初中物理能量实验题

同学们在“探究小灯泡的亮度与功率的关系”实验中，所用电源电压为 $6V$，灯泡的额定电压 $U_0=3.8V$，额定功率在 $1-1.5W$的范围内。

（1）按图甲所示的电路图，请你用笔画线代替导线将图乙的电路补充完整。

（2）小杜同学在实验过程中，将滑动变阻器的滑片 $P$缓慢向 $B$端移动，小灯泡的实际功率将　　（选填“变大”、“变小”或“不变” $)$；同时观察到小灯泡的亮度将变　　（选填“亮”或“暗” $)$。

（3）另一组的小张同学在实验过程中发现电流表、电压表示数如图丙所示，此时电流表的示数是　　 $A$，电压表的示数是　　 $V$，经分析造成这种现象的原因是　　。

（4）小张同学重新调整电路连接后，继续探究小灯泡在额定功率时的亮度，但发现无法准确读出额定电压，他用第（3）小问中所测得数据先算出灯泡的电阻 $R_L$，再根据 $P_0=\frac{U_0{}^2}{R_L}$计算灯泡的额定功率。按此方案算出灯的额定功率比真实值偏　　（选填“大”或“小” $)$，原因是　　。

如图为某款擦窗机器人，它凭借其底部的真空泵在机身和玻璃之间形成低气压，牢牢地吸附在竖直玻璃上。请回答：

（1）当它静止在竖直玻璃上时，受到的摩擦力方向是　　。

（2）擦窗机器人的擦拭速度是4分钟 $/$米 ${}^2$，要擦完总面积为3米 ${}^2$的窗玻璃需要　　分钟。

（3）工作时擦窗机器人对玻璃的压力为28牛，内外气压差达到800帕，求擦窗机器人与玻璃的接触面积至少为多少平方米？

（4）擦窗机器人的总质量为1.2千克，工作时的实际功率为80瓦，它在竖直向上擦窗过程中有 $0.25\%$的电能用于克服重力做功。若窗户足够高，持续竖直向上擦窗20分钟，擦窗机器人可上升的最大高度为多少米？（取 $g=10$牛 $/$千克）

为了探究小灯泡电流与电压的关系，小明选择额定电压为2.5伏的小灯泡，电压为4伏的电源以及其他相关器材按图甲连接电路，进行实验。

（1）闭合开关移动滑动变阻器的滑片，当观察到　　时，可以判断此时小灯泡正常发光。

（2）在实验过程中，小明将滑动变阻器的滑片从 $A$端开始移动，直到灯泡正常发光，在此过程中测得小灯泡电流和电压的几组数据，并正确画出曲线 $a$，如图乙所示，该实验小明选择的滑动变阻器可能是　　。

$A$、滑动变阻器 $R_1(20$欧，3安） $B$、滑动变阻器 $R_2(50$欧，2安） $C$、滑动变阻器 $R_3(2000$欧，0.25安）

（3）小明在图乙中还画出了本实验中滑动变阻器的电流随电压变化的曲线 $b$，老师据图指出该曲线是错误的，其理由　　。

根据能量转化与守恒定律，在与外界没有热传递的条件下，物体内能的增加量与外界对物体做功多少相等。为了验证此规律，某兴趣小组设计了如图所示的实验，在容器里装一定质量的水，中间装上带有叶片的转轴，转轴上绕上绳子，绳子另一端通过滑轮与一重物相连，当重物下降时，绳子拉动转轴转动，带动叶片旋转，使容器里的水温度升高，结合水的比热计算出水中增加的内能。以此验证水的内能增加量与重物的重力做功多少是否相等。

（1）为了完成此实验，除已提供质量的电子天平外，还需要的测量工具有　　。

（2）兴趣小组在实验过程中发现，水内能的增加量小于重物做功的大小，请写出造成这种现象的一种原因　　。

（3）改进实验后，获得那如表数据，规律得到验证。

实验序号	重物质量（千克）	下降高度（米 $)$	升高温度 ${(}^{°}\text{C})$
1	20	5	0.5
2	20	10	1.0
3	20	15	1.5
4	10	10	0.5
5	30	10	1.5
6	40	10	2.0

若使容器内相同质量水的温度升高 ${2.5}^{°}\text{C}$，则25千克的重物需下降　　米。

小柯利用如图甲所示的电路探究电流与电阻的关系，已知电源电压为 $6V$且保持不变，实验所用电阻 $R$的阻值分别为 $5\Omega$、 $10\Omega$、 $20\Omega$，滑动变阻器的规格为“ $30\Omega 2A$”。

（1）请设计实验数据记录表，画在虚线框内。

（2）小柯将5欧的电阻接入电路，闭合开关，调节滑动变阻器使电压表示数为2伏，读出相应的电流值记录在表格中；然后更换电阻重复上述实验。当接入20欧的电阻时，发现无论怎样调节滑动变阻器，电压表示数都无法达到2伏，其原因是　　。

（3）小柯用图乙所示的电路测未知电阻 $R_X$的阻值，图中 $R_0$为定值电阻，他先将导线 $a$端接到电流表“ $-$”接线柱上，电流表示数为 $I_1$，然后将导线 $a$端接到电流表“3”接线柱上，电流表示数为 $I_2$，则 $R_X$的阻值为　　（用 $I_1$、 $I_2$、 $R_0$表示）

大家都知道：“摩擦生热”。那摩擦做功与生热之间存在怎样的关系？焦耳等科学家运用多种方法、不同实验，测出做功 $\left(W\right)$和做功产生的热 $\left(Q\right)$两者之间的比值关系。其中最经典的是1847年焦耳设计的桨叶轮实验：如图甲，在一个装满水的绝热桶里放入铜制的翼轮，多次用下落的重物带动翼轮上的叶片转动，转动的叶片与水摩擦，产生的热使水的温度升高。焦耳通过测量　　和重物下落的距离，计算出重物做的功，即翼轮克服水的摩擦所做的功 $\left(W\right)$；测量绝热桶中水升高的温度，从而计算出水吸收的热 $\left(Q\right)$。

（1）焦耳做这个实验的目的是　　。

（2）小柯利用刻度尺、温度计、天平、双层真空平底圆柱体保温杯、水等器材，粗略测量做功和做功产生的热之间的比值关系。具体方案是：

①用刻度尺测量空保温杯内部高度，记为 $h_{杯}$。

②用天平称量一定质量的水，记为 $m_{水}$，用温度计测出水的温度，记为 $t_1$。

③将水倒入保温杯中，测量杯中水的高度，记为 $h_{水}$．计算出 $h_{杯}-h_{水}$，这也就是杯中水下落的高度。

④在保温杯盖子上安装一支分度值为 ${0.1}^{°}\text{C}$的温度计（连接处密闭绝热），盖紧保温杯，如图乙。

⑤　　（填写操作），计算出水的重力所做的功 $\left(W\right)$。

⑥测出杯中水的温度，记为 $t_2$，计算出水吸收的热 $\left(Q\right)$。

⑦根据⑤、⑥数据，得出两者的比值关系。

做“串联与并联电路中电流、电压的关系”实验时，实验用的两个灯泡 $L_1$、 $L_2$上分别标有“ $2.5V$”和“ $3.8V$”字样，电源电压恒为 $2.5V$。

（1）串联时，小科连接了如图甲所示的电路。闭合开关，两灯均不发光。小科猜想是灯泡 $L_1$灯丝断了，就用一根导线的两端在灯泡 $L_1$两端接线柱处同时试触，若看到灯泡 $L_2$　　，说明小科猜想正确。

（2）并联时，小科连接了如图乙所示的电路。闭合开关前，小科检查发现电路连接有误，但只要改动一根导线即可。请你在要改动的这根导线上打“ $\times$”。并用笔画线代替导线，将图乙中的电路连接正确。

（3）改正电路后继续实验，小柯记录的实验数据如下表：

物理量	电流			电压
串联电路	$I_A=0.16A$	$I_B=0.16A$	$I_C=0.16A$	$U{}_{L_1}=0.9V$	$U{}_{L_2}=1.6V$	$U_{总}=2.5V$
并联电路	$I{}_{L_1}=0.34A$	$I{}_{L_2}=0.20A$	$I_{总}=0.54A$	$U{}_{L_1}=2.5V$	$U{}_{L_2}=2.5V$	$U_{总}=2.5V$

学习了欧姆定律以后，小科发现：根据串联电路中的数据，可计算得到 $R{}_{L_1}=5.63\Omega$，根据并联电路中的数据，可计算得到 $R{}_{L_1}=7.35\Omega$．造成这一差异的根本原因是灯丝电阻的大小随着　　的升高而增大。

做“串联与并联电路中电流、电压的关系”实验时，实验用的两个灯泡 $L_1$、 $L_2$上分别标有“ $2.5V$”和“ $3.8V$”字样，电源电压恒为 $2.5V$。

（1）串联时，小科连接了如图甲所示的电路。闭合开关，两灯均不发光。小科猜想是灯泡 $L_1$灯丝断了，就用一根导线的两端在灯泡 $L_1$两端接线柱处同时试触，若看到灯泡 $L_2$　　，说明小科猜想正确。

（2）并联时，小科连接了如图乙所示的电路。闭合开关前，小科检查发现电路连接有误，但只要改动一根导线即可。请你在要改动的这根导线上打“ $\times$”。并用笔画线代替导线，将图乙中的电路连接正确。

（3）改正电路后继续实验，小柯记录的实验数据如下表：

物理量	电流			电压
串联电路	$I_A=0.16A$	$I_B=0.16A$	$I_C=0.16A$	$U{}_{L_1}=0.9V$	$U{}_{L_2}=1.6V$	$U_{总}=2.5V$
并联电路	$I{}_{L_1}=0.34A$	$I{}_{L_2}=0.20A$	$I_{总}=0.54A$	$U{}_{L_1}=2.5V$	$U{}_{L_2}=2.5V$	$U_{总}=2.5V$

学习了欧姆定律以后，小科发现：根据串联电路中的数据，可计算得到 $R{}_{L_1}=5.63\Omega$，根据并联电路中的数据，可计算得到 $R{}_{L_1}=7.35\Omega$．造成这一差异的根本原因是灯丝电阻的大小随着　　的升高而增大。

小科连接好如图1所示电路，闭合开关，按一定操作来测量“小灯泡的电阻”，获得实验数据如表：

实验次数	1	2	3	4
电压 $U/$伏	2.5	2.0	1.5	1.0
电流 $I/$安	0.22	0.20	0.17	0.13
电阻 $R/$欧	11.36	？	8.82	7.69

（1）表中第2次实验时，小灯泡电阻为　　欧；

（2）将表中电流、电压数据转换为 $I-U$图象（图 $2)$，正确的是　　；

（3）小科发现第3、4两次实验小灯泡不发光，出现这种现象的原因是　　；

（4）小君按小科的方法连接好电路，闭合开关后发现小灯泡不发光，电流表指针不偏转，电压表指针偏转。若此电路只有一处故障，你认为该故障是　　。

某兴趣小组用二节新干电池，规格为“ $10\Omega 1.5A$”的滑动变阻器等器材，来测导体电阻。请分析回答：

（1）连接好电路，闭合开关，向右移动滑动变阻器滑片，当滑片移到 $C$点时，发现两表才有示数，示数分别为 $2V$、 $0.2A$．根据以上信息思考该电路的连接方式，并用笔画线代替导线按该连接方式，将图1电路连接完整。

（2）继续调节滑动变阻器进行测量，测得数据如表所示，第二次测量时电流表示数如图2所示，据图把表中所缺数据填写完整。

实验序号	电压 $/V$	电流 $/A$
1	2.0	0.20
2	2.5
3	2.8	0.28

（3）该实验多次测量的目的是　　。

（4）该小组同学用这套器材（所有器材不变）和阻值为 $5\Omega$、 $10\Omega$、 $20\Omega$的三个定值电阻继续探究“电流与电阻的关系”。实验中要控制电阻两端的电压不变，那么电阻两端电压最小能控制到　　 $V$。

如图为某款擦窗机器人，它凭借其底部的真空泵在机身和玻璃之间形成低气压，牢牢地吸附在竖直玻璃上。请回答：

（1）当它静止在竖直玻璃上时，受到的摩擦力方向是　　。

（2）擦窗机器人的擦试速度是4分钟 $/$米 ${}^2$，要擦完总面积为3米 ${}^2$的窗玻璃需要　　分钟。

（3）工作时擦窗机器人对玻璃的压力为28牛，内外气压差达到800帕，求擦窗机器人与玻璃的接触面积至少为多少平方米？

（4）擦窗机器人的总质量为1.2千克，工作时的实际功率为80瓦，它在竖直向上擦窗过程中有 $0.25\%$的电能用于克服重力做功。若窗户足够高，持续竖直向上擦窗20分钟，擦窗机器人可上升的最大高度为多少米？（取 $g=10$牛 $/$千克）

在探究电流与电压关系的实验中，同学们设计了如下三种电路：

（1）甲同学认为图2电路比图1电路好，理由是：　　。乙同学认为图3电路比图2电路更好，理由是图3电路便于多次实验。

（2）乙同学利用图3电路（其中电阻 $R=5\Omega )$完成了本实验，测得数据如下：

实验次数	电压 $U$（伏 $)$	电流 $I$（安 $)$	电压 $/$电流
1	1	0.2
2	2	0.4
3	4	0.8

分析表格数据，可得出的结论是　　。

（3）实验操作过程中，丙同学发现滑动变阻器损坏，但经过思考后利用图2电路最终也完成了多次实验，该同学的做法是　　。

在探究电流与电阻的关系时，小明设计如图所示电路图进行实验：连接电路，更换不同的定值电阻，分别测出电流大小，记录并分析数据。

实验数据记录表

电源电压（伏特）	电阻（欧姆）	电流（安培）
3	5	0.48
	10	0.27
	20	0.14

（1）分析表格中的数据，发现电阻两端的电压是　　（选填“变化的”或“不变的” $)$。

（2）小芳通过对实验数据的分析，认为此实验需要改进。请你和小芳一起设计探究电流与电阻的关系的实验电路图。

（3）你设计的电路中，更换电阻后，是如何控制变量的？　　。

如图是小金研究电动机转动是否对小灯泡的亮度有影响的电路图，开始小金先抓住转轴合上开关，观察小灯泡的亮度，接着放开转轴让电动机转动，继续观察小灯泡亮度的变化（已知：小灯泡的电阻为 $R$，电动机线圈电阻为 $r$，电源电压为 $U)$，由此请你回答：

（1）在电动机未转动时， $t$时间内电流在电路中产生的热量为　　（填写表达式）；

（2）在电动机转动时，电流所做的功　　电流在电路中产生的热量（选填“大于”“等于”或“小于” $)$；

（3）小金判断电动机转动后小灯泡会更亮，你认为小金的判断正确吗？并根据学过的知识给以解释。

如图甲所示是小明同学测定额定电压为 $2.5V$，额定功率不大于 $1W$的小灯泡功率的实物连接图。

（1）在小明连接好的电路中存在错误或不妥之处，请你找出其中的两处：①　　；②　　。

（2）改正错误和不妥之处后，闭合开关，发现电流表和电压表均有示数，但小灯泡不亮，可能的原因是　　（填写选项中的字母）。

$A$．小灯泡短路

$B$．连接小灯泡的导线接触不良

$C$．滑动变阻器接入电路的电阻过大

（3）小明调节滑动变阻器，依次正确读取三组实验数据，随手写在了草稿纸上（如图乙所示）。如表是小明在老师指导下设计的记录数据及现象的表格，请你补出③处所缺的内容，分析数据后得到小灯泡的额定电流为　　 $A$，额定功率为　　 $W$。

次数	小灯泡两端电压 $U/V$	通过灯丝电流 $I/A$	小灯泡的电功率 $P/W$	③
1
2
3

（4）实验后，小明将一只 $5\Omega$的定值电阻与标有“ $20\Omega 1A$”的滑动变阻器串联接在电压恒定为 $3V$的电源上，请你帮小明计算出滑动变阻器消耗的最大功率为　　 $W$。