初中物理能量解答题

小明利用如图所给的实验器材“测量小灯泡的额定功率”，已知电源电压恒为 $6V$，小灯泡正常工作时的电压为 $3.8V$，电阻约为 $12\Omega$，滑动变阻器的规格为“ $20\Omega 2A$”。

（1）请用笔画线代替导线，完成图甲实物电路的连接。

（2）正确连接电路后，用开关试触，灯泡不亮，电压表瞬间满偏，电流表指针几乎不动，电路的故障是　    。（电路只有一处故障）

（3）排除故障后，继续实验，闭合开关，移动滑片，当电压表的指针在某电压值时，（请在图乙中标出相应的电压值），小灯泡正常发光，电流表的示数如图丙所示，小灯泡的额定功率是　　 $W$。

（4）测量完灯泡的额定功率后，小明又测量了几组数据，计算后发现灯丝电阻随其两端电压的增大而增大，原因是　　。

【评估】小红也利用上述器材对该小灯泡的额定功率进行了测量，实验电路图如图丁所示，实验结束后，两人对实验进行了交流与评估。

①小红的实验结果误差较大，理由是　　。

②小明的实验更不容易操作，理由是　　。

据苏州日报报道，张家港近日启动了新能源汽车充电站、充电桩的规划编制，第一批新能源汽车充电桩在港城建成投运。若每个充电桩对新能源小汽车的充电功率为 $7000W$，充电 $1h$可使质量为 $1t$、额定输出功率为 $12\mathit{kW}$的新能源小汽车匀速直线行驶 $36\mathit{km}$。设汽车行驶过程中受到的阻力是车重的0.06倍， $g$取 $10N/\mathit{kg}$。

（1）小汽车静止在水平地面上，轮胎与地面的接触总面积为 $0.08m^2$时，汽车对地面的压强多大？

（2）该小汽车以额定输出功率，在平直公路上匀速行驶时速度多大？

（3）该小汽车将电能转化为机械能的效率多大？（结果保留一位小数）

小明同学手里有一个标有“ $3.8V$”字样的小灯泡，他想知道小灯泡正常工作时的电功率，于是在学校实验室借了一些实验器材，连接了如图甲所示的实验电路，电源电压恒定不变。

（1）在图甲中找出连接错误的一根导线并在该导线上画“ $\times$”，用笔画线代替导线将电路连接正确。

（2）电路连接好后小明闭合开关，无论怎样移动滑动变阻器的滑片发现小灯泡始终不亮，电流表有示数，电压表无示数，则故障原因可能是　     　。

（3）故障排除后，小明调节滑动变阻器使小灯泡正常发光，此时电流表的示数如图乙所示，则小灯泡的额定功率为　　 $W$。

（4）完成上述实验后，小明又找到了一只阻值已知的定值电阻 $R_0$，并借助部分现有的实验器材设计了如图丙所示的电路，继续测量另一个额定电压为 $U_{额}$的小灯泡正常发光时的电阻。测量时，应先闭合开关 $S$和 $S_1$，调节滑动变阻器，当电流表的示数为　　时，小灯泡正常发光；接着将 $S_1$断开， $S_2$闭合，读出电流表的示数 $I$，则小灯泡正常发光时的电阻 $R=$　　（以上两空均用含有 $I$、 $U_{额}$、和 $R_0$的代数式表示）

在“比较质量相等的不同燃料燃烧时放出的热量”实验中，小林选用碎纸片和酒精为燃料进行了实验。

（1）小林将天平放在水平桌面上并将游码归零后，若指针静止时位置如图1所示，则他应将平衡螺母向　　端调节；图2是正确测量所用碎纸片质量时的场景，此时游码所处位置如图3所示，则他还应称量　　 $g$的酒精；

（2）小林组装的实验装置如图4所示，他在器材安装中的一处错误是　　；

（3）本实验中，燃料完全燃烧放出热量的多少是通过　　来反映的。

（4）正确组装实验装置后，小林用（1）中所称量的碎纸片和酒精分别进行实验，正确采集的数据如表所示，根据实验数据，小林却得出了与事实相反的实验结论：质量相同的碎纸片和酒精完全燃烧后，碎纸片放出的热量较多。你认为他在实验中最有可能遗漏的操作是　　。

温度 燃料	加热前的水温 ${/}^{°}\text{C}$	燃料燃尽时的水温 ${/}^{°}\text{C}$	水温的变化 ${/}^{°}\text{C}$
酒精	20	65	45
碎纸片	20	80	60

在“测量小灯泡的电功率”的实验中，电源电压为 $3V$，小灯泡的额定电压为 $2.5V$。

（1）图中的导线 $a$应与电压表的　　接线柱相连。

（2）闭合开关前应将滑动变阻器的阻值调至最大，目的是为了　　。

（3）实验数据如表所示，小灯泡的额定功率是　　 $W$。

实验次数	1	2	3
电压 $/V$	2.2	2.5	2.8
电流 $/A$	0.28	0.30	0.32
电功率 $/W$	0.62		0.90

（4）利用该电路无法完成“探究电流与电压的关系”实验，理由是　　。

小明利用斜面搬运物体的过程中，提出了一个问题：“斜面的机械效率与斜面的倾斜程度有没有关系？”针对这个问题，他通过在斜面上拉动物体进行了探究（如图所示），测得的实验数据如表中所示：

实验次数	斜面的 倾斜程度	物体重 $G/N$	物体上升高度 $h/m$	沿斜面拉力 $F/N$	物体移动距离 $S/m$	有用功 $W_{有}/J$	总功 $W_{总}/J$	机械效率 $\eta$
1	较缓	5.0	0.10	1.6	0.50	0.50	0.80	$63\%$
2	较陡	5.0	0.15	2.2	0.50	0.75	1.10	$68\%$
3	最陡	5.0	0.25	3.1	0.50		1.55

（1）沿斜面拉动物体时，应使其做　　运动。

（2）根据表中的数据可求出第③次实验中拉力所做的有用功为　　 $J$，机械效率是　　。

（3）通过对上述实验数据的分析可知，斜面的省力情况与斜面倾斜程度的关系是：斜面越缓，越　　。

（4）通过对上述实验数据的分析，对斜面机械效率的问题可获得的初步结论是：在其它条件不变的情况下，　　。

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　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　白炽灯泡

白炽灯泡的灯丝是由金属钨制作的，其灯丝发光时温度可达 ${2000}^{°}\text{C}$左右。为防止灯丝在高温下氧化，在制作灯泡时要抽真空，在制作大功率灯泡时，还要把灯泡内充入稀有气体氦等，主要是为了防止灯丝在高温下升华。

白炽灯泡工作时，电能转化为光能的效率较低，因此逐渐被节能灯和 $\mathit{LED}$灯所替代。

（1）由于钨的　 　较高，所以用钨制作灯丝；

（2）灯泡内充入稀有气体氦等，主要是为了　　；

（3）白炽灯泡逐渐退出市场，是由于　　。

已知天然气的热值为 $4.2\times {10}^{7}J/m^3$，水的比热容为 $4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{·}^{°}\text{C}\right)$。

（1）完全燃烧0.04 $m^3$天然气可放出热量为　　 $J$。

（2）某天然气灶烧水的效率为 $50\%$，完全燃烧0.04 $m^3$天然气可使常温下 $5\mathit{kg}$的水温度升高　　 ${}^{°}\text{C}$。

汽油机作为汽车的“心脏”，在压缩冲程结束时，火花塞产生电火花，使燃料猛烈地燃烧，将　　能转化成　　能，一辆汽车一年行驶三万公里，消耗汽油 $2t$，这些汽油完全燃烧放出　　 $J$的热量。 $\left(q_{\mathit{汽油}}=4.6\times {10}^{7}J/\mathit{kg}\right)$

在“测量小灯泡额定功率”的实验中，电源电压恒为 $6V$，小灯泡的额定电压为 $2.5V$，正常发光时灯丝电阻约为 $10\Omega$。

（1）用笔画线代替导线在图甲中完成实物电路的连接。

（2）小明进行试触时发现小灯泡不发光，电流表无示数，电压表有示数，则电路中发生的故障可能是　　。

$A$．小灯泡短路 $B$．小灯泡断路 $C$．滑动变阻器处断路

（3）实验中，小明看到电压表示数为 $l.5V$，要使小灯泡正常发光应向　　（选填“ $A$”或“ $B$” $)$端移动滑动变阻器的滑片，同时视线应注意观察　　（选填“电流表”或“电压表” $)$示数变化情况，当灯正常发光时，电流表示数如图乙所示，则小灯泡的额定功率是　　 $W$。

如图所示，一小球从斜面顶端由静止开始滚下，小球的重力势能减小，动能　　，小球运动到斜面底端，由于　　，小球会在水平面上继续运动，运动的小球如果不受阻力，它将做　　运动。

家庭电路中电流过大时，空气开关自动切断电路，俗称跳闸。产生跳闸的原因可能是　　或　　。

平衡车作为一种新兴的代步工具，深受年轻人的喜欢，小明最近购入一台平衡车，如图所示。他仔细阅读此款平衡车的说明书，主要参数如下：

平衡车整车参数		电池参数
净重	$12\mathit{kg}$	工作电压	$36V$
最高车速	$16\mathit{km}/h$	电池容量	$2.5\mathit{Ah}$锂电池
电动机额定功率	$900W$	智能 $\mathit{BMS}$	过压 $/$欠压 $/$短路 $/$过热保护
最大载重	$85\mathit{kg}$
轮胎与地面总接触面积	$100c{m}^2$

（1）该平衡车在水平路而正常行驶时，对地面产生的最大压强是多少？（要有计算过程）

（2）该平衡车的电池充满电后，所储存的电能为　　 $J$。

（3）平衡车脚踏位置布满花纹，其作用是　　。

如图甲所示是测量额定电压为 $6V$的某电阻元件电功率的电路。

（1）请用笔画线代替导线将电路连接完整。

（2）闭合开关，调节滑动变阻器，直到电阻元件正常工作，记录实验数据并绘制 $I-U$图象如图乙所示。由图象可知，电阻元件的额定功率为　　 $W$。

（3）分析图象发现，通过电阻元件的电流与其两端的电压不成正比，原因是　　。

（4）若在调节滑动变阻器的过程中。突然电流表示数变为零，电压表示数接近电源电压，分析可知　　发生了断路。

沙漠集水器

（1）有些沙漠紧邻大海，　　（白天 $/$晚上）风通常从大海吹向沙漠，导致空气中富含水蒸气。

（2）伯克利分校的团队设计出一款沙漠集水器 $-\mathit{WaterSeer}$，如图所示，利用风能这种　　（可再生 $/$不可再生）能源，借助风力驱动风轮旋转，带动螺旋桨将讲空气输入金属管中部。

（3）深埋在土壤深处的金属管底部温度较低，由于金属的　　（填物理属性）好使得金属管中部温度也降低。

（4）空气中的水蒸气在金属管中部　　（吸 $/$放热），液化成水滴，水滴在　　力的作用下，沿管壁下落，汇集于金属管底部容器。

（5） $\mathit{WaterSeer}$每天可以收集约 $37L$饮用水，合　　 $\mathit{kg}$，应用前景十分乐观。 $\left({\rho }_{水}=1.0\times {10}^3\mathit{kg}/m^3\right)$