初中物理能量解答题

铁板文蛤是南通的特色佳肴，由文蛤、佐料放在经加热发烫的铁板上制作而成，在体积相同的条件下，餐馆会尽量选择热容量大的炊具。热容量的定义是：物体的温度升高（或降低） $1^{°}\text{C}$吸收（或放出）的热量。查阅资料知道：物体的热容量与物体的质量和物质的比热容有关，由此同学们对相同体积物体的热容量作如下猜想：

猜想1：物体的质量越大则物体的热容量越大；

猜想2：物质的比热容越大则物体的热容量越大。

同学们先用图甲所示装置，将体积相同的四个不同金属块浸没在烧杯内的水中，将水加热至沸腾，用温度计测出水的温度，示数如图乙；将四个金属块同时从水中取出，快速放入四个相同的保温杯中，杯中盛有质量和初温（约 ${20}^{°}\text{C})$均相同的水，过一段时间后分别测出保温杯内水的末温，收集记录的数据如下表。

金属块	质量 $m/g$	比热容 $c/J{\left(\mathit{kg}{\cdot }^{°}\text{C}\right)}^{-1}$	末温 ${(}^{°}\text{C})$
铅	565	$0.13\times {10}^3$	34.3
铜	445	$0.39\times {10}^3$	47.2
铁	395	$0.46\times {10}^3$	48.1
铝	135	$0.88\times {10}^3$	40.9

（1）安装装置时应先固定线夹　　（选填“ $A$”或“ $B$” $)$；图乙温度计示数为　　 ${}^{°}\text{C}$。

（2）由表中数据可知：若金属块放出的热量完全被水吸收，则吸收热量最多的是放入了金属　　的杯中的水；热容量最大的是　　金属块。

（3）分析数据可判断：猜想1、猜想2都是　　的。请选择猜想1或猜想2，说出你对该猜想作出上述判断的理由：　　。

（4）请用热容量这个物理量，给比热容下定义：　　。

2021年5月15日，天问一号火星探测器所携带的"祝融号"火星车及其着陆组合体成功降落在火星北半球的乌托邦平原南部，实现中国航天历史性的突破。

（1）虽然火星大气稀薄，着陆组合体冲入火星大气层后，5千米 $/$ 秒级别的速度依然导致大气冲击和摩擦产生了巨大的振动和热量，足以熔化大部分金属。通过隔热装置和多种散热手段，着陆组合体的温度依然能保持常温。图甲为着陆组合体部分着陆流程的示意，则隔热装置应安装在 　　（选填" $A$ "或" $B$ " $)$ 处。

（2）当着陆组合体的速度骤降到数百米 $/$ 秒，巨大的降落伞在火星上空约10千米的高度打开。当速度降低到100米 $/$ 秒以内，降落伞"功成身退"，着陆组合体依靠底部强大的反冲火箭工作进一步减速。随着速度进一步降低，着陆组合体进入悬停避障状态。着陆组合体悬停时（如图乙所示），反冲火箭喷气的方向为 　　。

（3）着陆组合体总着陆时间只有9分钟左右，也被叫做"恐怖9分钟"。这是因为火星距离地球太遥远 $(5.5\times {10}^{10}$ 米 $~4\times {10}^{11}$ 米），如果着陆组合体通过电磁波信号与地面控制中心通信，信号来回至少需要几分钟？（电磁波在真空中传播速度为 $3\times {10}^8$ 米 $/$ 秒）

图示电路中，电源电压恒定，定值电阻电阻 $R_0=10\Omega$，滑动变阻器 $R$标有“ $50\Omega 1.0A$”。把滑片 $P$移至某一位置，闭合 $S_1$，当 $S_2$分别断开和接“1”时，电流表示数分别为 $0.4A$和 $0.6A$。

（1）求电源电压；

（2）求开关 $S_2$接“1”时，滑动变阻器 $10s$内消耗的电能；

（3）用量程为 $0~3V$的电压表替换电流表， $S_2$改接“2”，闭合 $S_1$，移动滑片 $P$，求 $R_0$的电功率的最小值。

普通电动车的充电插口内有金属插脚，在使用过程中绝不能拿硬币、手等去触碰，如图甲。

（1）图乙是某种电动车的局部电路图。如图硬币碰到充电插口的两个金属插脚，就会造成蓄电池　　路。

（2）这种电动车的蓄电池总电压为48伏，人体不能触碰蓄电池两极，原因是　　。

（3）对蓄电池充电时，蓄电池相当于电路中的　　（选填“电源”，“用电器”，“开关”或“导线” $)$。

有两只阻值未知的定值电阻 $R_1$、 $R_2$。

（1）图甲是用伏安法测 $R_1$阻值的实物电路，电源电压恒为 $3V$，滑动变阻器最大阻值为 $10\Omega$。

①甲图中有一根导线连接错误，请在该导线上画“ $\times$”并在图上改正（所画的导线用实线且不能交叉）。

②改正电路后，闭合开关，发现无论怎样移动滑动变阻器滑片，两电表均无示数，其原因可能是　　（填字母）。

$A$．滑动变阻器断路 $B$． $R_1$断路     $C$． $R_1$短路

③故障排除后，正确操作实验器材，移动滑片，当电压表示数为 $1.2V$时，电流表示数如图乙所示，则待测电阻 $R_1=$　　 $\Omega$。

④现有以下三组数据，分析可知，不可能通过以上实验获得的数据有　　（填序号）。

实验序号	$U/V$	$I/A$	$R_1/\Omega$
1	0.8	0.2
2	1.6	0.4
3	1.9	0.475

（2）图丙是能巧测 $R_2$阻值的实验电路图。图中 $R$为电阻箱， $R_0$为定值电阻（阻值未知）。要求仅利用电阻箱读数表达 $R_2$的阻值请在空白处填上适当内容。

①将开关接 $a$，调节电阻箱和滑动变阻器滑片 $P$至适当位置，记下　　；

②将开关接 $b$，调节　　，保持　　不变，记下　　；

③则 $R_2=$　　。

“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：　　。

某同学在探究“物体的动能跟哪些因素有关”时，提出了如下猜想：

猜想一：物体动能大小与物体的质量有关

猜想二：物体动能大小与物体的运动速度有关

为了验证上述猜想，老师提供了如下器材：斜槽、刻度尺、三个钢球（质量分别为 $0.2\mathit{kg}$、 $0.2\mathit{kg}$、和 $0.3\mathit{kg})$、木块和长木板。

实验装置如图所示，让钢球从高为 $h$的斜槽上由静止滚下，碰到水平面上的木块后，将木块撞出一段距离，在同样的平面上，木块被撞得越远，说明钢球的动能越大。

该同学利用上述器材和装置进行了实验，并在下表中记录了实验获得的数据。

次数	钢球质量 $m/\mathit{kg}$	钢球下落高度 $h/\mathit{cm}$	木块移动距离 $s/\mathit{cm}$
1	0.1	10	8
2	0.1	25	19
3	0.3	20	26
4	0.2	10	15
5	0.3	10	22
6	0.3	15	30

请你完成下列任务：

（1）为了便于验证猜想一，请重新设计一个实验表格，并将上表中的相关数据全部筛选整理后填入你所设计的表中。

（2）分析重新设计的表中数据可以得到的实验结论是　　。

光滑斜面甲与水平面 $\mathit{AB}$平滑连接，从斜面甲高 $H$处静止释放小球，小球运动到 $B$点静止，如图甲，在 $\mathit{AB}$上的 $C$点平滑拼接另一光滑斜面乙。已知 $\mathit{AB}=3\mathit{AC}$，如图乙，回答下列问题：

（1）如果小球从斜面甲高 $H$处静止释放，说明小球在乙斜面到达的最大高度 $h$与 $H$的数量关系及理由。

（2）要使小球在乙斜面上到达的最大高度变为 $2h$，小球应在甲斜面上多高处静止释放，并说明理由。

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　　。

小华和妈妈去超市购物，她们将 $17\mathit{kg}$物品放在小推车中推行，小推车在某段时间内速度 $v$随时间 $t$变化的关系图象如图所示。已知小推车重 $130N$，所受阻力是总重的0.15倍。 $(g$取 $10N/\mathit{kg})$

（1）在 $0~10s$内，水平推力　　（大于 $/$小于 $/$等于）阻力，阻力大小为　　 $N$。

（2） $10~20s$内水平推力做了多少功？

（3） $10~20s$内水平推力的功率多大？

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　　。

如图所示的电路中，电源电压恒定，灯 $L_1$、 $L_2$电阻不变，闭合开关 $S_1$、 $S_2$，电压表示数为 $12V$，电流表示数为 $1.2A$， $L_1$和 $L_2$都正常发光。断开开关 $S_1$、 $S_2$，将电压表、电流表的位置互换，只闭合开关 $S_1$，电流表示数为 $0.75A$，电压表示数不变问：

（1） $L_1$的电阻和额定功率各为多大？

（2） $L_2$的电阻和额定功率各为多大？

北京8分钟

2018年平昌冬奥会闭幕式上，“北京8分钟”表演惊艳全世界，同时宣告冬奥会进入北京时间。短短8分钟的表演却蕴涵着大量的“中国智慧”和“中国制造”

闭幕式上，演员穿着目前国内最大尺寸的熊猫木偶道具进行轮滑表演，给人留下了

深刻印象。为达到最佳表演效果，需要严格控制道具的质制作团队在原有工艺的基础上不断改良和创新，经过反复对比和测试，最终确定用铝合金管材和碳纤维条作为制作材料。最终版的熊猫木偶道具质量仅为 $10\mathit{kg}$

装载着大屏幕的机器人与轮滑舞者进行了互动表演，为体现冰雪主题，大屏幕也使用了新技术，让它们看起来像是用冰雪制成的“冰屏”，每块“冰屏”长 $3m$。为保证“冰屏”具有较强的抗风能力，“冰屏”的整个结构非常精密，卡槽与屏之间的距离达到微米级，经过风洞测试，每块“冰屏”都能承受 $15m/s$的风速，目前我国的“冰屏”技术已处于世界领先水平。

舞台上要求演员衣服轻薄，动作舒展流畅，由于现场气温低至 $-3^{°}\text{C}$，为做好演员的保暖工作，超薄保暖服采用了超级新型纳米材料 $-$一石墨烯发热膜、演员上场前，需先对服饰内的电池进行充电。充电完成后，石墨烯发热膜保暖服可在 $-{20}^{°}\text{C}$的环境中工作4小时，确保了演员穿着舒适和演出成功。

阅读短文，回答问题：

（1）熊猫木偶道具选用铝合金管材和碳纤维条作为制作材料，除了考虑材料的强度和韧性外，还因为这些材料

　　较小；

（2）演员在地面上做曲线运动时，受到的力是　　（选填“平衡力”或“非平衡力” $)$；

（3）在对“冰屏”进行抗风能力的风洞测试中，让屏幕正对风的方向，若增大风速，风对屏幕产生的压强　　（选填“变小”、“变大”或“不变” $)$；

（4）在给保暖服内的电池充电时，电能转化为　　能；保暖服通电发热是通过　　（选填“热传递”或“做功” $)$方式增加保暖服的内能。

如图所示，电源电压是 $12V$保持不变，灯泡 $L$额定电压为 $12V$，灯泡 $L$的阻值是 $8\Omega$，不计温度对灯泡电阻的影响，先将滑动变阻器的滑片 $P$滑到 $a$端，断开 $S_2$，再闭合 $S_1$，此时电压表读数为 $8V$，求：

（1）滑动变阻器的最大阻值是多少？

（2）若将 $P$滑到 $b$端并同时闭合 $S_1$、 $S_2$，此时电流表、电压表的示数各为多大？

某油电混合动力汽车工作原理如图所示，当它以 $90\mathit{km}/h$的速度匀速行驶 $10\mathit{min}$的过程中，发动机和驱动电机共同为汽车提供动力，驱动汽车行驶所需的能量 $E_1=3\times {10}^{7}J$，其中 ${\eta }_1=60\%$来自于汽油燃烧，而汽油燃烧放出热量的 ${\eta }_2=40\%$用于驱动汽车行驶和对蓄电池充电，其中用于充电的能量 $E_2=2\times {10}^{6}J$，设汽油在发动机气缸内完全燃烧，汽油热值取 $q=5\times {10}^{7}J/\mathit{kg}$。

（1）当该汽车制动刹车时，驱动电机会反转为发电机给蓄电池充电，电机发电的原理是　　，产生的电能是从汽车的　　能转化而来的。

（2）求题述过程中汽车受到的阻力；

（3）题述过程中，汽车所消耗汽油的质量用 $m$表示。

①求汽车所消耗汽油的质量 $m$；

②请将下列表达式填写完整： ${\eta }_1{E}_1=$　　（用 $q$、 $m$、 ${\eta }_2$和 $E_2$表示）