云南省昆明市第八中学2023-2024学年九年级上学期期末物理试卷
展开1.(3分)关于声现象的说法正确的是( )
A.课前我们“引吭高歌”的高,是指歌声的响度大
B.超声波能传递能量,在同种均匀介质中它的传播速度大于次声波的速度
C.城区禁止机动车鸣笛,是在传播中减弱噪声
D.只要物体在振动,我们就能听到声音
2.(3分)“禾下乘凉梦”是袁隆平先生的中国梦。其实,“禾下乘凉梦”也包含着一定的物理知识,水稻下面可乘凉,说明水稻下面有阴影。下列现象的形成原因和水稻下的阴影的形成原因相同的是( )
A.一叶障目B.雨后彩虹
C.杯弓蛇影D.海市蜃楼
3.(3分)关于信息、材料和能源,下列说法正确的是( )
A.物体的温度越高,分子热运动越剧烈,物体所含热量越多
B.超导材料可以应用于电饭锅的电热丝
C.华为Matc60pr手机芯片的主要材料是半导体材料
D.核电站是利用核能来发电的,其核心设备是核反应堆,里面发生的是可控的核聚变
(多选)4.(3分)图中的情景节选自我国古代科技著作《天工开物》、《淮南万毕术》,下列说法正确的是( )
A.甲图“汲水桔槔”中,井上汲水的桔槔属于杠杆
B.乙图“簸扬稻谷”中,能分离不饱满稻谷是利用簸箕有惯性
C.丙图“磨冰取火”中,凸透镜又叫会聚透镜,对太阳光有会聚作用
D.丁图“没水采珠”中,水面下的采珠人下潜的越深时受到水的压强越大
5.(3分)如图甲是消防队员小王进行爬杆训练的示意图,在某次爬杆训练中,小王沿杆竖直向上运动的速度v随时间t的变化关系如图乙所示,下列判断正确的是( )
A.0至6s时间内,小王沿杆匀速向上运动
B.6s至15s时间内,小王沿杆上爬的距离是9m
C.0至18s时间内,小王受到的摩擦力方向向下
D.6s至15s时间内,小王受到的摩擦力大小等于重力
6.(3分)如图所示,小明用两个不同的滑轮组,在相同时间内分别用大小相等的拉力F将同一物体匀速提高了相同的高度,若两个滑轮组的动滑轮重分别为G动1和G动2,机械效率分别为η1、η2,小明做功的功率分别为P1、P2,不计绳重和摩擦。则( )
A.G动1<G动2,η1>η2,P1<P2
B.G动1<G动2,η1>η2,P1=P2
C.G动1>G动2,η1<η2,P1<P2
D.G动1=G动2,η1=η2,P1=P2
7.(3分)如图所示,水平地面上有一个底面积为200cm2的盛水容器A内有边长为10cm的正方体物块B,一根细线与容器底部相连,此时细线受到的拉力是6N。已知水的密度是1×103kg/m3,g取10N/kg,则下列说法中正确的是( )
①物块B受到的浮力是10N
②物块B的密度是0.6×103kg/m3
③剪断绳子,待物块B静止后受到的浮力为10N
④剪断绳子,待物块B静止后,容器底受到水的压强减小了300Pa
A.只有①③B.只有②④C.只有②③D.只有①④
8.(3分)如图所示的电路中,L1标有“6V 3W”字样,L2标有“3V 3W”字样,闭合开关后,两灯均发光,忽略温度对灯丝电阻影响,下列说法错误的是( )
A.两电压表示数之比为U1:U2=1:5
B.两灯泡L1、L2的电阻之比R1:R2=4:1
C.两灯泡L1、L2额定功率之比P1:P2=1:1
D.通过两灯的电流之比I1:I2=1:1
9.(3分)荡秋千运动在我国已有几千年的历史,在摇摆过程中通过不断重复的站立下蹲使秋千越荡越高,在荡秋千过程中,下列说法正确的是(不考虑秋千中绳子重力)( )
A.在越荡越高的过程中人消耗化学能转化为人的机械能
B.在从最高点到最低点的过程中机械能守恒
C.在最高点绳子突然断开人将保持静止状态
D.在荡秋千的过程中人总有一点受力平衡
(多选)10.(3分)如图是某同学设计的电子身高测量仪的示意图,其中R1是定值电阻,电源电压恒定不变,R2是变阻器,可以由〇表测量出人的身高。下列说法错误的是( )
A.〇表是由电压表改装而成的
B.当被测者的身高比前者更高时,电表〇的示数会变小
C.R1在电路中的作用只是保护电路
D.所接〇表的示数来反映人身高示数的变化,符合人们的思维习惯
二、填空题(本大题共6小题,11~15题每小题2分,16题4分,共14分)
11.(2分)如图所示为投影仪投影光路。如果用投影仪投影胶片时,想使屏幕上的字大一点,应使投影仪远离屏幕,同时将镜头 (选填“靠近”或“远离”)胶片一些。图中的平面镜此时起到 的作用(选填“成像”或“改变光路”)。
12.(2分)在探究物质的质量与体积关系的实验中,得出甲、乙两种物质的质量与体积的关系如图所示。取等体积的两种物质,则 (选填“甲”或“乙”)的质量大,质量相等的甲、乙两种物质体积之比是 。
13.(2分)如图所示为蹦极运动的简化示意图,弹性绳一端系在运动员双脚上,另一端固定在跳台O点。运动员由静止开始自由下落,A点处弹性绳正好处于原长;B点处运动员受到的重力与弹性绳对运动员的拉力大小相等;C点处是蹦极运动员到达的最低点。(整个过程忽略空气阻力,弹性绳的自重不计)从A点到C点的过程中,弹性绳的弹性势能 (选填“增大”“减小”“不变”或“先增大后减小”,下同);运动员的动能 。
14.(2分)某中学为学生供应开水,用焦炭作为燃料,焦炭燃烧过程,将 能转化为内能;已知焦炭的热值是3×107J/kg,现完全燃烧了4.2kg的焦炭,该热量全部被水吸收,能将 kg的水从20℃加热到100℃[已知c水=4.2×103J/(kg•℃)]。
15.(2分)如图所示,直流电动机通过电流做功提升质量为540g的重物,但在电能转化成机械能的过程中,有部分电能转化为内能。已知电动机线圈电阻为1.5Ω,电动机正常工作时,通过线圈电流为2A,物体以10m/s的速度匀速上升的时间为20s。不计绳的重力和一切摩擦。则电动机的工作效率为 ;电压表的读数为 。
16.(4分)阅读短文,回答问题:
发电厂发出的电并不是只供附近的人们使用,还要传输到很远的地方。如图甲是电能输送的示意图。在输电线上,由于电流的热效应,必然有一部分电能转化成内能而损失掉。导线越长,损失越多。目前远距离送电主要采取高压送电的方式来实施。在保证输送功率不变的情况下,采用提高电压的方法减少线路上的损失。如把发电机、高压输电线、变压器这些统称为供电设备,电能输送的示意图就可以作如图乙的简化。诮结合短文和所学知识回答下列问题:
(1)从发电厂发出电到进入家庭,变压器使电压的大小经过了2次改变,最终直接进入家庭的电泵为220V。输电过程中导线的温度升高,本质是通过 的方式改变内能。
(2)下列单位不能够表示远程输电损耗电能大小的是 。
A.J
B.A2•Ω
C.V2•Ω
D.W•s
(3)在输电阶段,输电线上常用如图丙装置将四根导线并联起来,这个结构相当于增大了导线的 ,从而减小了导线的电阻,以达到减少输电线上电能损失的目的。
(4)为了将发电厂的电能输送到远处的用户家中,在两地间架设了两根等长的输电线。两根输电线的总电阻为r。已知位于电厂处的两根输电线间的电压为U,输送电能的功率为P,该输电线路输送电能的效率η= 。(输电效率为用户得到的电能与发电厂输出电能的比值)
三、作图题(本大题共2小题,共4分)
17.(2分)当光线从水射向空气时,它的反射光线如图所示,画出入射光线和折射光线。
18.(2分)如图所示,闭合开关后,条形磁体向左偏。请在括号内标出:通电螺线管左侧是“N”还是“S”极;电源的左侧是“+”还是“﹣”极。
四、实验探究题(本大题共4小题,第19题8分,第20题4分,第21题8分,第22题4分,本大题共24分)
19.(8分)小丽和同学们在实验室“探究杠杆的平衡条件”,其实验装置如图所示,实验中每个钩码重0.5N(钩码个数若干)。
(1)将杠杆放在水平桌面上,发现杠杆静止在图甲所示的位置,此时杠杆处于 (选填“平衡”或“非平衡”)状态。为使杠杆能够在水平位置平衡,应该把杠杆的平衡螺母向 (选填“左”或“右”)调节,使杠杆在水平位置平衡的目的是 。
(2)如图乙所示,杠杆上的刻度均匀,在A点挂4个钩码,要使杠杆在水平位置平衡。应在B点挂 个相同的钩码;当杠杆水平平衡后,将A、B两点下方所挂的钩码同时离支点O的方向各移动一小格,则杠杆将 (选填“左端下沉”“右端下沉”或“保持水平平衡”)。
(3)如图丙所示。用弹簧测力计拉杠杆的C点,当弹簧测力计由位置1转至位置2的过程中,杠杆在水平位置始终保持平衡,则测力计的示数变化情况是 (选填“逐渐变大”“逐渐变小”“先变大后变小”或“先变小后变大”),原因是 。
(4)小丽同学尝试利用杠杆原理测量一把质量分布均匀的直尺的质量,如图丁所示,将质量为m的钩码挂在刀口左侧的直尺上某一适当位置,在刀口上向右移动直尺,使其在水平位置平衡,读出此时钩码到刀口的距离,视为动力臂L1,读出此时直尺中心到刀口的距离,视为阻力臂L2,则用上述已知的和测得的物理量可写出直尺的质量为 (用题中物理量写出表达式)。
20.(4分)小蝉同学用实验室的一块柱形合金材料探究“影响浮力大小的因素”。他将该合金块标注成4等分,并进行了如图所示的探究实验。请回答以问题:
(1)由图甲、乙、丙、丁四次实验操作,可以得出的初步结论是:当液体密度一定时,物体所受浮力大小与 有关。
(2)根据图甲、乙、丙、丁,计算可得到合金块密度为 kg/m3。
(3)小哲对丁实验操作进行了修改,设计了如图甲、丁、戊所示方案进行探究,可知浮力大小与物体浸没的深度 (选填“有关”或“无关”)。
(4)如图己所示,小明将金属夹夹在吸管一端使其密闭,制成一个简易的酒度计(测量酒的度数)。为了给酒度计标刻度,他将酒度计分别放入纯水(0度酒)和纯酒精(100度酒)(ρ酒精=0.8×103g/cm3)中,酒度计均竖直漂浮,测量并记录露出液面长度为d。已知酒度计在水(0度酒)中时d为12.8厘米,在酒精(100度酒)中时d为11厘米。若将酒度计放入50度的酒(酒精所占酒的体积百分比为50%)中则露出液面的长度d为 cm。
21.(8分)如图所示是“探究电流通过导体产生热量的多少跟什么因素有关”的实验装置,将四段电阻丝a、b、c、d分别密封在完全相同的盒子内,盒内封闭一定量的空气,其中图乙中另取阻值为5Ω的电阻在盒外与盒内电阻并联。
(1)在实验中电流通过电阻时产生热量的多少是通过 (选填“气体”或“液体”)的热胀冷缩来反映的,应用的物理科学探究方法是 。
(2)图甲可探究电流产生的热量与 的关系,通电一段时间后 (选填“左”或“右”)侧盒子中的电阻产生的热量多。
(3)图乙可探究电流产生的热量与 的关系。
(4)实验的结论可进一步用公式 来表达。由公式可知,图乙中左右两侧盒子中的电阻产生的热量之比为 。
(5)将图乙右侧两个电阻都放入密封盒中,可探究电流产生热量和 的关系。
22.(4分)网上传说,坦桑尼亚一个名叫姆佩巴的学生急于上课,将热牛奶放进了冰箱,令他惊奇的是,这怀热牛奶比同时放入冰箱内的冷牛奶先结冰。由网友跟帖:热水比冷水结冰快。后来有人把这种现象叫做“姆佩巴效应”。小明想要探究传说中的“姆佩巴效应”是真的吗?请你帮他设计一个实验方案,验证这个说法是否正确(温馨提示:注意实验方案的可操作性)。现有以下器材:两个相同的杯子、天平、热水、冷水、冰柜、秒表;接下来的实验操作是 ,若出现 现象,则传说中的说法是真的。
五、综合题(本大题共2小题,每小题9分,共18分)要求:(1)语言表述简练、准确;(2)写出必要的运算和推理过程;(3)带单位计算;(4)计算结果若有近似,均保留两位小数。
23.(9分)如图所示,电源电压8V保持不变,小灯泡L标有“6V 3W”字样,滑动变阻器标有“40Ω 1A”字样,不考虑灯丝电阻的变化。求:
(1)小灯泡正常发光时的电流和电阻;
(2)当S、S1、S2 都闭合时,滑动变阻器的滑片移到b端时,电流表的示数为1.2A,电阻R0工作5min消耗的电能;
(3)当S闭合,S1、S2 断开时,滑片移到某一位置c时,小灯泡L实际功率为0.75W,此时滑动变阻器R接入电路的阻值。
24.(9分)如图所示,边长是10cm的正方体木块A和金属球B用细线连接后刚好悬浮在水中,如图甲所示;把细线剪断待A和B静止后,木块A漂浮在水面上,露出水面的高度是4cm,已知木块A和金属球B的体积相等,求:(g取10N/kg)
(1)木块A漂浮时水对木块A底部的压强;
(2)木块A的密度;
(3)乙图中金属球对容器底部的压力。
2023-2024学年云南省昆明八中九年级(上)期末物理试卷
参考答案与试题解析
一、选择题(本大题共10小题,每小题3分,共30分。每小题给出的四个选项中,第1~7题只有一项符合题目要求,第8~10题有多项符合题目要求。全部选对得3分,选对但不全的得1分,有选错的得0分)
1.(3分)关于声现象的说法正确的是( )
A.课前我们“引吭高歌”的高,是指歌声的响度大
B.超声波能传递能量,在同种均匀介质中它的传播速度大于次声波的速度
C.城区禁止机动车鸣笛,是在传播中减弱噪声
D.只要物体在振动,我们就能听到声音
【分析】(1)声音的强弱叫响度,影响响度的因素是发声体的振幅和距离发声体的远近;
(2)声速与频率无关,只与介质的种类和温度有关;
(3)防治噪声的途径:在声源处减弱、在传播过程中减弱、在人耳处减弱;
(4)人能听到的声音条件有三:①物体振动且振动的频率在20Hz﹣20000Hz之间;②有传声的介质:如空气等;③有良好的听力;声音是由物体振动而产生的。
【解答】解:A.“引吭高歌”的高,指声音的大小或强弱,则“高“即歌声的响度大,故A正确;
B.声速与频率无关,只与介质的种类和温度有关,超声波和次声波在同种均匀介质中传播速度相同,故B错误;
C.城区禁止机动车鸣笛,是在声源处减弱噪声,故C错误;
D.人的听觉范围是20Hz﹣20000Hz,物体振动产生声音,但不一定听见,故D错误。
故选:A。
【点评】此题考查了人能听到声音的条件、声音的特性、声速、防治噪声的途径,难度不大,属基础题。
2.(3分)“禾下乘凉梦”是袁隆平先生的中国梦。其实,“禾下乘凉梦”也包含着一定的物理知识,水稻下面可乘凉,说明水稻下面有阴影。下列现象的形成原因和水稻下的阴影的形成原因相同的是( )
A.一叶障目B.雨后彩虹
C.杯弓蛇影D.海市蜃楼
【分析】(1)光在同种均匀介质中沿直线传播,遇到不透明物体后会在其后面形成影子;
(2)雨后彩虹是光的色散,属光的折射现象;
(3)弓反射的光在酒杯中的酒表面发生反射形成虚像;
(4)光从一种介质斜射入另一种介质时,传播方向会发生改变,这种现象叫做光的折射。
【解答】解:光在同种均匀介质中沿直线传播,遇到水稻后在其后面形成阴影;
A、一叶障目是因为光在同种均匀介质中沿直线传播,叶子正好把光线挡住了,挡住的光线不能进入人的眼睛,就看不见挡住的那部分东西了,故A正确;
B、雨后彩虹是光的色散,属光的折射现象,故B错误;
C、杯弓蛇影寓意为将映在酒杯里的弓影误认为蛇,是平面镜成像,属光的反射现象,故C错误;
D、海市蜃楼是地球上物体反射的光经大气折射而形成的虚像,故D错误。
故选:A。
【点评】此题考查了光的直线传播、光的反射、光的折射,属基础题目。
3.(3分)关于信息、材料和能源,下列说法正确的是( )
A.物体的温度越高,分子热运动越剧烈,物体所含热量越多
B.超导材料可以应用于电饭锅的电热丝
C.华为Matc60pr手机芯片的主要材料是半导体材料
D.核电站是利用核能来发电的,其核心设备是核反应堆,里面发生的是可控的核聚变
【分析】(1)温度是分子热运动的量度,温度越高,分子热运动越剧烈;而热量为过程量,不能用“所含”“具有”热量;
(2)超导材料的电阻为零,而电热器是将电能转化为内能,据焦耳定律,要产生热量必须有电阻;
(3)各种电子元件、集成电路等多用半导体材料制成;
(4)核能的获得有两种方式:裂变和聚变。到目前为止人类还没研究出可以控制的核聚变。
【解答】解:A.热量为过程量,不能用“所含”“具有”热量,故A错误;
B.超导材料的电阻为零,而电饭锅为电热器,所以不能用超导材料,故B错误;
C.手机芯片的主要材料是半导体材料,故C正确;
D.核电站是利用核能来发电,核心设备是核反应堆,发生的是可控的核裂变,故D错误。
故选:C。
【点评】注重物理知识在生活中的应用。
(多选)4.(3分)图中的情景节选自我国古代科技著作《天工开物》、《淮南万毕术》,下列说法正确的是( )
A.甲图“汲水桔槔”中,井上汲水的桔槔属于杠杆
B.乙图“簸扬稻谷”中,能分离不饱满稻谷是利用簸箕有惯性
C.丙图“磨冰取火”中,凸透镜又叫会聚透镜,对太阳光有会聚作用
D.丁图“没水采珠”中,水面下的采珠人下潜的越深时受到水的压强越大
【分析】(1)根据杠杆的定义进行判断;
(2)物体保持原来运动状态不变的性质称为惯性,一切物体都有惯性,惯性是物体本身的一种性质;
(3)凸透镜对光线具有会聚作用;
(4)同种液体,液体压强随深度增大而增大。
【解答】解:A、在力的作用下如果能绕着一固定点转动的硬棒就叫杠杆,甲图“汲水桔槔”中,直竿能绕着一固定点转动,所以井上汲水的桔槔属于杠杆,故A正确;
B、“簸扬稻谷”是由于稻谷具有惯性,饱满稻谷会落在较远的地面上,故B错误;
C、丙图“磨冰取火”中,阳光经冰透镜折射后,会聚一点,说明冰透镜对光线具有会聚作用,是凸透镜,故C正确;
D、同种液体,液体压强随深度增大而增大,因此水面下的采珠人下潜的越深时受到水的压强越大,故D正确。
故选:ACD。
【点评】本题考查了杠杆的定义、惯性与惯性现象、凸透镜的会聚作用和液体压强的特点,具有一定的综合性,但都属于基础知识考查。
5.(3分)如图甲是消防队员小王进行爬杆训练的示意图,在某次爬杆训练中,小王沿杆竖直向上运动的速度v随时间t的变化关系如图乙所示,下列判断正确的是( )
A.0至6s时间内,小王沿杆匀速向上运动
B.6s至15s时间内,小王沿杆上爬的距离是9m
C.0至18s时间内,小王受到的摩擦力方向向下
D.6s至15s时间内,小王受到的摩擦力大小等于重力
【分析】(1)由v﹣t图象判断各段的运动状态;
(2)根据s=vt算出6s至15s时间内,小王沿杆上爬的距离;
(3)对人进行受力分析,判断摩擦力的方向;
(4)根据速度关系判断重力与摩擦力的关系。
【解答】解:A、由图象知0﹣6s时间内,小王沿杆加速向上运动,故A错误;
B、由图象知,6s至15s时间内,小王沿杆向上做匀速直线运动,速度为0.6m/s,故6s至15s时间内上爬的距离是s=vt=0.6m/s×9s=5.4m,故B错误;
C、0至18s时间内,小王沿杆竖直向上运动,在竖直方向上受到竖直向下的重力和竖直向上的摩擦力,故C错误;
D、由图象知,6s至15s时间内,小王做匀速运动,受到的摩擦力与重力是一对平衡力,大小相等,故D正确。
故选:D。
【点评】本题考查学生读图分析能力和二力平衡条件的应用,是一道中等题,难度不是很大。
6.(3分)如图所示,小明用两个不同的滑轮组,在相同时间内分别用大小相等的拉力F将同一物体匀速提高了相同的高度,若两个滑轮组的动滑轮重分别为G动1和G动2,机械效率分别为η1、η2,小明做功的功率分别为P1、P2,不计绳重和摩擦。则( )
A.G动1<G动2,η1>η2,P1<P2
B.G动1<G动2,η1>η2,P1=P2
C.G动1>G动2,η1<η2,P1<P2
D.G动1=G动2,η1=η2,P1=P2
【分析】(1)机械效率有用功和总功的比值。
(2)功率是表示物体做功快慢的物理量。
【解答】解:小明用两个不同的滑轮组,在相同时间内分别用大小相等的拉力F将同一物体匀速提高了相同的高度,从图示可知,G动1<G动2,根据W=Gh,可知,它们做的有用功相同,它们的机械效率η==,因为G物、和h都相同,G动1<G动2,故机械效率η1>η2;因为P=,而G1的总功更小,两者的时间相同,故功率P1<P2。
故选:A。
【点评】本题考查了学生对机械效率和功率的理解、运用,属于基础题。
7.(3分)如图所示,水平地面上有一个底面积为200cm2的盛水容器A内有边长为10cm的正方体物块B,一根细线与容器底部相连,此时细线受到的拉力是6N。已知水的密度是1×103kg/m3,g取10N/kg,则下列说法中正确的是( )
①物块B受到的浮力是10N
②物块B的密度是0.6×103kg/m3
③剪断绳子,待物块B静止后受到的浮力为10N
④剪断绳子,待物块B静止后,容器底受到水的压强减小了300Pa
A.只有①③B.只有②④C.只有②③D.只有①④
【分析】①知道正方体物块的边长可求体积,物块浸没时排开水的体积和自身的体积相等,根据F浮=ρ液gV排求出物块受到的浮力;
②对物块受力分析可知,受到竖直向上的浮力和竖直向下的重力、绳子的拉力作用处于平衡状态,根据物块受到的合力为零求出物块的重力,根据G=mg求出物块的质量,利用ρ=求出物块的密度;
③比较物块的密度和水的密度判断出剪断绳子待物块静止后所处的状态,根据物体浮沉条件求出受到的浮力;
④根据漂浮时浮力与重力的关系得出木块受到的浮力;根据F浮=ρ液gV排得出木块排开水的体积,根据V排的变化得出水深度的变化,从而可得压强的变化。
【解答】解:①正方体物块的体积:V=L3=(10cm)3=1000cm3=1×10﹣3m3,
因物体浸没时,则排开液体的体积:V排=V=1×10﹣3m3,
所以,物块受到的浮力:
F浮=ρ水gV排=1.0×103kg/m3×10N/kg×1×10﹣3m3=10N,故①正确;
②因物块受到竖直向上的浮力和竖直向下的重力、绳子的拉力作用处于平衡状态,
所以,由物块受到的合力为零可得:F浮=G+F拉,
则物块的重力:G=F浮﹣F拉=10N﹣6N=4N,
由G=mg可得,物块的质量:
m===0.4kg,
物块的密度:
ρ===0.4×103kg/m3,故②错误;
③由ρ<ρ水可知,剪断绳子,待物块静止后处于漂浮状态,
则物块受到的浮力:F浮′=G=4N,故③错误;
④木块漂浮,F浮′=G=4N;
由F浮=ρ液gV排得木块漂浮时排开水的体积:
V排′===4×10﹣4m3;
所以液面下降的深度为:
Δh===0.03m;
容器底受到水的压强减小了:
Δp=ρ水gΔh=1.0×103kg/m3×10N/kg×0.03m=300Pa,故④正确。
故选:D。
【点评】本题考查了阿基米德原理和重力公式、密度公式、物体浮沉条件和液体压强公式的应用等,要注意物体浸没时排开液体的体积和自身的体积相等。
8.(3分)如图所示的电路中,L1标有“6V 3W”字样,L2标有“3V 3W”字样,闭合开关后,两灯均发光,忽略温度对灯丝电阻影响,下列说法错误的是( )
A.两电压表示数之比为U1:U2=1:5
B.两灯泡L1、L2的电阻之比R1:R2=4:1
C.两灯泡L1、L2额定功率之比P1:P2=1:1
D.通过两灯的电流之比I1:I2=1:1
【分析】由图可知,闭合开关后,两灯泡串联,电压表V2测L2两端的电压,电压表V1测电源电压;
(1)根据两灯泡的铭牌可知两灯泡的额定功率,进而求出两灯泡的额定功率之比;
(2)根据P=UI=求出两灯泡的阻值,进而求出两灯泡的电阻之比;
(3)根据串联电路的电流特点可知通过两灯泡的电流关系,进而求出通过两灯泡的电流之比;
(4)根据串联电路的电流、电阻特点和欧姆定律求出两电压表的示数之比。
【解答】解:由电路图可知,闭合开关后,两灯泡串联,电压表V2测L2两端的电压,电压表V1测电源电压;
C、由两灯泡的铭牌可知,两灯泡的额定功率相等,均为3W,所以两灯泡L1、L2的额定功率之比P1:P2=1:1,故C项说法正确;
B、由P=UI=可知,L1、L2的阻值分别为:R1===12Ω,R2===3Ω,
忽略温度对灯丝电阻影响,则两灯泡L1、L2的电阻之比为R1:R2=12Ω:3Ω=4:1,故B项说法正确;
D、由串联电路的电流特点可知,通过两灯泡的电流相等,所以通过两灯的电流之比I1:I2=1:1,故D项说法正确;
A、由串联电路的电流、电阻特点和欧姆定律可知,两电压表示数之比为:
====,故A项说法错误。
故选:A。
【点评】本题考查了串联电路的特点、欧姆定律和电功率公式的应用,正确分析电压表所测的电压是解题的关键。
9.(3分)荡秋千运动在我国已有几千年的历史,在摇摆过程中通过不断重复的站立下蹲使秋千越荡越高,在荡秋千过程中,下列说法正确的是(不考虑秋千中绳子重力)( )
A.在越荡越高的过程中人消耗化学能转化为人的机械能
B.在从最高点到最低点的过程中机械能守恒
C.在最高点绳子突然断开人将保持静止状态
D.在荡秋千的过程中人总有一点受力平衡
【分析】将秋千的运动看成是化学能、动能与重力势能的相互转化;结合平衡力分析最低点时的运动状态。
【解答】解:A、由题意可知,该同学在最低点做功,将身体内的一部分化学能转化为机械能,所以某同学在秋千上越荡越高,是化学能向机械能的转化,故A正确;
B、在从最高点到最低点的过程中,人做功了,机械能不守恒,故B错误;
C、同学在荡秋千时,在最高点绳子突然断开,但仍然受到竖直向下的重力,不能保持静止状态。故C错误;
D、同学在秋千上荡秋千时,没有任何一点是静止或匀速直线运动的,所以没有一点受力平衡的,故D错误。
故选:A。
【点评】本题主要考查曲线运动中的能量问题和平衡力问题,注意在最低点时由于人肌肉紧张,消耗化学能转变为重力势能。属于中档题目。
(多选)10.(3分)如图是某同学设计的电子身高测量仪的示意图,其中R1是定值电阻,电源电压恒定不变,R2是变阻器,可以由〇表测量出人的身高。下列说法错误的是( )
A.〇表是由电压表改装而成的
B.当被测者的身高比前者更高时,电表〇的示数会变小
C.R1在电路中的作用只是保护电路
D.所接〇表的示数来反映人身高示数的变化,符合人们的思维习惯
【分析】(1)根据电表的连接方式分析电表的类型;
(2)根据串联电路的分压规律分析电表示数的变化;
(3)根据电路的连接方式分析定值电阻的作用。
【解答】解:
A、根据图示可知,两个电阻串联,电表与滑动变阻器并联,为电压表,故A正确;
BB、当被测者的身高比前者更高时,滑动变阻器接入电路的电阻变大,根据串联电路的分压规律可知,电压表的示数会变大,所以用电压表的示数来反映人身高示数的变化,符合人们的思维习惯,故B错误、D正确;
C、R1在电路中的作用可以起到保护电路的作用;根据串联电路的分压规律可知,R1在电路中可以分担一部分电压,故C错误。
故选:AD。
【点评】本题考查了电路的动态分析、串联电路的分压规律的应用,难度不大。
二、填空题(本大题共6小题,11~15题每小题2分,16题4分,共14分)
11.(2分)如图所示为投影仪投影光路。如果用投影仪投影胶片时,想使屏幕上的字大一点,应使投影仪远离屏幕,同时将镜头 靠近 (选填“靠近”或“远离”)胶片一些。图中的平面镜此时起到 改变光路 的作用(选填“成像”或“改变光路”)。
【分析】要解决此题,需要掌握凸透镜成像的规律。知道成实像时:物像异侧,物距变大,像距变小,像变小;同时要掌握投影仪的制作原理。将投影仪的构造特点与凸透镜成像中的实验器材对应起来。
【解答】解:由凸透镜成像的规律可知,投影仪是根据物距在1倍和2倍焦距之间时,成倒立、放大实像的原理制成的;其镜头相当于凸透镜,胶片相当于物体,银幕相当于光屏;
并且成实像时,物距越小,成的像越大,像距越大,所以,想使屏幕上的字大一点,镜头要靠近胶片一些,同时使投影仪远离屏幕。
平面镜此时起到改变光路的作用。
故答案为:靠近;改变光路。
【点评】本题主要考查的是凸透镜成像规律的应用,关键是记熟成像规律,搞清投影仪的工作原理。
12.(2分)在探究物质的质量与体积关系的实验中,得出甲、乙两种物质的质量与体积的关系如图所示。取等体积的两种物质,则 甲 (选填“甲”或“乙”)的质量大,质量相等的甲、乙两种物质体积之比是 1:2 。
【分析】①在横轴取相同体积,分别读出此时两种物质的质量,就能比较质量的大小;
②在纵轴取相同质量,分别读出此时两种物质的体积,就能得到比例关系。
【解答】解:由图象得:
①当两种物质的体积都是2cm3时,甲物质的质量是10g,乙物质的质量是5g,所以等体积的两种物质甲的质量较大;
②当两种物质的质量都是10g时,甲物质的体积是2cm3,乙物质的体积是4cm3,因为ρ=所以质量相等的甲、乙两种物质体积之比是=。
故答案为:甲;1:2。
【点评】此题考查的是根据图象判断物质质量和体积的关系,考查的是利用数学知识分析物理问题的能力,迅速、正确从图象中提取出有用信息,是解决此类问题的关键。
13.(2分)如图所示为蹦极运动的简化示意图,弹性绳一端系在运动员双脚上,另一端固定在跳台O点。运动员由静止开始自由下落,A点处弹性绳正好处于原长;B点处运动员受到的重力与弹性绳对运动员的拉力大小相等;C点处是蹦极运动员到达的最低点。(整个过程忽略空气阻力,弹性绳的自重不计)从A点到C点的过程中,弹性绳的弹性势能 增大 (选填“增大”“减小”“不变”或“先增大后减小”,下同);运动员的动能 先增大后减小 。
【分析】弹性势能大小的影响因素:弹性形变的大小,发生弹性形变的难易程度,形变越大,越难,弹性势能越大。A点到B点的过程中,重力大于弹性绳对运动员拉力,速度越来越大,动能越来越大,当弹性绳对运动员拉力大于重力时,运动员的速度开始减小,到达C点时,速度为零,因此动能逐渐减小。
【解答】解:在从A点至C点运动员的动能和重力势能转化为绳的弹性势能;A点到B点的过程中,重力大于弹性绳对运动员拉力,因此速度越来越大,动能越来越大;到达C点动能变为0,弹性势能增大到最大值,所以从A点到C点的过程中,弹性绳的弹性势能增大,而运动员的动能先增大后减小。
故答案为:增大;先增大后减小。
【点评】本题难度较大,关键是对人的受力分析,同时要结合力的合成以及力与运动的关系等知识,是一道力学综合题。
14.(2分)某中学为学生供应开水,用焦炭作为燃料,焦炭燃烧过程,将 化学 能转化为内能;已知焦炭的热值是3×107J/kg,现完全燃烧了4.2kg的焦炭,该热量全部被水吸收,能将 375 kg的水从20℃加热到100℃[已知c水=4.2×103J/(kg•℃)]。
【分析】(1)燃料燃烧的过程是化学变化,实质是将化学能转化为内能;
(2)根据Q放=mq求出焦炭完全燃烧放出的热量,该热量全部被水吸收,根据Q吸=cm(t﹣t0)求出水的质量。
【解答】解:(1)焦炭燃烧的过程消耗化学能,得到内能,其实质是把化学能转化为内能的过程;
(2)焦炭完全燃烧放出的热量:Q放=mq=4.2kg×3×107J/kg=1.26×108J;
水吸收的热量:Q吸=Q放=1.26×108J;
根据Q吸=cm(t﹣t0)可知,水的质量:
m′===375kg。
故答案为:化学;375。
【点评】此题主要考查的是学生对燃料热值计算公式和热平衡方程的理解和掌握,弄清楚水吸收的热量是解决此题的关键。
15.(2分)如图所示,直流电动机通过电流做功提升质量为540g的重物,但在电能转化成机械能的过程中,有部分电能转化为内能。已知电动机线圈电阻为1.5Ω,电动机正常工作时,通过线圈电流为2A,物体以10m/s的速度匀速上升的时间为20s。不计绳的重力和一切摩擦。则电动机的工作效率为 90% ;电压表的读数为 30V 。
【分析】根据电动机做的功就是克服物体的重力做的功,根据速度公式求出物体上升的高度,根据W=Gh=mgh求出电动机所做的有用功,根据Q=I2Rt求出线圈的产生的热量,电动机所做的有用功加上线圈产生的热量即为电动机消耗的电能,利用W=UIt求出电动机两端的电压即为电压表的示数;利用效率公式求出电动机工作效率。
【解答】解:由v=可知,物体上升的高度:h=s=vt=10m/s×20s=200m,
电动机所做的有用功:W有=Gh=mgh=540×10﹣3kg×10N/kg×200m=1080J;
电流通过线圈产生的热量:Q=I2Rt=(2A)2×1.5Ω×20s=120J;
不计绳的重力和一切摩擦,电动机消耗的电能:W电=W有+Q=1080J+120J=1200J,
根据W=UIt可知,电动机两端的电压即为电压表的示数:U===30V;
电动机工作效率:η==×100%=90%。
故答案为:90%;30V。
【点评】本题考查了功的计算公式、速度公式、焦耳定律、电功公式以及效率公式的应用功率,关键是知道电动机所做的有用功加上线圈产生的热量即为电动机消耗的电能。
16.(4分)阅读短文,回答问题:
发电厂发出的电并不是只供附近的人们使用,还要传输到很远的地方。如图甲是电能输送的示意图。在输电线上,由于电流的热效应,必然有一部分电能转化成内能而损失掉。导线越长,损失越多。目前远距离送电主要采取高压送电的方式来实施。在保证输送功率不变的情况下,采用提高电压的方法减少线路上的损失。如把发电机、高压输电线、变压器这些统称为供电设备,电能输送的示意图就可以作如图乙的简化。诮结合短文和所学知识回答下列问题:
(1)从发电厂发出电到进入家庭,变压器使电压的大小经过了2次改变,最终直接进入家庭的电泵为220V。输电过程中导线的温度升高,本质是通过 做功 的方式改变内能。
(2)下列单位不能够表示远程输电损耗电能大小的是 BC 。
A.J
B.A2•Ω
C.V2•Ω
D.W•s
(3)在输电阶段,输电线上常用如图丙装置将四根导线并联起来,这个结构相当于增大了导线的 横截面积 ,从而减小了导线的电阻,以达到减少输电线上电能损失的目的。
(4)为了将发电厂的电能输送到远处的用户家中,在两地间架设了两根等长的输电线。两根输电线的总电阻为r。已知位于电厂处的两根输电线间的电压为U,输送电能的功率为P,该输电线路输送电能的效率η= 1﹣ 。(输电效率为用户得到的电能与发电厂输出电能的比值)
【分析】(1)高压输电先升压后降压,到用户端的电压为220V,因此需要经过两次变压。改变物体内能的方式有两种:做功和热传递;
(2)根据电热的公式Q=I2Rt来确定损失电能的单位;
(3)导体的电阻大小与导体的长度、横截面积和材料有关,长度越大,横截面积越小,电阻越大;长度和横截面积相同的导体,材料不同,电阻不同;
(4)由功率公式P=UI变形可求得通过输电线的电流,因导线上消耗电能,则用户实际得到的电能小于发电厂输出电能,输电效率为用户得到的电能与发电厂输出电能的比值。
【解答】解:(1)从发电厂发出电到进入家庭,变压器使电压的大小经过了两次改变,最终直接进入家庭的电压为220V。输电过程中导线的温度升高,本质是通过电流做功的方式改变内能;
(2)根据电热的公式Q=I2Rt=由此可知对应的单位为J→A2•Ω•s→V2•Ω﹣1•s→V•A•s→W•s(注意时间的单位是小写的s),由此可知远程输电损耗电能的单位不正确的是BC;
(3)导体的电阻大小与导体的长度、横截面积和材料有关;
将四根导线并联起来进行高压输电目的是为了减小电能的损失,在导线长度不能改变时可以通过改变横截面积,四根导线并联时相当于增大了横截面积,所以电阻会减小,损失的电能也减少;
(4)由P=UI得,通过输电线的电流I=;
输电线的总电阻为r,
在时间t内,输电线上消耗的电能:
W损耗=I2rt=,
用户实际得到的电能W实=W﹣W损耗=Pt﹣,
则输电线输送电能的效率为:
η==1﹣。
故答案为:(1)做功;(2)BC;(3)横截面积;(4)1﹣。
【点评】本题考查了学生对欧姆定律、电功率公式、串联电路特点的掌握和运用,关键是公式及其变形的灵活运用,解题过程中要注意单位的换算。
三、作图题(本大题共2小题,共4分)
17.(2分)当光线从水射向空气时,它的反射光线如图所示,画出入射光线和折射光线。
【分析】一束光线从水里射向空气中时,既要发生反射,又要发生折射,反射角等于入射角,折射角大于入射角。据此完成光路图。
【解答】解:首先画出法线,在发生反射时,反射角等于入射角,据此画出入射光线;光从水中斜射入空气中,折射角大于入射角,折射光线远离法线。如图所示。
【点评】(1)入射角是入射光线与法线的夹角,反射角是反射光线与法线的夹角,折射角是折射光线与法线的夹角。
(2)在两种透明介质的界面上,反射和折射一般是同时发生的,反射与入射在同种介质中,折射与入射在两种介质中,反射角等于入射角,光由空气斜射入其它透明介质中时,折射角小于入射角,光由其他透明介质斜射入空气中时,折射角大于入射角。
18.(2分)如图所示,闭合开关后,条形磁体向左偏。请在括号内标出:通电螺线管左侧是“N”还是“S”极;电源的左侧是“+”还是“﹣”极。
【分析】根据磁极间的相互作用规律分析螺线管的极性;根据安培定则判定电源的正负极。
【解答】解:由图可知,条形磁铁被螺线管吸引,根据异名磁极相互吸引可知,螺线管的右端为S极,左端为N极;
由安培定则可知,电流从螺线管的右侧流入,左侧流出,所以电源的左端为负极,如图所示:
【点评】本题考查了磁极间的相互作用规律、安培定则的应用,难度不大。
四、实验探究题(本大题共4小题,第19题8分,第20题4分,第21题8分,第22题4分,本大题共24分)
19.(8分)小丽和同学们在实验室“探究杠杆的平衡条件”,其实验装置如图所示,实验中每个钩码重0.5N(钩码个数若干)。
(1)将杠杆放在水平桌面上,发现杠杆静止在图甲所示的位置,此时杠杆处于 平衡 (选填“平衡”或“非平衡”)状态。为使杠杆能够在水平位置平衡,应该把杠杆的平衡螺母向 左 (选填“左”或“右”)调节,使杠杆在水平位置平衡的目的是 消除杠杆的重力影响、便于测量力臂大小 。
(2)如图乙所示,杠杆上的刻度均匀,在A点挂4个钩码,要使杠杆在水平位置平衡。应在B点挂 6 个相同的钩码;当杠杆水平平衡后,将A、B两点下方所挂的钩码同时离支点O的方向各移动一小格,则杠杆将 右端下沉 (选填“左端下沉”“右端下沉”或“保持水平平衡”)。
(3)如图丙所示。用弹簧测力计拉杠杆的C点,当弹簧测力计由位置1转至位置2的过程中,杠杆在水平位置始终保持平衡,则测力计的示数变化情况是 先变小后变大 (选填“逐渐变大”“逐渐变小”“先变大后变小”或“先变小后变大”),原因是 当弹簧测力计由位置1转至位置2的过程中,阻力大小不变,动力臂先变长后变短 。
(4)小丽同学尝试利用杠杆原理测量一把质量分布均匀的直尺的质量,如图丁所示,将质量为m的钩码挂在刀口左侧的直尺上某一适当位置,在刀口上向右移动直尺,使其在水平位置平衡,读出此时钩码到刀口的距离,视为动力臂L1,读出此时直尺中心到刀口的距离,视为阻力臂L2,则用上述已知的和测得的物理量可写出直尺的质量为 m (用题中物理量写出表达式)。
【分析】(1)杠杆静止时,就是处于平衡状态;
杠杆右端下沉,说明杠杆的重心在支点右侧,调节平衡螺母应使杠杆重心左移,这一调节过程的目的是为了使杠杆的自重对杠杆平衡不产生影响,结合便于测量力臂大小分析;
(2)设一个钩码重为G,杠杆一个小格是L,根据杠杆平衡条件判断在B点挂钩码的数量;根据杠杆平衡条件判断是否平衡;
(3)阻力和阻力臂不变时,动力臂减小,动力变大;动力臂变大,动力变小;
(4)此题的关键在于找出重心,并知道第二次平衡后,重心到支点的位置为直尺重力的力臂,根据杠杆平衡的条件可求出直尺的质量。
【解答】解:(1)杠杆静止时,就是处于平衡状态;
杠杆右端下沉,说明杠杆的重心在支点右侧,应把杠杆左端的平衡螺母向左调节,直至重心移到支点处,使杠杆重力的力臂为零,其目的是消除杠杆的重力影响,因杠杆在水平方向上平衡,因重力的方向竖直向下,由力臂的定义可知,动力作用点和支点的距离即为力臂大小,便于测量力臂大。
(2)设杠杆每个格的长度为L,每个钩码的重力为G,根据杠杆的平衡条件:FALA=FBLB,即4G×3L=nG×2L,解得n=6,需挂6个钩码;
若A、B两点的钩码同时向远离支点的方向移动一个格,则左侧4G×4L=16GL,右侧6G×3L=18GL,因为16GL<18GL,故杠杆右端下沉;
(3)由图可知,测力计竖直向上拉杠杆的C点时,OC为最长力臂,当弹簧测力计由位置1转至位置2的过程中,动力臂先变长后变短,而杠杆在水平位置始终保持平衡,阻力大小不变,根据杠杆平衡条件可知,测力计示数将先变小后变大;
(4)挂上质量为m千克的钩码,将质量是m的钩码挂在刀口左侧的直尺上某一适当位置,在刀口上向右移动直尺,使其在水平位置平衡,读出此时砝码到刀口的距离,视为动力臂l1,尺中心(重心)到刀口的距离为阻力臂l2,根据杠杆平衡的条件:动力×动力臂=阻力×阻力臂,
可知G钩码×l1=G直尺×l2,
即mgl1=mRgl2,mL1=mRl2,
所以直尺的质量mR=m。
故答案为:(1)平衡;左;消除杠杆的重力影响、便于测量力臂大小;(2)6;右端下沉;(3)先变小后变大;当弹簧测力计由位置1转至位置2的过程中,阻力大小不变,动力臂先变长后变短;(4)m。
【点评】此题是探究杠杆平衡实验,考查了杠杆的调平及杠杆平衡条件的应用,在利用平衡条件公式时,要注意分析力和对应的力臂。
20.(4分)小蝉同学用实验室的一块柱形合金材料探究“影响浮力大小的因素”。他将该合金块标注成4等分,并进行了如图所示的探究实验。请回答以问题:
(1)由图甲、乙、丙、丁四次实验操作,可以得出的初步结论是:当液体密度一定时,物体所受浮力大小与 物体排开液体的体积 有关。
(2)根据图甲、乙、丙、丁,计算可得到合金块密度为 6×103 kg/m3。
(3)小哲对丁实验操作进行了修改,设计了如图甲、丁、戊所示方案进行探究,可知浮力大小与物体浸没的深度 无关 (选填“有关”或“无关”)。
(4)如图己所示,小明将金属夹夹在吸管一端使其密闭,制成一个简易的酒度计(测量酒的度数)。为了给酒度计标刻度,他将酒度计分别放入纯水(0度酒)和纯酒精(100度酒)(ρ酒精=0.8×103g/cm3)中,酒度计均竖直漂浮,测量并记录露出液面长度为d。已知酒度计在水(0度酒)中时d为12.8厘米,在酒精(100度酒)中时d为11厘米。若将酒度计放入50度的酒(酒精所占酒的体积百分比为50%)中则露出液面的长度d为 12 cm。
【分析】(1)分析图甲、乙、丙、丁所示的相同量和不同量,根据控制变量法得出结论;
(2)根据弹簧测力计的分度值读出弹簧测力计的示数即合金块的重力;根据称重法算出图1丙所示实验合金块所受浮力;由G=mg算出合金块的质量,根据称重法算出图1丁所示实验合金块所受浮力,根据阿基米德原理公式算出合金块的体积,由密度公式算出合金块的密度;
(3)分析图甲、丁、戊所示的相同量和不同量,根据控制变量法得出结论;
(4)设吸管的底面积为S,吸管和金属夹的总体积为V,密度计的总重力为G,根据密度计漂浮在液面上时,F浮=G,分别列出在酒精和水中的等式,求得吸管和金属夹的总体积,根据密度公式求出50度酒的密度,然后将其代入密度计上对应密度值为0.9g/cm3的刻度线时的等式即可求得答案。
【解答】解:(1)由图甲、乙、丙、丁所示实验可知液体的密度相同,物体排开液体的体积不同,且物体排开液体的体积越大,弹簧测力计的示数越小,由称重法可知浮力越大,所以可以得出的初步结论是:当液体密度一定时,物体所受浮力大小与物体排开液体的体积有关;
(2)由图甲可知,弹簧测力计的分度值是0.1N,弹簧测力计的指针位于4N以下第8个刻度,示数为4.8N,即合金块的重力为4.8N;
根据G=mg知,合金块的质量为:m=,
由图1丁知,合金块浸没在水中时所受的浮力为:F浮=G﹣F丁=4.8N﹣4.0N=0.8N,
根据阿基米德原理F浮=ρ水gV排知合金块的体积为:V合金=V排==0.8×10﹣4m3,
合金块的密度为:ρ合金==6×103kg/m3;
(3)由图甲、丁、戊所示实验可知液体的密度相同,物体排开液体的体积相同,物体浸没的在液体中的深度不同,弹簧测力计的示数相同,由称重法知浮力相同,所以得出的初步结论是:浮力大小与物体浸没的深度无关;
(4)密度计在酒精和水中都处于漂浮状态,由物体沉浮条件可知,F1=F2=G;
由V排=可得,当浮力相同时,液体密度越大排开液体的体积越小,露出的体积越大,在水中时d为12.8厘米大于在酒精中时d为11厘米。
设吸管的底面积(横截面积)为S,吸管和金属夹的总体积为V总,密度计的总重力为G,
由题知,ρ酒精=0.8ρ水,
小明将该密度计放入水中,密度计静止时吸管露出液面的长度d1为12.8cm,
由F1=G和阿基米德原理可得:ρ水g(V总﹣Sd1)=G﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣①,
小明将该密度计放入酒精中,密度计静止时吸管露出液面的长度d2为11cm,
由F2=G可得:ρ酒精gV排酒精=G,
即:0.8ρ水g(V总﹣Sd2)=G﹣﹣﹣﹣﹣②,
联立①②,代入d1、d2的值解得V总=S×20cm;
50度酒的密度为:ρ=,
设该密度计上对应密度值为0.9g/cm3的刻度线到密度计顶端的距离为d3,
同理可得ρ液gV排液=G,即0.9ρ水g(V总﹣Sd3)=G﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣③,
将V总=S×20cm分别代入①和③,并联立①③可解得d3=12cm。
故答案为:(1)物体排开液体的体积;(2)6×103;(3)无关;(4)12。
【点评】本题考查了浮力大小的影响因素、浮力的计算、液体压强公式的应用、利用浮力知识测量固体的密度等,难度较大。
21.(8分)如图所示是“探究电流通过导体产生热量的多少跟什么因素有关”的实验装置,将四段电阻丝a、b、c、d分别密封在完全相同的盒子内,盒内封闭一定量的空气,其中图乙中另取阻值为5Ω的电阻在盒外与盒内电阻并联。
(1)在实验中电流通过电阻时产生热量的多少是通过 气体 (选填“气体”或“液体”)的热胀冷缩来反映的,应用的物理科学探究方法是 转换法 。
(2)图甲可探究电流产生的热量与 电阻大小 的关系,通电一段时间后 右 (选填“左”或“右”)侧盒子中的电阻产生的热量多。
(3)图乙可探究电流产生的热量与 电流 的关系。
(4)实验的结论可进一步用公式 Q=I2Rt 来表达。由公式可知,图乙中左右两侧盒子中的电阻产生的热量之比为 4:1 。
(5)将图乙右侧两个电阻都放入密封盒中,可探究电流产生热量和 电阻 的关系。
【分析】(1)电流通过导体产生热量的多少不易直接观察,甲、乙两个透明容器中密封着等量的空气,电阻丝产生热量越多,气体膨胀程度越大,故可通过U形管液面的高度差来反映电阻丝产生的热量多少,采用了转换法;
(2)由控制变量法分析,根据Q=I2Rt分析;
(3)(5)电流通过导体产生的热量与通过的电流、导体的电阻和通电时间有关,研究与其中一个因素的关系时,要控制另外两个因素不变,结合串联、并联电路电流的规律分析;
(4)焦耳定律的表达式为Q=I2Rt;根据并联电路电压的规律及欧姆定律和串联、并联电路的电流规律分析。
【解答】解:(1)在该实验中,根据转换法,我们是通过观察U形管中液面的高度差来比较各容器中电热丝产生热量的多少的,高度差的形成是由于U形管中气体热胀冷缩导致的,应用的物理科学探究方法是转换法。
(2)甲装置中,两电阻串联,通过的电流和通电时间相同,而电阻不同,故该装置用来探究电流热效应与电阻大小的关系;通电一段时间后,根据Q=I2Rt,因右侧容器中电阻大,故产生的热量多,由转换法,右侧盒子中的电阻产生的热量多。
(3)乙装置中,右侧两电阻并联后再与左侧电阻串联,容器内两电阻大小相等,根据并联和串联电路电流的规律,通过左侧容器中电阻的电流大于通过右侧容器中电阻的电流,而通电时间相同,故乙实验可以研究电流产生的热量与电流的关系;
(4)根据并联电路电压的规律及欧姆定律可知,通过图乙右侧容器内的电阻丝的电流等于通过容器外电阻丝的电流,根据串联电路各处的电流相等及并联电路干路电流等于各支路电流之和,可知通过左侧容器内的电阻丝的电流为通过右侧容器内电阻丝电流的2倍,由焦耳定律Q=I2Rt可知,因容器内电阻丝的阻值和通电时间相同,故电阻丝产生的热量与电流的平方成正比,故乙实验通电一段时间后,左右两侧容器内空气吸收的热量之比为4:1;
(5)将图乙右侧两个电阻都放入密封盒中,根据并联电阻的规律,容器内的等效电阻为=2.5Ω,左、右两侧容器内的电阻串联,通过的电流和通电时间相同,而电阻不同,故可探究电流产生热量和电阻的关系。
故答案为:(1)气体;转换法;(2)电阻大小;右;(3)电流;(4)Q=I2Rt;4:1;(5)电阻。
【点评】本题探究“导体产生的热量与什么因素有关”,考查控制变量法、转换法、串联和并联电路的规律及焦耳定律与欧姆定律的运用。
22.(4分)网上传说,坦桑尼亚一个名叫姆佩巴的学生急于上课,将热牛奶放进了冰箱,令他惊奇的是,这怀热牛奶比同时放入冰箱内的冷牛奶先结冰。由网友跟帖:热水比冷水结冰快。后来有人把这种现象叫做“姆佩巴效应”。小明想要探究传说中的“姆佩巴效应”是真的吗?请你帮他设计一个实验方案,验证这个说法是否正确(温馨提示:注意实验方案的可操作性)。现有以下器材:两个相同的杯子、天平、热水、冷水、冰柜、秒表;接下来的实验操作是 在两个相同的杯子中,分别装入适量的等质量的冷水和热水,将两杯水同时放入同一冰柜中进行冷冻,每隔适当的时间,观察水的状态变化情况 ,若出现 热水先结冰 现象,则传说中的说法是真的。
【分析】要比较冷水和热水谁结冰快,需要选用相同的烧杯、相同质量的冷水和热水、用钟表测量结冰的时间,放在同一冰柜中,比较结冰时间得出结论。
【解答】解:(1)实验器材:两个相同的杯子、天平、热水、冷水、冰柜、钟表;
(2)实验步骤:在两个相同的杯子中,分别装入适量的等质量的冷水和热水;
将两杯水同时放入同一冰柜中进行冷冻,每隔适当的时间,观察水的状态变化情况;
(3)实验结论:若热水先结冰,则传说中的说法是真的;若冷水先结冰或同时结冰,则传说中的说法是假的。
故答案为:在两个相同的杯子中,分别装入适量的等质量的冷水和热水,将两杯水同时放入同一冰柜中进行冷冻,每隔适当的时间,观察水的状态变化情况;热水先结冰。
【点评】本题考查了验证性实验的设计,对于验证性实验最后的结论的格式为:若出现﹣﹣﹣现象,则结论正确;若出现﹣﹣﹣﹣现象,则结论错误。
五、综合题(本大题共2小题,每小题9分,共18分)要求:(1)语言表述简练、准确;(2)写出必要的运算和推理过程;(3)带单位计算;(4)计算结果若有近似,均保留两位小数。
23.(9分)如图所示,电源电压8V保持不变,小灯泡L标有“6V 3W”字样,滑动变阻器标有“40Ω 1A”字样,不考虑灯丝电阻的变化。求:
(1)小灯泡正常发光时的电流和电阻;
(2)当S、S1、S2 都闭合时,滑动变阻器的滑片移到b端时,电流表的示数为1.2A,电阻R0工作5min消耗的电能;
(3)当S闭合,S1、S2 断开时,滑片移到某一位置c时,小灯泡L实际功率为0.75W,此时滑动变阻器R接入电路的阻值。
【分析】(1)已知灯泡的额定电压和额定功率,根据I=计算灯泡正常发光时的电流,根据R=计算灯泡的电阻;
(2)当S、S1、S2都闭合时,L被短路,变阻器R和电阻R0并联,电流表测干路的电流;
滑片移到b端时,变阻器接入电路的阻值最大为R=40Ω,根据欧姆定律计算通过滑动变阻器的电流,根据并联电路的电流特点计算通过定值电阻的电流,根据并联电路的电压特点、电功公式计算电阻R0工作5min消耗的电能;
(3)当S闭合,S1、S2断开时,灯泡L和变阻器R串联,电流表测电路中的电流;
滑片移到某一位置c时,小灯泡L实际功率为0.75W,根据P=I2R可得此时电路中的电流,根据欧姆定律计算此时电路的总电阻,再根据串联电路的电阻特点求出滑动变阻器接入电路的阻值。
【解答】解:(1)由P=UI可知灯泡正常发光时的电流为:IL===0.5A,
灯泡的电阻为:RL===12Ω;
(2)当S、S1、S2都闭合时,L被短路,变阻器R和电阻R0并联,电流表测干路的电流;
滑片移到b端时,变阻器接入电路的阻值最大为R=40Ω,通过滑动变阻器的电流:I滑===0.2A,
已知电流表示数为1.2A,即干路电流为I=1.2A,
因并联电路中干路电流等于各支路电流之和,则通过定值电阻的电流:I0=I﹣I滑=1.2A﹣0.2A=1A,
并联电路各支路两端的电压相等,则电阻R0工作5min消耗的电能:W0=UI0t=8V×1A×5×60s=2400J;
(3)当S闭合,S1、S2断开时,灯泡L和变阻器R串联,电流表测电路中的电流;
滑片移到某一位置c时,小灯泡L实际功率为0.75W,
因串联电路中电流处处相等,则根据P=I2R可得此时电路中的电流:I′=IL′===0.25A,
此时电路的总电阻:R总===32Ω,
根据串联电路的电阻特点可得,此时滑动变阻器接入电路的阻值:R滑=R总﹣RL=32Ω﹣12Ω=20Ω。
答:(1)小灯泡正常发光时的电流为0.5A,电阻为12Ω;
(2)当S、S1、S2 都闭合时,滑动变阻器的滑片移到b端时,电流表的示数为1.2A,电阻R0工作5min消耗的电能为2400J;
(3)当S闭合,S1、S2 断开时,滑片移到某一位置c时,小灯泡L实际功率为0.75W,此时滑动变阻器R接入电路的阻值为20Ω。
【点评】本题考查了串并联电路的特点、欧姆定律、电功公式、电功率公式的应用,分清开关在不同状态下电路的连接方式和灵活应用公式是解题的关键。
24.(9分)如图所示,边长是10cm的正方体木块A和金属球B用细线连接后刚好悬浮在水中,如图甲所示;把细线剪断待A和B静止后,木块A漂浮在水面上,露出水面的高度是4cm,已知木块A和金属球B的体积相等,求:(g取10N/kg)
(1)木块A漂浮时水对木块A底部的压强;
(2)木块A的密度;
(3)乙图中金属球对容器底部的压力。
【分析】(1)已知正方体木块A的边长,据此可知图甲中木块A漂浮时木块A底部的深度,利用p=ρgh可求得水对木块A底部的压强;
(2)根据漂浮时浮力等于其重力可求得物块A的密度;
(3)已知A的边长可求得其体积,利用m=ρV可求得其质量,再利用G=mg可求得其重力,甲图中对A、B受力分析,可得,GA+GB=F浮,由此可求得B的重力,根据力的平衡条件和相互作用力的知识可知金属球B对容器底部的压力等于其重力减去浮力。
【解答】解:
(1)图乙中木块A漂浮时木块A底部的深度:hA=L﹣h露=10cm﹣4cm=6cm=0.06m,
水对木块A底部的压强:pA=ρghA=1.0×103kg/m3×10N/kg×0.06m=6×102Pa;
(2)乙图中A物体漂浮在水面上,根据物体的漂浮条件可得:GA=F浮,
则结合重力公式和阿基米德原理可得:ρAVAg=ρ水gVA排,
所以,物块A的密度:ρA=×ρ水=×ρ水=×ρ水=×ρ水=×1.0×103kg/m3=0.6×103kg/m3;
(3)A的体积VA=(10cm)3=1000cm3=1×10﹣3m3,
已知木块A和金属球B的体积相等,则:VB=VA=1×10﹣3m3,
A的重力GA=mAg=ρAVg=0.6×103kg/m3×1×10﹣3m3×10N/kg=6N;
图甲中A、B排开水的体积为:V排=VA+VB=2VA,
对A、B受力分析,可得,GA+GB=F浮=ρ水gV排=ρ水g×2VA,
即:6N+GB=1.0×103kg/m3×10N/kg×2×1×10﹣3m3,
则GB=14N,
最终金属球B静止在容器底部,由力的平衡条件可得金属球受到的支持力F支=GB﹣FB浮,
金属球对容器底部的压力和金属球受到的支持力是一对相互作用力,则F压=F支,
所以图乙中金属球对容器底部的压力:
F压=F支=GB﹣FB浮=GB﹣ρ水gVB排=14N﹣1×103kg/m3×1×10﹣3m3×10N/kg=4N。
答:(1)木块A漂浮时水对木块A底部的压强为6×102Pa;
(2)木块A的密度为0.6×103kg/m3;
(3)乙图中金属球对容器底部的压力为4N。
【点评】本题考查液体压强公式、物体浮沉条件、阿基米德原理、密度公式、重力公式的综合应用。
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