初中物理物质综合题

“贵阳至南宁高速铁路”项目于2016年12月开工，全线长约512km，设计最高行车速度达350km/h。该高铁线途径河池市的环江、金城江、都安等地，预计2021年正适通车运行，通车后河池市将步入高铁时代。建设中用到的某种起重机的结构示意图如图所示，用该起重机将放在水平地面上的长方体混凝土墩放入水中。起重机的吊臂OAB粗细不计，可以看作杠杆，吊臂B端连着滑轮组，已知混凝土墩的密度为2.5×10³kg/m³、底面积为4m²、高为2m，ρ_水＝1.0×10³kg/m³．求：

（1）混凝土墩的质量；

（2）混凝土墩被提起到最高点静止时，立柱CA恰好竖直，OA：OB＝1：6．若忽略滑轮组、钢丝绳和吊臂的重力及各种摩擦，则起重机立柱CA对吊臂A点竖直向上的作用力是多少N。

（3）混凝土浸没在水中后，它匀速下降过程中所受钢丝绳的拉力。（不计水的阻力）

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阳光动力2号

如图所示，是进行过环球飞行的全球最大的太阳能飞机“阳光动力2号”。它的翼展达到了 $72m$，比一种大型波音飞机的翼展还要宽 $3.5m$；机长 $22.4m$，接近一个篮球场的长度。但由于它的机身和机翼均采用极轻的碳纤维材料制造，因此，它的质量只有 $2300\mathit{kg}$，与一辆中型轿车相差无几。

“阳光动力2号”上面共贴敷了17248片太阳能电池。这些电池可以产生最大 $70\mathit{kW}$的功率，这些电力输送给四台电动机带动螺旋桨给飞机提供动力。

白天，它会爬升到 $9000m$的高空以避开气流并最大化利用太阳能，而夜晚则半滑翔飞行，逐渐降低到 $1500m$高度，其速度并不大，因此夜里对能源的需求也大大减少。

（1）这种“极轻的碳纤维材料”的密度约为 $1.7\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$，这个密度值表示的物理意义是：　                                                　。

（2）机身上的太阳能电池以最大功率工作，在 $30\mathit{min}$的时间内产生　       　 $\mathit{kW}·h$的电能。

（3）“阳光动力2号”从白天航行转为夜里航行过程中，它的重力势能　      　（填“逐渐增大”、“不变”或“逐渐减小”）。

如图一所示，用加热器给初温均为20℃的甲、乙液体加热（m _甲＜m _乙），两种液体每秒吸收的热量相同。这两种液体的温度﹣﹣加热时间的图线如图二。

（1）某时刻温度计示数如图一所示，此时乙的温度为 　 　℃。

（2）甲液体第30s的内能 　第35s的内能（选填"大于"、"等于"、"小于"）。

（3）小明根据图二中0至30s图线及题目所给信息得出：甲液体的比热容比乙液体的大。你认为小明的说法是否正确？ 　 　。你的判断依据是什么？ 　 　。

一人用桶从井里取水，已知桶的容积是 $6L$，空桶的质量是 $1.5\mathit{kg}$，忽略绳子的重力。 $({\rho }_{水}=1.0\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$、 $g=10N/\mathit{kg})$求：

（1）装满水后水的质量；

（2）用绳子把桶放到井里，进入一些水后，桶仍然漂浮在水中，此时它排开水的体积是 $3\times {10}^{-3}{m}^3$，桶受到的浮力；

（3）将一满桶水从桶底刚好离开水面开始匀速提高 $5m$，绳子的拉力做的功；

（4）提水的效率。

在"探究水沸腾时的温度变化的特点"的实验中，两组同学在相同的环境中，用如图甲所示的装置分别进行实验，并根据实验数据绘制如图乙所示的a、b两个图象，由图象可知：

（1）水的沸点为 　 　℃，在沸腾过程中水的温度 　 　；

（2）两组同学的实验中，水从开始加热到沸腾所用的时间相同，则他们所用水的质量的大小关系为：a图线对应的水的质量 　 　b图线对应的水的质量。（选填"大于"、"小于"或"等于"）

阅读短文，回答问题；

伽利略对摆动的研究

据说，某个星期天，伽利略在比萨大教堂参加活动，教堂穹顶上的吊灯因风吹而不停地摆动。伽利略被摆动的节奏性吸引住了。他发现，尽管吊灯的摆动幅度越来越小，但每一次摆动的时间似乎相等。

伽利略知道脉搏的跳动是有规律的，于是便按着脉搏注视着灯的摆动，发现每一次往返摆动的时间都相同。这使他又冒出一个疑问：假如吊灯受到强风吹动，摆得高了一些，每一次摆动的时间还相等吗？回到宿舍，他用铁块制成一个摆，把铁块拉到不同高度，用脉搏细心地测定摆动的时间。结果表明每次摆动的时间仍然相同。尽管用脉搏测量时间并不精确，但已经可以证明他最初的想法是正确的，即“不论摆动的幅度大些还是小些，完成一次摆动的时间是一样的”，这在物理学中叫做“摆的等时性”。

后来，伽利略又把不同质量的铁块系在绳端做摆锤进行实验；他发现，只要用同一条摆绳，摆动一次的时间并不受摆锤质量的影响。随后伽利略又想，如果将绳缩短，会不会摆动得快些？于是他用相同的摆锤，用不同的绳长做实验，结果证明他的推测是对的。他当时得出了结论：“摆绳越长，往复摆动一次的时间（称为周期）就越长。

（1）他用铁块制成摆，把铁块拉到不同高度，高度越高，铁块的　      　能越大，铁块运动到最底端时速度越　      　。

（2）不论摆动的幅度大些还是小些，完成一次摆动的时间是一样的，这在物理学中叫做　        　。

（3）他用相同的摆锤，用不同的绳长做实验，结果证明他的推测是对的。这种研究问题的方法叫　      　法。

如图所示，是小明制作的多功能实验装置，小车放在水平面上，把支架竖直固定在小车上，在支架中点 $O$ 处用一细线悬吊一个质量为 $m$ 的小球，其重力作用线刚好经过静止在小车上的小桶的中心。

（1）小车静止时，剪断细线，小球恰好落在小桶中；若拉着小车水平匀速直线运动的同时剪断细线，小球还能落在小桶中吗，为什么？

（2）利用小明的实验装置，提出一个还能研究的物理问题，并请写出研究该问题的主要操作方法。

在“研究液体内部的压强”的实验中，小红选用液体压强计和两个透明圆柱状的容器，分别盛适量的水和盐水进行实验，操作过程如图甲所示。

（1）小红将压强计的探头插入水中后，发现探头看上去变大了，这是因为容器和水的共同作用相当于　　，起到了放大的作用。

（2）通过比较 $B$、 $C$三个图可以得出的结论是：在同种液体的内部，　　。

（3）小红比较 $C$、 $D$两个图得出液体压强和液体密度有关的结论，小明认为这样比较得出结论是不正确的，他的理由是：　　。

（4）小明利用量筒和一个带胶塞的小瓶，测量出矿石的密度，如图乙，实验过程如下：

①用量筒量取适量的水，读出体积为 $V_0$；

②将小瓶放入量筒内，小瓶漂浮在水面上，读出体积为 $V_1$；

③将适量的矿石放入小瓶中，再将小瓶放入量筒内，小瓶仍漂浮在水面上，读出体积为 $V_2$；

④将瓶内的矿石全部倒入水中，再将小瓶放入量筒内，读出体积为 $V_3$。

根据以上信息计算（水的密度用 ${\rho }_{水}$表示）：在图乙③中，小瓶和矿石受到的浮力 $F_{浮}=$　　；矿石的密度表达式为 ${\rho }_{石}=$　　。

阅读短文并回答下列问题。
电冰箱
有些电冰箱利用了一种叫做氟利昂的物质作为热的“搬运工”，把冰箱里的“热”“搬运”到冰箱的外面。氟利昂是一种既容易汽化又容易液化的物质。汽化时它吸热，就像搬运工把包裹扛上了肩；液化时它放热，就像搬运工把包裹卸了下来。
图表示出了电冰箱的构造和原理。液态氟利昂经过一段很细的毛细管缓慢地进入冰箱内冷冻室的管子，在这里迅速汽化、吸热，使冰箱内温度降低。生成的蒸气又被电动压缩机抽走，压入冷凝器，再次液化并把从冰箱内带来的热通过冰箱壁上的管子放出。氟利昂这样循环流动，冰箱冷冻室里就可以保持相当低的温度。
在距地面20～50km 的高空有一层叫做臭氧的物质，它能大量吸收太阳辐射来的对生命有害的紫外线，是地球上的生物得以生存和进化的重要条件。由于电冰箱总有一天会损坏，其中的氟利昂最终将散到大气中，破坏臭氧层，对地球的生态环境构成威胁。为了保护人类生存的环境，1987 年在世界范围内签署了限量生产和使用这类物质的《 蒙特利尔议定书》 。现在己经研制出氟利昂的代用品如R134a 、环戊烷等。我国在1991 年签署了《 蒙特利尔议定书》，正在全面落实议定书中的条款。

通过阅读上述材料回答下列问题：
（l）试简要说明电冰箱的工作原理。
（2）上述电冰箱会破坏臭氧层吗？
（3）小明发现自己家新买的电冰箱背面时冷时热，入夏后更是热得厉害，他怀疑冰箱有质量问题，你认为他的怀疑有道理吗？为什么？

把一棱长为 $10\mathit{cm}$，质量为 $8\mathit{kg}$的正方体实心金属块，放入水平放置装水的平底圆柱形容器中。如图甲所示，金属块下沉后静止在容器底部（金属块与容器底部并未紧密接触），水的密度是 $1.0\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$， $g$取 $10N/\mathit{kg}$。求：

（1）金属块的密度；

（2）金属块受到的浮力；

（3）金属块对容器底部的压强；

（4）若用图乙所示的滑轮组，把金属块在水中匀速提升 $30\mathit{cm}$（金属块未露出水面，忽略水对物体的阻力），此过程滑轮组的机械效率为 $70\%$，那么绳子自由端的拉力 $F$大小是多少？

图1是小亮家某品牌小厨宝（小体积快速电热水器）。某次正常加热工作中，其内胆装有 $5L$ 的水，胆内水的温度随时间变化的图像如图2所示。已知小厨宝正常工作时的电压为 $220V$ ，额定功率为 $2200W$ ，水的比热容为 $c_{水}=4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{\circ }\text{C}}\right)$ 。问：

（1）该小厨宝内胆装有水的质量为 　　 $\mathit{kg}$ ；

（2）由图象可知，加热 $5\mathit{min}$ ，水温升高了 　　 ${}^{°}\text{C}$ ，吸收的热量为 　　 $J$ ；

（3）本次加热小厨宝消耗了 　　 $J$ 的电能，该小厨宝的发热电阻阻值为多少？

测量盐水的密度，方案如下：

（1）用天平和量筒进行测量

请完成实验步骤：

①用天平称出烧杯和盐水的总质量 $m_1$；

②将烧杯中的适量盐水倒入量筒中，读出量筒中盐水的体积 $V$；

③　                                               　；

④利用上述所测物理量，写出盐水密度的表达式 ${\rho }_{盐}=$　       　。

（2）用液体密度计直接测量

因为盐水的密度比水的大所以选用最小刻度是 $1.0g/c{m}^3$的液体密度计它的测量原理是：

密度计放入不同液体中，都处于漂浮状态，它所受的浮力　      　（选填“大于”“等于”或“小于”）重力；被测液体密度越大，其排开液体的体积越　     　，所以它的刻度是从 $1.0g/c{m}^3$　      　（选填“由下而上”或“由上而下”）顺次标记1.1、1.2、 $1.3\dots$。

天然水流蕴藏着巨大的能量，是人类可以利用的重要能源之一。兴建水电站可以把天然水流蕴藏着的巨大能量转换成电能，是水能利用的主要形式。有一处水利工程，在河流上修建了 $115m$高的拦河大坝，如图所示。年平均水流总量为 $3\times {10}^{10}{m}^3$．该水利工程的主要任务包括防洪、发电和航运，在发电方面，年平均发电总量为 $6\times {10}^9\mathit{kW}·h$．现安装水轮发电机20台，每台水轮发电机装机容量（即发电功率）为 $9.26\times {10}^4\mathit{kW}$．（水的密度为 $1.0\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$， $g$取 $10N/\mathit{kg})$求：

（1）年平均水流总量所受的重力；

（2）若上、下游水位差为 $100m$，年平均水流总量做的总功及转化为电能的效率；

（3）若每台发电机平均年发电时间为180天，则平均每天约有多少台发电机在工作。

小娜想要用天平和量筒测量一种玻璃水的密度。

（1）把天平放在水平台上，发现游码未归零时天平已平衡。当游码归零为了使天平再次平衡，小娜应向　   　（填“左”或“右”）调节平衡，使天平平衡。

（2）小娜使用调好的天平测量烧杯与玻璃水的总质量，砝码克数和游码在标尺上的位置如图甲所示，其质量为　      　。

（3）将烧杯中玻璃水一部分倒入量筒中，量筒中液面位置如图乙所示，则量筒中玻璃水的体积为　     　 $c{m}^3$．用天平测量烧杯与剩余玻璃水的总质量为 $38g$，则玻璃水的密度为　      　 $\mathit{kg}/m^3$。

（4）在两次测量质量时，小娜发现都使用了同一个磨损了的砝码，则对测量玻璃水密度的结果　       　（填“会”或“不会”）产生影响。

（5）小娜想用另一种方法粗测玻璃水密度，于是找来了刻度尺、水、圆柱形杯、平底试管（试管壁、底厚度忽略不计）等器材，进行如下实验：

①向圆柱形杯中加适量水，把试管放入水中竖直漂浮，如图丙所示，用刻度尺测量试管浸入水中的深度 $h_1$。

②向试管中缓缓倒入玻璃水，让试管慢慢下沉，当试管底刚刚接触圆柱形杯底时停止向试管倒入玻璃水（试管对圆柱形杯底无压力），如图丁所示，用刻度尺测量圆柱形杯中水的深度 $h_2$

③从圆柱形杯中取出试管，用刻度尺测量　     　（填“试管”或“圆柱形杯”）中液体深度 $h_3$。

④玻璃水密度的表达式为 ${\rho }_{\mathit{玻璃水}}=$　      　（已知水的密度为 ${\rho }_{水}$）。

观察并完成下列问题：

（1）图为体温计的一部分，它的示数是      ℃，它是根据液体             原理制成的。
（2）图电阻箱的示数是        Ω。
（3）请将如图所示元件连接成符合安全用电要求的家庭电路。