初中物理能量解答题

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　　 $\mathit{km}/h$。

“南孔圣地，衢州有礼”，衢州市民积极践行“文明出行”的各项规定，比如骑电瓶车的规定为：出行要戴头盔（头盔外部材料坚硬，内部材料松软），不带12岁以上的人，不超速行驶。请运用科学知识，从安全角度解释该规定的科学道理。

有两只阻值未知的定值电阻 $R_1$、 $R_2$。

（1）图甲是用伏安法测 $R_1$阻值的实物电路，电源电压恒为 $3V$，滑动变阻器最大阻值为 $10\Omega$。

①甲图中有一根导线连接错误，请在该导线上画“ $\times$”并在图上改正（所画的导线用实线且不能交叉）。

②改正电路后，闭合开关，发现无论怎样移动滑动变阻器滑片，两电表均无示数，其原因可能是　　（填字母）。

$A$．滑动变阻器断路 $B$． $R_1$断路     $C$． $R_1$短路

③故障排除后，正确操作实验器材，移动滑片，当电压表示数为 $1.2V$时，电流表示数如图乙所示，则待测电阻 $R_1=$　　 $\Omega$。

④现有以下三组数据，分析可知，不可能通过以上实验获得的数据有　　（填序号）。

实验序号	$U/V$	$I/A$	$R_1/\Omega$
1	0.8	0.2
2	1.6	0.4
3	1.9	0.475

（2）图丙是能巧测 $R_2$阻值的实验电路图。图中 $R$为电阻箱， $R_0$为定值电阻（阻值未知）。要求仅利用电阻箱读数表达 $R_2$的阻值请在空白处填上适当内容。

①将开关接 $a$，调节电阻箱和滑动变阻器滑片 $P$至适当位置，记下　　；

②将开关接 $b$，调节　　，保持　　不变，记下　　；

③则 $R_2=$　　。

如图所示，足够高的粗糙水平桌面上静止一木块，轻质无弹性细线的一端系在木块上，另一端绕过定滑轮挂有托盘。往托盘中添加砝码后，木块向右做加速运动，在木块运动一段时间的过程中，请判断木块增加的动能E，与砝码重力做的功W的大小关系，并通过完整分析阐述理由。（不计托盘质量，空气阻力/线与滑轮间的摩擦）

打网球已成为我国青少年喜欢的体育运动项目，如图甲为快速飞行的网球遇到迎面而来的球拍时的三个瞬间，图乙为用频闪相机拍摄的网球离开球拍后在空中飞行过程的照片。

（1）网球遇到球拍时，球和球拍都变形了，这说明　               　（写两点）。

（2）球遇到球拍后的某一瞬间，网球的速度刚好变为零，则该瞬间网球所受的力是否平衡？　　

（3）网球表面比较粗糙，在空中飞行时所受空气阻力不可忽略。图乙中，网球从 $A$点经过最高点 $B$飞行到 $C$点的过程中，下列说法正确的是　　（选填序号）。

①在 $A$、 $B$、 $C$三点，网球在 $A$点机械能最大

②位于最高点 $B$时，网球的动能为零

③在该飞行过程中，网球的势能先增大后减小

某同学在探究“物体的动能跟哪些因素有关”时，提出了如下猜想：

猜想一：物体动能大小与物体的质量有关

猜想二：物体动能大小与物体的运动速度有关

为了验证上述猜想，老师提供了如下器材：斜槽、刻度尺、三个钢球（质量分别为 $0.2\mathit{kg}$、 $0.2\mathit{kg}$、和 $0.3\mathit{kg})$、木块和长木板。

实验装置如图所示，让钢球从高为 $h$的斜槽上由静止滚下，碰到水平面上的木块后，将木块撞出一段距离，在同样的平面上，木块被撞得越远，说明钢球的动能越大。

该同学利用上述器材和装置进行了实验，并在下表中记录了实验获得的数据。

次数	钢球质量 $m/\mathit{kg}$	钢球下落高度 $h/\mathit{cm}$	木块移动距离 $s/\mathit{cm}$
1	0.1	10	8
2	0.1	25	19
3	0.3	20	26
4	0.2	10	15
5	0.3	10	22
6	0.3	15	30

请你完成下列任务：

（1）为了便于验证猜想一，请重新设计一个实验表格，并将上表中的相关数据全部筛选整理后填入你所设计的表中。

（2）分析重新设计的表中数据可以得到的实验结论是　　。

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。

小华同学在“测量小灯泡的电功率”的实验中，所用电源电压恒为 $3V$，小灯泡上标有“ $2.5V$”字样。

（1）请用画线代替导线，将图中的实物电路图连接完整。

（2）在连接电路时，开关始终是　　（选填“断开”或“闭合” $)$的，在闭合开关前，应将滑动变阻器的滑片移动到最　　端（选填“右”或“左” $)$。

（3）闭合开关后小华进行了4次实验，并将有关数据和现象记录在如下的表中。

物理量 次数	电压 $U/V$	电流 $I/A$	实际电功率 $P/W$	发光情况
1	0.5	0.10	0.05	不亮
2	1.5	0.20	0.30	偏暗
3	2.5	0.30		明亮
4	2.8	0.32	0.896	很亮

表中第1次实验小灯泡不亮的原因是灯泡实际功率　　（选填“太大”或“太小” $)$。

（4）分析上表中数据可知该小灯泡的额定功率为　　 $W$，实验得出的结论是：小灯泡的实际功率　　，灯泡越亮。

图1是小丽探究动能大小与速度关系时的实验场景：斜面上有两平行轨道，将两小球①、②从轨道上由静止释放，与放置在水平木板上的两个相同木块①、②发生碰撞，两个木块初始位置到斜面底端的距离相等。

（1）为完成实验，应使两个质量　　的小球从轨道上　　高度由静止释放（均选填“相同”或“不同” $)$

（2）由图1场景可知，碰撞木块前瞬间，小球　　的动能较大，两木块通过 $A$、 $B$两点处所受的滑动摩擦力大小分别为 $f_A$、 $f_B$，则 $f_A$　　 $f_B$，滑行中，木块的动能转化成　　能；

（3）图2是某次实验的场景：将两小球从图中 $E$、 $F$处静止释放，最终木块①从水平木板的右端滑出，小丽用质量更大的木块③替换木块①后继续此次实验，将两小球仍从图中 $E$、 $F$处由静止释放，木块③未滑出木板，小丽的实验改进有一处遗漏，它是　　。

“暴走”是一种快速的徒步运动方式。观察分析人走路情形，可以将人的脚视为一根杠杆，如图所示，行走时人的脚掌前端是支点，人体受到的重力是阻力，小腿肌肉施加的力是动力。已知某人的质量为 $80\mathit{kg}$， $g=10N/\mathit{kg}$。

运动方式	散步	快走	慢跑	快跑
消耗能量 $E/\mathit{kJ}$	315	1165.5	1260	1764

（1）请画出小腿肌肉施加的拉力 $F$的力臂 $L_1$。

（2）根据图片，估算小腿肌肉产生的拉力是　　 $N$。

（3）人向前走一步的过程中，重心升高约 $4\mathit{cm}$，人克服自身重力约做了　　 $J$的功。

（4）通过查阅资料：人以不同方式徒步运动半小时，消耗人体内的能量如上表所示。请你从能量角度分析“暴走”能健身的原因：　　。