初中物理探究用电器的电功率实验综合题

小明探究“电流一定时，导体消耗的电功率与导体电阻的关系”，现有实验器材：稳压电源、电压表、电流表、滑动变阻器、电阻箱（符号为、开关及若干导线。

（1）为了完成此探究实验，请你在图甲的虚线框内将实验电路图补充完整；若连接电路后，闭合开关，发现电压表的指针偏转如图乙所示，其原因可能是　　。

（2）实验中利用公式　　计算电阻箱阻值不同时消耗的电功率，实验过程需要记录的物理量有：电阻箱两端电压、通过电阻箱的电流和　　。

（3）在实验中，小明需多次改变电阻箱的阻值进行测量，每改变一次阻值，都必须移动滑动变阻器的滑片来控制　　，多次改变电阻箱阻值的目的是　　。

（4）完成上述实验后，小明又从实验室借了一个额定电压为的小灯泡和一个单刀双掷开关，设计了图丙所示实验电路图来测量小灯泡的额定功率，实验如下：闭合开关，将开关拨到触点2，把电阻箱调到，刚好使电压表的示数为；再将开关拨到触点1，读出电压表的示数为，小灯泡额定功率　　。

如图是常见的一种电动自行车和家用小轿车，电动自行车使用前要先对车上的蓄电池充电，骑行时，蓄电池对车上的电动机供电，电动机为车提供动力。轿车利用燃烧汽油获得动力，下表是这种品牌电动自行车的一些主要技术参数。

最高车速	≤30km／h	一次充电连续行驶里程	50km
蓄电池	36V／10Ah铅酸蓄电池	充电时间	8h
一次充电耗电量	0.6kW·h	电动机效率	80%
整车质量	40kg	最大骑行噪声	≤62dB

请回答：
1、若质量是70kg的人骑电动自行车在水平路面上以6m/s的速度匀速行驶时，受到的阻力是人与车总重的0.02倍，取ｇ取10N/kg。求：行驶20min，电动机对自行车做的功。
2、一辆质量为1.8t的家用轿车以50km/h的速度匀速行驶时所受阻力为车重的0.04倍，其百公里油耗为10L，求该汽车发动机的效率？（汽油的热值为4.6×10⁷J/kg，汽油的密度为0.71g/cm³））
3、在交通运输中，常用“客运效率”来反映交通工具的某项效能，“客运效率”表示每消耗单位能量对应的载客数和运送路程的乘积，即客运效率＝人数×路程／消耗能量。一个人骑电动自行车，消耗1MJ（106J）的能量可行驶30km，一辆载有4人的普通轿车，消耗320MJ的能量可行驶100km，则电动自行车与这辆轿车的客运效率之比是多少？

汽车已经普及到家庭，在购买汽车时大家都比较关心发动机的容积V，这直接关系到汽车的使用．如图为发动机在做功冲程中的示意图．下面给出了发动机做功的公式W=pV的证明，请将推导过程补充完整（要求各表达式均用S、L或P表示）：设活塞的面积为S，冲程长为L，燃气对活塞的压强为p，则：

燃气对活塞的压力F=      ，
燃气对活塞所做的功W=      ，
又根据数学知识可知发动机的单缸排量V=      ，故W=pV．

阅读短文，回答问题．
如图甲是我国首艘“海上飞船”——“翔州1”．它的最大起飞质量为2.5t，巡航速度140~160km/h，最大航速可达210km/h，最高能爬升至150m，可乘坐7人．它既可以在水中航行，又可以贴近水面飞行．该设计利用了“翼地效应”，即当运动的飞行器掉到距地面（或水面）很近时，气流流过机翼后会向后下方流动，这时地面（或水面）将产生一股向上的反推力，使整个机体的上下压力差增大，升力会陡然增加，阻力减小．

（1）下列有关“翔州1”的说法中错误的是      （   ）

A．“翔州1”漂浮在水面时，它受到的重力与浮力是一对平衡力

B．“翔州1”在水面上飞行时，机翼下表面受到的空气压强较大

C．“翼地效应”是利用流体压强与流速关系使“翔州1”获得更大升力的

D．随着“翔州1”在水面以上爬升的高度增加，船外大气压减小

（2）“翔州1”在平静的水面由静止开始运动，若运动过程中受到的阻力不变，水平方向获得的动力F随运动时间t的变化关系如图乙所示．t=50s后，“翔州1”以20m/s的速度做匀速直线运动．则在0～50s内，“翔州1”的运动状态是________（选填“减速”、“先加速后减速”或“加速”）运动．从50～100s时间内牵引力做了________J的功．
（3）该“翔州1”以最大航速匀速飞行1.5h通过的路程是________km．“翔州1”船身设计成“流线形”是为了________．
（4）“翔州1”靠岸后，有5名乘客从船上登岸，则船排开海水的体积约减少多少m³？（人的平均质量为70kg，ρ_海水=1.0×10³kg/m³，取g=10N/kg，请写出计算过程）

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

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？

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？

阅读短文，回答问题。
随着我国人民生活水平的提高，汽车已进入普通百姓家庭。但使用传统燃料的汽车的大量使用又加重了环境污染，因此，“节能减排”已引起全球的关注。如何减少能耗越来越受到人们的重视，最近小明同学家买了一辆崭新的电动汽车，相关参数配置如表所示。
（1）如图1，直流充电桩给电动汽车充电时将电能转化为           贮存在电动汽车的蓄电池内。
（2）若汽车以24kW的恒定功率启动做直线运动，运动过程中受到的阻力不变，运动的速度v与时间t的关系如图2所示，则在0-15s时间内，汽车电动机做多少焦耳的功？
（3）如图3所示，是上汽集团自主研发的“叶子”概念车，是“会呼吸”的小型低碳化未来汽车。车顶部的巨型叶子实际上是一个高效光电转换器，车轮的轮毂其实是四个风力发电机，它们可以把捕捉到的光能和风能转化为化学能，充入自身电池储存起来。同时，它还能将光电转换中排放的高浓度二氧化碳转化为电能并供车内照明，或转化为车内的空调制冷剂，不但是“零排放”，还实现了“负排放”。与传统汽车相比，叶子车的优点是                             。（写出一点即可）

步行不仅是一种简易的健身运动，而且还能方便地对一些长度进行估测。

（1）人正常步行时，步距变化不大，因此，步距可作为身体上的一把“尺子”。为了使这把“尺子”更可靠，请你说出一种测量步距的方法。
（2）小华测出自己的步距为0.5m，他从教学楼的一端走到另一端，共走了84 步，则教学楼的长度是多少米？如果这个过程用时35s，则他的步行速度是多少？
（3）小华根据自己的腿长和步距画出了图所示的步行示意图，对步行时重心的变化进行了分析，当两脚一前一后着地时重心降低，而单脚着地迈步时重心升高，因此每走一步都要克服重力做功。如果小华的质量为50kg，请根据图中小华测量的有关数据，计算他每走一步克服重力所做的功。
（4）资料表明，人步行时消耗的能量大于克服重力所做的功。请你分析一下，人步行时还在哪些方面消耗能量？（写出一条）

嫦娥探月
2013年12月2日，“嫦娥三号”发射成功，实现了中华民族千年的“登月梦”．15日“嫦娥”成功落月，如图所示是“玉兔”告别“嫦娥”的情景，月球车开始在月面上巡视勘察，踏出了“中国脚印”…

月球周围的环境与地球周围的环境有许多不同之处，比如：欲求月球表面昼夜温差很大；月球上没有空气，近似真空；同一物体在月球表面受到的重力约等于它在地球表面受到重力的六分之一；月球周围没有磁场…
（1）“玉兔”号月球车在地球上重1200N，它在月球表面上方竖直下落3m，则它在月球表面受到的重力对它做的功为  J．
（2）月球车上的探测器是利用  （填“超声波”或“电磁波”）的反射来工作的．
（3）在月球上，下列四种情况不能做到的是  ．

A．用指南针定向

B．用红外线测距

C．用温度计测温度

D．用弹簧测力计测力．