初中物理能量解答题

小金自学了电学，知道了欧姆定律，他想用实验来验证欧姆定律所表述的“通过导体的电流与这段导体两端的电压成正比”的结论，于是找了实验器材：电压表、电流表、电源、滑动变阻器、开关各一个，若干定值电阻、导线，请你利用这些器材帮他设计一个验证此结论的实验方案。

（1）画出实验的电路图；

（2）写出实验的步骤以及需要测量的物理量。

某电视机的额定功率是 $110W$，则它正常工作时，电流是　　； $1\mathit{kW}\cdot h$的电能可供它正常工作的时间是　　（至少保留一位小数）

如图所示，为高速公路上的限速标志牌，请用物理知识解释：为什么在同一道路上，对不同车型设定不一样的最高行驶速度？

如图甲所示，是一则公益广告，浓浓的孝心透着社会主义核心价值观。小明的爷爷网购了一台电热足浴器，其铭牌的部分参数如图乙（甲部分）所示，电热足浴器某次正常工作时控制面板显示如图乙（乙部分）所示，求：

（1）此时足浴器的工作电流。（计算结果保留一位小数）

（2）足浴器装入最大容量初温为 ${22}^{°}\text{C}$的水，当水温达到控制面板上显示的温度时水所吸收的热量。

（3）上述加热过程耗时 $16\mathit{min}$，该足浴器的热电效率。

在“测量小灯泡功率”的实验中，提供的器材有：铭牌上仅能看清标有“ $0.3A$”字样的小灯泡、电池组、电压表、电流表、滑动变阻器、开关、导线若干。

（1）请用笔画线代替导线将图甲所示的实物电路连接完整。

（2）闭合开关前，滑动变阻器的滑片应置于　　（选填“左”或“右” $)$端。闭合开关，小灯泡不亮，两电表均无示数，现将电压表接在变阻器两端时有示数，接在开关两端时无示数，则电路故障是　　。

（3）排除故障后，移动变阻器的滑片，使电流表示数为 $0.3A$，此时电压表示数如图乙所示，其值为　　 $V$，小灯泡的额定功率为　　 $W$。

（4）在实验过程中，电压表发生故障，现增加电阻箱和单刀双掷开关，设计了如图丙、丁两种方案，则能测出灯泡额定功率的方案是　　。

电动车是生活中应用非常广泛的一种代步工具。请回答以下问题：

（1）电动车部分材料的技术指标如下表所示，假如让你设计制造电动车车架，你会选择表中的哪种材料？请说明理由。

材料种类	密度 $/\mathit{kg}·m^{-3}$	强度
碳纤维	$1.6\times {10}^3$	强
铝合金	$3.0\times {10}^3$	较弱
铁合金	$4.5\times {10}^3$	较强
锰钢	$7.9\times {10}^3$	强

（2）电动车的刹车车把是一个由刹车线、刹车闸和支点构成的杠杆。刹车时，若在刹车闸 $A$处施加一个如图所示的力 $F$，此时构成一个　 　（选填“省力”“费力”或“等臂” $)$杠杆。

（3）若电动车和小明的总质量为 $120\mathit{kg}$，轮胎与地面的总接触面积约是 $120c{m}^2$，则小明骑车时，车对地面

的压强为多少？ $(g$取 $10N/\mathit{kg})$

（4）电动车在水平路面上以 $10m/s$的速度做匀速直线运动，若电动车的输出功率恒为 $500W$，此时电动车受到的阻力为多大？

实验室购买了一批规格为“ $2.5V0.75W$”的小灯泡，小明利用其中一只灯泡做测量小灯泡电功率的实验。

（1）用笔画线代替导线把如图所示的实物电路补充完整。

（2）按图连接好电路，闭合开关前，滑动变阻器的滑片 $P$应调至　右　端（选填“左”或“右” $)$；闭合开关后，发现灯泡不发光，电流表无示数，但电压表示数接近电源电压，则产生此故障的原因可能是　　。

实验次数	1	2	3
电压 $U/V$	2.0	2.5	3.0
电流 $I/A$	0.34		0.44

（3）排除故障后，闭合开关并调节滑动变阻器，测得如下一组数据。其中第2次实验时的电流表示数如图所示，则第二次测得的电流是　　 $A$。

①分析这组数据，你认为该小灯泡是否合格：　　，其原因是：　　。

②假如生产这种小灯泡钨丝的粗细是一定的，则这个小灯泡内钨丝的长度与合格产品相比是长了还是短了？答：　　。

在“测量小灯泡额定功率”实验中，小灯泡的额定电压 $U_{额}=2.5V$。

（1）图甲是测量小灯泡额定功率的实物电路图，图中有一根线连接错误，请在这根线上打“ $\times$”，并在图中改正。

（2）闭合开关前，滑片 $P$应位于　　（选填“ $A$”或“ $B$” $)$端。

（3）闭合开关，移动滑片 $P$直到电压表示数为 $2.5V$，此时电流表示数如图乙所示，则小灯泡的额定功率为　　 $W$。

（4）小华设计了如图丙所示的电路也完成了该实验，请完成下列填空（电源电压不变， $R_1$和 $R_2$为滑动变阻器， $R_2$的最大电阻为 $R_0)$。

①只闭合开关 $S$、 $S_1$，调节 $R_2$，使电压表的示数为 $2.5V$；

②只闭合开关 $S$、 $S_2$，调节　　，使电压表的示数仍为 $2.5V$；

③接着将 $R_2$的滑片 $P$调至最左端，记下电压表的示数为 $U_1$；再将 $R_2$的滑片 $P$调至最右端，记下电压表的示数为 $U_2$，则小灯泡额定功率的表达式 $P_{额}=$　　（用 $U_{额}$、 $R_0$、 $U_1$、 $U_2$表示）。

如图是某一学习小组探究“斜面的机械效率”的实验装置，实验数据记录如表。

斜面的倾 斜程度	物块重 $/N$	斜面 高 $/m$	沿斜面的 拉力 $/N$	斜面 长 $/m$	机械效率
较缓	10	0.1	5.0	1	$20\%$
较陡	10	0.3	6.7	1	$45\%$
最陡	10	0.5	8.4	1	$60\%$

（1）沿斜面拉动木块时，为使弹簧测力计的示数稳定，应尽量使木块做　   　运动。

（2）比较表中“物块重”和“　　”两栏对应的数据，可知斜面是一种　　（选填“省力”或“费力” $)$的简单机械。

（3）本实验探究的问题是：　　。

如图1所示，电源电压保持不变，定值电阻 $R_1=10\Omega$， $R_2=5\Omega$．滑动变阻器 $R$的规格为“ $30\Omega 2.5A$”。电流表 $A_2$选用 $0~3A$的量程，电压表选用 $0~15V$的量程。闭合全部开关，电流表 $A_1$的示数为 $1A$．求：

（1）电源电压。

（2）若将表盘如图2所示的电流表 $A_3$接入电路，闭合全部开关，改变滑片位置， $A_3$的指针恰好指在满偏的三分之二处，变阻器接入电路的可能值。

（3）用一个新的电源替代原来的电源，只闭合 $S$．在保证电路安全的情况下，电源电压的最大值。

如图所示，已知电源电压为 $U$，三个电阻的阻值分别为 $R_1$、 $R_2$和 $R_3$，求：

（1）当 $S_1$、 $S_2$均断开，电流表和电压表的示数；

（2）当 $S_1$、 $S_2$均闭合时，电压表和电流表的示数。

小明利用空易拉罐做了几个物理小实验。

（1）如图甲所示，在易拉罐中注入少量的水，用酒精灯对易拉罐加热，待罐口出现白雾时，将罐口堵住，撤去酒精灯，让易拉罐冷却，观察到易拉罐变瘪了，这一现象说明了　　的存在。

（2）如图乙所示，用易拉罐制作一个简易针孔照相机：在易拉罐底部中央戳一个小孔，将易拉罐的顶部剪去后，蒙上一层半透明的塑料薄膜，用它观察窗外景物时，在塑料薄膜上能看到窗外景物　　（选填“倒立”或“正立” $)$的像，像形成的原理是光的　　。

（3）如图丙所示，将两个易拉罐平行放置在水平桌面上，为了能让两易拉罐间距离增大，可以吸管按图中箭头　　（选填“ $A$”或“ $B$” $)$所示的方向用力吹气。

（4）如图丁所示，用塑料薄膜擦过的塑料管靠近易拉罐，易拉罐　　（选填“可能”或“不可能” $)$被吸引。

小明利用如图1所示的电路测定小灯泡的额定功率。所用器材：额定电压为 $2.5v$的小灯泡、电池组（二节干电池串联，电压为 $3V)$，电压表一块，滑动变阻器 $(10\Omega ,2A)$定值电阻 $(R_0=5\Omega )$、开关三个和导线若干。

（1）用笔画线代替导线，将图2中的实物电路按照图1所示的电路图连接完整。

（2）闭合开关前，应将变阻器滑片滑到　 　（选填“左”或“右” $)$端。

（3）连接完电路后，小明只闭合 $S$、 $S_1$时，移动滑片 $P$，电压表示数发生改变；只闭合 $S$、 $S_2$时，移动滑片 $P$，小灯泡不发光。于是小明用电压表进行电路故障检测，把电压表并联在某电路元件两端，测试结果如表所示。则电路中一定存在的故障是　　（填写序号）

①灯泡 $L$处断路

②灯泡处短路

③开关 $S_2$处断路

测试元件	灯泡 $L$	开关 $S_2$
电压表	无示数	有示数

（4）排除故障后，小明继续实验。

①只闭合 $S$、 $S_2$，移动滑片 $P$，使电压表的示数为　　 $V$

②只闭合 $S$、 $S_1$，保持滑片 $P$不动，读出电压表的示数为 $2.25V$

③小灯泡的额定功率为　　 $W$。

（5）当加在灯泡两端的电压为额定电压的一半时，灯泡的实际功率 $P_{实}$　　（选填“ $>$”“ $<$”或“ $=$” $)\frac{1}{4}{P}_{额}$

【拓展】小红通过课外学习知道，干电池有一定的电阻，我们需要用它的“电压 $U$”和“电阻 $r$”两个物理量来描述它（如图3所示）。于是小红在小明完成步骤①后，将电压表并联在电池组两端，保持滑片 $P$的位置不变，只闭合 $S$、 $S_2$时，读出电压表示数为 $2.55V$，则小明实验中所用电池组的电阻 $r$是　　 $\Omega$。

如图所示是“探究不同物质吸热升温的现象”实验装置，取质量和初温都相同的甲、乙两种液体，分别倒入相同的易拉罐中，用相同的装置加热，实验数据记录如下表：

温度 ${/}^{°}\text{C}$		20	30	40	50
加热时间 $/s$	甲	0	40	82	126
	乙	0	18	40	64

（1）实验中，可以通过　　；（选填“升高的温度”或“加热时间” $)$来比较两种液体吸收热量的多少。

（2）分析实验数据可知：当它们升高相同温度时，　　（选填“甲”或“乙”，下同）液体需要吸收的热量更多；当它们吸收相同热量时，　　液体升温更高。

（3）若在这两种液体中选择一种作为汽车发动机的冷却剂，　　液体冷却效果更好。

用如图1所示的装置探究“电流通过导体产生的热量与电流的关系”，相同烧瓶内装满了煤油。

（1）烧瓶中装入的煤油是　    　（选填“导体”或“绝缘体” $)$。

（2）请根据实物电路，在虚线框图2内画出对应的电路图。

（3）为达到实验目的，选用的两电阻丝 $R_1$与 $R_2$的阻值应　　，通过 $R_1$的电流　　通过 $R_2$的电流。

（4）通电一段时间后，乙烧瓶中玻璃管内液面上升的高度较大，说明　　。

（5）小红用如图3示的装置，进一步探究“电流通过导体产生的热量与电流的关系”，经多次实验测量，收集实验数据，绘制了烧瓶中玻璃管内液面上升的高度 $h$与电流的关系图象，根据焦耳定律可知，图4中能正确反映 $h-I$关系的是　　。

【拓展】用 $Q=I^2\mathit{Rt}$可以算电流通过任何用电器产生的热量，能用 $Q=\mathit{UIt}$计算电流通过任何用电器产生的热量吗？请用实例说明原因