初中物理物质解答题

如图所示，正方形物块边长为 $10\mathit{cm}$，漂浮于足够高的底面积为 $S_0$的盛有足量水的圆柱形容器中，有 $\frac{1}{5}$体积露出水面。 $g$取 $10N/\mathit{kg}$。求：

（1）该物块受到浮力；

（2）该物块的密度；

（3）若未投入物块时，水对容器底部的压力为 $F_0$．试求出物块漂浮时，水对容器底部的压力 $F_1$并求出物块浸没时水对容器底部的压强；

（4）若物块漂浮时与未投入物块时比较，水对容器底部的压强变化了 $200\mathit{Pa}$，物块浸没时与物块漂浮时水对容器底部的压力之比为 $30:29$，则未投入物块时容器中水的深度是多少？

小明的奶奶在家中用电水壶接水时，由于壶口较小，壶盖挡视线，很难观察到壶中水位的变化，结果水从壶中溢出洒到地上，小明一边帮奶奶擦地上的水，一边想：如果给水壶安装一个报警器，当水位达到一定高度时，报警器发出声音，提示水接好了，这样就方便多了。

（1）小明找来家中的电水壶，如图甲所示，观察电水壶的外观并研究它的使用过程，发现其中涉及一些物理知识，下列说法正确的是　     　（填字母）

A．向壶中注水时，听到的声音是通过空气传入到人耳的

B．金属壶身“反光”是发生了漫反射

C．烧水时壶嘴冒出的“白气”是液化现象

D．注水后壶底看起来变浅了，是光的折射现象

（2）当用力F打开壶盖时，壶盖相当于一个杠杆，请你在图乙中画出壶盖所受重力G的示意图和重力的力臂I（O为支点，B为壶盖的重心，A为F的作用点）。

（3）小明认真思考后，结合学过的力学和电学知识，设计了如图丙所示的报警电路，以下是小明的设计方案，请将其补充完整。

①报警器的水中部分是一个玻璃管，它的一端被绝缘弹性薄膜封闭，报警电路的一部分在玻璃管内，其中弹性片A靠近薄膜，使用时，闭合报警电路开关S，向壶内注水，随着壶中水位的升高、水对薄膜的压力逐渐　    　（填“变大”或“变小”），弹性薄膜逐渐向右凹进，挤压弹簧片A，直至弹性片A与触点B接触，报警电路接通，电铃发出报警声，提示已达到设定注水高度，即可断开报警电路开关S，停止注水。

②为了满足不同的注水高度要求，该电水壶的报警水位高度可以调节，水位调节手柄的一端固定在报警电路中长度可调的弹簧上，水位调节手柄可以移动，并能固定在不同挡位的卡槽中，当水位调节手柄移动时，触电B可以随着它左右移动，请分析该报警电路并说明，想要使报警器在更低的水位报警吗，可以调节水位调节手柄，使触点B

向　    　（填“左”或“右”）移动。

如图甲所示，不吸水的长方体物块放在底部水平的容器中，物块的质量为 $0.2\mathit{kg}$，物块的底面积为 $50c{m}^2$，物块与容器底部用一根质量、体积均忽略不计的细绳相连，当往容器中缓慢注水至如图乙所示位置，停止注水，此时，物块上表面距水面 $10\mathit{cm}$，绳子竖直拉直，物块水平静止，绳子的拉力为 $2N$．已知 ${\rho }_{水}=1.0\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$， $g=10N/\mathit{kg}$。求：

（1）物块的重力；

（2）物块的密度；

（3）注水过程中，绳子刚好竖直拉直时到图乙所示位置时，水对物块下表面压强的变化范围。

阅读短文，回答文后的问题。

浮子流量计

气体的流量一般指单位时间内流过通气管道的气体体积，流量等于气体的流速和通道横截面积的乘积。生活生产中经常要对气体的流量进行控制，例如医院给病人输氧时，用阀门控制氧气瓶输出氧气的流量，在管道中接入流量计，可以反映流量的大小。

浮子流量计是一种常用的流量计。其结构如图所示，一个上粗下细的锥形管，管内倒放着一个铝制的圆锥体浮子。工作时，气体从锥形管下端流入，向上冲击浮子，然后流过圆锥体浮子底面与锥形管之间的环形空隙，从上端流出。如果浮子受到气流的冲力大，就会向上移动，环形空隙加大，气体流速变小，对浮子的冲力就会变小，这样浮子最终稳定在某一位置，这个位置的高低就反映了气体流量的大小。

（1）浮子流量计使用时，锥形管应处于 　　；

$A$ ．水平方向 $B$ ．竖直方向 $C$ ．斜向上 $D$ ．斜向下

（2）浮子所受气体浮力很小，可以忽略。当浮子稳定在某一位置时，气流对浮子的冲力和浮子重力的关系是 　　。

（3）对于某个制成的浮子流量计，浮子和锥形管之间的环形空隙的面积和浮子高度成正比，比例系数为 $k_1$ ；气流对浮子的冲力和流速成正比，比例系数为 $k_2$ ；浮子的质量为 $m$ 。当浮子稳定在高度 $h$ 时，气体流量 $Q$ 的表达式为 $Q=$ 　　。

（4）浮子流量计能反映的最大流量是有限的，如果要让这个浮子流量计能反映更大的流量，请你提出一条可行的改进措施： 　　。

阅读短文，回答问题；

干爽与潮湿

水面上方同时进行着两种相反的过程：一方面，水分子从液面飞出来，另一方面，有的水分子撞到水面又回到水中。

一瓶矿泉水喝了一半后，把瓶盖拧紧，随着水的不断蒸发，水面上方的水分子数目不断增多，回到水中的水分子也逐渐增多，最后，当气态水分子的数量增大到一定程度时，在相同时间内回到水中的水分子数等于从水面飞出的水分子数。此时，水蒸气的密度不再增大，水蒸气产生的压强不变，谁也就不再减少，水与水蒸气间达到平衡状态，蒸发停止。

处于平衡状态的水蒸气叫水的饱和汽。在一定温度下，水的饱和汽的压强是一定的，这个压强叫做水的饱和气压 $P_0$， $P_0$随温度的变化而变化，温度升高时，液体分子运动加剧，单位时间内从液面飞出的分子数增多，原来的平衡被破坏，液体能继续蒸发，水蒸气的压强继续增大，直至到达新的平衡。

影响蒸发快慢以及人们对与干爽与潮湿感受的因素，是空气中水蒸气的压强 $P_1$与同一温度下水的饱和气压 $P_0$的比值 $\left(\frac{P_1}{P_0}\right)$。因此，人们用 $R_k=\frac{P_1}{P_0}$来描述空气的潮湿程度， $R_k$越小，人体表面的水分蒸发得越快，感觉干爽； $R_k$越大，人体表面的水分蒸发得越慢，人就感到潮湿。

（1）水蒸发时，　　（有 $/$没有）水分子从空气进入水中。

（2）下列能表示水的饱和气压随温度变化关系的图象是　　。

（3）文中半瓶矿泉水上方形成了水的饱和汽，下列描述正确的是　　

$A$．水分子不再从水面飞出

$B$．水蒸气的压强小于该温度下水的饱和气压

$C$．温度升高时，水蒸气的压强增大

$D$．温度升高，水面上方再次形成饱和气压后，从水中飞出的分子数大于回到水中的

（4）6月1日，我市早晨6时气温为 ${15}^{°}\text{C}$， $R_h=0.96$；下午14时气温为 ${25}^{°}\text{C}$，若当天空气中水蒸气的压强 $P_1$保持不变，则下列判断正确的是　　

$A$．下午14时 $R_h$可能大于1

$B$．下午14时 $R_h$一定小于0.96

$C$． $P_1$大于 ${15}^{°}\text{C}$时水的饱和气压

$D$．人感觉下午14时比早晨6时潮湿

（5）用短文中知识，解释在潮湿天气里衣服不容易晾干的原因。答：　　。

测量小石块的密度。

（1）将天平放在水平台面上，游码移到零刻度线处，发现指针位置如图甲所示，为使横梁在水平位置平衡，应将平衡螺母向 　　（选填"左"或"右"）调节。

（2）用调节好的天平测量小石块的质量，右盘所加砝码和游码位置如图乙所示，天平平衡，则小石块的质量m ₁为 　　g。

（3）没有量筒，用下列两种方案测量小石块的体积。

方案一：

①如图丙所示，将烧杯放在水平台面上，用细线系住小石块轻轻放入烧杯中，加入适量的水，使小石块浸没在水中，在烧杯壁上记下水面位置。

②将小石块从水中取出后，用天平测出烧杯和水的总质量m ₂为152.4g。

③向烧杯内缓缓加水至标记处，再用天平测出烧杯和水的总质量m ₃为165.2g。

方案二：

①向烧杯中加入适量的水，用天平测出烧杯和水的总质量m ₄。

②如图丙所示，将烧杯放在水平台面上，用细线系住小石块轻轻放入烧杯中，使小石块浸没在水中，在烧杯壁上记下水面位置。

③将小石块从水中取出后，向烧杯中缓慢加水至标记处，再用天平测出烧杯和水的总质量m ₅。

（4）根据方案一测量结果计算出小石块密度ρ＝ 　　kg/m ³，测出的小石块密度与真实值相比 　　（选填"偏大"或"偏小"）。

（5）你认为根据哪一种方案测量结果计算出的小石块密度更精确？答： 　　，理由是 　　。

在研究性学习活动中，小玲所在的科研小组对南水北调中线工程进行了调查与研究

（1）南水北调中线工程从我省南阳丹江口水库引水，穿过黄河，直通北京。两地海岸高度差约 $100m$，经过工程师的精心设计，实现了渠水全程自流。渠水流动的动能是由　重力势　能转化而来的。渠水在贯穿黄河时，工程师设计了图甲所示的穿黄隧洞，整个穿黄隧洞相当于一个　　。

（2）穿黄隧洞由两条并排的，直径和长度都相同的圆形隧洞组成，单个隧洞从南岸进水口到北岸出水口的长度为 $4260m$。小玲自制了一个能悬浮于水中的“浮子”，能随渠水以相同速度流动。将”浮子”放入南岸进水口处，经 $23\mathit{min}40s$的时间到达北岸出水口。则穿黄隧洞中水的平均流速为多少？

（3）查资料知，水的压强随深度变化的关系图象如图乙所示，在深度为 $h=30m$的穿黄隧洞底部，水在面积为 $1c{m}^2$的面上产生的压力大小相当于多少千克物体的重力？ $(g$取 $10N/\mathit{kg}$，不考虑水面大气压的影响）

（4）如果每条穿黄隧洞的直径约为 $8m$，求两条穿黄隧洞的总输水能力约为每秒多少立方米？ $(\pi$取 $3)$

我们知道，滑动变阻器连入电路中的 电阻线越长，电阻越大。小亮想设计一个实验，探究通过滑动变阻器的电流 $I$ 与连入电路中的线圈长度 $L$ 是否成反比例的关系。

可选择的器材：研究对象滑动变阻器 $R_1$ 、学生电源、定值电阻 $R_0$ 、滑动变阻器 $R_2$ 、电阻箱 $R_3$ （符号 $)$ 、两个电流表、开关、若干导线及刻度尺。

（1）请选择适当器材，在虚线框内画出合理的电路图，并标出选择的电阻。

（2）针对你设计的电路，你认为闭合开关后，操作中应注意的问题是 　      

某同学想测量一种液体的密度。他将适量的待测液体加入到圆柱形平底玻璃容器里，然后一起缓慢放入盛有水的水槽中。当容器下表面所处的深度 $h_1=10\mathit{cm}$ 时，容器处于直立漂浮状态，如图 $a$ 所示。已知容器的底面积 $S=25c{m}^2$ ， ${\rho }_{水}=1.0\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$ ， $g$ 取 $10N/\mathit{kg}$ 。

（1）求水对容器下表面的压强；

（2）求容器受到的浮力；

（3）从容器中取出 $100c{m}^3$ 的液体后，当容器下表面所处的深度 $h_2=6.8\mathit{cm}$ 时，容器又处于直立漂浮状态，如图 $b$ 所示。求液体的密度。

阅读短文，回答问题。

茶杯的变迁

在古老的欧洲流行一种陶瓷茶杯，叫梨形杯（如图所示），它较大的杯口使茶水有令人满意的变凉效果。下部球形设计茶杯有较小的表面积和较大的容量，这种设计又能使茶水保温很长时间，让你长时间谈话时可以细品热茶。梨形杯在欧洲沿用数百年后，被廉价的圆柱形玻璃杯所代替，因为玻璃把手的发明，使玻璃杯得以更加方便地使用。

（1）如果玻璃把手的材料用金属材料替换是否合理，并说明理由。

（2）玻璃杯除设计把手之外，还有哪些设计解决了陶瓷茶杯使用的不便，请列举一例　　。

（3）试解释陶瓷梨形杯能使茶水保温很长时间的原因。

　　。

科学创新小组设计并制作了一个能将水温调控在 ${48}^{°}\text{C}$左右的自动控温杯，结构示意图如图甲，其夹层填充物为海波晶体（熔点为 ${48}^{°}\text{C})$。小组同学为检测该自动控温杯控温功能，做了如下测试：①在杯中装满 ${100}^{°}\text{C}$的水，盖紧杯盖，摇动杯子，水温下降到 ${48}^{°}\text{C}$并稳定在此温度一段时间；② $t_2$时，将杯内的水倒掉，迅速加入 ${20}^{°}\text{C}$的水，盖紧杯盖，摇动杯子，水温上升到 ${48}^{°}\text{C}$并保持。上述检测过程中水温随时间变化曲线如图乙所示。请用所学知识解释图乙中 $\mathit{ac}$段水温变化的原因。（提示：图乙中 $\mathit{de}$段不必作答）

如图1为一款利用高温水蒸气熨烫衣服的便携式挂烫机，它的正常工作电压为 $220V$，水箱装水最多 $0.3\mathit{kg}$，加热功率有大小两个挡位，设计师最初设计的内部电路有如图2甲、乙两种接法，其中电热丝 $R_1=56\Omega$， $R_2=44\Omega$。

（1）高温水蒸气熨烫衣服时，水蒸气遇到衣服迅速　　成小水珠，放出热量，将衣服熨平（填物态变化名称）；

（2）如果选择甲电路，电路中最大电流为　　 $A$，如果选择乙电路，电路中最大电流为　　 $A$，由于两个电路中所选熔断器里的熔丝允许通过的最大电流为 $8.2A$，故设计师最终选择了甲电路；（计算结果保留一位小数）

（3）请分别计算这款挂烫机两个挡位的额定功率；

（4）若将水箱中 $0.22\mathit{kg}$的水从 ${25}^{°}\text{C}$加热到 ${100}^{°}\text{C}$，挂烫机至少需要加热多长时间？ $[$水的比热容 $c=4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{°}\text{C}\right)]$。

$75\%$的医用酒精可以有效灭活新型冠状病毒，小刚从网上购置了两瓶某品牌 $75\%$的医用酒精，说明书如图甲所示，小刚查到 $75\%$的医用酒精密度为 $0.87g/c{m}^3$，于是想通过测量该酒精的密度来鉴定其产品是否合格：

（1）小刚取适量该酒精进行实验：

①     为使测量结果更准确，以下实验操作步骤合理顺序是　　（用字母表示）。

$A$．计算酒精的密度

$B$．用天平测出烧杯的质量 $52.4g$

$C$．在烧杯中盛适量的酒精，用天平测出酒精和烧杯的总质量

$D$．调节天平平衡

$E$．将烧杯中的酒精倒入量筒中，读出其体积，如图乙所示

②测量酒精和烧杯总质量时，砝码和游码的位置如图丙所示。则总质量为　　 $g$，该酒精的密度是　　。

③根据测量结果，小刚能否鉴定该产品是否合格？并说明理由　　。

（2）在学完浮力的知识后，小刚又想到可以利用弹簧测力计，水、烧杯，细线和小石块来测量该酒精的密度。实验操作步骤如下：

$a$．用细线将小石块绑好，挂在弹簧测力计下，读出测力计示数 $F_1$

$b$．在烧杯中倒入适量的水，将小石块挂在弹簧测力计下使其浸没在水中，读出测力计示数 $F_2$

$c$．算出小石块的体积 $V_{石}$

$d$．在擦干水的烧杯中倒入适最的酒精，将已擦干的小石块挂在弹簧测力计下，使其浸没在酒精中，读出测力计示数 $F_3$

根据上述操作步骤，请你帮助小刚推导出该酒精密度 $\rho$的表达式为　　（表达式用测量量的字母表示，水的密度用 ${\rho }_{水}$表示，推导过程要有必要的文字说明）。

北京8分钟

2018年平昌冬奥会闭幕式上，“北京8分钟”表演惊艳全世界，同时宣告冬奥会进入北京时间。短短8分钟的表演却蕴涵着大量的“中国智慧”和“中国制造”

闭幕式上，演员穿着目前国内最大尺寸的熊猫木偶道具进行轮滑表演，给人留下了

深刻印象。为达到最佳表演效果，需要严格控制道具的质制作团队在原有工艺的基础上不断改良和创新，经过反复对比和测试，最终确定用铝合金管材和碳纤维条作为制作材料。最终版的熊猫木偶道具质量仅为 $10\mathit{kg}$

装载着大屏幕的机器人与轮滑舞者进行了互动表演，为体现冰雪主题，大屏幕也使用了新技术，让它们看起来像是用冰雪制成的“冰屏”，每块“冰屏”长 $3m$。为保证“冰屏”具有较强的抗风能力，“冰屏”的整个结构非常精密，卡槽与屏之间的距离达到微米级，经过风洞测试，每块“冰屏”都能承受 $15m/s$的风速，目前我国的“冰屏”技术已处于世界领先水平。

舞台上要求演员衣服轻薄，动作舒展流畅，由于现场气温低至 $-3^{°}\text{C}$，为做好演员的保暖工作，超薄保暖服采用了超级新型纳米材料 $-$一石墨烯发热膜、演员上场前，需先对服饰内的电池进行充电。充电完成后，石墨烯发热膜保暖服可在 $-{20}^{°}\text{C}$的环境中工作4小时，确保了演员穿着舒适和演出成功。

阅读短文，回答问题：

（1）熊猫木偶道具选用铝合金管材和碳纤维条作为制作材料，除了考虑材料的强度和韧性外，还因为这些材料

　　较小；

（2）演员在地面上做曲线运动时，受到的力是　　（选填“平衡力”或“非平衡力” $)$；

（3）在对“冰屏”进行抗风能力的风洞测试中，让屏幕正对风的方向，若增大风速，风对屏幕产生的压强　　（选填“变小”、“变大”或“不变” $)$；

（4）在给保暖服内的电池充电时，电能转化为　　能；保暖服通电发热是通过　　（选填“热传递”或“做功” $)$方式增加保暖服的内能。

如图是地球上的水循环示意图，请你用物态变化知识简单描述水循环的过程。