初中物理物质解答题

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。

$75\%$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）。

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 $c=4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{°}\text{C}\right)]$。

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：　　。

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）

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。

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 $3)$

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。

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？

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： 　　。

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 　　。

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