初中物理能量实验题

物理学中，用磁感应强度（用字母 $B$表示）来描述磁场的强弱，国际单位是特斯拉（用字母 $T$表示），磁感应强度 $B$越大表示磁场越强； $B=0$表明没有磁场。有一种电阻，其阻值大小随周围磁感应强度的变化而变化，这种电阻叫磁敏电阻，为了探究电磁铁磁感应强度的大小与哪些因素有关，小超设计了如甲、乙两图所示的电路，图甲中电源电压恒为 $6V$， $R$为磁敏电阻，图乙中的电磁铁左端靠近且正对图甲中的磁敏电阻 $R_1$磁敏电阻 $R$的阻值随周围磁感应强度变化的关系图象如图丙所示。

（1）当图乙 $S_2$断开，图甲 $S_1$闭合时，磁敏电阻 $R$的阻值是　　 $\Omega$，电流表的示数为　　 $\mathit{mA}$。

（2）闭合 $S_1$和 $S_2$，图乙中滑动变阻器的滑片 $P$向右移动时，小超发现图甲中的电流表的示数逐渐减小，说明磁敏电阻 $R$的阻值变　　，电磁铁的磁感应强度变　　。

（3）闭合 $S_1$和 $S_2$，图乙中滑动变阻器的滑片 $P$保持不动，将磁敏电阻 $R$水平向左逐渐远离电磁铁时，小超将测出的磁敏电阻与电磁铁左端的距离 $L$、对应的电流表的示数 $I$及算出的磁感应强度 $B$同时记录在下表中，请计算当 $L=5\mathit{cm}$时，磁敏电阻 $R$所在位置的磁感应强度 $B=$　　 $T$。

$L/\mathit{cm}$	1	2	3	4	5	6
$I/\mathit{mA}$	10	12	15	20	30	46
$B/T$	0.68	0.65	0.60	0.51		0.20

（4）综合以上实验可以看出：电磁铁磁感应强度随通过电流的增大而　　；离电磁铁越远，磁感应强度越　　。

图甲是利用电流表、电压表测量电阻的实验原理图。图乙是小红连接的实物实验电路图。

（1）依照小红连接的电路，闭合开关，滑动变阻器的滑片向左端移动，请写出你观察到的实验现象。

（2）请你在图乙中只改动一根导线连接，使电路正常工作（用“ $\times$”标出改动导线，以笔划线代替导线，画出改接导线）。

（3）电路改接正确后，调节滑动变阻器的滑片到某位置时，电压表和电流表的示数如图丙、丁所示，此时被测出 $R_x$的阻值为多少？

下面是小明和小红的“测量滑轮组的机械效率”实验报告。

实验名称：测量滑轮组的机械效率

实验步骤：

（1）用弹簧测力计测量钩码所受的重力 $G$并填入表格。

（2）按如安装滑轮组，分别记下钩码和弹簧测力计的位置。

（3）拉动弹簧测力计并读出拉力 $F$的值，用刻度尺测出的钩码上升的高度 $h$和弹簧测力计移动的距离 $s$，将这三个量填入表格。

（4）算出有用功 $W_{有}$、总功 $W_{总}$、机械效率 $\eta$并填入表格。

（5）改变钩码上升的高度，重复上面的实验，记录并计算实验数据。

实验记录：

实验次数	钩码重力 $G/N$	物体上升的高度 $h/\mathit{cm}$	有用功 $W_{有}/J$	拉力 $F/N$	弹簧测力计移动的距离 $s/\mathit{cm}$	总功 $W_{总}/J$	机械效率 $\eta$
1	6	3.00	18.00	2.38	9.00	21.42	$84.0\%$
2	6	5.00	30.00	2.40	15.00	36.00	$83.3\%$
3	6	8.00	48.00	2.36	24.00	56.64	$84.7\%$
4	6	10.00	60.00	2.35	30.00	70.50	$85.1\%$

实验结论：在忽略绳子的重力和摩擦的情况下，滑轮组的机械效率与所提升物体的重力和高度无关。

请你评价小明和小红的实验报告。

（1）指出实验步骤中存在的错误和不足；

（2）从理论上分析说明他们实验结论的局限性。

现要测量小灯泡的功率。小薇同学选择了满足这个实验要求的器材，并连接了部分电路，如图甲所示。

（1）请添加一根导线，完成图甲所示的实验电路的连接。

（2）闭合开关前，滑动变阻器的滑片应滑至　　端（选填“ $a$”或“ $b$” $)$。

（3）闭合开关，调节滑动变阻器，当电压表示数为 $1.9V$时，电流表示数如图乙所示，为　　 $A$，此时小灯泡的功率为　　 $W$。

根据下列两个实验，回答相关问题：

（1）电流做功的过程是把电能转化为其他形式能的过程，一般情况下电流做功的多少我们无法直接观察出。小明同学为了“探究影响电流做功的因素”，设计了如图1所示的实验，通过此实验可以较形象的比较出电流做功的多少。该实验是通过观察　　比较电流在不同情况下做功多少的，此过程中是把电能转化为　　能；将滑动变阻器的滑片 $P$向左调节时，电流表和电压表的示数都变大，相同时间内物体被吊起的高度也变大了，这说明　　。

（2）实际生活中，用电器接通电源后，都伴有热量的产生，小明在“探究电流通过导体产生热量的多少与什么因素有关”时，采用了如图2所示的实验装置，其中 $a$、 $b$、 $c$、 $d$四个相同的容器密闭着等量空气并与 $U$形管紧密相连，实验前 $U$形管两端液面相平，将1、2和3、4导线分别接到电源两端。

在实验过程中，通过观察 $U$形管中　　的变化来比较电流通过电阻丝产生热量的多少：图甲所示的装置是用来研究电流通过电阻丝产生的热量与　　的关系，图乙所示的装置是用来研究通过电阻丝产生的热量与　　的关系，综合分析图甲乙两装置的实验现象，可以得出的结论是　　。

有一个小灯泡标有 $5.0V$字样，要测定它的额定功率。已知小灯泡正常发光时的电阻值约 $10\Omega$，电源电压为 $6V$．

（1）请你用笔画线代替导线，连接完成实验电路。

（2）闭合开关前，滑动变阻器滑片应该在　　端（选填“ $a$”或“ $b$” $)$。

（3）某次连接线路后，闭合开关灯不亮，电流表有示数，电压表没有示数，猜想以下3种故障，其中可能的是　　

$A$．可能是灯丝断了

$B$．可能是开关接线处断路

$C$．可能是小灯泡的灯座短路

为避免出现上述故障时损坏电流表，选择的滑动变阻器的最大阻值应不小于　　 $\Omega$。

（4）排除故障后，移动变阻器滑片，观察当　　表示数为　　时，再记录另一个电表的示数，可以计算小灯泡的额定功率。

运用知识解决问题：

（1）电炉子工作时，通过导线和电炉丝的电流相等，电炉丝电阻比导线电阻　　，根据焦耳定律可知，相同时间内电炉丝产生的热量比导线　　，所以电炉丝热得发红而导线不太热。

（2）如图所示家庭电路，吊灯 $L_1$和 $L_2$有开关 $S$控制，墙上有一个固定的三孔插座。请把电路连接完整。

（3）将定值电阻 $R_1$和 $R_2$串联后接在电压为 $6V$的电源两端， $R_1:R_2=1:2$， $R_1$的电功率为 $2W$，则 $R_1$两端的电压 $U_1=$　　 $V$， $R_2=$　　 $\Omega$。

回归实验和探究（请将下列实验报告中的空缺部分填写完整） $:$

（1）用伏安法测量小灯泡的电阻：

装置	小雨连接了如图所示的实验电路，其中有一处错误，请在错误的导线上打“ $\times$”，并重新画一根正确连接的导线。
图象	请根据表中的数据，画出小灯泡的 $I-U$图象。 次数 $U/V$ $I/A$ $R/\Omega$ 1 1.0 0.18 5.6 2 2.0 0.24 8.3 3 3.0 0.26 11.5
方法	用电压表和电流表测量电阻，运用的科学方法是　　法。
问题讨论	将实验中的小灯泡换成定值电阻，为了减小误差，应多次测量电压及电流的值，算出电阻，最后求出电阻的　　。

（2）探究电磁感应现象：

方法	小雨由电流的磁效应联想到：“既然电能生磁”，那么“磁能否生电”？小雨提出问题时运用的科学方法是　　法。
结论	闭合电路的一部分导体在磁场中做　　运动时，导体中就产生感应电流。在此过程中　　能转化为电能。
问题讨论	把上述实验中灵敏电流计换成电源，发现通电导线在磁场中运动，据此制成了　　。

小明利用“伏安法”测额定电压为 $2.5V$的小灯泡的灯丝电阻，他设计的实验电路图如图甲所示。

（1）请用笔画线代替导线将图乙中的实物连接完整（滑片 $P$向 $B$端滑动时灯泡变亮）

（2）闭合开关后，小灯泡不亮，电流表无示数，电压表有示数，电路故障可能是　　；

（3）排除电路故障后，小明实验过程中记录的数据如表所示，其中第2次实验时的电流表如图丙所示，则通过小灯泡的电流为　　 $A$；

实验次数	1	2	3	4
$U/V$	1.4	2.0	2.5	2.8
$I/A$	0.20		0.26	0.27
$R/\Omega$

（4）小明分别求出不同电压下小灯泡的电阻，然后求出电阻的平均值，他的这种做法　　（填“合理”或“不合理” $)$

（5）通过实验数据可知，该小灯泡的额定功率为　　 $W$；

（6）小明　　（填“能”或“不能” $)$用本实验器材探究电流与电压的关系。

小明用相同的酒精灯分别给水和煤油加热（如图甲），以探究水和煤油的吸热能力。

（1）本实验需要用到天平这一测量工具，目的是　　；

（2）加热 $10\mathit{min}$，水吸收的热量　　（填“大于”、“小于”或“等于” $)$煤油吸收的热量；

（3）根据实验数据，小明作出了水和煤油的温度随加热时间变化的图象（如图乙），由图象可知，水的沸点是　　 ${}^{°}\text{C}$，煤油的比热容是　　 $J/\left(\mathit{kg}{·}^{°}\text{C}\right)$【 c 水 = 4 . 2 × 10 3 J / kg ⋅ ∘ C} 】

（4）若本实验共消耗酒精 $20g$，则这些酒精完全燃烧放出的热量是　　 $J$． $\left(q_{酒}=3.0\times {10}^{7}J/\mathit{kg}\right)$

在“测量小灯泡的电功率”实验中，电源电压为 $6V$保持不变，所用小灯泡的额定电压为 $2.5V$，小灯泡的电阻约为 $10\Omega$。

（1）用笔画线代替导线，将图甲的实物图连接完整，要求滑动变阻器滑片 $P$向右滑动时小灯泡变亮。

（2）闭合开关 $S$前，应将滑动变阻器的滑片 $P$移到最　　端（选填“左“或“右” $)$。

（3）闭合开关 $S$后，发现小灯泡不亮，但电流表和电压表均有示数，接下来首先应该操作的是　　（填序号）

$A$．检查电路是否断路

$B$．检查电路是否短路

$C$．移动滑动变阻器的滑片 $P$，观察小灯泡是否发光

（4）通过小灯泡的电流随它两端电压的变化如图乙所示，分析图象可知，当小灯泡两端的电压增大时，灯丝的电阻会　　（选填“增大”、“不变”或“减小“ $)$；小灯泡的额定功率为　　 $W$。

（5）若将小灯泡换成定值电阻 $R_l$，该电路还可以进行的实验有　　（请写出一个即可）。

在初中物理电学实验中，通常用电流表和电压表进行有关测量：

（1）小明同学在测定小灯泡的电功率时，选用的器材有：额定电压为 $2.5V$的小灯泡（其阻值约为 $10\Omega )$、“ $10\Omega 1A$”的滑动变阻器、两节新干电池等。

①连接电路时开关应　　；

②请用笔画线代替导线，帮小明同学将图甲中的实物电路连接完整，使闭合开关时滑动变阻器连入电路的电阻最大；

③小明同学连接电路后，闭合开关，滑片 $P$移到某一位置时，电压表示数如图乙所示，为测量灯泡的额定功率，应将滑片 $P$向　　端（选填“ $A$”或“ $B$” $)$移动，直至电压表的示数为 $2.5V$，此时电流表示数如图丙所示，则小灯泡的额定功率是　　 $W$；

（2）小华同学设计了如图1所示的电路来测量一个阻值约为几百欧的电阻 $R_x$，他使用的电源电压为 $3V$，电流表量程为 $(0~0.6A$、 $0~3A)$，电压表量程为 $(0~3V$、 $0~15V)$。

①小华同学按照该电路图连接电路后，闭合开关，观察到电流表指针不偏转，示数为零，电压表示数为 $2V$．则他连接的电路出现该故障的原因是　　；

②在排除故障换用新元件后，经检查电路完好。闭合开关，逐渐减小滑动变阻器的接入电阻至最小时，电压表有示数，但电流表的指针偏转角度很小，电流太小的原因是　　，所以按小华所设计的电路来测量这个电阻是不合适的；

③为了测出电阻 $R_x$的阻值，老师给小华同学又提供了两个开关和一个电阻箱 $R(0~9999\Omega 5A)$，电阻箱是一种可以调节电阻大小并且能够显示出阻值的变阻器，它的电路符号用表示。请你帮助小华同学设计一个能测出电阻 $R_x$阻值的实验电路，要求电路只连接一次。将你设计的实验电路图画在图2虚线方框中。

小华同学用温度计测出一部分冰的温度如图甲所示，然后利用图乙所示装置对 $100g$冰加热，他每隔相同时间记录一次温度计的示数，并观察物质的状态。图丙是他根据记录的数据绘制的温度 $--$时间图象，根据图甲和图丙图象可知：

（1）图甲中温度计的示数为　　 ${}^{°}\text{C}$；

（2）在 $\mathit{BC}$阶段中 $C$点处物质的内能　　 $B$点处物质的内能（选填“大于”、“小于”或“等于” $)$，理由是　　；

（3）设相同时间内物质吸收的热量相同，则 $\mathit{BC}$阶段物质共吸收了　　 $J$的热量 $[c_{冰}=2.1\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{\circ }\text{C}}\right)$， $c_{水}=4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{\circ }\text{C}}\right)]$；

（4）由丙图可以看出 $\mathit{AB}$、 $\mathit{CD}$段升高的温度相同，但 $\mathit{CD}$段加热的时间长，其原因是　　。

小可将电源、开关、导线、滑动变阻器、电流表和电压表接入电路，用“伏安法”测额定电压为 $2.5V$小灯泡的功率。

（1）请在方框内（图 $1)$画出实验电路图。

（2）小可根据实验数据绘制了 $U-I$图象，如图2甲所示。观察图象，发现 $\mathit{AB}$部分为线段， $\mathit{BC}$部分为曲线。为便于分析，将线段 $\mathit{AB}$延长作出图象，如图2乙所示。

比较甲、乙两图象，发现两图象间的距离随着电流的增大而增大，说明　　。

（3）根据图象中 $B$点对应的电压和电流值，计算小灯泡的电阻 $R=$　　 $\Omega$．当电压为 $2.5V$时，根据甲图象计算小灯泡的功率 $P_{甲}=$　　 $W$，根据乙图象计算小灯泡的功率 $P_{乙}=$　　 $W$。

（4）请结合以上分析和计算，解释白炽灯泡烧坏往往发生在开灯瞬间的原因：　　。

根据如图中提供的实验信息，回答下列问题：

（1）图①和②研究的是浮力与　　的关系；

（2）图③和图④研究的是　　与高度的关系；

（3）图　　的实验装置能研究电动机原理。