初中物理电功和电功率综合题

一辆汽车在平直公路上以72km/h的速度匀速行驶了30min，汽车所受阻力为1000N。问：

（1）汽车发动机所做的功为多少焦耳？
（2）汽车发动机的功率是多少瓦特？
（3）如图14所示，请你用物理知识解释，为什么要对机动车的最高行驶速度进行限制？为什么在同样的道路上，对不同车型设定不一样的最高行驶速度？

汽车会飞不是梦！美国一家公司研制出了“会飞的汽车”（如图），它的车身和普通汽车相似，但车门多了两个可折叠的翅膀，在空中飞行时翅膀才张开。从汽车到“飞机”的变形在30秒内即可完成。该车在美国已获准上路行驶和空中飞行。以下是该车的一些信息：

汽车 质量	发动机 最大功率	轮胎与地面 接触的总面积	地面最大 行驶速度	空中最大 飞行速度
600kg	75kW	0.12m^2	150km/h	200km/h

（1）该汽车静止停在水平地面上时，对地面生多大的压强？
（2）该“汽车”以最大功率在空中飞行2小时，它的发动机要做多少功？
（3）该汽车通过燃烧汽油获得动力，如图所示是四冲程汽油机工作示意图，其中      （填编号）冲程能给汽车提供动力。

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？

图甲为玩具“跳跳杆”及组成部件（相关信息见下表）。杆内的弹簧可以自由伸缩，人站上踏板后弹簧受拉伸长，随后收缩将人向上弹起，带动跳跳杆一起向上运动。由于重力作用，人和跳跳杆在到达最高处后会下落，杆着地后，人继续往下运动拉长弹簧，接着弹簧又收缩将人向上弹起，……所以人就和杆一起连续跳。


（1）人站在踏板弹簧向下伸长的过程中，下列说法正确的是     。
A．人的重力势能减小    B．弹簧的弹性势能增大    C．人的机械能守恒
（2）玩跳跳杆需要保持身体的平衡和动作的协调，这主要是     （选填“大脑”、“小脑”或“脑干”）的功能。
（3）如图乙，质量为60kg、双脚面积为0.04m²的同学在玩跳跳杆，当弹簧的长度为56cm时，踏板与他的双脚完全接触，此时弹簧的弹力通过踏板对脚的压强是多少（踏板的重力忽略不计，弹簧的长度与所受拉力关系如图丙）？
（4）上题中的同学在水平地面上连续跳了20次，杆每次上升的高度平均为0.2m，则弹簧克服杆本身重力做功     J（假设杆始终竖直），从能量利用角度分析，跳跳杆本身的重量应该     。

现代社会上汽车大量增加，交通事故也在增多，发生交通事故的一个重要原因，就是遇到意外情况时汽车不能立即停止．驾驶员从发现情况到操纵制动器来刹车需要一段时间，这段时间叫反应时间；在这段时间内汽车前进的距离叫反应距离．从制动器发生作用到汽车完全停下来，又要前进一段距离，这段距离叫制动距离．
下表是一个机警的驾驶员驾驶一辆保养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．

速度v/（km•h^-1）	反应距离s1/m	制动距离s2/m	停车总距离s/m
40	7	8	15
60	11	20	31
100	19	54	73
…	…	…	…

（1）分析上述数据，影响汽车制动距离的主要因素是什么？如果在雨雪天，汽车的制动距离又将怎样变化？并简要说明变化的原因．
（2）利用上表数据计算得出该驾驶员的反应时间是多少？（结果保留两位小数）
（3）若汽车以某一速度在平直路面上匀速行驶100km，消耗汽油10L，汽油完全燃烧放出的热量有30%用来驱动汽车做有用功，计算这辆汽车匀速行驶时受到的阻力．（汽油的密度为0.7×10³kg/m³，汽油的热值为4.6×10⁷J/kg）．

结合图阅读以下材料，回答问题.
混合动力型汽车
利用两种或两种以上能源的汽车称为混合动力型汽车，通常指的是利用汽油和电池的汽车.该类型汽车，一般有一台质量较小且较为经济的汽油发动机与电动机.汽油发动机可以满足大多数情况下行驶的需要,当需要更多的动力时，可以再由电动机提供，电动机由能重复充电的蓄电池供电.
有一种类型的混合动力型汽车，称为“并联混合动力型汽车”（如图甲）.该车的汽油发动机和电动机通过同一个变速器与车轮相连.何时使用汽油发动机，何时使用电动机，何时两者同时使用由内置电脑确定.这类汽车除了油箱里的汽油之外，不再需要外界其它能源.与电动汽车不同，你不需要将混合动力型汽车的蓄电池接到电源插座上去充电.普通汽车在制动时，汽车的动能全部转化为内能.该类型汽车在制动时,电动机作为发电机使用，把汽车的一部分动能转化为电能，实现了对电池的充电.

（1）混合动力型汽车与普通汽车相比，具有哪些优点（写出两点）                    .
（2）并联混合动力型汽车在制动时，汽车的动能转化为        和        . 
（3）并联混合动力型汽车以速度v匀速行驶时，若汽油发动机与电动机同时提供动力,功率分别为P₁、P₂，则此时该车受的阻力F=                 .
1.汽油发动机
2.电动机
3.车轮
4.内置电脑
5.油箱
6.电池

水在热电厂的锅炉中变为水蒸气，通过涡轮机带动发电机发电，用过的水蒸气在液化器中凝结成水，再到锅炉，循环使用．液化器中的冷却水则流到冷却塔中降温，如图.
（1）下列现象中与液化器中凝结成水的物态变化过程不相同的是 （    ）
A．初春早晨的浓雾
B．夏天早晨花草上的露珠
C．深秋早晨树叶上的白霜
D．冬天跑步时呼出的“白气”
（2）夏天，来自冷却塔的水温为16°C，而回到冷却塔的水温为30°C．若冷却塔和液化器间水的流量为15m³/s，试求这个系统通过冷却塔散热的功率．
（3）如果发电机的发电功率为5.6×10⁵kW，发电机把机械能转化为电能的效率为80%，不计水蒸气通过涡轮机过程中由于热传递造成的能量损失及涡轮机的摩擦，试求水蒸气的能量转化为电能的效率．

阅读短文，回答问题：
电热膜
电热膜是一种通电后能发热的新型电热器件，由可导电的特制油墨、金属载流条经加工、热压在聚酯薄膜间制成，如图甲所示．电热膜加热系统由电源、温控器、连接件、绝缘层、电热膜及饰面层构成．电源经导线连通电热膜,将电能转化为热能．将这种电热膜安装在房间地板下的地面上，热能就会源源不断地均匀传递到房间的每一个角落．
电热膜通电工作时没有发红、炽热现象产生，主要以辐射的方式散发热量，给人们的感觉像在露天阳光下一样温暖舒适，没有传统供暖系统所产生的干燥和闷热的感觉．100%的电能输入被有效地转换成了超过66%的远红外辐射能和33%的对流热能．电热膜表面工作温度在40℃左右，远远低于其老化温度，因此电热膜的寿命与建筑是同步的．
电热膜内部结构如图乙所示．经过特殊工艺加工形成的一条条薄的导电墨线两端与金属导线相连，形成网状结构．

在制造电热膜时，会出现不同区域导电墨线厚度不均匀的现象，厚的导电墨线电阻小．导电墨线电阻随温度变化的关系如图丙所示，这种温度特性的优点是，它不会因厚度不均匀而出现严重发热不均、局部过热的现象，这是电热丝所不具备的，它保证了电热膜各处的温度均匀．
市售电热膜的额定电压为220V，按功率分一般有两种规格：220瓦每平米、400瓦每平米．220瓦电热膜属于低温电热膜，主要应用于地暖行业；400瓦电热膜属于高温电热膜，主要用于除地暖以外的方面，温度最高可以达到70-80℃，用于印刷烘干，药物烘干等．
（1）电热膜工作时，各条导电墨线是采用   方式连入电路的；
（2）下列关于电热膜的说法中，错误的是   
A.电热膜是利用电流的热效应工作的
B.电热膜温度升高时发热功率会自动减小
C.聚酯薄膜是一种导电材料
D.电热膜的电热转换率比电热丝高
（3）某根石墨线的局部导电材料脱落，如左下图中A部分，这根墨线工作时的电功率   ；
A．变大         B．变小      C．不变         D．以上三种情况均有可能
（4）如下图，请用笔画线代替导线，将两块铺设好的电热膜（黑色加粗处为接线柱）与温控器、电源连接起来（笔画线不允许交叉）；

（5）某家庭装修时考虑用电热膜为房间进行取暖，若铺设面积为15m²，则通电正常工作2小时消耗的电能为   k·Wh．

随着宜昌现代化学校创建工作的深入开展，全市各中小学教学多媒体硬件运用越来越多，某校共有15个教室，每个教室配有40W的照明灯10盏，300W的投影仪一台，100W的教学扩音系统一套，300W的电脑一台，（该校的供电电压为220V）
⑴学生在操场上进行半小时的大课间体育活动时，若教室内的这些用电器没有关闭，那么这半小时该校会浪费多少度电？
⑵随着这些硬件的装配，需要对学校供电线路进行改造，下表是各种橡胶绝缘铜芯线在常温下的安全载流量（长时间通电时的最大安全电流） ，从安全角度考虑，该校应选择哪种导线作为干路导线？请通过计算后说明。

⑶该校电路中的保险装置采用空气开关（如图甲），空气开关内有电磁铁和两个触点，制作触点的材料分别有铜或银，电路正常工作时两触点是连接在一起的，当电流过大时电磁铁将两个触点分开，切断电路（如图乙）。从空气开关的使用寿命和安全角度考虑，应选择触点用_________（选填“银”或“铜”）材料制作的空气开关，原因是_________（同样条件下，银的电阻比铜的电阻小）。

目前随着城市建筑越来越高，楼内都安装了电梯，方便居民出入，某楼梯的电梯的相关参数如下表，为了安全，电梯都设置了超载自动报警系统，其工作原理如图所示：


⑴由图可知，当电梯所载人数增多时， 压敏电阻R₂所受的压力增大，阻值减小，则控制电路的电流增大，从而使电磁铁的磁性_________（选填“增强”或“减弱”），当电梯超载时，触点K与触点________（选填“A”或“B”）接触，电铃发出报警铃声。
⑵电梯在使用过程中，若控制电路中的R₁被短接，则该超载自动报警系统会出现什么异常？________________________________________________________________
⑶某开发商称：此电梯是快速电梯，它能在10s内将10个成年人从1层匀速升高到14层，若每个人的体重约为600N，每层楼高3m，电梯上升时需要克服摩擦及系统自重共计2000N，请你通过计算说明开发商的话是否可信？

电梯为居民出入带来很大的便利，小明家住6楼，放学后，乘电梯回家．
（1）若小明的体重为500N，脚与电梯地面的总接触面积为0.05m²，则小明对电梯地面的压强为多少？
（2）若电梯在20s内将小明匀速提升15m，在此过程中，电梯上升的速度是多少？电梯对小明做了多少功？电梯对小明做功的功率为多少？
小明又查阅资料，了解到出于安全考虑，电梯都设置超载自动报警系统，其工作原理如图甲所示，电路由工作电路和控制电路组成，在工作电路中，当电梯没有超载时，触点K与触点A接触，闭合开关S，电动机正常工作；当电梯超载时，触点K与触点B接触，电铃发出报警铃声，闭合开关S，电动机不工作．在控制电路中，已知电源电压U＝6V，保护电阻R₁＝100Ω，电阻式压力传感器（压敏电阻）R₂的阻值随压力F大小的变化情况如图乙所示，电梯底架自重和电磁铁线圈的阻值都忽略不计．

（3）在控制电路中，当压敏电阻R₂受到的压力F增大时，其阻值减小，从而使电磁铁的磁性________（填“增强”“减弱”或“不变”）．
（4）若电磁铁线圈中的电流达到20mA时，衔铁刚好被吸住，电铃发出警报声．当该电梯厢内站立总质量为1000kg的乘客时，试通过计算说明电梯是否超载．（g取10N／kg）

如图甲所示，是江苏如东风力发电场的外景，该场是亚洲目前建设规模最大的风电基地，小明在参观了发电场后，对风力发电机产生了浓厚的兴趣。风力发电机发电时的输出功率和哪些因素有关呢？对这一问题，他做了如下猜想：

①风力发电机的输出功率可能与风速有关
②风力发电机的输出功率可能与叶片的倾角有关 
为了探究风力发电机的输出功率是否与风速有关，小明设计了如下实验步骤：
①如图乙，将风叶安装在风车底座上，把线的一端固定在风车转轴上，另一端系上钩码。
②在风车正前方1m处放置电风扇，将电风扇的风速调到1挡位，用秒表记录提升钩码到A点所需的时间。
③将电风扇换到2、3挡位，重复以上实验，并将数据记录在表格中。
（注：电风扇挡位越高，风速越大）
表一：

电风扇挡位	钩码的质量（g）	提升钩码到A点的时间（s）
1	50	15
2	50	13
3	50	10

 
（1）这个实验是通过测量          来比较风车输出功率的大小。
（2）通过实验可以得到的结论是：                               。
为了进一步研究风力发电机，他又从电厂查到一台1500kW的发电机组的相关数据：
表二：不同风速下风力发电机每秒获得的风能

风速v（m/s）	5	10	15	20
1s获得的能量E（104J）	15	120	405	350

表三：发电机输出电功率与风速的关系

风速（m/s）	5	10	15	20
输出电功率（kW）	4	360	1500	1100

（3）对表二进行分析，你发现风速在5m/s～15m/s的范围内，风力发电机每秒获得的风能（E）与风速（v）的数学定量关系式是：E=                  。
（4）根据表三，风速为10m/s时，这台发电机1h的发电量可供100只“220V 100W”的路灯工作     h。
（5）风速为10m/s时，这台发电机的发电效率是多大？

如图甲是家用插线板

（1）在乙图画出插线板内部开关和两插座的连线，并接入家庭电路，要求：
①插线板上的开关可同时控制两插座的通、断；②开关接通时两插座都能提供220V电压．
（2）把“220V  1100W”的电暖器插入插座，在额定电压下工作：
①流过电暖器的电流多大？
②电暖器多少小时消耗2.2kW•h的电能？
③电暖器通过导线连到电路，为什么电暖器工作时放出大量热，而与其连接的导线却几乎不发热？
（3）该插线板允许通过最大电流为10A，通过计算分析，插线板能否让“220V  750W”电吹风与上述电暖器同时工作？

新学期开学，八年级学生领到了新的物理课本．
（1）如图甲所示，用刻度尺测出课本的宽度是________cm．
（2）一本书的质量为240g，将它平放在水平桌上，它与桌面的接触面积为480cm²，它对桌面的压强为多少帕？（g取10N／kg）
（3）将书由平放改为立放，如图乙所示，它对桌面的压强如何变化？写出判断的依据．

根据教材中实验，回答下列问题：
（1）如图所示，让小车分别从斜面的不同高度由静止滑下，撞击水平面上的木块，该实验是探究        （选填“小车”、“木块”）的动能与       的关系，通过比较            来比较动能大小，木块因受到        最终静止．

（2）如图所示是演示点火爆炸的实验装置．按动电火花发生器的按钮，点燃盒内酒精，盒盖被打出去．这是因为酒精燃烧产生的燃气对外      ，燃气的     能转化为盒盖的    能，这与四冲程汽油机的         冲程的能量转化相同．

（3）小明将铜片、锌片插入土豆，制成土豆电池．如图甲所示，闭合开关S₁，发光二极管发光，此装置的能量转化方式主要是：      能→       能→       能．为判断土豆电池的正、负极，他连接电路如图乙所示，试触开关S₂，发现电压表的指针向左偏转，铜片是土豆电池的      极．