初中物理能量解答题

某学校建了一个植物园，园内有一个温室大棚，大棚内设计了模拟日光和自动调温系统，对大棚进行照明、保温和加热。冬季白天有日光的时候，灯泡不亮；白天开启该系统的保温功能，晚上开启该系统的加热功能。大棚照明调温功能的原理电路图如图所示。已知电源电压恒为 $220V$， $R_1$和 $R_2$是两个电热丝（不考虑温度对电阻的影响），保温时 $R_1$与 $R_2$的电功率之比为 $1:3$， $R_2=30\Omega$， $L$是标有“ $220V$， $100W$”的灯泡。请解答下列问题：

（1）灯泡正常工作时的电阻多大？

（2）开启加热功能时开关 $S_2$处于　 　（选填“断开”或“闭合” $)$状态。

（3）若每天保温状态和加热状态各连续工作 $10h$，一天中电热丝放出的热量完全由该植物园自产的沼气提供，其热效率为 $50\%$，则每天需要完全燃烧多少立方米的沼气？（已知热值 $q_{\mathit{沼气}}=1.8\times {10}^{7}J/m^3)$

如图甲是家用电暖器，利用电热给煤油加热取暖。如图乙为其简化的电路原理图，已知电阻 $R_1>R_2$，铭牌见下表。在电暖器跌倒时，跌倒开关 $S$自动断开，切断电源，保证安全。电暖器有“高温档”、“中温档”和“低温档”三个档位，解答下列问题：

（已知 $c_{\mathit{煤油}}=2.1\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{\circ }\text{C}}\right)$， ${\rho }_{\mathit{煤油}}=0.8\times {10}^3\mathit{kg}/m^3)$

（1）煤油温度升高 ${20}^{°}\text{C}$时，吸收了多少焦耳的热量？

（2） $R_1$的阻值是多少？（写出必要的文字说明）

（3）某同学用两个阻值和 $R_1$、 $R_2$均相同的电热丝串联，制成一个新的电热器，将它接在家庭电路中工作 $11\mathit{min}$，产生的热量是多少？

额定电压	$220V$
煤油体积	$25L$
功率选择	$1500W/1100W/400W$三挡可调
操作方式	手动

在图甲所示的电路中，电源电压为6伏且保持不变，滑动变阻器 $R_1$标有“ $100\Omega$ $2A$”字样。闭合开关 $S$后，电流表 $A_1$和 $A_2$的示数分别如图乙所示。求：

（1）电阻 $R_2$的阻值。

（2）通电10秒钟，电流通过电阻 $R_2$所做的功 $W_2$。

（3）重新移动滑动变阻器 $R_1$的滑片 $P$，使两个电流表指针偏离零刻度的角度恰好相同，求此时变阻器 $R_1$消耗的功率 $P_1$。

现有 $A$、 $B$、 $C$三只灯泡已知 $A$灯标着 $6V3W$， $B$灯标着“ $6V6W$， $C$灯只能看清其铭牌上的额定电压为 $6V$．通过 $A$灯和 $B$灯的电流随两端电压变化关系的图象如图甲所示。则：

（1）将 $A$、 $B$两灯并联接在电压为 $6V$的电源， $20\mathit{min}$内电路消耗的电能是多少焦？

（2）将 $A$、 $B$两灯串联接在电压可调的电源两端，使 $A$灯恰好正常发光，此时 $A$、 $B$两灯的总功率是多少？

（3）如图乙所示将 $C$灯和一个滑动变阻器 $R$接入到另一个电源电压恒定的电路中，当闭合开关 $S$滑动变阻器滑片位于中点时灯泡正常发光，此时灯泡的电功率为 $P$；当滑片位于最右端时灯泡实际电功率为 $P\text{'}$，已知 $P:P\text{'}=16:9$，求此电路的电源电压是多少？（设 $C$灯的电阻始终不变）

一款电热水壶工作时有两档，分别是加热档和保温档。其工作原理如图所示（虚线框内为电热水壶的发热部位），已知 $R_1=44\Omega$， $R_2=2156\Omega$，外界气压为一个标准大气压， $g=10N/\mathit{kg}$， ${\rho }_{水}=1.0\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$， $c_{水}=4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{\circ }\text{C}}\right)$，求：

（1）当开关 $S$置于　   　（选填“1”或“2” $)$时电热水壶处于加热档，它的功率是多大？

（2）保温状态下电路中的电流是多大？

（3）若将体积为 $1L$，初温为 ${20}^{°}\text{C}$的水烧开需要7分钟，求电水壶的加热效率 $\eta$．（结果保留一位小数）

如图所示为某品牌四旋翼无人机，该无人机具有一键起降和返航、空中悬停、高清拍摄、 $\mathit{GPS}$定位等功能，下表是该无人的部分参数：

整机质量	$2\mathit{kg}$	电池额定电压	$15V$
最大上升速度	$6m/s$	电动机工作电压	$12V$
最大下降速度	$2m/s$	悬停时每个电动机功率	$50W$
最大水平速度	$16m/s$	电动机数量	4

在某次火灾中，该无人机参与火情的勘测，它先以最大速度匀速直线上升，且达到 $60m$高处时，再以最大速度水平匀速直线飞行到达 $1.6\mathit{km}$远处的火场上空。若无人机整个过程四个电动机同时工作，电动机将电能转化为机械能的效率为 $90\%$，假设无人机以最大速度匀速直线上升时，受到的阻力大小为 $10N$，通过计算回答下列问题： $(g$取 $10N/\mathit{kg})$

（1）无人机从起飞到火场上空，这一过程共耗时多少秒？

（2）无人机到达火场上空后，悬停观测10分钟，则10分钟内电动机消耗多少电能？

（3）无人机以最大速度匀速直线上升 $60m$，这个过程中消耗多少电能？

如图所示的电路，电源电压保持不变，定值电阻 $R_1$的阻值为 $20\Omega$．闭合开关，调节滑动变阻器 $R_2$的电阻，当滑片 $P$从一端移动到另一端时，电流表的示数变化范围为 $0.1A~0.5A$．求：

（1）电源电压；

（2）滑动变阻器 $R_2$的最大阻值；

（3）通过计算说明滑动变阻器接入电路的电阻为多大时，它消耗的功率最大，并求出最大功率。

母亲为了给小林增加营养，买了一台全自动米糊机，如图（甲 $)$所示。米糊机的主要结构：中间部分是一个带可动刀头的电动机，用来将原料粉碎打浆；外部是一个金属圆环形状的电热管，用来对液体加热。如图（乙 $)$所示是米糊机正常工作时，做一次米糊的过程中，电热管和电动机交替工作的“ $P-t$”图象。表格内是主要技术参数。

额定容积	$1.5L$	加热功率	$1000W$
额定电压	$220V$	电机功率	$130W$
额定频率	$50\mathit{Hz}$	机器净重	$1.9\mathit{kg}$
整机尺寸	$232\times 174\times 298\mathit{mm}$

请问：

（1）米糊机正常工作时的电热管中的电流是多大？（计算结果保留两位小数）

（2）米糊机正常工作时做一次米糊，消耗的电能是多少？

（3）米糊机在正常工作状态下做一次米糊，若各类原料和清水总质量为 $1.5\mathit{kg}$，初温为 ${20}^{°}\text{C}$，米糊沸腾时温度是 ${100}^{°}\text{C}$，电热管的加热效率是多少？（已知原料和清水的混合物的比热容及米糊的比热容均为 $4.0\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{·}^{°}\text{C}\right)$，计算结果保留百分数整数）。

学校机器人兴趣小组进行"精准吊装"实验。7块长短不一的长方体木块均平放在水平地面上，机器人将木块按长度从大到小依次吊装并对称叠放。已知木块的密度相同，高度均为 $h=0.2m$ ，宽度均为 $b=0.2m$ ，不同序号木块的质量如下表，其中 $m=12\mathit{kg}$ ， $g$ 取 $10N/\mathit{kg}$ 。

（1）已知1号木块的长度 $a=1.2m$ ，求未叠放时1号木块对地面的压强；

（2）如图，把2号木块吊装到1号木块的上面，求此过程克服木块重力所做的功；

（3）机器人完成全部吊装叠放用时 $6\mathit{min}$ 求整个过程克服木块重力做功的功率。

序号	1	2	3	4	5	6	7
质量	$2m$	$m$	$\frac{m}{2}$	$\frac{m}{3}$	$\frac{m}{4}$	$\frac{m}{5}$	$\frac{m}{6}$

某兴趣小组探究串联电路中电阻消耗的电功率与电流的关系，电路如图甲所示。滑动变阻器滑片 $P$ 从最右端向最左端移动的过程中， $R_1$ 的 $U-I$ 图象如图乙所示。求：

（1） $R_1$ 的阻值；

（2）电路消耗的最大功率；

（3）当 $R_2$ 消耗的电功率为 $0.5W$ 时， $R_2$ 的阻值。

如图甲所示是"测量小灯泡电功率"的实验装置，电源电压为 $4V$ 且保持不变，小灯泡额定电压为 $2.5V$ ，电阻约为 $9\Omega$ ，滑动变阻器标有" $20\Omega 1A$ "字样。

（1）请用笔划线代替导线把图甲中的实物电路连接完整；

（2）闭合开关前，滑动变阻器滑片应调至 　 $B$ 　（选填" $A$ "或" $B$ " $)$ 端；

（3）正确连接电路后，闭合开关，发现小灯泡不亮，电流表、电压表指针均有偏转，则小灯泡不发光的原因是 　　；

（4）实验中，电压表示数如图乙所示，要使小灯泡正常发光，应将滑片向 　　（选填"左"或"右" $)$ 移；

（5）一实验小组的数据如表所示：

实验序号	1	2	3	4	5
$U/V$	0.3	1.5	2.0	2.5	2.9
$I/A$	0.06	0.20	0.24	0.28	0.30

老师在检查时指出第 　　次实验的数据无法从实验中测得，理由是 　　。该小灯泡的额定功率是 　　 $W$ ；

（6）另一实验小组在原有器材基础上，不使用电流表，增加一个阻值已知、大小合适的定值电阻 $R_0$ 和若干开关、导线也能测出小灯泡的额定功率，请你在图丙的方框内画出该小组的实验电路图（要求：电路只连接一次并考虑灯丝电阻受温度变化的影响）

某物理研究小组设计了一个压力报警装置，工作原理如图甲所示。 $\mathit{OBA}$为水平杠杆， $\mathit{OA}$长 $100\mathit{cm}$， $O$为支点， $\mathit{OB}:\mathit{BA}=1:4$；已知报警器 $R_0$的阻值恒为 $10\Omega$，压力传感器 $R$固定放置，压力传感器受到的压力 $F$与 $R$的阻值变化的关系如图乙所示。当托盘空载时，闭合开关 $S$，电压表的示数为 $1V$：当托盘所受的压力增大，电压表的示数达到 $2V$时，报警器 $R_0$开始发出报警信号。托盘、压杆和杠杆的质量均忽略不计，电压表的量程为 $0~3V$．

求：

（1）电源电压；

（2）当报警器开始报警时，压力传感器受到的压力；

（3）当托盘受到的压力为 $120N$时，报警器是否报警；

（4）当电路输出的电功率与电路在安全状态下输出的最大电功率的比值为 $5:6$时，托盘受到的压力。

图甲是温度自动报警器。控制电路中，电源电压 $U=5V$，热敏电阻 $R_2$的阻值与温度的关系如图乙所示：工作电路中，灯泡 $L$标有“ $9V0.3A$”的字样， $R_4$为电子嗡鸣器，它的电流达到某一固定值时就会发声报警，其阻值 $R_4=10\Omega$，在 $R_2$温度为 ${20}^{°}\text{C}$的情况下，小明依次进行如下操作：闭合开关 $S_1$和 $S_2$，灯泡 $L$恰好正常发光，此时 $R_0$的电功率为 $P_0$；将 $R_1$的滑片调到最左端时，继电器的衔铁刚好被吸下，使动触点与下方静触点接触：调节 $R_3$的滑片，当 $R_3$与 $R_4$的电压之比 $U_3:U_4=4:1$时，电子嗡鸣器恰好能发声，此时 $R_0$的电功率为 $P_0\text{'}$， $P_0\text{'}:P_0=4:9$，已知电源电压，灯丝电阻都不变，线圈电阻忽略不计，求：

（1）灯泡 $L$的额定功率；

（2）当衔铁刚好被吸下时，控制电路的电流；

（3）将报警温度设为 ${50}^{°}\text{C}$时， $R_1$接入电路的阻值；

（4）工作电路的电源电压 $U_x$。

在学习了电学知识后，小宝对家里新买的号称“大功率电热毯”进行了研究。他对电热毯的工作电路图进行简化处理后绘制出了如图所示的等效电路图并研究。电路安全保护装置部分小宝由于没有学到相关知识打算以后再研究。

按照说明书介绍，电热毯工作电路等效电源的电压低于 $220V$．通过旋转电热毯的开关，电路可以达到3个档位。如图所示，档位1：单独闭合 $S_1$；档位2：同时闭合 $S_1$、 $S_2$；档位3：同时闭合 $S_1$、 $S_2$、 $S_3$。

小宝根据说明书提供参数进行计算后发现，不考虑灯丝电阻随温度变化，当电热毯处于档位1时，灯泡 $L$ 的功率为其额定功率的 $\frac{9}{16}$， $R_2$消耗的功率为 $1w$；当电热毯处于档位3时，灯泡 $L$正常发光， $R_1$消耗的功率为 $64W$。

请你根据题目所给的信息，完成以下问题。

（1）当电热毯处于档位1时， $R_1$、 $R_2$、灯泡 $L$一起　串　联工作。

当电热毯处于档位2时， $R_1$、 $R_2$、灯泡 $L$中只有　　工作。

（2）求电热毯处于档位1时，灯泡两端实际电压与其额定电压之比 $\frac{U_L}{U_{额}}=$？

（3）求电热毯处于档位3时，通电50秒电流通过 $R_2$产生的热量？

如图甲所示，电源电压保持不变， $R_1$是定值电阻，小灯泡 $L$的额定电压是 $6V$且灯丝电阻不随温度变化。当闭合开关 $S_1$、 $S_3$，断开开关 $S_2$，调节滑动变阻器 $R_2$的滑片，使电压表示数从 $1V$变为 $3V$的过程中，电路总功率变化了 $3.6W$，其中电压表示数为 $3V$时，电流表示数为 $0.3A$；滑动变阻器 $R_2$的电功率 $P_2$与电压表示数 $U_1$的关系如图乙所示，滑动变阻器 $R_2$的滑片在 $a$点、 $b$点时，对应电压表示数为 $U_a$、 $U_b$，且 $U_b=8U_a$．求：

（1）定值电阻 $R_1$的阻值。

（2）电源电压。

（3）滑动变阻器 $R_2$的滑片从 $a$点滑到 $b$点过程中， $R_2$接入电路的阻值范围。

（4）当闭合开关 $S_1$、 $S_2$，断开开关 $S_3$，滑动变阻器 $R_2$的滑片在中点时，小灯泡 $L$恰好正常发光，其电功率为 $P_L$；当滑动变阻器 $R_2$的滑片在阻值最大处时，小灯泡 $L$的电功率为 $P_L\text{'}$．则 $P_L$与 $P_L\text{'}$之比是多少？