初中物理能量综合题

(5分)甲烷气体(CH₄)无色、无臭，是沼气的主要成份．甲烷气体在空气中的浓度在一定范围内，遇到明火会发生爆炸．由此，阳湖中学综合实践活动小组的同学就甲烷气体的浓度测量展开探究活动．小组同学通过上网查询，知道用二氧化锡制成的电阻阻值随空气中甲烷气体浓度(甲烷气体在空气中的体积分数)的增大而减小．他们从物理实验室借来一只二氧化锡电阻Rx，并从产品说明书上获取相关参数，如下表所示．

甲烷气体浓度／％	O	20	40	60	80	100
Rx／Q	25	20	15	lO	7	5

(1)请在下图中作出二氧化锡电阻阻值Rx与甲烷气体浓度的关系图像．(1分)
(2)小组同学利用电压为6V的电源、阻值为15Ω的定值电阻R₀，量程为“0～0.6A” 和 “0～3A”的电流表及二氧化锡电阻Rx制作成甲烷气体浓度检测仪，其电路图如图所示。当甲烷气体浓度增大时，电流表的示数将   (变大／变小／不变)。为使读数更为准确，电流表的量程应选              。
(3)甲烷气体浓度在5%～15％范围内，遇到明火会发生爆炸．如果某绿色农场利用该甲烷气体浓度检测仪检测沼气池中甲烷气体的浓度，当电流表的示数为0.16A时，请求出该沼气池中的甲烷气体浓度大约是多少?一旦遇到明火，是否会发生爆炸?

我们已经知道导体的电阻是导体本身的一种性质，它的大小与导体的长度、横截面积和材料有关，进一步研究表明，在温度不变时，导体的电阻跟导体的长度成正比，跟导体的横截面积成反比，这个规律叫做电阻定律，用公式表示为 ，其中R、L、S分别表示导体的电阻、导体的长度和横截面积。而ρ是反映材料导电性能的物理量，我们把它叫做材料的电阻率。材料电阻率的大小与什么有关？小红提出如下猜想：
猜想1：电阻率与材料的长度有关；   
猜想2：电阻率与材料的横截面积有关；
猜想3：电阻率与材料的种类有关。
于是小红找来不同规格的导线进行测量，实验数据见下表：

实验序号	材料	长度L/m	横截面积S/mm^2	电阻R/Ω	电阻率ρ
1	铜	1.0	0.1	0.17	0.017
2	铜	2.0	0.1	0.34	0.017
3	铜	1.0	0.05	0.34	0.017
4	铁	1.0	0.1	1.0	0.1
5	镍铬合金	1.0	0.1	11.0	1.1

（1）你认为下面哪一个是电阻率的单位：（  ）
A. Ω·m        B. Ω/m        C. Ω/m²
（2）分析比较实验序号1、2的数据，可以初步确定猜想1是___  __（选填“正确”或“错误”）的。
(3)分析比较实验序号_________的数据，可以初步确定猜想2是错误的。
（4）分析比较实验序号1、4、5的数据，可得到的初步结论是                    。
（5）根据表中的数据，如果要制作一个滑动变阻器，应选用材料      作为电阻线圈，这是因为相同规格的这种材料做成的电阻较         （选填“大”或“小”），可以调节的阻值范围较大。
（6）根据表中的数据求出一段长10m，横截面积2mm²的铁导线的电阻是         Ω。
（7）我们知道导体的电阻还与温度有关，有的导体温度升高电阻增大，有的导体温度升高电阻反而减小。你认为，导体的电阻随温度变化，是因为 （     ）
A、不成立    B、ρ发生变化      C、L发生变化      D、S发生变化

(5分)实验测得0.5kg某物质温度随时间变化的图象如图示，已知物质在固态下的比热容为C₁=2.1×10³J/（kg℃）．假设这种物质从热源吸热的功率恒定不变，根据图象解答下列问题：

（1）在最初的 2min内，物质吸收的热量为多少？(1分)
（2）求该物质在液态下的比热容C₂。
（3）若规定“质量为1Kg的某种晶体物质在完全熔化时所吸收的热量叫做这种物质的熔化热” 用“λ”表示，根据图像信息，计算该物质的熔化热。

一位同学用灯泡L₁和L₂组成了串联电路，他连接的电路如图所示。

A．闭合开关，观察到的现象是                                 ；
B．请你在实物图上只改动一根导线，使电压表能够测出L₁两端电压。
(要求：在需要改动的导线上画“×”，用笔将改动后的导线画出，导线不许交叉)。

在比较水和煤油吸热能力的实验中，使用了相同的酒精灯、相同的设备，首先分别对质量相同的水和煤油加热相同的时间，然后分析温度的变化量得出结论，这种实验探究方法叫做　         　，该实验是利用　         　（选填“热传递”或“做功”）的方法来改变水的内能，若被加热水的质量为 $0.2\mathit{kg}$，加热时间长 $5\mathit{min}$，温度升高了 ${50}^{°}\text{C}$，则水吸收的热量是　         　，已知 $c_{水}=4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{\circ }\text{C}\right)$；若某同学测出了加热前、后酒精灯质量的变化量为 $m$，并利用上面测出的水吸收的热量 $Q$，通过公式 $q=\frac{Q}{m}$计算出了酒精的热值，则该热值与实际酒精的热值相比　        　（选填“偏大”“偏小”或“不变”）

如右图是一种自动测定油箱内油面高度的装置，R^,是电阻，R是滑动变阻器，它的金属片是杠杆的一端，从油量表（即电流表）指针所指的刻度就可以知道油箱内油面的高度。
说明它的工作原理。
 
（2）图中R^,的作用是什么？答：                                       。

（3）说出此装置的一点不足之处：                                     。

图1是小亮家某品牌小厨宝（小体积快速电热水器）。某次正常加热工作中，其内胆装有 $5L$ 的水，胆内水的温度随时间变化的图像如图2所示。已知小厨宝正常工作时的电压为 $220V$ ，额定功率为 $2200W$ ，水的比热容为 $c_{水}=4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{\circ }\text{C}}\right)$ 。问：

（1）该小厨宝内胆装有水的质量为 　　 $\mathit{kg}$ ；

（2）由图象可知，加热 $5\mathit{min}$ ，水温升高了 　　 ${}^{°}\text{C}$ ，吸收的热量为 　　 $J$ ；

（3）本次加热小厨宝消耗了 　　 $J$ 的电能，该小厨宝的发热电阻阻值为多少？

一人用桶从井里取水，已知桶的容积是 $6L$，空桶的质量是 $1.5\mathit{kg}$，忽略绳子的重力。 $({\rho }_{水}=1.0\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$、 $g=10N/\mathit{kg})$求：

（1）装满水后水的质量；

（2）用绳子把桶放到井里，进入一些水后，桶仍然漂浮在水中，此时它排开水的体积是 $3\times {10}^{-3}{m}^3$，桶受到的浮力；

（3）将一满桶水从桶底刚好离开水面开始匀速提高 $5m$，绳子的拉力做的功；

（4）提水的效率。

如图甲是某电子秤的原理图，m是质量表（电阻忽略不计），秤盘与压杆质量均忽略不计，电源电压10V，R₀为定值电阻。当电路中的电流大于40mA时，气电保护开关S自动断开。图乙所示是压力传感器R的阻值随所受压力F变化的图像。

（1）图中质量表m应该用＿＿＿＿表改装（填“电流”或“电压”）。
（2）m=0时，压力传感器R的电阻是多大？此时电路中电流为20mA，求定值电阻R₀的阻值。
（3）当电路中的电流等于40mA时，压力传感器R的阻值是多大？
（4）该电子秤能称量的最大质量为多少？（g＝10N/kg）

小洁家购买了某型号的四轮汽车，假期全家开车去某地旅游，下车时观察里程表确定汽车行驶了225km，所用时间是2.5h，消耗汽油20L（假设汽油完全燃烧），汽车行驶过程的发动机牵引力是800N。求：
（1）在这段时间内牵引力做的功多大？
（2）汽车发动机在这段时间内的功率为多大？
（3）20L汽油完全燃烧放出的执量是多少？（已知q_汽油=3.6×10⁷J/L）
（4）该汽车发动机的效率是多少？（发动机的效率是指发动机对外所做的功与消耗的汽油完全燃烧放出热量的百分比）

阅读短文，回答文后的问题（改动）
风寒温度
人们都有这样的体验：走在街上，穿着的衣服感觉冷暖刚好适宜，这时突然起了一阵大风，顿时感觉周身寒冷，这就是风寒效应。风寒效应会影响人们对冷的感觉，导致人体感觉的温度与温度计的示数有明显的差别。原来，人体的主要散热部位是皮肤，通过皮肤红外辐射、接触传导热量、冷热空气对流和汗液蒸发等方式散热。当无风时，在人体皮肤和周围空气之间，有一个比较稳定的空气层，由于空气是热的不良导体，可以起到保温作用；当刮风时，稳定的空气保温层不断被新来的冷空气所代替，并把热量带走。风速越大，人体散失的热量越快、越多，人也就感觉越寒冷。科学家提出用风寒温度描述刮风时人体皮肤感觉的温度。并通过大量实验找出了风寒温度和风速的关系，下表是在气温为5℃时，风寒温度和风速的关系。

风速（km/h）	0	10	20	30	40
风寒温度（℃）	5	3	1	-1	-3

（1）风会使人感觉更寒冷的原因主要是加强了下列哪种散热方式（  ）
A．辐射    B．传导   C．对流     D．汗液蒸发
（2）一个质量为50kg的人散失热量4.2×10⁵J，如果人体没有产生相应的热量，则体温将下降          ℃。［人体的比热容取4.2×10³J/(kg·℃)］
（3）当气温为5℃，风速为35km/h时，地面的水会结冰吗？
答：              。
（4）根据所给数据，用T表示风寒温度，t表示气温，v表示风速，请你写出三者关系的表达式：       。

如图甲所示，放在水平地面上的物体，受到方向不变的水平推力F的作用，F的大小与时间t的关系和物体的运动速度v与时间t的关系如图乙所示。

（1）由图像可知，当t＝1s时，物体处于     状态。
（2）当t＝5s时，物体受到的摩擦力为     N。
（3）当木块所受的拉力是2N，则对木块所处状态的判断，正确的是     。

A．静止	B．匀速直线运动
C．静止或匀速直线运动	D．条件不足，无法判断

阅读下面短文：
导体容易导电，绝缘体不容易导电。有一些材料，导电能力介于导体和绝缘体之间，称做半导体，除了导电能力外半导体有许多特殊的电学性能，使它获得了多方面的重要应用。
有的半导体，在受热后电阻迅速减小；反之，电阻随温度的降低而迅速的增大。利用这种半导体可以做成体积很小的热敏电阻。热敏电阻可以用来测量很小范围内的温度变化，反应快而且精度高。回答下列问题：
⑴如果将热敏电阻与电源、电流表和其他元件串联成一个电路，其它因素不变，只要热敏电阻所在区域的温度降低，电路中电流将变        （填“大”或“小”）。
⑵上述电路中，我们将电流表中的电流刻度换成相应的温度刻度，就能直接显示出热敏电阻附近的温度。如果刻度盘正中的温度刻度值为20℃（如图a所示），则25℃的刻度应在20℃的     边（填“左”或“右”）
⑶为了将热敏电阻放置在某蔬菜大棚内，能检测大棚内温度的变化，请用图b中的器材（可增加元件）设计一个电路。(2分）

传统的电车要由2条“辫子”供电，行驶中容易掉“辫子”，已逐渐被淘汰。

我国最新研发的超级电容储能式新型电车，没有传统电车的“辫子”，可在乘客上下车的短时间内充满电，还可以把刹车时减小的机械能转化成电能回收储存再利用。
某型号新型电车的有关技术参数如下表：

空车质量（千克）	10000	满载乘员数（人）	80
满载时轮胎与地面接触总面积（厘米2）	5000	最大车速（千米/时）	80

（1）传统电车掉“辫子”时，电路处于        路状态，无法对电车持续供电。
（2）假设每位乘员的质量为60千克，新型电车满载停在水平路面时，对路面的压强有多大？（g取10牛/千克）
（3）新型电车在某次行驶中，刹车时减小的机械能总量为1×10⁷焦，这部分能量的80%回收再利用，可供电车在阻力为1×10⁴牛的水平路面匀速行驶多少路程？

天然水流蕴藏着巨大的能量，是人类可以利用的重要能源之一。兴建水电站可以把天然水流蕴藏着的巨大能量转换成电能，是水能利用的主要形式。有一处水利工程，在河流上修建了 $115m$高的拦河大坝，如图所示。年平均水流总量为 $3\times {10}^{10}{m}^3$．该水利工程的主要任务包括防洪、发电和航运，在发电方面，年平均发电总量为 $6\times {10}^9\mathit{kW}·h$．现安装水轮发电机20台，每台水轮发电机装机容量（即发电功率）为 $9.26\times {10}^4\mathit{kW}$．（水的密度为 $1.0\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$， $g$取 $10N/\mathit{kg})$求：

（1）年平均水流总量所受的重力；

（2）若上、下游水位差为 $100m$，年平均水流总量做的总功及转化为电能的效率；

（3）若每台发电机平均年发电时间为180天，则平均每天约有多少台发电机在工作。