初中物理能量解答题

如图是我们常见的家庭电路。请你模仿样例格式，写出图中涉及到的电学知识或规律（温馨提示：至少写出三条，不能与样例相同）。

样例：电灯与插座并联。

①     　　；

②     　　；

③     　　。

某款水位自动测控仪的测量原理如图甲所示，电源电压 $U$恒为 $15V$，定值电阻 $R_0=10\Omega$， $R_1$为一竖直固定光滑金属棒，总长 $40\mathit{cm}$，阻值为 $20\Omega$，其接入电路的阻值与对应棒长成正比。弹簧上端固定，滑片 $P$固定在弹簧下端且与 $R_1$接触良好，滑片及弹簧的阻值、重力均不计。圆柱体 $M$通过无伸缩的轻绳挂在弹簧下端，重 $80N$，高 $60\mathit{cm}$，底面积为 $100c{m}^2$．当水位处于最高位置 $A$时， $M$刚好浸没在水中，此时滑片 $P$恰在 $R_1$最上端；当水位降至最低位置 $B$时， $M$的下表面刚好离开水面。已知弹簧所受拉力 $F$与其伸长量△ $L$的关系如图乙所示。闭合开关 $S$，试问：

（1）当水位下降时，金属棒接入电路的长度　减小　，电压表示数　　。（两空均选填“增大”或“减小” $)$

（2）当水位处于位置 $A$时，电压表的示数为多少？

（3）水位由位置 $A$降至 $B$这一过程，弹簧的长度增加了多少？电压表的示数变化了多少？

（已知 ${\rho }_{水}=1.0\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$， $g$取 $10N/\mathit{kg})$

小禹在家中利用电吹风的冷风档做小实验，偶然发现电吹风向上吹风时，可使一个塑料小球悬空而不掉下来。小禹好奇地向爸爸请教，爸爸表扬了小禹爱钻研的好习惯，并告诉他：原因主要是流动的空气对小球产生了一个方向与风向一致的作用力，这个作用力可以称为"风阻"；当"风阻"与小球重力平衡时，小球就可以保持静止；而且当小球的大小相同时，可认为受到的"风阻"大小F与空气相对于小球的速度大小v的二次方成正比，即F＝kv ²（k为常数）。

爸爸还鼓励小禹结合初中知识来解决以下与这个现象相关的问题：

有一竖直通风管道，当给风装置竖直向上给风时，整个管道内风速都相同，风速的大小可由给风装置任意调整。风速大小为v时，质量为m的实心小球甲恰好能在管道内悬浮。

（1）若换上一个大小与甲球相同的实心小球乙，则需要调整风速大小为2v，才可以使乙保持悬浮。则乙球密度是甲球密度多少倍？

（2）若风速大小调整为1.2v，让甲球在管道内由静止释放，它将先加速上升然后匀速上升，甲球匀速上升时，"风阻"对它做功的功率是多大？（用来表示结果的字母从m、g、k、v中选用）

请各位同学也来解决这两个问题吧！

如图所示，电源电压可调，灯泡 $L$规格为“ $15V45W$”，且灯丝电阻不随温度变化。电流表量程为“ $0~0.6A$”和“ $0~3A$ “，滑动变阻器的规格分别为“ $25\Omega 2A$’和“ $10\Omega 3A$”。

（1）将电源电压调到 $18V$，闭合开关，移动 $P$，可使灯泡正常发光。求灯泡正常发光时的电阻和灯泡消耗的最小功率。

（2）将电源电压调到 $15V$，用定值电阻 $R_0$替换灯泡， $P$置于中点 $A$，闭合开关，电流表指针指到满偏刻度的三分之二位置（可能重新选择了电流表量程和变阻器 $R)$。然后将 $P$从 $A$移到最左端 $B$，两表示数的 $I-U$关系如图所示。通过计算判断所用变阻器的规格。

阅读短文，回答问题。

茶杯的变迁

在古老的欧洲流行一种陶瓷茶杯，叫梨形杯（如图所示），它较大的杯口使茶水有令人满意的变凉效果。下部球形设计茶杯有较小的表面积和较大的容量，这种设计又能使茶水保温很长时间，让你长时间谈话时可以细品热茶。梨形杯在欧洲沿用数百年后，被廉价的圆柱形玻璃杯所代替，因为玻璃把手的发明，使玻璃杯得以更加方便地使用。

（1）如果玻璃把手的材料用金属材料替换是否合理，并说明理由。

（2）玻璃杯除设计把手之外，还有哪些设计解决了陶瓷茶杯使用的不便，请列举一例　　。

（3）试解释陶瓷梨形杯能使茶水保温很长时间的原因。

　　。

科学创新小组设计并制作了一个能将水温调控在 ${48}^{°}\text{C}$左右的自动控温杯，结构示意图如图甲，其夹层填充物为海波晶体（熔点为 ${48}^{°}\text{C})$。小组同学为检测该自动控温杯控温功能，做了如下测试：①在杯中装满 ${100}^{°}\text{C}$的水，盖紧杯盖，摇动杯子，水温下降到 ${48}^{°}\text{C}$并稳定在此温度一段时间；② $t_2$时，将杯内的水倒掉，迅速加入 ${20}^{°}\text{C}$的水，盖紧杯盖，摇动杯子，水温上升到 ${48}^{°}\text{C}$并保持。上述检测过程中水温随时间变化曲线如图乙所示。请用所学知识解释图乙中 $\mathit{ac}$段水温变化的原因。（提示：图乙中 $\mathit{de}$段不必作答）

阅读短文，回答问题；

干爽与潮湿

水面上方同时进行着两种相反的过程：一方面，水分子从液面飞出来，另一方面，有的水分子撞到水面又回到水中。

一瓶矿泉水喝了一半后，把瓶盖拧紧，随着水的不断蒸发，水面上方的水分子数目不断增多，回到水中的水分子也逐渐增多，最后，当气态水分子的数量增大到一定程度时，在相同时间内回到水中的水分子数等于从水面飞出的水分子数。此时，水蒸气的密度不再增大，水蒸气产生的压强不变，谁也就不再减少，水与水蒸气间达到平衡状态，蒸发停止。

处于平衡状态的水蒸气叫水的饱和汽。在一定温度下，水的饱和汽的压强是一定的，这个压强叫做水的饱和气压 $P_0$， $P_0$随温度的变化而变化，温度升高时，液体分子运动加剧，单位时间内从液面飞出的分子数增多，原来的平衡被破坏，液体能继续蒸发，水蒸气的压强继续增大，直至到达新的平衡。

影响蒸发快慢以及人们对与干爽与潮湿感受的因素，是空气中水蒸气的压强 $P_1$与同一温度下水的饱和气压 $P_0$的比值 $\left(\frac{P_1}{P_0}\right)$。因此，人们用 $R_k=\frac{P_1}{P_0}$来描述空气的潮湿程度， $R_k$越小，人体表面的水分蒸发得越快，感觉干爽； $R_k$越大，人体表面的水分蒸发得越慢，人就感到潮湿。

（1）水蒸发时，　　（有 $/$没有）水分子从空气进入水中。

（2）下列能表示水的饱和气压随温度变化关系的图象是　　。

（3）文中半瓶矿泉水上方形成了水的饱和汽，下列描述正确的是　　

$A$．水分子不再从水面飞出

$B$．水蒸气的压强小于该温度下水的饱和气压

$C$．温度升高时，水蒸气的压强增大

$D$．温度升高，水面上方再次形成饱和气压后，从水中飞出的分子数大于回到水中的

（4）6月1日，我市早晨6时气温为 ${15}^{°}\text{C}$， $R_h=0.96$；下午14时气温为 ${25}^{°}\text{C}$，若当天空气中水蒸气的压强 $P_1$保持不变，则下列判断正确的是　　

$A$．下午14时 $R_h$可能大于1

$B$．下午14时 $R_h$一定小于0.96

$C$． $P_1$大于 ${15}^{°}\text{C}$时水的饱和气压

$D$．人感觉下午14时比早晨6时潮湿

（5）用短文中知识，解释在潮湿天气里衣服不容易晾干的原因。答：　　。

自动上水电热水壶因其方便取水越来越受到人们的喜欢。取水时，只要闭合取水开关，水泵在电动机的带动下，就能将水抽到壶内，如图甲。

（1）电热水壶的水泵原理与图乙相似。图乙中，当泵壳里的水被高速旋转的叶轮甩出时，转轴附近就形成了一个低压区，水在　　的作用下，通过进水管进入泵壳。当水离开出水口后，由于　　，会继续向上运动

（2）自动取水时，将1升水抽高0.5米灌入电热水壶中需要5秒，则电动机抽水时的功率至少为多少瓦？

（3）某电热水壶的额定电压为220伏，加热功率为1100瓦，保温功率为55瓦，工作电路如图丙。制作电热水壶时，所选用电热丝 $R_1$、 $R_2$的阻值分别为多少欧姆？

阅读短文，回答问题

无人机作为空中平台，以高分辨率高速摄像机、轻型光学相机、激光扫描仪等设备获取信息，用计算机对图象信息进行处理，并按照一定精度要求制作成图象。无人机航拍影像具有高清晰、高现实性的优点。下表是某小型无人机的部分参数：

参数名称	最大飞行 半径 $/\mathit{km}$	最大巡航速度 $/\mathit{km}·h^{-l}$	电池电压 $/V$	电池容量 $/\mathit{mAh}$	电动机额定功率 $/W$	拍摄速度 $/$帧 $·$秒 ${}^{-1}$
数据	5	50	24	2500	20	11000

（电池容量 $=$放电电流 $\times$放电时间，例如， $1\mathit{mAh}$是指以 $1\mathit{mA}$的电流能连续工作 $1h$。帧 $·$秒 ${}^{-1}$是指每秒拍摄的画面数）

（1）人们是利用遥控器通过　　传输信息操控无人机的，其有效操控距离至少为　　 $\mathit{km}$。

（2）小轿车在高速公路上限速 $120\mathit{km}/h$。如图甲所示，交警部门利用无人机进行高速公路通行情况的实时监测。一辆小轿车在通行 $0.5m$的过程中，高速摄像机拍摄帧数为110帧，据此判断小轿车是否超速？　　（是 $/$否）。

（3）如图乙，是无人机竖直向上运动的 $v-t$图象，由图象可知，在 $0~5s$内，无人机受到的升力　　 $(>/=/<)$重力。

（4）电动机是控制无人机飞行状态的关键动力设备，当它正常工作时， $12s$内消耗的电能是　　 $J$．已知电动机消耗的功率是电源总功率的 $50\%$，则无人机在空中以额定功率飞行的时间不能超过　　 $h$。

（5）为增大小型无人机的巡航时间，请从研制方面，提出一条合理化建议：　　。

如图所示，图甲是小谦同学研究调光灯的实验电路图，小灯泡规格是“ $6V3W$”，闭合开关 $S$，当滑动变阻器滑片 $P$在 $A$点时，滑动变阻器连入电路的电阻为 $R_1$，电压表的示数为 $4V$，当滑动变阻器滑片 $P$在 $B$点时，滑动变阻器连入电路的电阻为 $R_2$，电压表的示数为 $2V$，且 $R_2=2R_1$，测绘出小灯泡的 $I-U$图象如图乙所示，电源电压保持不变。

（1）根据小灯泡的 $I-U$图象判断，小灯泡的阻值是否恒定　 　（选填“恒定”或“不恒定” $)$，用物理知识解释其原因是　　。

（2）小灯泡正常发光时的电流是多少 $A$？

（3）小灯泡两端电压为 $2V$时的实际功率是多少 $W$？

（4）电源电压是多少 $V$？

如图甲所示，是一种电加热恒温箱的简化工作原理电路图。工作电路由电压 $U_0=220V$的电源和阻值为 $R_0=88\Omega$的电热丝组成。控制电路是由电压 $U_1=7.5V$的电源、开关、电磁继电器（线圈电阻不计）、电阻箱 $R_1$（可取值范围为 $0~120\Omega )$和热敏电阻 $\mathit{Rt}$组成的，热敏电阻 $\mathit{Rt}$的阻值随温度变化的关系如图乙所示。当控制电路的电流达到 $50\mathit{mA}$时，衔铁才吸合，从而切断右边工作电路，停止加热。

（1）由乙图可知热敏电阻 $R_t$的阻值随温度的升高而　 　。（选填“增大”、“不变”、“减小” $)$

（2）求工作电路中电热丝 $R_0$工作时的电流和工作 $5\mathit{min}$产生的热量。

（3）如果恒温箱的温度设定为 ${60}^{°}\text{C}$，则电阻箱 $R$应取多大阻值。

（4）该恒温箱可设定的最高温度是多少 ${}^{°}\text{C}$？

某科技兴趣小组在实验室看到若干长方体金属导体。它们的材料相同，外形都如图甲所示，他们想探究该种导体电阻与厚度及边长的关系。在老师的帮助下，他们测量了部分导体厚度 $h$、边长 $a$和电阻 $R$，并记录在表格中。（在测量电阻时，老师要求导体都要按照图乙所示的方式通过导线接入电路；实验时环境温度保持不变。 $)$

根据以上信息，请回答下面问题：

（1）分析表格中的数据可得：该种导体电阻大小与边长 $a$　　（选填“有关”或“无关” $)$，与厚度 $h$成　　（选填“正比”或“反比” $)$。

（2）从该种导体中，选取了厚度 $h$之比为 $2:3$、边长 $a$之比为 $2:1$的两个导体 $R_1$、 $R_2$，按图丙方式串联后接在闭合电路中，设两端的电压为 $U_1$， $R_2$两端的电压为 $U_2$，则 $U_1:U_2=$　　。

（3）现代集成电路技术需要电子元件微型化，且集成度越高，电子元件越需要微小。现某集成电路需要一只阻值为 $1.6\times {10}^{-3}\Omega$的该种导体，小华从边长 $a$为 $5\mathit{mm}$、 $10\mathit{mm}$、 $15\mathit{mm}$、 $20\mathit{mm}$的四个导体中选择了边长为 $5\mathit{mm}$的导体。与其它三个导体相比，请分析该导体工作时的优缺点：　　。

次数	厚度 $h/\mathit{mm}$	边长 $a/\mathit{mm}$	电阻 $R/\times {10}^{-3}\Omega$
1	1	5	1.6
2	1	10	1.6
3	1	15	1.6
4	1	20	1.6
5	2	10	0.8
6	4	10	0.4
7	5	10	0.32

某市中考实验操作考试时，实验员为同学们“探究小灯泡的额定电功率”准备了以下器材：额定电压为 $2.5V$的小灯泡（正常发光时电阻约为 $10\Omega )$、规格为“ $10\Omega 1A$”的滑动变阻器、新干电池4节、开关、电流表、电压表、导线若干。

【设计实验与制定计划】

（1）请你用笔画代替导线，将图甲所示的电路连接完整；

（2）在闭合开关前，应将滑片 $P$移到最　　（选填“左”或“右” $)$端；

（3）在右边虚线方框内画出对应的电路图；

（4）经检查，电路连接无误，各元件完好。闭合开关后，无论怎样移动滑片 $P$，电压表的示数都调不到 $2.5V$，存在这种问题的原因是　　，让小灯泡正常发光最简便的方法是：　　；

（5）解决上述问题后，移动滑片 $P$使电压表的示数为 $2.5V$时，小灯泡正常发光，此时电流表示数图如乙所示，则小灯泡的额定功率是　　 $W$。

小萍同学想利用如图甲所示电路研究通过小灯泡（额定电压为3伏）的电流与它两端电压的关系。她根据图甲完成图乙的部分连接，待连接完整后，移动滑动变阻器滑片，记录了多组数据，作出了图像 $a$ ，还作出了电流大小与电源电压大小的关系图像 $b$ （如图丙所示）。（已知滑动变阻器最大阻值为20欧）。

（1）根据图甲将图乙中的实物图连接完整。（要求：滑动变阻器滑片向右移动，小灯泡变亮）

（2）根据图像 $a$ ，描述通过小灯泡的电流与小灯泡两端电压的关系。 　　

（3）当电流表示数为 $0.12A$ 时，电压表的示数为多少？

（4）图丙阴影部分的面积表示 　　。

如图所示是某款有加热和保温功能的电热饮水机的电路原理图，机内有温控开关 $S_0$，该饮水机的部分参数已知：额定电压为 $220V$，加热时的总功率为 $880W$，保温时的功率为 $80W$， $R_1$、 $R_2$为加热电阻丝（假设它们的阻值不变）。饮水机在额定电压下工作时，求：

（1）加热时电路中的总电流为多少？

（2）保温状态下，5分钟消耗的电能是多少焦？

（3）当开关 $S$和 $S_0$都闭合时是在加热状态还是保温状态？并请你求出 $R_1$的电阻是多大？