初中物理能量解答题

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。

如图甲所示，物体重 $500N$，某人用 $F=400N$平行于斜面的拉力使物体沿斜面向上做直线运动，其路程随时间变化的图象如图乙所示。

（1）物体运动的速度多大？

（2） $10s$内人对物体做了多少功？功率多大？

（3） $10s$内人对物体做了多少有用功？

在测电阻的实验中，实验的器材有：干电池3节，电流表、电压表各一个，开关2个，滑动变阻器1个，待测电阻2个，导线若干。

（1）如图所示，图甲是实验的电路图。小丽按照电路图连接电路时，开关应　　。

①闭合开关 $S$后，小丽发现电流表和电压表的指针均不动。她断开开关 $S$，检查线路连接无误后，把电压表与 $b$点相连的那根导线改接到 $c$点，再次闭合开关 $S$时，发现电流表的指针仍不动，但电压表的指针有明显的偏转。若电路中只有一处故障，则故障是　　。

②排除故障后，正确连接电路，闭合开关 $S$，移动滑动变阻器的滑片 $P$，当电压表的示数为 $1.6V$时，电流表的示数如图乙所示，则电路中的电流为　　 $A$， $R_x=$　　。

（2）实验时某小组同学利用一只电流表和最大阻值为 $R_0$的滑动变阻器完成对未知电阻 $R_y$的测量。如图2所示是他们按照设计连接的部分实验电路。

①请你依据下面的实验步骤，用画笔线代替导线，将实验电路连接完整。（只添加一条导线）

实验步骤：

$A$．开关 $S_1$和 $S_2$都断开，将变阻器的滑片 $P$移到阻值最大处，观察到电流表无示数；

$B$．保持滑片 $P$位置不动，只闭合开关 $S_1$时，读取电流表的示数为 $I_1$；

$C$．再闭合开关 $S_2$时，读取电流表的示数为 $I_2(I_2>I_1)$。

②请你用 $I_1$、 $I_2$和 $R_0$表示 $R_y$，则 $R_y=$　　。

如图为测量滑轮组机械效率的实验装置，钩码总重为 $6N$。

（1）实验时应竖直向上　   拉动弹簧测力计，测得拉力大小为 $2.5N$。

（2）若钩码上升的高度为 $10\mathit{cm}$，该滑轮组的机械效率为　　。

（3）若仅增加钩码的质量，则该滑轮组的机械效率将　　（选填“增大”、“减小”或“不变” $)$。

为了比较两种液体的吸热能力，某实验小组用如图中两个相同的装置做实验，数据记录如表所示。

物理量 物质	质量 $/g$	初始温度 ${/}^{°}\text{C}$	加热时间 $/\mathit{min}$	最终温度 ${/}^{°}\text{C}$
液体1	50	20	5	45
液体2	50	20	5	68

（1）实验过程中，用加热时间相同比较升高的温度的方法来完成探究实验，通过分析表中数据可知　 　（选填“液体1”或“液体2” $)$的吸热能力较强。

（2）这组同学又对甲图中的加热情况进行分析，在某段时间内，质量为 $m_1$的液体1温度从 $t_0$升高到 $t$，共消耗了质量为 $m_2$的酒精，液体1的比热容为 $c$，酒精的热值为 $q$，则这段时间内液体1吸收的热量表达式 $Q_{吸}=$　　，酒精完全燃烧放出的热量表达式 $Q_{放}=$　　（两个表达式均用给出的字母表示）， $\frac{Q_{吸}}{Q_{放}}$　　1．（选填“大于”、“小于”或“等于” $)$

如图所示，木块的长度为　 $\mathit{cm}$；体温计的示数为　　 ${}^{°}\text{C}$；电压表的读数为　　 $V$。

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。

某品牌电磁炉铭牌部分参数如图所示，现将其接入 $220V$电路中给锅内 ${25}^{°}\text{C}$的水加热 $5\mathit{min}$，锅内的水温度升高到 ${88}^{°}\text{C}$，已知 $c_{水}=4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{\circ }\text{C}}\right)$，求：

（1）电磁炉在 $5\mathit{min}$内消耗的电能；

（2）假设电磁炉工作时产生的热量全部被水吸收，那么锅内水的质量是多少？

为了研究小灯泡在不同电压下工作时（实际电压不允许超过额定电压的五分之一），消耗的电功率是否相同，某同学选取一个额定电压为 $2.5V$的小灯泡。

（1）请你帮他设计电路，并在答题卡的指定位置画出电路图；

（2）他还准备了：蓄电池 $\left(6V\right)$，电流表 $(0~0.6A0~3A)$、电压表 $(0~3V0~15V)$、滑动变阻器 $R_1(10\Omega 0.6A)$、滑动变阻器 $R_2(50\Omega 0.6A)$、开关、导线若干。为了完成实验，应选择滑动变阻器　　接入电路，电压表选用　　量程；

（3）由实验测得，通过小灯泡的电流随电压变化的关系图线如图所示。由图可知，小灯泡正常发光时，通过灯丝的电流是　　 $A$，此时消耗的电功率为　　 $W$；

（4）通过数据分析可以得出：　　。

根据电路图，以笔画线代替导线连接实物电路。