20次的时间 $/$秒	小球往返摆动 一次的时间 $/$秒
1	0.7	20	0.05	33.2	1.7
2	1.0	20	0.08	39.7	2.0
3	1.0	30	0.05	39.8	2.0
4	1.0	30	0.08	39.7	2.0
5	1.3	20	0.05	45.3	2.3

请回答下列问题：

（1）要完成上述实验，除如图器材外，还必需的实验器材是：天平、　　；

（2）从本次实验可以得到的结论是：小球往返摆动一次的时间由　　决定；

（3）实验发现，小球只能摆动一段时间。你认为造成小球停下来的原因可能是　　；

（4）摆钟是利用本实验的原理制成的。某一摆钟变慢了，要调准它，应将摆钟的摆长调　　（选填“长”或“短” $)$。

某电饭锅简化电路如图甲所示， $R_1$和 $R_2$均为定值电热丝， $S$、 $S_1$为自动开关，煮饭时，把电饭锅接入 $220V$电路中，电路中总电流随时间变化的图象如图乙所示。求：

（1）电饭锅工作时的最大功率和最小功率；

（2）电热丝 $R_2$的阻值；

（3）若电压降低， $S_1$断开，这时电路中的电流始终为 $1A$， $10\mathit{min}$内电饭锅产生的热量。