初中物理能量综合题

如图甲所示是我们经常看到的场景，满载木材的货车，车厢尾部没有任何遮挡，一旦货车突然向前加速，木材就可能向后滑出，对后面的车辆造成严重伤害。这引起了小光的思考：只要货车加速，木材就都会滑出吗？

为此他请教了老师，老师解释道：这要看车加速的程度，物理学中用"加速度"这个物理量来描述物体加速的快慢程度，要让物体加速运动，就需要有外力对它作用。要使木材不滑落，必须有其他物体对它施加摩擦力，使它产生和车相同大小的加速度，与车保持相对静止，一起向前运动。

小光将以上情景简化成了如图乙所示的模型，水平车厢中有一根质量分布均匀的木头。

请你根据以上信息解答下列问题：

（1）若木头的质量为100kg，它的重力是多大？（取g＝10N/kg）

（2）若车厢长3m，木头长4m，在木头从车厢滑出的过程中，车厢对木头的摩擦力为100N，则这一过程中摩擦力至少对木头做了多少功？（提示：木头重心O在其中点处，当重心滑过车厢尾部，木头会倾倒）

（3）小光查阅资料得知：物体运动时加速度与外力的合力大小关系为： $a=\frac{F_{合}}{m}$ ，a表示加速度，其单位是m/s ²．若货车加速度为1.5m/s ²，请结合上述数据计算说明这根木头是否会滑落。

（4）在甲图场景中，若货车在水平路面上沿直线加速行驶，请指出车厢哪一部分木材最易滑落？并解释为什么另一部分不易滑落？

把两种不同材料的导线（如铁线和铜线）组成如图所示的闭合回路，当AB两端存在温度差时，回路中就会有电流通过，这就是塞贝克效应，这种电路叫热电偶。实验表明：热电偶电路中电流的大小跟相互连接的两种金属丝的材料有关；跟接点A和B间的温度差的大小有关，温度差越大，回路电流越大。请回答下列问题：

（1）如图所示，①其它条件不变，只将A处杯中的冰水混合物换为沸水，电路电流 　 　。②其它条件不变，移去酒精灯，将B放入另一杯冰水混合物中，稳定后，电路电流 　 　（各空格均选填"变大"、"变小、"、"不变"、"变为零"）

（2）这样的热电偶实际上是一个电源，它的电能是由 　  　能转化而来。

（3）热电偶电路可以把温度信号换成 　    　信号，利用这种性质可以把热电偶做成 　     　（写出一种应用）。

如图甲所示为某太阳能百叶窗的示意图，它既能遮阳，还能发电。它的构造特点是百叶窗的叶片为太阳能电池板（以下简称电池板），其工作电路示意图如图乙所示，电池板将太阳能转化为电能（转化效率为10%），为蓄电池充电，蓄电池再向节能灯供电。设太阳每秒钟辐射到每平方米电池板上的能量为1.2×10 ³J（即为1.2×10 ³W/m ²），电池板对蓄电池充电的功率为60W；蓄电池充满电后，能够让10盏"12V 3W"节能灯正常工作6小时，不考虑蓄电池充电和供电时的电能损耗。则：

（1）电池板对蓄电池充电，是将电能转化为 　 　能的过程。

（2）白天蓄电池处于充电不供电状态，在图乙中应闭合开关 　    　。

（3）10盏"12V 3W"节能灯正常工作时的总电功率为 　    　W。

（4）要将剩余一半电量的蓄电池充满电，电池板需对蓄电池充电 　    　小时。若充电电压为20V，则充电电流为 　    　A。

（5）该百叶窗电池板的面积为 　    　m ²。

（1）如甲图所示的电路，闭合开关，两灯均不亮。已知电路连接正确，是其中一个小灯泡损坏了。请你在不拆开原电路的基础上，从乙图所示的实验器材中任选一种连入电路，设计检测方法，找出损坏的小灯泡，并完成表格中相关内容。

所选器材	检测电路图	现象与结论

（2）2019年6月5日12时06分，在我国黄海某海域，科技人员使用"长征十一号"运载火箭进行"一箭七星"海上发射技术试验，运载火箭点火后，箭体腾空而起并加速上升，直冲云霄，把卫星顺利送入距离地面600千米高的预定轨道。首次海上发射取得圆满成功，填补了我国运载火箭海上发射的空白。

在火箭上升过程中，为了能够近距离拍摄到箭体周围的实况，"长征十一号"火箭上装有高清摄像机，摄像机的镜头是由耐高温的材料制成的。

小宇同学观看发射时的电视画面发现：箭体在上升过程中有一些碎片脱落，且脱落的碎片先上升一段距离后才开始下落。

请从上述材料中找出涉及物理知识的内容，模仿范例格式，写出对应的物理知识或规律（任写三条）。

	相关描述	物理知识或规律
范例	火箭加速上升	受非平衡力
1
2
3

经济建设中使用大量的机械设备，某种起重机结构如图所示，A处是动滑轮，B、O处是定滑轮，D是柱塞（起重时柱塞沿竖直DC方向对吊臂C点有支撑力），E是卷扬机。作用在动滑轮A上共有3股钢丝绳，卷扬机转动使钢丝绳带动动滑轮A提升重物，起重机的吊臂OCB可以看做杠杆，且OB：OC＝5：1，用该起重机将浸没在水中的长方体集装箱匀速提出（忽略水的阻力），放在水平地面上，集装箱质量为4×10 ⁴kg、底面积为10m ²、高为2m。（g取10N/kg，ρ _水＝1.0×10 ³kg/m ³）求：

（1）浸没在水中的集装箱受到的浮力；

（2）当集装箱放在水平地面上，起重机未对集装箱施力时，集装箱对地面的压强；

（3）若集装箱在水中被提升2m（没露出水面），集装箱受到的拉力所做的功；

（4）当集装箱被提起且仍浸没在水中时，若起重机立柱DC对吊臂C点竖直向上的作用力为2×10 ⁶N，起重机的滑轮组的机械效率。（吊臂、定滑轮、钢丝绳的重力以及轮与绳的摩擦不计）

盛夏酷暑，妈妈为了让小明在考试前有一个更舒适的学习环境，特地在他的房间安装了一台冷热两用的空调。这台空调说明书中的主要数据如表所示。

额定电压	$\mathbf{220}\mathit{V}$
频率	$\mathbf{50}{\mathit{H}}_{\mathit{z}}$
额定制冷功率	$\mathbf{1400}\mathit{W}$
额定制热功率	$\mathbf{1800}\mathit{W}$

（1）空调工作时应选用图中的 　 　孔插座。

（2）空调正常制冷时电流是多大？连续正常制冷 $\mathbf{30}\mathit{min}$ 消耗多少 $\mathit{kW}\mathbf{·}\mathit{h}$ 的电能？

（3）这些电能若用于加热水，加热器的热效率为 $\mathbf{80}\mathbf{\%}$ ，能使 $\mathbf{50}\mathit{kg}$ 、 ${\mathbf{20}}^{\mathbf{°}}\mathbf{C}$ 的水温度升高多少？（水的比热容 ${\mathit{c}}_{\mathbf{水}}\mathbf{=}\mathbf{4}\mathbf{.}\mathbf{2}\mathbf{\times }{\mathbf{10}}^{\mathbf{3}}\mathit{J}\mathbf{/}\mathbf{\left(}\mathit{kg}{\mathbf{\cdot }}^{\mathbf{\circ }}\mathbf{C}\mathbf{\right\}}\mathbf{\left)}\mathbf{\right)}$

如图甲所示是小梦家新购买未拆封的电热水器，他发现包装箱上有一铭牌，如图乙所示。待电热器安装完毕注满水后，他关闭了家中的其他用电器，只让电热水器工作，观察到家里的电能表（如图丙所示）的转盘 $1\mathit{min}$ 转了20圈，电热水器中的水从 ${15}^{°}\text{C}$ 升高到 ${35}^{°}\text{C}$ 用了 $40\mathit{min}$ 。请你结合包装箱上的铭牌和电能表实物图提供的有关参数信息解决以下问题。

$[{\rho }_{水}=1.0\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$ ， $g$ 取 $10N/\mathit{kg}$ ， $c_{水}=4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{\circ }\text{C}}\right)]$

问题一：铭牌上标有"堆码层数极限4"，指包装箱平放时最大堆放层数为4，超过则可能把最底层包装箱压坏。根据包装箱尺寸计算平放时底面积为 $0.6m^2$ ，如果在水平地面上整齐平放堆放4层装有电热水器的包装箱，求上面3层包装箱对最下层包装箱的压强；

问题二：工人师傅把一个装有热水器的包装箱从地面匀速搬到 $10m$ 高的小梦家，求工人师傅对包装箱所做的功；

问题三：求电热水器中的水从 ${15}^{°}\text{C}$ 升高到 ${35}^{°}\text{C}$ 吸收的热量；

问题四：求电热水器的实际功率和加热效率。

阅读短文回答问题
汽车再生制动器
目前汽车刹车器均采用油压制动，油压制动刹车时消耗的机械能以内能形式排放掉，形成能源的浪费。现有一种汽车再生制动器，能把汽车制动时消耗的部分机械能转化为电能而储存起来，有效地利用了能量。这种制动器有个重要参数叫“储能效率”，储能效率是指汽车正常行驶时关闭发动机，直至汽车停止运动的过程中，将机械能转化为电能的效率．
实际上汽车刹车时再生制动器无法提供足够的刹车阻力，仍需要与油压制动器 配合使用，产生恒定的刹车阻力来满足刹车要求，若某汽车以20km/h的速度行驶，刹车时再生制动器产生的阻力随时间变化的关系如下表：

时间t/s	0	0.2	0.4	0.6	0.8	1.0	1.2	1.4	1.6
再生刹车阻力f/×103N	8.0	8.1	8.4	9.0	10.0	10.0	10.0	7.5	5.0

（1）油压制动刹车时消耗的机械能转化为内能，而这些内能却不能再次转化为汽车的机械能，说明能量的转移和转化具有_    _性；汽车再生制动器中将机械能转化为电能的装置是__   （电动机/发电机）.
（2）某次汽车正常行驶时的机械能为3.75×10⁵J ①若关闭发动机，直至停止运动，有1.5×10⁵J的机械能车化为内能，则该汽车的储能效率是_    _。②若制动时油压制动器与再生制动器同时工作，产生的内能将_     （大于/小于/等于）1.5×10⁵J。
（3）在图中作出汽车刹车时再生制动器0～1.0s内产生的刹车阻力随时间变化的图像。

（4）如果汽车制动时需要产生恒定的刹车阻力为1×10⁴N，由图像可知t=0.7s时，油压制动器需提供_   N的刹车阻力．

汽车作为一种交通工具在国内已普及，专家提示：汽车轮胎内的气压（胎压）会影响刹车距离．为确保安全，需经常检查胎压．某汽车技术员为了研究胎压对刹车距离的影响，用同一汽车在晴天和雨天环境下，在车速为60千米／时刹车，测试结果如图所示：
（1）汽车质量为1500千克，有4个轮胎，停在水平地面上时，每个轮胎与地面的接触面积为0.025米²．请计算此时汽车对地面的压强．（g取10牛／千克）
（2）根据测试结果，可以得出在两种环境下胎压对刹车距离的影响是________________________________．
（3）胎压对刹车距离的影响主要是胎压不同导致地面对轮胎的阻力不同．该技术员在雨天环境下，对标准胎压的汽车进行测试时，若在刹车过程中汽车受到地面的平均阻力为3000牛，试计算在刹车过程中，汽车克服地面阻力做功多少焦？

阅读下面的短文，回答问题。
太阳能热水器
太阳能热水器能利用太阳能把水从低温加热到高温，以满足人们日常生活的需要。它具有安全、节能、环保等优点。
如图甲所示，太阳能热水器主要由两部分构成：一部分是由许多根玻璃吸热管组成的集热器，每根玻璃吸热管由双层玻璃管组成，双层玻璃管之间是真空。如图乙所示是玻璃吸热管的工作原理图，它的结构与保温瓶的玻璃内胆相似，只是在玻璃吸热管的内表面涂了一层黑色的吸热材料；另一部分是保温储水箱，保温储水箱下部与玻璃吸热管相通。
当太阳光入射到黑色的吸热层上时，黑色吸热层能把太阳能更有效地转化为内能，将管内的水加热。向光一侧的水被加热后体积增大、密度变小而向上运动；背光一侧的水由于温度较低、密度较大而向下运动，形成冷热水循环，最终整箱水都升高至一定的温度。玻璃吸热管具有吸热保温作用。

请回答以下问题
（1）当太阳光入射到黑色的吸热层上时，黑色吸热层能把太阳能更有效地转化为 能，将管内的水加热；玻璃吸热管内向光一侧的水吸热后体积增大、密度变小，所受到的浮力 重力。
（2）你认为 （选填“能”或“不能”）将黑色的吸热材料涂在玻璃吸热管的外表面上，理由是 。
（3）水箱中升温后的水与原来在地面上相比较，哪些形式的能发生了变化？ 。（需填两种能）
（4）将质量为100kg的初温为15℃的水加热到55℃，求这些水需要吸收的热量为 J。[水的比热容4.2×10³J/（kg・℃）]
（5）某品牌太阳能热水器集热器面积为S=2m²，热效率为η=40%（即热水器能将照射到玻璃吸热管上的太阳能的40%转化为水的内能），该地点太阳能辐射到地面的平均功率P=1.4×10³W/m²（即平均每平方米每秒钟太阳辐射能为1.4×10³J）。在第（4）小题中水吸收的热量由该热水器提供，则需要加热的时间为 秒。

2014年2月在CCTV10“我爱发明”中对“水刀”的威力进行了探究，“水刀”是指超高压水切割，它是将普通水经过多级增压后，通过一个极细的喷嘴喷出一道高速“水箭”，对切割表面产生很大的压强。工业上常用“水刀”来切割大理石、牛皮、钢板等坚硬物体。下面是某高压水切割机技术参数：

型号	压强（Pa）	喷嘴横截面积 (m^2)	排量 （L/min）	油泵电机功率 （kW）	电源 （V）
2230	3×10^8	50×10^-8	2.7	22.5	380

⑴高速水流能切割坚硬物体是因为高速水流具有较大的   。
⑵若不考虑水从喷嘴喷出后横截面积的变化，高压水流对切割面的压力为多大？
⑶高压水流1分钟做功多少? 
⑷钢锯条在锯木头时锯条会发热, 有同学联想到水流在切割物体时也会导致水温升高,假如水流在切割过程中机械能的80%转化成水的内能,则水温将升高多少℃ ?

图甲为一种太阳能路灯，图乙为该路灯筒化的工作电路图。S₁为光控开关，白天与触点d接触，太阳能电池板给蓄电池充电，晚上与触点c接触，给路灯供电。S₂为时控开关，晚上12点前与触点a接触，L₁正常发光，12点后与触点b接触，L₂正常发光。 L₁为“20V，40W”的节能灯，L₂为“20V，20W”的节能灯，两盏灯平均每天各工作5小时。

（1）路灯L₁正常工作时的工作电流为多大？
（2）两盏路灯正常工作一天，共消耗多少度电？
（3）已知该太阳能电池板每小时平均收集太阳能3.6×10⁶J，若太阳光照射20小时能使两盏路灯正常工作6天，求太阳能电池板光电转化效率为多少？

安徽江淮汽车有限公司是一家大型的汽车生产基地。该厂某型号专用车在车型测试中，在一段平直的公路上匀速行驶5.6km，受到的平均阻力是3.0×10³N，消耗燃油1.5×10^－3m³（假设燃油完全燃烧）。若燃油的密度ρ＝0.8×10³kg/m³，热值q＝4×10⁷J/kg，求：
（1）专用车牵引力所做的功。
（2）燃油放出的热量。
（3）该专用车的热机效率是多少

某电热水瓶的铭牌如下表所示．若热水瓶内装满水，在额定电压下工作（外界大气压强为1个标准大气压）．求：

型号DSP—19B
电源220V 50Hz
功率	加热时 1200W
保温时  30W
容量2L

 
（1）保温时通过电热水瓶的电流是多少？
（2）加热时电热水瓶的电阻多大？
（3）若瓶内20℃的水加热10min正好烧开，则加热时电热水瓶的热效率是多少？
（4）请你尝试画出电热水瓶的内部电路图． 

现代社会汽车大量增加，发生交通事故的一个重要原因是遇到意外情况时车不能立即停止。司机从看到情况到肌肉动作操纵制动器来刹车需要一段时间，这段时间叫反应时间；在这段时间内汽车要保持原速前进一段距离，这段距离叫反应距离。从操纵制动器刹车，到车停下来，汽车又要前进一段距离，这段距离叫制动距离。下面是一个机警的司机驾驶一辆保养得很好的汽车在干燥的水平公路上以不同的速度行驶时，测得的反应距离和制动距离。请回答:
（1）刹车过程中轮胎会发热，这是什么原因?在这个过程中能量是怎样转化的？
（2）利用下表数据，通过计算求出该司机的反应时间大约是多少秒?
（3）分析下表数据可知，汽车制动距离与行驶速度有什么关系?
（4）为了提醒司机朋友在雨雪天气里注意行车安全，在高速公路旁边设置了“雨雪路滑减速慢行”的警示牌，请简要说明这句话的物理道理。

速度/km·h^-1	40	50	60	80	100
反应距离/m	7	9	11	15	19
制动距离/m	8	13	20	34	54