初中物理能量解答题

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。

现要测量电阻 $R_x$ 的阻值，提供的实验器材有：待测电阻 $R_x$ （约 $5\Omega )$ 、两节干电池、电流表、电压表、滑动变阻器、开关及导线若干 $°$

（1）用笔画线代替导线，将图1中的实物图连接完整，要求滑动变阻器的滑片 $P$ 向接线柱 $D$ 移动时接入电路的阻值变小。

（2）正确连线后，闭合开关，移动滑片 $P$ ，电流表示数几乎为零，电压表示数接近电源电压且几乎不变。若电路中只有一处故障，可判断该故障是 　　。

（3）排除故障继续实验，某次测量，电流表的示数为 $0.50A$ ，电压表的示数如图2，该示数为 　　 $V$ ，则 $R_x=$ 　　 $\Omega$ 。

（4）某同学利用电源（电压未知）、电阻箱 $(0~999.9\Omega )$ 和电流表（指针能正常偏转，但刻度盘示数模糊不清）等器材，测电阻 $R_x$ 的阻值，设计的电路如图3．完成下列实验步骤：

①正确连接电路，断开 $S_1$ 、 $S_2$ ，将电阻箱 $R$ 阻值调至最大；

② 　　；

③ 　　；

④电阻 $R_x=$ 　　。（用测得量的符号表示）

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：　　。

学校机器人兴趣小组进行了"精准吊装"试验。 $n$ 块长短不一的长方体木块均平放在水平试验平台上，机器人将木块按长度从小到大依次吊装并对称叠放，如图。已知木块的宽度相同，高度均为 $h=0.2m$ ，密度均为 $\rho =0.5\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$ ，长度分别为 $a_1$ ， $a_2$ 、 $a_3\dots$ ， $a_n$ 且长度之比 $a_1:a_2:a_y:\dots :a_n=1:2:3:\dots :n$ ， $g$ 取 $10N/\mathit{kg}$

（1）求吊装前长度为 $a$ 的木块对试验平台的压强；

（2）若该平台够承受的最大压强为 $p=1.5\times {10}^4\mathit{Pa}$ ，平台上最多能叠放几块木块？

（3）若吊装某木块的过程中需克服木块重力做功 $60J$ ．吊装下一块需做功 $120J$ ，则再吊装下一块需做功多少？

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。

航天迷小伟利用自制降落伞模拟返回舱的降落过程。将带有降落伞的重物从高处释放，速度增大至 $10m/s$ 时打开降落伞，重物开始减速下落。重物从释放到落地共用时 $4s$ ，其 $v-t$ 图象如图所示，落地前最后 $2s$ 重物的运动可视为匀速运动。打开降落伞后，降落伞和重物受到的空气阻力 $f$ 与速度 $V$ 满足关系 $f=k{v}^2$ ， $k$ 为定值。降落伞和重物的总质量为 $7.5\mathit{kg}$ ， $g$ 取 $10N/\mathit{kg}$ ：求：

（1）落地前最后 $2s$ 降落伞和重物的总重力的功率；

（2）刚开始减速时降落伞和重物受到的合外力大小。

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。

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。 $\left({\rho }_{水}=1.0\times {10}^3\mathit{kg}/m^3\right)$

一天小明家中的 $\mathit{IC}$电能表上的余额用完了，电能表便切断了电路，小明的父亲将存有300元的 $\mathit{IC}$卡插入电能表，电路又接通了，此时电能表的示数为，小明家所在地每度电的电费是0.6元，300元电费可用电　500　 $\mathit{kW}·h$，为防止电能表再次切断电路，小明家应在电能表的示数为前为 $\mathit{IC}$卡电能表充值。

如图所示，某建筑工地用电动机、定滑轮和斜面组成的装置，将重为 $1600N$的建材由斜面底端匀速拉到顶端。已知斜面倾角为 $30°$，斜面高为 $4.5m$，建材移动的速度为 $0.4m/s$，电动机的输出功率为 $400W$，斜面的效率与整个装置的效率之比 ${\eta }_1:{\eta }_2=10:9$．（忽略定滑轮处摩擦及绳重）求：

（1）对建材做的有用功。

（2）斜面的效率。

（3）电动机消耗的电能。

小兵用图1所示电路来探究“电压一定时，电流与电阻的关系”。

（1）将 $R$调为 $5\Omega$，闭合开关，移动滑动变阻器至适当位置，记录两电表示数。其中电压表的指针所指位置如图2所示，它的示数为　　 $V$。

（2）将 $R$调为 $20\Omega$，小兵在记录数据前，他应先调节　　，使　　；

（3）多次实验后，小兵得到电流和电阻 $R$的倒数的关系图象如图3所示，由此他得到的实验结论是：当电压一定时，电流与电阻成　　（选填“正比”或“反比” $)$；

（4）小兵身旁有一只仅能看清“▄ $0.25A$”字样的小灯泡，为了知道其额定功率，他根据图3得到 $0.25A$对应的电阻值为 $8\Omega$，从而算出该小灯泡的额定功率 $P=0.5W$，你认为小兵求小灯泡额定功率的方法是否正确：　　（选填“正确”或“不正确” $)$，你的理由是：　　。

小明利用如图1所示的电路“探究串、并联电路中电流的关系“。

（1）探究串联电路中电流的关系。

①用笔画线代替导线将开关 $S_3$连入电路中。（要求：只闭合开关 $S_3$后， $R_1$、 $R_2$以及电流表串联；导线不许交叉）

②小明将 $S_3$闭合后，发现电流表均无示数。于是他用一只电压表对电路故障（电路中只有一处故障）进行了检测，将电压表接在 $R_1$两端时，电压表与电流表均无示数；接在 $R_2$两端时，电压表有示数，电流表无示数。电路中的故障是　   　。小明排除故障后继续实验，读出了电路中各电流表的示数，得到了串联电路中电流的关系是：串联电路中各处电流相等。

（2）完成上述实验后，小明继续探究并联电路中电流的关系。

①各开关的连接情况是　　（填写各开关断开或闭合）。

②分析实验中各电流表的读数（如图2所示），可知并联电路中电流的关系是：　　。

③电阻 $R_1:R_2=$　　。

（3）为了验证结论的普遍性，你可以采用的方法是：　　。

【拓展】在电源电压不变的情况下，小明两次实验中电路消耗的最大功率与最小功率之比 $P_{\mathit{最大}}:P_{\mathit{最小}}=$　　。