初中物理能量解答题

由连云港市市政府主导，某集团投资建设的公共自行车项目，通过相关部门的宣传“绿色出行，低碳生活”的理念深入人心。经过一段时间的运行，公共自行车已经真正融入到港城人民的生活中。一位市民骑着自行车在平直的水平路面上以 $5m/s$的速度匀速行驶，已知该市民质量为 $60\mathit{kg}$，自行车质量为 $10\mathit{kg}$，前后轮胎和地面总接触面积为 $2\times {10}^{-3}{m}^2$．假定骑行过程中人和车受到的阻力恒为 $15N$，在该市民骑行过程中，求： $(g=10N/\mathit{kg})$

（1）自行车对水平路面的压力；

（2）自行车对水平路面的压强；

（3）该市民做功的功率。

我国规定的饮酒驾车和醉酒驾车标准如表。如图甲是对驾驶员进行现场检测的呼气式酒精检测仪，用于检测驾驶人员呼气酒精浓度。呼气中的酒精浓度与血液中的酒精浓度关系为：血液酒精浓度 $X=$呼气酒精浓度 $y\times 2200$。

类型	标准（血液中的酒精浓度 $X)$
非饮酒驾车	${\rm X}<20\mathit{mg}/100\mathit{mL}$
饮酒驾车	$20\mathit{mg}/100\mathit{mL}⩽{\rm X}<80\mathit{mg}/100\mathit{mL}$
醉酒驾车	${\rm X}⩾80\mathit{mg}/100\mathit{mL}$

酒精测试仪由酒精气体传感器（相当于随呼气酒精浓度变化的变阻器），与一个定值电阻及一个电压表组成，图乙是它的原理图，电源电压 $1.5V$，定值电阻 $R_1=40\Omega$，传感器的电阻值 $R_2$与呼气酒精浓度 $y$的关系如图丙所示。测试时，按下开关等仪器正常后，被测者口含紧吹气管吹气 $4s$，测试仪显示结果。

①某驾驶员接受测试，电压表示数是 $0.5V$．该驾驶员测试结果是什么类型？

②如果被测者测试时，口没有含紧吹管吹气，请根据流体压强与流速的关系，分析对测试结果的影响。

2021年5月15日，天问一号火星探测器所携带的"祝融号"火星车及其着陆组合体成功降落在火星北半球的乌托邦平原南部，实现中国航天历史性的突破。

（1）虽然火星大气稀薄，着陆组合体冲入火星大气层后，5千米 $/$ 秒级别的速度依然导致大气冲击和摩擦产生了巨大的振动和热量，足以熔化大部分金属。通过隔热装置和多种散热手段，着陆组合体的温度依然能保持常温。图甲为着陆组合体部分着陆流程的示意，则隔热装置应安装在 　　（选填" $A$ "或" $B$ " $)$ 处。

（2）当着陆组合体的速度骤降到数百米 $/$ 秒，巨大的降落伞在火星上空约10千米的高度打开。当速度降低到100米 $/$ 秒以内，降落伞"功成身退"，着陆组合体依靠底部强大的反冲火箭工作进一步减速。随着速度进一步降低，着陆组合体进入悬停避障状态。着陆组合体悬停时（如图乙所示），反冲火箭喷气的方向为 　　。

（3）着陆组合体总着陆时间只有9分钟左右，也被叫做"恐怖9分钟"。这是因为火星距离地球太遥远 $(5.5\times {10}^{10}$ 米 $~4\times {10}^{11}$ 米），如果着陆组合体通过电磁波信号与地面控制中心通信，信号来回至少需要几分钟？（电磁波在真空中传播速度为 $3\times {10}^8$ 米 $/$ 秒）

排球充气后，让排球从手上自由落下，排球每次弹回的高度都低于落下时的高度。

（1）解释整个过程中能量是否守恒。

（2）排球从接触地面到形变最大的过程中，速度 $v$与形变大小△ $V$之间的关系大致如图，请说明该过程中，排球受力情况与机械能变化的关系。

北京8分钟

2018年平昌冬奥会闭幕式上，“北京8分钟”表演惊艳全世界，同时宣告冬奥会进入北京时间。短短8分钟的表演却蕴涵着大量的“中国智慧”和“中国制造”

闭幕式上，演员穿着目前国内最大尺寸的熊猫木偶道具进行轮滑表演，给人留下了

深刻印象。为达到最佳表演效果，需要严格控制道具的质制作团队在原有工艺的基础上不断改良和创新，经过反复对比和测试，最终确定用铝合金管材和碳纤维条作为制作材料。最终版的熊猫木偶道具质量仅为 $10\mathit{kg}$

装载着大屏幕的机器人与轮滑舞者进行了互动表演，为体现冰雪主题，大屏幕也使用了新技术，让它们看起来像是用冰雪制成的“冰屏”，每块“冰屏”长 $3m$。为保证“冰屏”具有较强的抗风能力，“冰屏”的整个结构非常精密，卡槽与屏之间的距离达到微米级，经过风洞测试，每块“冰屏”都能承受 $15m/s$的风速，目前我国的“冰屏”技术已处于世界领先水平。

舞台上要求演员衣服轻薄，动作舒展流畅，由于现场气温低至 $-3^{°}\text{C}$，为做好演员的保暖工作，超薄保暖服采用了超级新型纳米材料 $-$一石墨烯发热膜、演员上场前，需先对服饰内的电池进行充电。充电完成后，石墨烯发热膜保暖服可在 $-{20}^{°}\text{C}$的环境中工作4小时，确保了演员穿着舒适和演出成功。

阅读短文，回答问题：

（1）熊猫木偶道具选用铝合金管材和碳纤维条作为制作材料，除了考虑材料的强度和韧性外，还因为这些材料

　　较小；

（2）演员在地面上做曲线运动时，受到的力是　　（选填“平衡力”或“非平衡力” $)$；

（3）在对“冰屏”进行抗风能力的风洞测试中，让屏幕正对风的方向，若增大风速，风对屏幕产生的压强　　（选填“变小”、“变大”或“不变” $)$；

（4）在给保暖服内的电池充电时，电能转化为　　能；保暖服通电发热是通过　　（选填“热传递”或“做功” $)$方式增加保暖服的内能。

在这次新冠肺炎抗疫战中，中医药为诊疗发挥了积极作用，成为抗疫“中国方法”的重要组成部分。小明对家里的电中药壶进行观察，并用水替代中药进行了相关研究。收集和记录数据如下表。请你结合他的调查研究，完成下列问题。

观察对象	观察记录	研究记录
电中药壶	成分：紫砂 电源： $220V/50\mathit{Hz}$ 容积： $2L$ 挡位：高温 $\left(1100W\right)$ 低温	①水的质量 $m=2\mathit{kg}$，水的初温 $t={20}^{°}\text{C}$ ②用高温挡加热 $5\mathit{min}$，水的末温 $t={50}^{°}\text{C}$ ③壶内加热体由两个相同的发热电阻组成 ④ $c_{水}=4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{\circ }\text{C}}\right)$

（1）请在虚线框内画出电中药壶内部的电路图；

（2）求电中药壶内部一个发热电阻的阻值；

（3）求高温加热时，电中药壶的加热效率。

有一额定功率为 $2000W$的电热水器，内装 $20\mathit{kg}$的水，通电后持续正常加热 $25\mathit{min}$，水的温度从 ${20}^{°}\text{C}$升高到 ${50}^{°}\text{C}$。已知 $c_{水}=4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{\circ }\text{C}}\right)$，求：

（1）水吸收的热量；

（2）电热水器的热效率。

2019年4月15日起，新的《电动自行车安全技术规范》正式实施。要求：最大速度 $⩽25\mathit{km}/h$，电动机输出功率 $⩽400W$，质检员小华对某款电动自行车进行测试，沿水平直路从 $A$出发骑行至 $D$结束，如图所示。测试情况如表格所示。

	$\mathit{AB}$	$\mathit{BC}$	$\mathit{CD}$
路程 $/\mathit{km}$	0.6	4.8	0.6
用时 $/h$	0.05	0.2	0.05
速度特点	逐步加速	以最大速度匀速行驶	逐步减速
阻力特点	越来越大	恒为 $60N$	越来越小

（1）测试过程中，小华看到路旁的树木向西，她是以　　（选填“自己”或“地面” $)$为参照物，此时她是向　　（选填“东”或“西” $)$骑行。

（2） $\mathit{BC}$段，电动自行车的速度为　　 $\mathit{km}/h$，　　（选填“符合”或“不符合” $)$新《规范）关于最大速度的要求。

（3） $\mathit{BC}$段，电动自行车的动力做功　　 $J$．电动机的输出功率为　　 $W$，　　（选填“符合”或“不符合” $)$新《规范》关于电动机输出功率的要求。

（4）从 $A$到 $D$全程，电动自行车的平均速度为　　 $\mathit{km}/h$。

如图所示，工人用 $500N$拉力 $F$，将重为 $900N$的木箱匀速提升 $3m$，所用时间为 $20s$，求：

（1）拉力 $F$做的有用功；

（2）拉力 $F$做功的功率；

（3）动滑轮的机械效率。

小明同学在探究重力势能的大小与什么因素有关时，提出了如下猜想：

猜想一：物体的重力势能与物体的质量有关

猜想二：物体的重力势能与物体所在高度有关

为了验证上述猜想，他计划利用小桌、沙子、质量不同的铁块和刻度尺进行实验：如图所示，将小桌桌腿朝下放在平整的沙面上，把铁块从距桌面某一高度由静止释放，撞击在桌面的中心部位，记录桌腿进入沙子的深度。

按上述方案进行实验，其实验数据如下表所示。

实验 序号	铁块质量 $m/g$	铁块距桌面高度 $H/\mathit{cm}$	桌腿进入沙子 的深度 $h/\mathit{cm}$
①	20	20	1.9
②	20	30	2.9
③	20	40	3.8
④	30	20	2.9
⑤	40	20	4.1

（1）实验中通过比较　　来判断物体重力势能的大小；

（2）为了验证猜想一，需选择表中　　（填实验序号）三组数据进行分析；

（3）分析表中①②③的实验数据，可得出的结论是：　　。

某跳伞运动员从飞机上跳下，沿竖直方向降落，一段时间后打开降落伞，最后安全着地。已知运动员和跳伞设备的总重力为700牛，跳伞过程中下降的速度与时间的关系如图甲所示。

（1）图甲中曲线 $\mathit{OA}$段速度越来越大的原因是　　。

（2）图乙是跳伞过程中部分阶段的情景及受力示意图，其中与图甲曲线中 $\mathit{CD}$阶段对应的是　　。

（3）计算运动员和跳伞设备的总重力在 $\mathit{AB}$段所做的功。

小明和小红做“测量小灯泡的功率”实验，实验目的是测量小灯泡的额定功率和实际功率，器材有：电压恒为 $4.5V$的电源、额定电压为 $3.8V$的小灯泡、滑动变阻器 $\left(20\Omega 2A\right)$、电压表、电流表、开关各一个，导线若干。

（1）小明连接了如图甲所示的电路，准备将电压表接在小灯泡两端，电压表的表盘如图乙所示，小红认为这样连接电压表不妥，理出是：　      　。

（2）小明和小红讨论后，选择 $0~3V$的量程，将电压表接在滑动变阻器的 $A$， $B$接线柱上，请你用笔画线代替导线，将电路连接完整。

（3）正确连接好电路后，他们采用合理的操作方式，闭合开关，移动滑片 $P$，读出电压表，电流表的示数，观察小灯泡的亮度变化，记录在下表中。

电压表的示数 $U/V$	2.9	2.5	2.3	1.7	0.7	0.5	0
电流表的示数 $I/A$	0.20	0.22	0.24	0.26		0.31	0.34
小灯泡的亮度	逐渐变亮

①为达成实验目的，请将表格中的栏目补充完整：　　。

②当电压表示数为 $0.7V$时，电流表示数如图丙所示，则小灯泡的额定功率为　　 $W$。

③实验结果表明，小灯泡的亮度与实际功率的关系是：　　。

④实验时，若移动滑片 $P$至 $B$端，则开关闭合后会出现　　现象，导致器材可能损坏。

某汽车在平直路面上以 $75\mathit{km}/h$的速度匀速行驶 $1h$的过程中，消耗了 $5\mathit{kg}$汽油，汽油燃烧释放能量的 $40\%$随废气通过热电转换装置，如图所示，汽油热值近似取 $q=5\times {10}^{7}J/\mathit{kg}$，设汽油在气缸内完全燃烧。

（1）图示时刻，四冲程汽油机处于　　冲程；若该汽油机每分钟完成7200个冲程，则它每秒钟完成　　个工作循环

（2）若上述过程中汽油燃烧释放能量的 $30\%$用来驱动汽车行驶，求汽车所受的阻力 $f$；

（3）研究表明新材料的出现可将热电转换装置的效率大幅提高到 $15\%$，据此计算，上述过程中随废气排放的能量通过转换装置后可获得多少电能？这些电能可供车内总功率为 $1000W$的用电器持续工作多长时间？

在测量电阻的实验中：

（1）小华设计的测量电路如图1所示，待测电阻 $R_x$约 $10\Omega$。

①在开关闭合前，滑动变阻器的滑片应置于最　　端；

②导线 $A$、 $B$、 $C$、 $D$中有一根连接错误，这根导线是　　；

③改正连接错误并闭合开关后，小华发现无论怎样调节滑动变阻器，电压表示数不为零且保持不变，而电流表示数始终为零，已知导线及各处连接完好，则电路中　　出现了　　故障。

（2）小清设计的测量另一待测电阻 $R_x$阻值的电路如图2所示

①他的测量步骤如下

第1步：将 $R_x$接在电路中 $A$、 $B$两点间，闭合开关 $S$，调节滑动变阻器滑片 $P$至适当位置，此时电压表的示数如图3所示，示数为　　 $V$；断开开关 $S$，移走 $\mathit{Rx}$

第2步：再将电阻箱 $R$接在 $A$、 $B$两点间，闭合开关 $S$，保持滑动变阻器的滑片 $P$位置不变，调节电阻箱使电压表的示数仍如图3所示，此时电阻箱接入电路中阻值 $R=48\Omega$，则小清测得 $R_x$的阻值为　　 $\Omega$

②在第2步中，若小清无意中将滑动变阻器的滑片 $P$向右移了少许，则他测得 $R_x$的阻值将偏　　，设滑片 $P$的右移使滑动变阻器接入电路的阻值增大了 $2\Omega$，则小清测得 $R_x$的值为　　 $\Omega$。

今年春节，小明帮爸爸安装彩灯，爸爸说：照明灯具迈进了新的时代。前些年，白炽灯还是照明灯具的主力军，人们为延长白炽灯的使用寿命，在楼道里常把两只相同的白炽灯串联起来使用。但这样两只灯发光时的整体亮度，还不如只用其中一只灯时亮。小明很疑惑“为什么会变暗呢？”请你用所学的知识为小明解惑。