初中物理能量解答题

小明利用如图1所示的电路“探究串、并联电路中电流的关系“。

（1）探究串联电路中电流的关系。

①用笔画线代替导线将开关 $S_3$连入电路中。（要求：只闭合开关 $S_3$后， $R_1$、 $R_2$以及电流表串联；导线不许交叉）

②小明将 $S_3$闭合后，发现电流表均无示数。于是他用一只电压表对电路故障（电路中只有一处故障）进行了检测，将电压表接在 $R_1$两端时，电压表与电流表均无示数；接在 $R_2$两端时，电压表有示数，电流表无示数。电路中的故障是　   　。小明排除故障后继续实验，读出了电路中各电流表的示数，得到了串联电路中电流的关系是：串联电路中各处电流相等。

（2）完成上述实验后，小明继续探究并联电路中电流的关系。

①各开关的连接情况是　　（填写各开关断开或闭合）。

②分析实验中各电流表的读数（如图2所示），可知并联电路中电流的关系是：　　。

③电阻 $R_1:R_2=$　　。

（3）为了验证结论的普遍性，你可以采用的方法是：　　。

【拓展】在电源电压不变的情况下，小明两次实验中电路消耗的最大功率与最小功率之比 $P_{\mathit{最大}}:P_{\mathit{最小}}=$　　。

小谦根据如图甲所示的电路组装成调光灯，并进行测试。电源电压保持不变，小灯泡的额定电压是 $6V$，小灯泡的 $I-U$图象如图乙所示。

求：

（1）小灯泡正常发光时的电阻。

（2）小灯泡正常发光 $10\mathit{min}$消耗的电能。

（3）经测算，小灯泡正常发光时的功率占电路总功率 $50\%$，如果把灯光调暗，使小灯泡两端电压为 $3V$，小灯泡的实际功率占电路总功率的百分比是多少？

（4）小谦认为这个调光灯使用时，小灯泡的功率占电路总功率的百分比太低，请写出一种出现这种情况的原因。

如图所示是正在航拍的无人机。起飞前，放在地面上要确保四脚着地；启动后，利用遥控器可控制它运动和工作。无人机的参数如下表，求： $(g$取 $10N/\mathit{kg})$

（1）无人机从地面飞到离地 $20m$高处，至少要多长时间？

（2）无人机从 $20m$高处降落到地面，重力做功是多少？

（3）无人机停放在水平地面上时对地面的压强是多少？

（4）无人机的突出问题是飞行时间短，请提出一个解决问题的合理建议。

机身质量 $/\mathit{kg}$	2.4	四脚着地总面积 $/c{m}^2$	10
电池充满后储存电能 $/J$	36000	最大水平速度 $/(m·s^{-1})$	5
机身尺寸 $/\mathit{mm}$	$400\times 300\times 200$	最大上升速度 $/(m·s^{-1})$	1

在测量小灯泡电功率的实验中，已知灯泡额定电压 $U=2.5V$，电源电压保持不变

（1）用笔画线代替导线把甲图电路连接完整。

（2）调节滑动变阻器，使电压表示数为 $2.5V$，此时电流表示数（如图乙）为　 $A$，则小灯泡的额定功率是　　 $W$。

（3）如果没有电压表，用如图丙所示电路也可测小灯泡的额定功率。其中，定值电阻的阻值为 $R_0$．先断开开关 $S_2$、闭合开关 $S$、 $S_1$，调节滑动变阻器，使电流表的示数为 $\frac{U_{额}}{R_0}$；再保持变阻器滑片的位置不变，只断开开关　　、闭合其它开关，读出电流表示数为 $I$，灯泡额定功率的表达式为 $P_{额}=$　　（用 $R_0$、 $U_{额}$、 $I$的代数式表示）。

如图甲所示，是一种电加热恒温箱的简化工作原理电路图。工作电路由电压 $U_0=220V$的电源和阻值为 $R_0=88\Omega$的电热丝组成。控制电路是由电压 $U_1=7.5V$的电源、开关、电磁继电器（线圈电阻不计）、电阻箱 $R_1$（可取值范围为 $0~120\Omega )$和热敏电阻 $\mathit{Rt}$组成的，热敏电阻 $\mathit{Rt}$的阻值随温度变化的关系如图乙所示。当控制电路的电流达到 $50\mathit{mA}$时，衔铁才吸合，从而切断右边工作电路，停止加热。

（1）由乙图可知热敏电阻 $R_t$的阻值随温度的升高而　 　。（选填“增大”、“不变”、“减小” $)$

（2）求工作电路中电热丝 $R_0$工作时的电流和工作 $5\mathit{min}$产生的热量。

（3）如果恒温箱的温度设定为 ${60}^{°}\text{C}$，则电阻箱 $R$应取多大阻值。

（4）该恒温箱可设定的最高温度是多少 ${}^{°}\text{C}$？

滑旱冰是青少年最喜欢的一项运动。如图所示，小兵质量约为 $34\mathit{kg}$，所穿的四轮直排旱冰鞋每只质量为 $3\mathit{kg}$，鞋底每个轮子与地面接触面积为 $4c{m}^2$． $(g$取 $10N/\mathit{kg})$

求：

（1）小兵自身受到的重力

（2）若比赛时小兵滑行 $1200m$用时 $2.5\mathit{min}$，小兵滑动的平均速度是多少 $m/s$。

（3）小兵单脚滑行时对地面的压强

（4）小兵在练习时，想冲上一个斜坡，请从能量角度分析他该怎样做，为什么？（不计斜坡阻力）

在“测量小灯泡电阻”实验中，小灯泡的额定电压 $U=2.5V$。

（1）请用笔画线代替导线，将图甲中的实物电路连接完整。

（2）闭合开关后，发现电流表指针如图乙所示，其原因是　          　。

（3）排除故障后，闭合开关，移动滑片 $P$使电压表示数为 $2.5V$，电流表示数如图丙所示 $I=$　　 $A$，则小灯泡的电阻 $R=$　　 $\Omega$。

（4）如图丁所示，是小华同学利用图甲电路做实验时，测绘出的小灯泡的电流随电压变化的关系图象。在图甲电路中，电源电压 $U=4.5V$保持不变，当滑动变阻器取值 $R_p=10\Omega$时，小灯泡电阻值为 $R_L=$　　 $\Omega$（保留两位小数点）

如图所示，图甲是小谦同学研究调光灯的实验电路图，小灯泡规格是“ $6V3W$”，闭合开关 $S$，当滑动变阻器滑片 $P$在 $A$点时，滑动变阻器连入电路的电阻为 $R_1$，电压表的示数为 $4V$，当滑动变阻器滑片 $P$在 $B$点时，滑动变阻器连入电路的电阻为 $R_2$，电压表的示数为 $2V$，且 $R_2=2R_1$，测绘出小灯泡的 $I-U$图象如图乙所示，电源电压保持不变。

（1）根据小灯泡的 $I-U$图象判断，小灯泡的阻值是否恒定　 　（选填“恒定”或“不恒定” $)$，用物理知识解释其原因是　　。

（2）小灯泡正常发光时的电流是多少 $A$？

（3）小灯泡两端电压为 $2V$时的实际功率是多少 $W$？

（4）电源电压是多少 $V$？

有一台电动起重机，电动机的电功率是 $2.5\times {10}^{3}W$，它在30秒内将质量为 $1.5t$的大石头沿竖直方向匀速提升 $2m$。

（1）大石头的重力是多少 $N$？ $(g$取 $10N/\mathit{kg})$

（2）起重机提升大石头消耗的电能是多少？

（3）起重机提升大石头的效率是多少？

（4）写出一条提高起重机效率的合理建议：　              　。

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 $q_{\mathit{沼气}}=1.8\times {10}^{7}J/m^3)$

“节能减排，低碳生活”旨在倡导节约能源和减少二氧化碳排放。李明同学坚持骑自行车上下学，他的质量为 $50\mathit{kg}$，所骑自行车质量为 $15\mathit{kg}$。 $(g=10N/\mathit{kg})$求：

（1）若他在平直公路上 $5\mathit{min}$内匀速行驶了 $1500m$，则这段时间他骑行的速度是多大？

（2）若他骑行时的牵引力恒为 $60N$，则他骑行这 $5\mathit{min}$内克服阻力做了多少功？

（3）若他骑行时自行车两轮与地面总的接触面积为 $25c{m}^2$，则他骑行时自行车对地面的压强为多少？

小欣利用实验探究“电流跟电阻的关系”。已知电源电压为 $6V$且保持不变，实验用到的电阻阻值分别为 $5\Omega$、 $10\Omega$、 $15\Omega$、 $20\Omega$、 $25\Omega$。

（1）请根据图甲所示的电路图将图乙所示的实物电路连接完整（导线不允许交叉）；

（2）小欣把 $5\Omega$定值电阻接入电路后，闭合开关，发现电流表无示数而电压表有示数，则电路中的故障可能是　　。

$A$．电阻 $R$处短路    $B$．电阻 $R$处断路    $C$．滑动变阻器处断路

（3）排除故障后进行实验。实验中多次改变 $R$的阻值，调节滑动变阻器的滑片，使电压表示数保持不变，记下电流表的示数，得到如图丙所示的电流 $I$随电阻 $R$变化的图象。由图象可以得出结论：电压一定时，　　；

（4）将 $5\Omega$定值电阻换成 $10\Omega$定值电阻后，闭合开关，为了保持电压表的示数为　　 $V$不变，应将滑动变阻器的滑片 $P$向　　（选填“ $A$”或“ $B$” $)$移动，记录此时各表的示数。

如图所示是汽油机的　　冲程。

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

在修建天水市体育中心的施工过程中，起重机在 $4s$内将质量为 $5\times {10}^3\mathit{kg}$的钢材沿竖直方向匀速提升了 $2m$，而它的电动机做的功是 $2\times {10}^{5}J$． $(g$取 $10N/\mathit{kg})$求：

（1）钢材上升过程中的速度。

（2）起重机对钢材所做的有用功。

（3）起重机的机械效率。