初中物理能量实验题

图为四缸发动机工作原理：内燃机通过连杆把四个汽缸的活塞连在一根曲轴上，并使各汽缸的做功过程错开，在飞轮转动的每半周里，都有一个汽缸在做功，其他三个汽缸分别在做吸气、压缩和排气工作。

（1）发动机在做功冲程里，高温、高压的燃气推动活塞向下运动，对外做功，同时将        能转化为         能。
（2）有一台四缸发动机，其主要技术指标如右表所示。其中排量等于四个汽缸工作容积的总和，汽缸工作容积指活塞从上止点到下止点所扫过的容积，又称单缸排量，它取决于活塞的面积和活塞上下运动的距离（既冲程长）。转速表示每分钟曲轴或飞轮所转的周数。
①该发动机在1 s内做功       J，单缸排量V=        L。
②在每个做功冲程里，发动机做功W=         J。
（3）在做功冲程里，燃气对活塞所做的功可表示为W = p V，式中 p表示燃气对活塞的压强，则 p=         Pa。（1 L=10^-3 m³）

LED灯是一种新型的环保节能灯，小林为了探究LED灯与家用普通白炽灯、普通节能灯的发光效率，他用如图所示的装置进行了实验（其中R₀为光敏电阻，其电阻值与光照强度成反比）其实验步骤如下：

① 先把“220V 15W”的普通白炽灯接入灯座，通过调整，使灯泡与温度计的玻璃泡距离约为2cm，灯泡与热敏电阻的距离约为30cm。闭合开关S和S₁，通电10min，分别读出温度计和电流表的示数，并填入下表。

灯泡类型	盒内初温	盒内末温	电流表示数
白炽灯	20℃	78℃	6mA
普通节能灯	20℃	50℃	15 mA
LED灯	20℃	35℃	60 mA

 
②接着分别把规格相同的普通节能灯和LED灯接入灯座，重复上述实验。
根据小林的探究，请回答：
（1）电能转化为内能最多的灯是____________，这是通过观察_________________来比较的。
（2）电能转化为光能最多的灯是____________，这是通过观察_________________来比较的。
（3）LED灯的发光效率较______ (填“高”或“低”)。
（4）综合分析表中数据可知，15W的LED灯的发光亮度与______W的白炽灯发光亮度相当。

电动自行车已成为大众化的一种交通工具，在使用时人们经常遇到的问题是：一次充满电后行驶不能达到说明书的里程数．为探明原因，小明用家里的电动自行车进行了测试．他骑车在平直的路面上由静止开始运动，获得如图所示的速度和牵引力随时间变化的关系图象．

（1）由图可知电动自行车的运动特点是：　  　．7～12s它受到的摩擦力是　 　N．电动自行车匀速行驶100m克服摩擦力做功是　 　J．
（2）小明又在不同负重情况下沿同一路面进行了测试，得到了一次充满电的最大行驶里程如下表，由此可以看出负重与最大行驶里程关系是　   　．你认为产生这种现象的原因是　         　．

负重（kg）	60	80	100	120	140
一次充满电连续行驶最大里程（km）	20	16.7	14.3	12.5	11.1

（4）测试过程中，小明还发现随着刹车、启动的次数增加，其能量在变化，通过分析可知（   ）
A．电能利用效率增大，量程增大
B．电能利用效率降低，量程增大
C．电能利用效率增大，里程减小
D．电能利用效率降低，里程减小
（5）除了以上的两个原因外，你认为还有哪些因素会影响电动自行车充满电后的最大行驶里程．　    　．（写出一条）

．在图所示的实验中，把活塞迅速压下去，可以看到玻璃筒里的硝化棉会被点燃，这个过程中压力对气体做功把机械能转化为       能。

身材娇小的女生小红和高大健壮的同班同学小明都能做功，只要有充足的时间、充足的食物和充分的休息，他们都 “一样”可以无休止地做功，现在，我们假设让他们参加一个“体能测试”，聪明的你也许会有所发现．
测试内容：各自将一堆同样的砖头从地面搬运到三楼去
情境：两人的差别是显而易见的，小明一次拿的更多，跑得也更快，优势很明显；而且，无论小红如何努力，她发挥到极限也无法赶上小明……问题是小明和小红的这种差异到底是什么？在物理上如何体现？它既不是“做功”多、也不是“省时间”；也许，根据我们的生活常识，小红的“体能”明显不及小明，那么，这里的“体能”所指的物理实质是什么？根据我们学习物理的经验，这里的“体能”应该是代表物体做功的“一种能力”．问：
(1)谁的体能更优？你是如何评定的？
(2)本“实验”说明小明比小红(    )

A．做功多、功率小	B．省时间、功率相同
C．做功快、功率大	D．做功相同、功率相同

电动自行车是倍受人们青睐的一种交通工具，如图所示。其主要结构就是在原来的普通自行车的基础上，增加了电动机及供电、传动设备，它可以电动骑行，亦可以脚踏骑行。电动骑行时，蓄电池为车上的电动机供电，电动机为车提供动力；脚踏骑行时，与普通白行车相同。

下表是某型号电动白行车主要技术参数。

整车	整车质量	40kg
最高车速	≤30km/h
最大噪声	≤62dB
蓄电池	电压	48V
容量	12A·h
电动机	额定电压	48V
额定功率	240W

(1) 当一个质量为50kg的初三学生骑着电动自行车在平直的公路上匀速行驶时，轮胎与地面的总接触面积为40cm²，此时路面受到的压强为多大?（g=10N/kg）
(2 )电动自行车以额定功率行驶时通过电动机线圈的电流是多大?
(3) 在蓄电池充足电后为电动机供电的过程中，当把储存能量的80％提供给电动机后就应进行充电。若电动机工作时将电能转化为对自行车输出机械能的效率为75％，电动自行车在平直的公路上匀速行驶时受到的阻力为30N，则蓄电池充一次电最多能完全依靠储存的电能连续行驶多远? 

能源技术的创新不断地推动人类社会的进步，但能源危机、环境污染和生态破坏又反过来制约人类社会的发展，作为一名现代社会的中学生，你会发现周围很多能量白白浪费了，例如海洋中的波浪具有的能量十分巨大，它能把几十吨重的石头推走，能使万吨巨轮颠簸摇晃．灾难性的波浪——海啸能把轮船冲上陆地，甚至能掀翻岸边的建筑物．经科学家估测，在1km²的海面上，海浪能的功率可高达2.0×10⁵kw．利用物理知识，可以将一些其它形式的能量转化为电能：
（1）请你为自己的家庭设计两个不需要消耗燃料的发电方式：          、        
（2）大海海面波浪起伏具有很大的机械能，请你设计一个实验将波浪所具有的机械能转化为电能给灯塔供电（提示：地磁场磁性太弱）．请回答下列问题：
A．这一设想依据的原理是：____________________
B．需要的器材：除导线、开关外，还需要两个关键器材：__________、________________
C．怎么实现你的设计，请写出具体的实验设计方案？                            

如图所示，在试管内装些水，用软木塞塞住，加热使水沸腾，水蒸气会把木塞冲开，有的同学由这个装置联想到内燃机原理你用连线反映出他联想创新的思维过程。
（1）酒精燃烧                坚固气缸
（2）高温高压水蒸气          活塞运动做功
（3）玻璃管                  油料燃烧
（4）木塞冲出                高温高压燃气

阅读短文，回答问题：
压缩式电冰箱的工作原理
电冰箱制冷原理的种类市场上共出现过九种，其中电机压缩式冰箱，简称压缩式冰箱（主要结构如下图所示）.其优点是寿命长，使用方便，目前世界上91～95％的电冰箱属于这一类.

压缩式电冰箱的制冷系统主要由压缩机（电动机）、冷凝器、蒸发器、干燥过滤器和毛细管等五个基本单元组成.工作时由电动机提供机械能，通过压缩机对制冷系统做功.压缩机吸入在蒸发器中吸热蒸发的制冷剂蒸汽﹐经过压缩﹐成为高温高压蒸汽﹐被送往冷凝器.冷凝器向外界空气散热﹐将高温高压蒸汽冷凝成液态制冷剂﹐再经过干燥过滤器过滤掉混入系统中的微量物质和水分﹐以防止在毛细管中发生“脏堵”或“冻堵”从而防止压缩机不停空转却不能正常制冷.然后﹐液态制冷剂经毛细管节流﹐送入蒸发器.在蒸发器内﹐制冷剂由于压力突然降低而剧烈沸腾﹐同时吸收箱内被冷却物品的热量﹐产生制冷效果.制冷剂蒸汽再次送入压缩机.如此循环往复﹐使箱内保持设定的低温.
压缩式电冰箱根据是否需要人工除霜分为无霜强冷式电冰箱和有霜直冷式电冰箱.有霜型是人工除霜,不需电热.无霜型装有150W的电热器用以除霜,平均每天加热3次,每次加热约20分钟.

（1）压缩机工作时将        能转化为机械能；        
（2）冷凝剂在冷凝器中发生的物态变化名称为        ；
（3）在蒸发器内﹐制冷剂由于压力突然降低而剧烈沸腾，说明液体的沸点随气压的降低而    ；
（4）其它功能完全相同的无霜强冷式电冰箱比有霜直冷式电冰箱每天多消耗电能        KW·h；
（5）有一台电冰箱，压缩机能工作但不停机，制冷效果不好，请写出一种可能的原因：        .

王聪是班里有名的“物理迷”，他爱观察，勤思考。一天，妈妈到超市购买了一台家用豆浆机，他仔细观察了豆浆机的构造、铭牌和制作豆浆的过程，发现其中用到了许多物理知识。
（1）机座底部安装有三个小橡皮碗，相当于“吸盘”，可以防止豆浆机在打浆时位置发生移动。“吸盘”是利用            起固定作用的。
（2）豆浆机电源线的插头有三个脚如图，其中稍长些的脚是把豆浆机的金属部分与    相连接。

（3）豆浆机的机头主要由一个电热器（电热丝）和一个电动机带动的打浆器构成。制作豆浆的过程是先加热，再打浆，再加热煮熟，即加热和打浆是交替进行的。由此可知，豆浆机中的电动机和电热器的连接方式是 　 　　 。
（4）当香喷喷的豆浆打好后，王聪打开豆浆机，如图所示，他只闻到香味却看不清楚豆浆。请你用学过的物理知识解释其中的原因。

（5）豆浆机铭牌上的部分技术参数如右表。豆浆机在额定电压下打浆时，通过电动机的电流是多少？

额定电压	220V
额定频率	50Hz
电动机额定功率	１80 W
电热器额定功率	850W

（6）王聪粗略想测算一下豆浆机电热器的加热效率大约是多少。于是，他把80g大豆和1500g清水放入豆浆机中，测出其初温为20℃。豆浆机在额定电压下工作，当电热器加热的总时间约12min时豆浆沸腾，测其温度为100℃ 。设豆浆的比热容大约等于水的比热容，请你帮他计算豆浆吸收了多少热量？豆浆机电热器的加热效率大约是多少？【C_水=4.2×10³J／（kg. ℃）】
（7）王聪想比较一下豆浆的密度与水的密度那个大，但手中没有密度计，也没有天平和量筒，请你用家中的物品较简单的比较出二者密度的大小。

近几年来，大连市民陆续使用上了安全、清洁的天然气。某用户在使用天然气灶加热水时，完全燃烧了 $0.05m^3$的天然气，将 $3\mathit{kg}$的水从 ${20}^{°}\text{C}$加热到 ${80}^{°}\text{C}$．已知水的比热容是 $4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{·}^{°}\text{C}\right)$，天然气的热值是 $3.6\times {10}^{7}J/m^3$．试求：

（1）天然气完全燃烧放出的热量是多少？

（2）水吸收的热量是多少？

（3）该天然气灶加热这些水的效率是多少？

欧佩克组织和英美等西方国家原油数量单位通常用“桶”来表示，中国及俄罗斯等国家则常用“吨”作为原油数量单位。通过网络查询可知：不同油田的原油密度不同，1桶 $=158.98$升。

（1）若原油密度为 $0.8\times {10}^3$千克 $/$米 ${}^3$，取1桶 $=159$升，则1桶原油的质量为多少千克？ $(1$升 $={10}^{-3}$米 ${}^3)$

（2）将1吨原油竖直匀速提升20米，需要对油做的功是多少焦耳 $(g=10N/\mathit{kg})$

图中是一辆满载防疫物资的货车，货车满载时，车轮与水平地面接触的总面积为 $1m^2$，对地面的压强为 $5\times {10}^5\mathit{Pa}$．货车到送货地点要经过一座路面平直的桥梁，这座桥限重 $55t$。 $(g$取 $10N/\mathit{kg}$，柴油的热值 $q=4.3\times {10}^{7}J/\mathit{kg})$

（1）请通过计算货车满载时车和货物的总质量，判断货车是否允许通过这座桥。

（2）货车以 $20m/s$的速度在平直公路行驶，发动机的输出功率为 $200\mathit{kW}$，求货车受到的阻力。

（3）若货车发动机的效率为 $40\%$，以 $20m/s$的速度在该平直公路上行驶 $17.2\mathit{km}$，消耗柴油的质量是多少？

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。

如图是一种可以自由飞行、悬停的无人相机。如表为该相机的部分参数，请回答下列问题：

质量	0.24千克	机翼外壳材料	碳纤维
额定功律	40瓦	额定电压	5伏

（1）已知该相机镜头的焦距为 $f$，在正常拍射时，镜头与被拍摄物体间的距离 $u$应满足　　（选填“ $u>2f$”、“ $f<u<2f$” $)$

（2）该相机在一定时间内升离了50米，计算该相机在此过程中克服自身重力做的功。

（3）计算该相机正常工作时的电流。