初中物理能量解答题

某兴趣小组的同学们想制作一个简易的台灯，所用小灯泡的额定电压为 $27V$，正常发光时灯丝的电阻为 $90\Omega$．因身边只有电压为 $36V$的电源，为了保证小灯泡能正常发光，应将一个定值电阻与灯泡串联后接在电源上，请你帮他们求出该电阻的阻值。

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　　 $\mathit{km}/h$。

某同学按照如图所示的电路图测量额定电压为2.5V灯泡的电阻。

（1）开关闭合前，滑片应置于 　 　（选填"A"或"B"）端。

（2）开关闭合后，逐渐移动滑片，并依次记下灯泡的发光情况和电表示数。实验记录如下表：

数据序号	1	2	3	4	5
发光情况	熄灭	熄灭	较暗	不很亮	明亮
电压U/V	0.1	0.5	1.3	2.1	2.5
电流I/A	0.05	0.16	0.21	0.26	0.28
算出的电阻R/Ω		3.13	6.19	8.08	8.93

①表中空格中的数值为 　 　。

②灯泡的额定功率为 　 　W。

③通过计算发现，灯泡在亮度不同时电阻不同，原因可能是 　 　。由此可以推断，家庭电路中，在灯泡刚接通瞬间，灯泡的实际功率比额定功率 　 　，灯泡容易 　 　。

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　　 $\Omega$。

为了探究电流跟电压的关系，小红同学设计了图甲所示的电路。

（1）请根据电路图，用笔画线代替导线将图乙中未连接完整的电路连接起来。（导线不能交叉）

（2）调节滑片位置，改变定值电阻两端的电压，得到电流表和电压表示数如丙和丁图，则电流表的示数为 　 　A，电压表的示数为 　 　V。

次序	1	2	3	4	5
电阻/Ω	40	20	10	7	5
电流/A	0.25	0.5	1.0	1.5	2.0

（3）如果仍用图甲的电路研究电流与电阻的关系，实验中换用不同阻值的定值电阻后，每次应调节滑动变阻器的滑片，保持电压表示数不变。实验记录数据如上表所示，请根据表中数据在图戊的坐标纸上描点作出图象，由图象可得出的实验结论是 　 　。（实验器材使用正确，量程选用合理）

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？

如图为一种测量体重的装置，其中体重示数计是由　 　表改装成的。当没有测体重时，绝缘体使电路　 　（选填“切断”或“接通”）。电路中R₁的作用是　 　。

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：　　。

小华用如图甲所示电路测量合金丝电阻，电源电压为 $6V$。

（1）在图甲中用笔画线代替导线将实验电路连接完整，使实验中滑动变阻器的滑片向右移动时电流表示数增大。

（2）闭合开关前应将滑动变阻器的滑片移动到　　端。

（3）闭合开关后，将滑动变阻器的滑片从接入电路电阻最大处移动到另一端过程中，发现电压表和电流表的指针只在图乙所示位置发生很小的变化，由此可以推断：电路中　　（选填图中表示接线柱的数字）间发生了　　（断路 $/$短路）。

（4）在电路故障排除后，调节滑动变阻器，当电压表指针如图丙所示时，电流表读数为 $0.5A$，由此，小华算出接入电路合金丝的电阻为　　 $\Omega$。

（5）为准确地测出合金丝的电阻，对实验应作怎样的改进？答：　　。

探究影响电阻大小的因素：有 $a$、 $b$、 $c$、 $d$四根不同的电阻丝， $b$、 $c$、 $d$跟 $a$相比，分别只有一个因素不同： $b$与 $a$长度不同； $c$与 $a$横截面积不同； $d$与 $a$材料不同。实验方案有如下两种

方案	甲	乙
电路
原理	①将电阻丝 $a$、 $b$、 $c$、 $d$分别接在 $M$、 $N$之间，测出电路中的电流。电流表的示数越大，表示接入的电阻丝阻值越　　。	②将电阻丝 $a$、 $b$、 $c$、 $d$串联在电路中，用电压表分别测出它们两端的电压。电压表的示数越大，表示被测的电阻丝阻值越　　。

（2）增加一把刻度尺，探究电阻大小与长度是否成正比。请选择上述方案中的填　　 $($ “甲”或“乙” $)$，具体做法：　　。

新冠疫情期间，科学家为了说明戴口罩防护的重要性，用高速摄像机拍下来打喷嚏的过程。如图所示，数万个几微米到几十微米的小液滴（气溶胶）组成高密度喷射物，最远可达8米，大量病毒随产生的小液滴传播开来。小明认为病毒随喷嚏向四周飞散是扩散现象。你认为他的说法　　（选填“正确”或“不正确” $)$，你判断的依据是　　。

图示为某种型号的剪叉式高空作业平台。这台机器利用起升电机升降作业平台，方便工人高空作业。该机器的部分数据如表所示。

整机质量（空载）	3200
安全工作载荷	200
起升电机额定电压	24
起升电机额定功率	4.0
轮胎接地总面积	0.08

（1）这台机器空载且静止时，对水平地面的压强是多大？取

（2）起升电机以额定功率工作时，将总重为的人和作业工具以的速度举高。该机器做的有用功是多少？机械效率是多少？

（3）此类机器机械效率一般较低的主要原因是：　　。